1 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
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 北京东方计量测试研究所，北京 100029
当前，工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差，是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中，其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况，由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用，系统的光-电加热路径难以重合，黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此，利用蒙特卡洛光线追迹方法，文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明：当吸收腔斜底角控制在60°，涂层吸收率达到0.95时，系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量，比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器，可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地，通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化，文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。
低温辐射计 光电不等效性 加热器布置 光线追迹法 吸收腔 cryogenic radiometer optical-electrical non-equivalency heater arrangement ray-tracing method absorption chamber 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210918
1 西北工业大学动力与能源学院, 陕西 西安 710072
2 陕西省航空动力系统热科学重点实验室, 陕西 西安 710129
3 西北工业大学太仓长三角研究院, 江苏 太仓 215400
如何充分利用大开口面积下槽式抛物面聚光器(PTC)的全区域辐射能量是需要考虑的关键问题,为此提出一种新型槽式自由曲面太阳能聚光器(TFFC),利用光伏/光热同时收集的形式扩展PTC聚光器的开口利用面积,在靠近PTC内侧采用传统槽式换热器形式,外侧则基于边缘光线传输原理设计一种自由曲面聚光光伏系统,采用倾斜的方式使太阳能电池板扩展能量接收面积,并获得均匀性极佳的聚光能流分布。之后采用光线追迹方法验证了其光学特性,并与传统PTC系统进行对比以完成结构参数的敏感性分析和误差因素的探讨,所得结果对槽式太阳能集热器系统的改进优化具有重要意义。
光学设计 自由曲面 太阳能聚光器 几何构造法 光线追迹法 能流分布 光学学报
2021, 41(15): 1522002
1 西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点, 主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且, 基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法, 仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系; 同时结合光学设计软件, 不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系, 还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量, 最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响, 进而可以通过改进某些参数的大小, 减少并消除其不利影响, 找到适合于强激光系统的最优方法。
强激光系统 自聚焦效应 非线性介质 光束传输法 光线追迹法 high intensity laser system self-focusing effect nonlinear medium beam transmission method ray tracing method 红外与激光工程
2019, 48(7): 0706003
为了研究LD面阵侧面泵浦Nd∶YAG晶体吸收光场的均匀性, 本文提出了一种新的求解泵浦光路径的计算方法。首先建立了适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型; 然后模拟并分析了单向面阵泵浦结构各参量: bar条个数、bar条间隔、bar面倾斜程度对面阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的影响。本文研究为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。
LD面阵泵浦 光线追迹法 光场均匀性 diode planar arrays pumped method of ray trace pump uniformity
中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471003
在开展激光对光电成像系统的干扰实验时, 观察到光电探测器上多组圆环条纹并存的现象, 并采用对光学系统拆解、测量、建模重构和光线追迹的方法揭示了每一组圆环条纹的产生机理。首先, 对实验所用的光学系统进行拆解, 测量各个镜片的曲率半径、厚度、通光孔径等几何结构参数, 并采用TRACEPRO光线追迹软件建立了该光学系统的理论模型。基于该光学系统模型, 追迹大量光线经光学系统传输后在光电探测器上的能量分布, 分析每一种能量组分的来源, 发现多组圆环条纹的出现是由于不同激光能量组分的干涉效应而产生的, 并揭示了产生每组圆环条纹的对应能量组分。文中的研究结果可为激光对光电成像系统的干扰效果评估提供技术支撑。
光电成像系统 圆环条纹 光学系统模型 光线追迹法 optoelectric imaging systems circular fringes model of optical system ray tracing method 红外与激光工程
2017, 46(10): 1003004
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
提出一步定轴法以提高保偏光纤偏振轴定位和对准技术中侧视成像法的定轴效率.一步定轴法通过光强图像与标准图库之间的相关运算实现定轴,定轴过程中不需要旋转光纤.采用光强内插处理以及选择最佳观测平面两种措施提高一步定轴法的定轴准确度.以熊猫型保偏光纤为研究对象,利用光线追迹法仿真计算出不同观测面的光强图像.以相关峰值处的尖锐程度作为定轴准确度的判据,分析内插前后以及不同观测面的定轴准确度.结果表明,这两种措施均可提高定轴准确度,并获得优于0.3°的理论定轴准确度.
保偏光纤 定轴 光线追迹法 偏振轴 互相关 Polarization-Maintaining Fiber Azimuthal Alignment Ray-Tracing Technique Birefringent Axes Cross Correlation
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471009
在半透明平板作为辐射亮度传输介质前提下, 讨论了半透明平板对辐射亮度的衰减作用, 利用正、逆向光线追迹法追踪了每条光线的传输路径, 不仅考虑了平板作为传输介质对辐射亮度的衰减作用, 还考虑了辐射亮度在平板内传输时, 平板表面对其反射所引起的衰减。相比较传统算法中仅考虑平板作为传输介质对辐射的衰减, 在考虑了半透明平板对辐射亮度的反射作用后, 计算得出的结果更为精确, 尤其是在出射角为π/2时, 该算法计算精度相比较传统算法提高了 11.97倍。
辐射亮度 光线追迹法 亮度衰减 反射影响 radiance ray-racing method attenuation of radiance effect of reflection
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 皇明太阳能股份有限公司, 山东 德州 253000
利用光线追迹的方法，考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响，建立线性菲涅耳反射（LFR）聚光器的三维光学几何模型，给出其光斑能流密度分布的计算式，采用Matlab软件编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比，光斑能流密度分布曲线基本吻合，证明了该算法的正确性。为了获得更高的镜场聚光效率，对比了不同反射镜面型对LFR聚光器的影响。
光电子学 光计算 太阳能 能流密度分布 光线追迹法 线性菲涅耳反射聚光器 光学学报
2012, 32(12): 1208001
哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001
气动热环境下高速飞行器的光学头罩由于受气动热效应作用，其温度急剧升高，产生严重的气动热辐射效应。为评估气动热环境下高速飞行器光学头罩热辐射对探测系统性能的影响，采用有限光线代表连续辐射的方法，并引入热瞳概念建立了气动光学头罩热辐射传输计算模型并对气动光学头罩自身干扰辐射光线在光学系统内的传输进行了数值仿真，考察了光学头罩温度场为非均匀分布时其自身干扰辐射在探测器接收面的辐照度分布。研究结果表明：由头罩顶点求得的热瞳是光学头罩热辐射能的公共入口，它可将光线追迹的时间减小至追迹全部光线所需时间的十几分之一；根据探测器接受面干扰辐射随时间的变化趋势可知在飞行数秒后头罩干扰辐射将淹没目标信号，气动光学头罩热辐射效应不容忽视。
气动光学 光学头罩 热辐射效应 光线追迹法 aero-optics optical dome thermal radiation effect ray tracing method
