1 中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050011
2 河北省光子信息技术与应用重点实验室，河北 石家庄 050011
随着激光通信向负载能力有限应用平台的推广，激光通信系统逐渐向着轻量化和小型化的方向发展。作为激光通信系统的重要一环，扫描捕获单元的轻小型化设计成为亟待解决的问题。首先，基于旋转双光楔棱镜的扫描捕获单元摒弃常规的机械伺服转台，通过棱镜绕公共旋转轴的独立旋转实现大视场光束偏转。然后，基于非近轴光线追迹建立双光楔棱镜光束偏转模型并分析了双光楔棱镜的扫描模式，为轻小型激光通信光端机的研制提供了一定的参考。最后，基于旋转双光楔棱镜和四象限探测器复用技术提出并分析了一种轻小型激光通信光端机的设计和应用。
光学器件 激光通信 双光楔 光束偏转 光束扫描 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1123001
西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710032
为提高激光搜跟器对地目标的搜索范围和成像分辨率，提出了一种机载平台下的共孔径激光搜跟器扫搜和跟踪目标的方法，并进行了光学系统的设计。激光搜跟器采用捷联的方式固定于飞行器上，提高了其稳定性；激光的出射和回波的接收，采用共孔径的R-C式反射望远系统实现，缩小了其整体尺寸，并提高了成像分辨率；扫描搜索目标采用双光楔组件实现，并提高了搜索频率和扩大了搜索视场；给出了双光楔旋转角和出射光偏转角之间的关系。设计结果表明，当系统通光孔径为φ300 mm，焦距为2 100 mm时，总体尺寸为685 mm，可扫描搜索视场为±5°，成像视场为±0.08°，成像点弥散斑最大为2.417 μm，系统MTF值在50 lp/mm时大于0.4，满足成像要求；当目标距离为3 km时，可搜索范围达到526 m，可实现对4 m大小目标的成像，成像分辨率为2″。
激光搜跟器 R-C望远系统 双光楔 laser tracker R-C telescopic system double optical wedge 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200088
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800；中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
在激光三维成像雷达中，双光楔扫描是一种常用的扫描方式，具有能耗小、精度高、抗震性好等优点，并可有效减小系统的体积。但其扫描轨迹复杂，扫描点存在较大的冗余。首先基于一级近似公式研究了扫描轨迹的规律，随后分析了扫描轨迹间距和扫描点间距的变化特征，最终确定了全视场覆盖时的双光楔扫描参数，并由轨迹分布特征给出了降低冗余的方案。结果表明，全视场覆盖时，反向旋转和同向旋转具有相同的最小冗余2π，除旋转方向外，其他扫描参数完全相同。有效扫描视场和分辨率一定时，特定转速对下，部分覆盖的反向旋转可减小1/4的冗余；半周期的同向旋转可减小1/2的冗余。冗余降低的同时提升了成像的帧频。
激光扫描系统 双光楔 冗余度 图像分析 laser scanning system Risley prisms redundancy image analysis 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190508
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，陕西 西安 710119
由于双光楔系统可以精确调整光轴的指向，而且具有结构简单紧凑、调整速度快、偏转角度大的优点。为了满足某产品的需要，实现同心圆和Z 字型的光轴调整轨迹。本文根据现有理论，通过建立光轴偏转角度与双光楔转动角度关系模型，推导出对应公式，并结合Matlab 仿真、拟合和实际的产品测试，设计出了利用ARM 与计算机控制双光楔来调整光轴指向的方案。结果表明，该方案光轴指向调整的误差小于0.5°，能够实现预期的轨迹，满足实际产品的需求。
光轴指向调整 双光楔系统 双光楔扫描 optical axis pointing adjustment dual-optical wedge system dual-optical wedge scan ARM ARM
1 苏州大学物理与光电·能源学部教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006;
2 苏州大学物理与光电·能源学部江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006;
在消偏器工作原理的基础上,利用米勒矩阵和斯托克斯矢量,建立消偏器结构参数与光学系统偏振敏感度的一般关系。借助数值分析,当两楔形晶体光轴夹角为90°时,消偏器具有优良的消偏性能,并且光轴取向下时调整晶体厚度可进一步减小光学系统偏振敏感度。以光栅成像光谱仪为例设计消偏器,给出其性能评价。
光学设计 成像光学系统 米勒矩阵 双光楔消偏器
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130009
2 中国科学院 光电研究院, 北京 100094
3 合肥工业大学 仪器科学和光电工程学院, 安徽 合肥 230009
4 中国科学院大学, 北京 100049
考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度, 本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法, 以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先, 基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型, 分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。 然后, 针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法, 并设计了一套同轴度检测装置。最后, 基于该检测装置, 通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示, 经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″; 平移误差为26.1 μm, 得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。
飞秒激光跟踪仪 同轴度 旋转成像 双光楔 标定 femtosecond laser tracker coaxiality rotation imaging dual wedge calibration 光学 精密工程
2016, 24(11): 2651
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 苏州大学 现代光学研究所, 江苏 苏州 215006
介绍了作为大型机载激光雷达关键部件的双光楔扫描系统的模型建立、设计实现以及实验验证。为实现双光楔扫描系统的大尺寸、宽视场和高精度指向, 设计了16°楔角、320 mm直径的成对光楔, 以及对应的高精度PID双轴扫描控制模块, 分析了系统误差来源和误差控制方法。在45 m距离的地面测试中, 通过每个3.6°转动楔镜, 累计100次与真值测量比对进行检校和验证, 扫描指向误差小于50 μrad, 通过搭载集成后的机载激光雷达飞行实验, 实测扫描视场为32.03°, 进一步验证了双光楔扫描系统的有效性。
激光扫描系统 双光楔 PID控制算法 机载激光雷达 laser scanning system dual-wedge PID control algorithm airborne LiDAR 红外与激光工程
2016, 45(5): 0502001
1 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室， 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程中心， 吉林 长春 130022
随着空间激光通信技术的发展以及建立抗干扰高速天空地一体化信息网络的需要，研究空间激光通信组网技术迫在眉睫。在分析空间激光通信组网技术难点的基础上，提出了一种新的激光通信组网方案。利用广角扩束镜与双光楔组结合作为多点激光通信系统的光学天线，广角扩束镜可实现对不同方位目标信号光的收集，双光楔组可实现对不同方位目标的同时动态跟踪。以此光学天线为基础，研究了可实现一对多同时空间激光通信的总体方案，设计了系统中的光学天线、中继光学分系统、收发分光分系统等。该方案可为空间激光通信组网提供一种新的技术途径。
光通信 组网 广角扩束镜 双光楔组
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西安中科光电精密工程有限公司，陕西 西安 710119
摄像机在曝光时间内与目标的相对运动会产生像质模糊，且速高比(或速距比)越大，模糊状态越严重。目前，光学式像移补偿方法主要采用反射镜元件，针对其存在像旋校正机构复杂、运动定位控制难度大、摆扫式易产生光学振荡等缺点，提出了应用旋转双光楔系统进行像移补偿的新方法。建立了双光楔系统的动态作用矩阵数学模型，分析了光楔组件在各种独立运动状态下的出射光矢量轨迹，进行了软件仿真。根据实际的像移补偿需求，给出了双光楔系统的设计结果及控制方法。仿真和分析结果表明：双光楔系统具有结构紧凑、控制方法简单、运动平稳、补偿能力强等显著优点，对于大速高比(或速距比)的应用场合具有重要的实际意义。
旋转双光楔 动态光学矩阵 像移补偿 控制方法 rotating double optical wedge dynamic optical matrix image motion compensation controlling method
