作者单位
摘要
西安电子科技大学计算机科学与技术学院,陕西西安 710071
为真实模拟实弹射击场景,降低**射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为 15mrad,出射光斑直径 0.3mm,激光扩束倍率 300倍,系统出射光束发散角达 0.035 mrad。距光学系统出光口 1km位置,激光光斑直径约为 120mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为 364 mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。
光学设计 铒玻璃激光器 扩束 激光射击 人眼安全 optical design erbium glass laser beam expanding laser shooting eye safety 
光学与光电技术
2023, 21(4): 84
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院,陕西西安 710021
为了实现大像面、小投射比、高清画面要求,设计了一款折反式超短焦投影镜头。根据性能指标要求选择了反远距系统,采用缩放法获得初始结构,由出瞳位置不同视场光线与像面的高度关系,计算获得了反射镜坐标数据,拟合得到反射镜面型。采用点列图、场曲/畸变和调制传递函数(ModulationTransferFunction,MTF)曲线对像质进行了评价。最终获得了焦距为 5.45mm,投射比为 0.4的物方远心系统,在投影距离 720mm时可投射 80inch画面,清晰度为 1080p,视场角为 136°,放大倍率约为 125倍,系统点列图均方根(RootMean Square,RMS)半径小于 750μm,畸变小于 0.2%,相对照度在 96%以上,其 MTF曲线幅值在 0.54lp/mm时均大于 0.3。公差分析表明,系统设计合理,成像质量良好。相较于其他折反式超短焦投影镜头,该系统在保证成像质量的同时折射部分未使用非球面,有效降低了加工和装配难度。
超短焦投影 光学设计 折反式成像 非球面反射镜 公差分析 ultrashort focal projection optical design catadioptric imaging aspheric mirror tolerance analysis 
光学与光电技术
2023, 21(4): 75
作者单位
摘要
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 海军潜艇学院,山东 青岛 266000
应某星载高精密遥感相机的功能指标要求,镜头及焦面探测器工作在不同温度,且存在较大温差,以致焦面探测器窗口玻璃的冷辐射使镜头最后一片透镜的温度梯度、面型参数等发生较大变化,不能满足光学系统成像质量的要求。为消除焦面探测器窗口玻璃的冷辐射对光学系统的影响,提出了一种于焦面探测器窗口玻璃与镜头间增加一层阻隔光窗的设计,用于将焦面窗口玻璃的冷辐射进行阻隔屏蔽,从而使光学系统的成像质量达到要求。经过建模仿真对比,证明文中的设计形式能够消除焦面组件与镜头组件间的辐射热差,提升了相机的成像质量,验证了该设计的正确性与合理性,为星载高精密相机消除部组件间的辐射热差设计起到了一定的指导作用。
高精密遥感相机 辐射热差 阻隔光窗 建模仿真 high-precision remote sensing camera radiant heat difference light blocking window modeling simulation 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230257
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
甚宽视场相机作为高分六号卫星的核心载荷,具备65.6°视场、862 km超大幅宽和8谱段成像能力。针对其自由曲面离轴四反光学系统的结构特点和任务需求,采用复合型多层隔热组件进行热隔离、高导热率石墨膜进行热疏导及分级热控等措施进行了热控设计,实现了光机结构的精密控温和高热耗/热流密度电子学设备的高效散热,并利用有限元分析软件UG12.0/Space thermal仿真分析了相机高、低温工况下的温度;通过对比热分析、热试验及卫星在轨遥测温度数据,验证了该热控方案的实际效果。在轨遥测数据显示:光机结构在轨温度水平为19.7~20.3 ℃,温度梯度最大不超过0.4 ℃,CMOS焦面组件每轨摄像12 min的情况下,温度波动在19~24 ℃,均满足热控指标要求,遥测数据与热分析及热试验结果偏差小于±0.5 ℃。表明该相机热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。
热控设计 甚宽视场相机 热平衡试验 在轨验证 thermal control design extra- wide field-of-view camera thermal balance test on-orbit validation 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230187
作者单位
摘要
上海航天控制技术研究所,上海 201109
面向甚高精度微型星敏感器在商业卫星以及中低轨资源勘探卫星的实际应用需求,开展了甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证研究。基于甚高精度微型星敏感器姿态测量精度要求,完成了光学系统技术指标论证工作,具体包括:根据材料透过率与折射率,给出了适用于轻小化镜头的工作波段;根据恒星像点的弥散特性,给出了适用于高精度质心提取的高斯半径;根据黑体辐射定律与探测器参数,给出了适用于提取6.5等星时所需通光口径;根据恒星色温与星等之间的关系,并结合蒙特卡洛方法,给出了最佳工作视场大小。基于光学系统指标论证方法,确定了光学系统设计参数,并依次实现了光路设计以及像质分析,结果表明:在−40~60 ℃工作温度区间内,其星点质心偏移不超过0.05 μm,且弥散斑尺寸变化量不大于1 μm。基于设计甚高精度微型星敏感器光学系统,开展了标定测试、外场观星以及耐辐射测试,结果表明:系统标定精度为0.6″,外场测量精度为1.5″(3σ),外场测量下可探测极限星等为6.51等星,累计60 krad(Si)辐射下可探测极限星等为6.01等星,进一步验证了所设计光学系统的精度以及可靠性,可为甚高精度微型星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。
星敏感器 光学系统 甚高精度 无热化 耐辐射 star sensor optical system very high-precision accuracy athermal radiation resistant 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230104
作者单位
摘要
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 吉林省智能波前传感与控制重点实验室,吉林 长春 130033
为了更好地对大口径稀疏孔径望远镜进行共焦调控,利用曲率传感方法非干涉、大范围、波段鲁棒的特点。首先,利用近场电磁波的传输方程分析了稀疏孔径望远镜共焦调控的基本原理。其次,结合曲率传感理论,进行了稀疏孔径望远镜共焦调控误差分析。再次,对于曲率传感稀疏孔径望远镜共焦检测的可行性进行了分析与实验。之后,利用桌面实验实现了大口径稀疏孔径望远镜共焦检测的原理贯通。最终,波前倾斜探测结果与原始波前相比,相关性从0.26上升至0.83。利用曲率传感可实现20个波长范围的共焦测量,避免了传统方法对像点进行多次移动标校以及逐个调节的缺点。文中实现了大通量共焦误差感知与收敛调控,为未来大口径稀疏孔径望远镜的建设打下技术基础。
曲率传感 波前像差 稀疏孔径望远镜 共焦 curvature sensing wavefront aberration sparse aperture telescope co-focus 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230050
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
为了使遥感相机同时具备大视场搜索和多波段高分辨成像功能,提出了一种成像与搜索模块一体化的遥感相机光学系统。大视场搜索模块采用离轴四反结构,通过推扫的模式对目标区域进行扫描;小视场成像模块通过次镜分光,实现可见光和中波红外同时高分辨成像。各系统复用大口径主镜有效降低了遥感相机的体积和质量。当轨道高度为500 km时,该系统可实现以8 m的地面分辨率对33 km线宽的地面进行推扫搜索,确定目标后,通过调整卫星姿态,使可见光和中波红外成像模块分别以 0.45 m 和 3.2 m 的分辨率对地面目标进行高分辨凝视成像。公差分析结果表明,可见光成像模块、中波红外成像模块以及搜索模块各视场的调制传递函数(MTF)分别在其奈奎斯特频率处(133 lp/mm、20 lp/mm和33 lp/mm)均大于0.2。该系统能够满足实际加工和装调要求,为实现紧凑型空间光学系统的设计提供了一种可行性方案。
光学设计 一体化光学系统 遥感相机 多波段 optical design integrative optical system remote sensing camera multi-waveband 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230066
作者单位
摘要
1 烟台大学 物理与电子信息学院,山东 烟台 264005
2 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院,山东 威海 264209
3 军事科学系统工程研究院,北京 102300
为了提升激光无线能量传输系统光能传输效率,避免使用准直镜头导致在数百米距离处接收端光斑边界模糊和照度均匀性差现象的发生,开展了基于共轭成像原理的可调焦发射光学系统研制。首先理论分析了准直法和共轭成像法的设计原理,然后针对光纤输出的808 nm半导体激光光源,采用共轭成像法设计了焦距550 mm、口径260 mm的发射光学系统,通过光纤端面的移动实现调焦设计,分析了不同调焦距离下光纤端面的移动量,并与准直法设计结果调焦后对比,在200 m~1 km处的波像差明显较小。利用Lighttools软件模拟对比了调焦前后的照射光斑,验证了调焦的作用。模拟结果显示,通过对基于共轭成像原理设计的发射光学系统增加调焦机构,可在不同距离处得到清晰的光斑边界。最后对激光发射光学系统进行了加工,经测试,波像差RMS为0.092λ(λ=632.8 nm)。结果表明:激光无线能量传输系统使用基于共轭成像原理设计的可调焦发射光学系统可获得边界清晰、更加均匀的照明光斑。
激光无线传能 发射光学系统 共轭 调焦 laser wireless power transmission emission optical system conjugate focusing 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230115
作者单位
摘要
兰州交通大学 国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心,甘肃 兰州 730070
吸热管表面能流密度分布的均匀性对线性菲涅耳式聚光器的光热性能及安全运行有着重要影响。基于Tonatiuh光学仿真软件构建了线性菲涅耳式聚光器模型,研究了圆柱面形反射镜焦距及瞄准点位置与光斑宽度之间的关系,在此基础上探讨了不同瞄准策略下线性菲涅耳式聚光器的光学效率及能流分布的均匀性。结果表明:采用瞄准点均匀分布的瞄准策略,聚光器在保持较高光学效率的同时能够提升集热管表面能流分布的均匀性。采用优化后的瞄准策略,线性菲涅耳式聚光器光学效率可达到87.4%,集热管表面能流密度标准差由45.3%降低到30.7%,集热管顶部能流密度提升了10.2%。集热管空管预热采用该优化瞄准策略,在变占空比跟踪模式下,集热管弯曲变形程度远小于现有瞄准策略。该结果可为线性菲涅耳式聚光集热系统的优化设计提供理论支撑。
聚光太阳能热发电 线性菲涅耳式聚光器 瞄准策略 能流分布 光学效率 concentrating solar thermal power linear Fresnel concentrator aiming strategy energy flow distribution optical efficiency 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230259
潘聪 1,2,3叶宇 1,2顾伯忠 1,2帅雨林 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院南京天文光学技术研究所,江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所),江苏 南京 210042
3 中国科学院大学,北京 100049
2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒会接收来自主焦点处的热辐射,加热镜筒内空气,产生随机湍流,降低视宁度,影响望远镜成像质量。为解决这一问题,满足2.5 m望远镜温控指标要求,设计Smith自抗扰控制器(ADRC-Smith),利用自抗扰控制结合Smith预估算法实现对消光筒壁面温度的精确控制。首先,建立消光筒温控系统模型,给出ADRC-Smith控制器的结构和调参方法;其次,对消光筒温控系统进行仿真,分析控制器的可行性;最后,搭建消光筒温控系统,实验验证控制器的实用性。实验结果表明,ADRC-Smith控制器可以将消光筒壁面温度控制在环境温度2 ℃内,对应的响应时间和稳定时间分别约为59 s和173 s,跟随误差约为0.14 ℃。研究表明,ADRC-Smith控制器可以提高2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒温控系统的性能。
2.5 m大视场高分辨率望远镜 消光筒 温度控制 自抗扰控制器 Smith预估器 2.5-meter large-field and high-resolution telescope extinction tube temperature control active disturbance rejection controller Smith predictor 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230024

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