采用矩阵分解以及将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法, 研究了高斯光束猫眼光学系统后的光阑效应; 通过数值计算, 分析了激光的反射规律。研究表明, 入射光束束腰距离猫眼光学系统越远, 光学系统的光阑效应越大; 调整合适的正离焦量, 可以使猫眼光学系统回波光强更高。理论分析和数值计算对猫眼系统的研究具有一定的参考意义。

鉴于常规成像系统激光防御性能与成像质量之间的矛盾, 设计了一种基于像面离焦的波前编码系统, 分别围绕该技术反激光侦察与抗致盲的机理和效能开展了相关研究工作。首先利用菲涅尔-基尔霍夫衍射理论, 建立了像面离焦波前编码成像系统激光传输模型; 基于该模型, 评估对比了系统各平面的光场分布特征与激光防御性能, 并进一步研究了系统参数的优化规律。结果表明, 对比常规成像系统, 离焦波前编码系统能在保持较好成像质量的同时, 将回波探测器接收功率与像面最大单像素入射功率分别降低两个和一个量级以上, 大幅提升了系统的反激光侦察与抗致盲性能。

在光学系统装调中, 由于光学元件的面型误差、加工误差等影响因素的存在, 使待装调的光学系统的装调失调量并非为一个确定的准值, 而是一个范围值, 在失调量范围内, 可能存在不止一组Zernike系数符合要求, 即以像差值为判据的装调结果的解不唯一, 需要对光学系统的其他参数进行测试判断光学系统在装调阶段是否满足技术要求。介绍了一种在装调过程中, 当各项像差的Zernike系数接近设计时, 利用干涉仪、分划板、五棱镜、经纬仪等设备, 在波前测试光路中采用猫眼效应进行装调过程中的光学系统焦距的测试方法, 通过光学系统的波像差和焦距值两种测试结果判断装调工作是否符合要求。经过实际装调过程中的应用验证了该方法的有效性, 在光学系统的装调过程中将焦距值控制在±0.5%以内。

针对室内可见光通信系统中全光通信链路不易实现的问题,设计并搭建了一种基于离焦型猫眼逆向调制方案的室内可见光单光源全双工通信系统。该系统上下行链路相互独立,克服了传统单光源双工通信系统需要收发两端配合通信的不利因素,无须增加额外的光源就可以实现全光链路的双工通信。实验结果表明:该系统可在3.0 m的通信距离条件下实现下行5.0 Mbit/s、上行2.0 kbit/s的数据传输。

为获取光学目标更多的特征信息、达到目标识别的目的, 文中利用不同目标回波特征受到湍流大气调制作用的差异性, 将目标回波的闪烁效应作为目标识别的手段之一。采用功率谱反演法生成随机相位屏模拟双程湍流大气扰动, 利用硬边光阑展开为有限级数和的形式以及Collins衍射积分公式推导角反射器、镜头目标和朗伯漫反射体的反射光的复振幅分布, 通过原路返回处的光强分布得到反射光的闪烁指数。分析了湍流强度和目标尺寸对上述三种目标回波的闪烁指数的影响, 并进行了实验验证。研究结果表明: 光学目标与漫反射目标回波的闪烁指数差别明显, 整体相差一个数量级, 随着口径的增大, 光学目标回波闪烁指数整体上呈现减小的趋势; 角反射器和镜头目标回波的闪烁指数在数值上差别不明显, 但可以通过多组测试结果绘制回波闪烁指数随时间的变化曲线的方法将二者进行大致的区分。该方法可以快速地从漫反射背景中识别出光学目标, 同时也为光学目标的分类识别提供了参考价值。

传统的光学镜头探测主要基于回波强度(猫眼效应)来实现,但对于微型镜头而言,反射回波中存在明显的衍射现象,因此对微型镜头光阑衍射效应的研究成为一个重要的研究方向。基于角谱衍射理论,研究了微型镜头对辐照激光的空间调制特性,推导了回波光场分布的公式;仿真研究了探测距离、入射角度和光阑直径对衍射光场分布的影响,以及不同光阑直径时的最大可探测入射角,并利用搭建的激光主动探测系统对回波衍射现象进行了探测。结果表明,实际探测的衍射图样与仿真图样吻合得较好,所提理论能够准确地预测微型镜头探测回波的衍射现象。

首先介绍了基于猫眼效应的激光主动探测方法的发展历程, 分析了离焦量、探测距离、大气湍流等因素对猫眼回波的影响; 然后介绍了激光损伤CCD的研究过程及研究现状, 分析了激光损伤CCD的机理及效果; 最后介绍了利用猫眼效应探测CCD被损伤程度的方法, 并指出了此方法的发展方向。