1 吉林大学 仪器科学与电气工程学院 地球信息探测仪器教育部重点实验室，吉林 长春 130021
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130021
3 通化师范学院，吉林 通化 134002
数字微镜器件小型近红外光谱仪器具有检测速度快、灵敏度高、无损伤检测、仪器小型化等优点，广泛应用于化学成分分析和质量检测。然而，作为仪器设计的前提，整个光谱范围的光学优化设计是系统的难点。文中研究了基于数字微镜器件小型近红外光谱仪的光谱成像系统的理论设计方法。该方法采用双配消像差透镜，结合几何像差理论，对小型数字微镜器件近红外光谱仪的设计进行了优化，以降低整个系统的像差。然后，利用光学仿真软件对准直接成像系统进行光学仿真。最终达到设计仿真要求。仿真结果表明，该分光计的整体尺寸小于150 mm×150 mm×150 mm，在工作波段1000~1700 nm范围内，其分辨率优于15 nm。因此，该方法能满足设计要求，在实际应用中具有广阔的应用前景。
near-infrared spectroscopy instrument DMD principle and optimum analysis 近红外光谱仪器 数字微镜器件 原理与优化分析 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200427
合肥工业大学光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
为简化系统结构,将激光发射系统与成像接收光学系统合二为一,设计了一种可变远距离收发共用的折射式光学系统。该系统使用分光镜将1064 nm激光和可见光分离,通过调节成像系统焦面及发射系统前透镜位置,可对300～2000 m 范围内物体进行激光发射及成像接收,结合两种功能于一体,采用发射接收共光路的方式,实现了激光光学系统的小型化与轻量化。根据PW法分别设计了主光路前后组镜头初始结构,并使用Zemax软件对初始结构进行优化分析,大大提升了接收系统的成像质量和发射激光能量集中度。最终设计结果满足设计要求,在300～2000 m物距范围内系统发射光斑大小合理并能清晰成像。
几何光学 收发共用系统 PW法 Zemax软件优化分析 变焦系统 geometrical optics transceiver-receiver shared system PW method Zemax software optimization and analysis zoom system
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400030
分析了两种光栅拼接调整机构（三角形和L形），利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下（以口径为450 mm×420 mm×60 mm光栅为例），驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几，一阶频率分别为58.816 Hz和58.864 Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较，计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大，同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多，不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。
光栅拼接 优化分析 误差分析 调整机构 压电驱动器 grating tiling optimization analysis error analysis adjustment mechanism piezoelectric actuators
激光惯性约束聚变(ICF)装置中靶场编组站镜箱内的温度控制是实现光学元件最小变形，保证光束质量的重要环节。建立靶场编组站镜箱数学和物理模型，采用流体动力学分析软件对靶场编组站镜箱内温度场分布进行了数值模拟，计算结果与实测结果吻合。分析了不同鼓风速度v及鼓风角度θ对镜箱内温度场分布的影响及稳定时间，结果表明鼓风速度越大，镜箱内温度场趋于稳定越快，而风速v大于1.3 m/s后，稳定时间的减小不明显；鼓风角度对镜箱内温度场稳定影响较大，有最佳值。当鼓风速度v为1.3 m/s，鼓风角度θ为20°时镜箱内温度场稳定时间最短，为77 min。且在鼓风机关闭后32 min内，镜片温差在允许范围内，最大值为0.009 K。
光学器件 惯性约束聚变驱动器 靶场编组站 温度场 优化分析
1 浙江工业大学机械学院, 浙江 杭州 310014
2 浙江工业大学之江学院, 浙江 杭州 310024
为了实现道路照明所要求的矩形光斑分布, 以满足LED路灯照明系统的要求, 依据光源特性和路面的光斑分布, 通过折射定律建立透镜母线的斜率方程, 根据该方程设计了用于矩形光斑分布的LED路灯透镜, 采用正交优化方法, 利用Light Tools软件对所设计的透镜光学系统进行仿真比较研究, 得到了一个矩形光斑分布的光学透镜。仿真结果表明, 该透镜光学系统在高度为10m的照射条件下, 照射面积为40m×10m的矩形光斑, 均匀度为0.31。对有光斑尺寸要求的LED路灯透镜来说,该方法提供了一种简单有效的设计途径。
应用光学 自由曲面透镜 LED路灯 优化分析 applied optics free-form surface lens LED lights optimization
量化是实现图像盲水印方法的一种非常有效的策略。当前已有了大量不同的基于量化的图像盲水印方法。在这些方法所采用的量化公式中,存在多种不同的形式,而其中有优有劣、有相互等价。为此,该文对当前存在的多种不同形式的量化公式,在严格的理论上进行了等价性分析和在统计意义上进行了最优性分析并以实验进行了验证,最后得出了其中最优的量化公式。这样,当前采用非最优量化公式的图像量化水印方法即可通过最优量化公式进行优化改进。
数字水印 盲水印 量化公式 最优化分析 digital watermarking blind watermarking quantization formula optimization analysis
西北工业大学微/纳米系统实验室, 陕西 西安 710072
作为一项重要的光学性能, 微型可编程光栅的最大闪耀角决定了其可用光谱波段。提出了两种微型可编程光栅最大闪耀角的实验测量方法, 同时搭建了一个简单的光学系统验证其可行性及有效性。测量结果与理论计算和数值仿真的结果比较吻合, 相对误差均小于3.5%。结合实验现象, 利用Matlab软件仿真分析了释放孔对衍射结果的影响, 为提高微型可编程光栅的光学性能提供了技术参考。
微机电系统 微型可编程光栅 优化分析 最大闪耀角
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
2 中国科学院研究生院,北京,100039
光电系统中,主镜轴向支撑点位置对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量.研究了镜面变形与径厚比的关系以及如何确定不同口径主镜的支撑点的数目,利用有限元法对不同口径主镜的支撑位置进行优化设计,给出了最佳支撑点的位置.
支撑 主镜 面形精度 有限元法 优化分析
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安,710119
2 中国科学院研究生院,北京,100039
3 中国人民解放军西安通信学院,西安,710106
应用有限元方法对背部支撑的主反射镜进行静力学分析.分别对三点支撑和九点支撑进行计算,得到主镜反射面的变形值.以齐次坐标变换法和最小二乘法为理论依据求解反射面变形的PV/RMS值.利用有限元分析软件提供的二次开发功能,编写计算程序,在软件内部调用该程序直接获得PV/RMS值,利用该值作为优化分析的目标函数,寻求背部支撑的最佳支撑点位置.
有限元方法 二次开发 主反射镜 优化分析 背部支撑
