红外与激光工程
2023, 52(10): 20230038
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光子信息新技术研究室,陕西 西安 710119
光源建模方法是光学仿真算法的核心之一,决定了仿真结果的精度。然而对任意面型的光源建模难度高,建模方法很少被公开讨论。本研究系统地介绍曲面光源建模方法。基于均匀性假设,对曲面光源的空间特性、方向特性进行统计学描述,给出采样光线参数应满足的概率密度函数和采样方法。对两个曲面光源实例进行建模,当采样光线数量在107量级时,建模结果在指定接收器上形成的辐照度分布与理论值间最大相对偏差在之内,建模精度很高。同时,分析了两种采样方法对曲面光源建模精度和速度的影响,可为曲面光源建模过程提供一定指导。
光学仿真 蒙特卡罗 光源建模 曲面光源 均匀采样 光学学报
2023, 43(21): 2122001
郭宝泽 1,2,3,4石恩涛 1,2,3,*王咏梅 1,2,3,4武志昆 1,2,3,4
1 中国科学院国家空间科学中心环境探测室,北京 100190
2 天基环境探测北京重点实验室,北京 100190
3 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室,北京 100190
4 中国科学院大学,北京 100190
对星载仪器的回传数据进行分析,发现空间场景不均匀现象会造成光谱响应函数(ISRF)的“漂移”,从而影响探测数据精度。提出通过光学元件平衡了ISRF“漂移”的问题——狭缝匀光器。概述了光线在狭缝匀光器中的传播过程,建立了合理的光学模型,利用近场衍射原理解释其传播过程并分析了狭缝匀光器的光学特性。整个狭缝模型由数学软件和光学软件进行仿真模拟及数理分析,得到狭缝匀光器匀光效果的具象表示。通过光学模型表示了入瞳场景与狭缝匀光器匀光效果之间关联,研究不同入瞳场景中痕量气体排放点位置和覆盖面积的不同对狭缝匀光器提升探测精度的影响,量化了不同入瞳场景下光谱仪系统ISRF的变化,并提出一种提高探测精度的方法。
成像光谱仪 光学仿真 狭缝匀光器 傅里叶光学 光学学报
2023, 43(18): 1812006
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
激光外差光谱(LHS)系统具有光谱分辨率高、探测灵敏度高和体积小等特点,在高分辨率太阳光谱和整层大气透过率测量等应用中受到关注。以3.93 μm分布反馈式带间级联激光器(DFB-ICL)作为本振光源搭建了激光外差光谱测量系统,以太阳光作为信号光,利用Zemax光学仿真软件对太阳光与激光的耦合进行设计和仿真。基于开普勒望远镜原理设计了太阳光整形结构。光斑整形后有效提高了外差耦合效率,将系统信噪比提高至162.1,比无整形条件下获得的信噪比提高了一倍。利用搭建的激光外差系统实测了合肥地区整层大气N2O吸收光谱,采用最优估算法反演了N2O的柱浓度,均值为0.311×10-6,反演结果与EM27/SUN的实测结果进行比较,两种方式获得的N2O柱浓度相关性为0.856。测量结果表明,激光外差光谱测量系统的光学结构经设计和优化后,光学耦合效率和系统信噪比均得到有效提升,基于实测太阳光谱反演获得的N2O柱浓度也与商用仪器观测结果具有较好的一致性。
光谱学 激光外差 信噪比 光斑整形 光学仿真 反演算法 中国激光
2023, 50(14): 1411001
电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 610054
建立了具有伞状吸收层结构的微测辐射热计探测单元的红外吸收模型。基于光学导纳矩阵法和阻抗匹配理论, 采用三维电磁仿真软件CST, 对伞状结构不同开孔尺寸和形状下模型的红外吸收特性进行了分析。结果表明, 双层伞状开孔微测辐射热计光学性能与伞状结构开孔大小有密切的关系。该伞状微测辐射热计中引入开孔后, 在保持较高的红外吸收特性的基础上, 减少了探测单元热容, 从而提升了器件响应速度。最终所得探测单元在8~14μm红外波段内的平均吸收率为85%, 满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。
微测辐射热计 光学仿真 小像元 吸收率 微桥结构 microbolometer optical simulation small pixel absorptivity micro-bridge structure
光学 精密工程
2022, 30(17): 2088
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
透射式光学系统中透镜中心偏误差的存在, 影响了光学系统的共轴性, 从而产生了偏心像差, 影响了成像质量。非球面透镜的应用可以减少光学系统的像差, 越来越被广泛使用。为了研究非球面透镜和球面透镜的中心偏误差带来的系统偏心像差的差异, 提出了一种最佳光轴拟合对光学系统中心偏误差分析的方法。结合塞德尔多项式, 利用Zemax软件对系统加入失调参量, 引出相同中心偏误差对球面和非球面系统像差影响的差异。研究结果表明, 非球面透镜的中心偏误差引起的光学系统像差较大。相较于球面透镜, 在非球面透镜的加工制造过程中, 要更加严格地控制其中心偏误差。
非球面透镜 中心偏误差 透射式光学系统 光学仿真 偏心像差 aspheric lens center deviation error transmissive optical system optical simulation eccentric aberration
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210746
桂林电子科技大学机电工程学院,广西 桂林 541004
水导激光加工技术中,高质量光束对耦合效率起着关键性的作用。为了解决水-光耦合技术的难题,使水导激光加工技术更好地应用在具有高熔点和高硬脆性的材料的高精密度和低损伤等加工场合,提出自聚焦-球透镜组合聚焦模式和正-负轴棱锥镜组合聚焦模式,并与传统凸透镜聚焦模式进行对比分析。根据三种可适用性聚焦模式,推导相应的ABCD传输矩阵,仿真聚焦模式下的光束特性,并讨论不同聚焦模式下的工业化应用特点。仿真结果表明,正-负轴棱锥镜组合聚焦后的光束束腰半径最小,传统凸透镜聚焦模式聚焦后的光束发散角最小,且三种模式结构不同,都存在各自的优劣性。
光学设计 水导激光 光束聚焦 ABCD矩阵 光学仿真 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1722002