西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术是一种非常重要的燃烧诊断技术, 该技术具有非常强的抗干扰能力和非常高的测量精度。 但空间分辨力不足会使CARS技术产生很强的空间平均效应, 引起成CARS光谱畸变, 进而造成CARS光谱分析困难, 无法通过CARS光谱反演燃烧场参数。 针对非稳腔空间增强探测CARS(USEDCARS)技术存在的空间分辨不足以及空间分辨力不易改变的特点, 分析了影响USEDCARS技术测量空间分辨力的各种因素, 采用一组轴棱锥对USEDCARS系统中的泵浦激光进行环状光束整形, 并通过调节轴棱锥之间的距离获得了不同直径的环状光束, 在此基础上, 建立了空间分辨可调USEDCARS诊断系统。 开展了空间分辨力分析实验, 获得了CARS信号强度随空间位置的分布数据, 以CARS信号总强度95%包含的空间区域代表CARS的纵向空间分辨力, 以此计算得到了CARS系统空间分辨力为1.7~6.5 mm连续可调。 其中, 高分辨力情况, 达到了现有BOXCARS技术的空间分辨力。 利用所建立的空间分辨可调USEDCARS诊断系统测量了酒精/空气预混火焰温度参数, 获得了不同空间分辨条件下的CARS光谱。 空间分辨力为1.7 mm时, 获得了高质量CARS光谱, 通过光谱拟合给出了所测火焰的温度信息。 分辨力分别为4.9和6.5 mm时获得了较强的CARS信号, 但存在光谱畸变。 结果显示, 空间分辨力对CARS信号的强度和空间平均效应有很大地影响, 提高测量的空间分辨力可以有效消除空间平均效应, 获得准确的CARS光谱, 增强光谱拟合精度, 同时空间分辨可调的特性使该系统能够更好地适应不同实验条件下的诊断工作。
相干反斯托克斯拉曼散射 空间分辨力 轴棱锥 环状光束 Coherent anti-Stokes Raman scattering Spatial resolution Axicon Annular beam
燕山大学 信息科学与工程学院 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
显微热成像系统可观测、记录分析细微目标的温度变化过程, 在需要细微热分析的诸多方面有着广泛的发展前景。由于设备加工及工作过程中存在误差, 影响微扫描系统的精度, 使得微扫描系统扫描过程中偏离标准位置, 故采集得到的四幅低分辨力图像会存在误差, 最终影响显微热成像系统高分辨力图像的重建质量。为尽可能降低微扫描误差, 文章提出了基于局部梯度插值与预处理相结合的微扫描误差修正技术, 通过进行模拟仿真和实验证实该技术可以降低系统微扫描误差, 提高系统的空间分辨力。
显微热成像系统 微扫描 微扫描误差 空间分辨力 thermal microscope imaging system micro-scanning micro-scanning error spatial resolution
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川绵阳 621900
目前在光谱成像领域建立由空间分辨力的量化测量方法, 但在探测器分辨能力不足时, 其存在测量时成像位置不同带来测量结果不同的现象。本文提出了一种适用于面阵成像光谱相机空间分辨力的精密测量方法, 其基于黑白线对在精密平移下的光谱图像, 绘制出单个像素的灰度随位移的变化曲线, 理论上通过曲线的分割可获得各种可能成像位置下灰度随像素的分布结果, 在实际操作时可仅通过一种曲线分割取点, 直接得到各成像位置均能分辨的线对密度值。该方法有效地避免了现有方法在探测器分辨能力不足时的缺陷, 通过对一台面成像光谱相机的实验测量验证了其可行性。
光谱成像 空间分辨力 精确测量 spectral imaging spatial resolution accurate measurement
1 北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心, 北京 100081
2 中国兵器科学研究院, 北京 100089
3 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650217
在单视点结构约束条件下推导了给定红外探测器参数(像元规模和像元中心距)和俯仰角范围时, 二次曲面反射镜面型(离心率)、反射镜厚度、反射镜与折射镜头之间的安装距离、折射镜头焦距等参数的数学公式, 为建立单视点双曲面折反射红外全景成像系统提供了几何约束关系。与此同时, 针对双曲面反射镜的特点, 推导了其用于单视点折反射红外全景成像系统时空间分辨力(垂直方向瞬时视场和水平方向瞬时视场)的数学公式, 并在理想大气、假设目标对比度足够高、探测方程相关参数最简化的条件下将其与现有的NVThermIP模型结合获得系统作用距离的公式。采用不同像元规模和灵敏度(噪声等效温差)进行了仿真, 发现: (1) 系统空间分辨力随像元规模的增大而增大; (2) 系统作用距离随像元规模和灵敏度的增大而提高, 但灵敏度的增大对作用距离的改善不明显。
折反射光学 全景成像 红外 空间分辨力 作用距离 双曲面反射镜 catadioptric optic panoramic imaging infrared spatial resolution range performance hyperbolic reflective mirror 红外与激光工程
2016, 45(9): 0918004
当前，数字全息显微主要采用相干性好的激光作为光源，对设备及环境条件要求较高，且会在全息图中引入大量的散斑噪声和寄生干涉条纹。基于非相干光照明下的数字全息可以很好地解决以上问题。采用非相干光作为光源，空间光调制器和CCD组成非相干干涉仪作为全息记录模块，从波动光学角度分析了该模块的记录及再现原理，给出了系统的点扩展函数、横向放大率和再现距离。采用该模块结合物镜搭建了反射式同轴非相干数字全息显微成像系统。利用该系统对分辨率板成像，获得与传统宽场光学显微镜相当的空间分辨率。对300~500 μm单颗粒金刚钻进行全息拍摄，在不同平面实现了数字聚焦。结果表明，该系统可以快速获取微小物体的三维空间信息，在医学检测、材料分析等领域具有广阔的应用前景。
全息 数字全息 非相干干涉仪 数字全息显微 空间分辨力 三维成像 中国激光
2016, 43(11): 1109002
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
提出了一种对等频率间隔的采样信号进行拼接来提高调频连续波激光测距系统的测距分辨力的方法。研究了调频连续波激光测距的原理, 设计搭建了基于一种双干涉系统的光纤调频连续波激光测距系统。利用辅助干涉系统产生的时钟信号对测量干涉系统的信号进行等光频间隔的采样, 然后对采样信号进行拼接。使用LabVIEW设计了信号错误检测处理、采样和拼接的信号处理系统。利用该测距系统进行了实验验证, 结果显示, 将等光频间隔的采样信号进行拼接的方法可以突破激光器扫描范围的限制, 减少光源非线性的影响, 从而提高系统的测距分辨力。得到结果表明, 在测量距离为8.7 m时, 该系统的测距分辨力可达70 μm, 30组测量结果的重复性标准差为35 μm。
激光测距 调频连续波 采样 信号拼接 空间分辨力 laser distance measurement Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW) sampling signal splicing spatial resolution
1 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, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
设计了一款长度为265 mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板，并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样，用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹，统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间，给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示，所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6 mm，放大率为2.4~2.5，动态空间分辨力大于55 lp/mm。经保守估算，条纹管的时间分辨力有望达到245 fs。
飞秒条纹管 短磁聚焦透镜 行波偏转板 时间分辨力 空间分辨力 femtosecond streak tube short focusing length magnetic lens traveling wave deflector time resolution spatial resolution 强激光与粒子束
2014, 26(3): 034005
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
大相对孔径宽视场成像光谱仪已成航天、航空遥感的迫切需求，要求其望远镜具有大相对孔径、宽视场和像方远心、成像质量高等特点.以同轴三反望远镜的几何成像理论为基础，研究了大相对孔径、宽视场远心离轴三反望远镜的光学设计问题，并且编制了初始结构计算程序.采用视场离轴方式设计了一个波段范围200～1 000 nm，焦距210 mm，相对孔径1∶2.5，线视场14°的远心离轴三反望远镜，主镜和三镜为6次非球面，次镜为二次曲面.点列图直径的均方根值小于16 μm，80%的能量集中在一个像元以内，在奈奎斯特空间频率22.2 lp/mm处，调制传递函数大于0.75，畸变小于0.2%，各项指标均满足应用要求.
光学设计 望远镜 成像光谱仪 离轴三反消像散 空间分辨力 Optical design Telescope Imaging spectrometer Offaxis threemirror anastigmatic Spatial resolution
对空间跟踪与监视系统预警探测单元的探测视场、成像像素规模、空间分辨力、光学增益等光学系统性能进行了逆向工程解算; 基于目标与背景的短波红外辐射特性, 对该预警探测单元的工作波段进行了定量分析, 提出了其预警探测单元并非工作在传统预警卫星常用的低大气透过率波段 (2.5~2.9 μm)的新观点。计算结果表明, 在强背景噪声条件下, 预警探测单元采取高大气透过率波段 (2~2.4 μm)的选通滤波措施, 可获得最优探测能力。
预警探测 太阳同步轨道 空间分辨力 弹道导弹 信噪比 early warning detection sun-synchronous orbit space resolution ballistic missile signal-to-noise ratio
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针孔相机是激光焦斑及打靶瞄准精度监测的主要工具。针对神光Ⅱ升级装置开展针孔相机的研制工作。通过各项参数和结构的优化设计，完成神光Ⅱ升级装置针孔相机诊断系统的设计、研制和集成调试，并进行性能测试实验。结果表明：针孔相机探测能区到达1.0～5.5 keV，空间分辨力优于20 μm，放大倍率5.13～9.99。针孔相机可用于神光Ⅱ升级装置开展激光焦斑及打靶瞄准精度监测工作。
针孔相机 神光Ⅱ升级装置 空间分辨力 pinhole camera ShengguangⅡup equipment spatial resolution
