1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子网络技术研究室，西安 710119
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，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
针对湍流对水下成像系统的影响，基于Yao折射率起伏功率谱，推导了平面波的波结构函数，完善了水下光学成像模型，其优势在于将难以测量的微观参量如动能耗散率和温度耗散率，用平均温度和平均盐度等宏观参量代替。数值仿真了不同平均温度与平均盐度条件下水下湍流通过改变波前，进而对成像系统调制传递函数产生影响。仿真结果表明，平均温度与平均盐度升高，均会造成系统成像质量下降，进一步研究发现平均盐度增加，不同空间频率的调制传递函数值均线性下降，且下降幅度基本一致；随着平均温度升高，调制传递函数值线性下降，且高频成分的调制传递函数值下降得更快。为验证成像模型的正确性，设计搭建了3 m长的水下光学成像实验平台，利用相机记录分辨率板透过湍流的成像情况，得到不同平均温度与平均盐度条件下的调制传递函数曲线。对比实验与仿真结果发现，在平均温度10 ℃~30 ℃与平均盐度0 ppt~30 ppt范围内，对比度随平均温度与平均盐度变化趋势相同。该研究对水下光学成像系统的设计优化及水下图像处理具有一定的参考价值。
水下湍流 折射率起伏功率谱 波结构函数 调制传递函数 温度 盐度 Underwater turbulence Power spectrum Wave structure function Modulation transfer function Temperature Salinity 光子学报
2022, 51(12): 1211004
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, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
拼接误差对拼接镜的成像性能有着重要的影响。基于标量衍射理论推导了单块子镜反射波的复振幅分布, 并使用坐标变换法处理不同子镜间的拼接误差, 建立了拼接误差对拼接镜成像性能影响的分析模型。数值仿真给出不同拼接误差下的点扩散函数以及对应的斯特列尔比曲线。结果表明, 子镜沿z轴的平移误差对应的斯特列尔比曲线存在周期性变化。子镜倾斜误差和沿x, y轴平移误差对应的斯特列尔比曲线有着相同的结构。得到的结论为拼接镜成像质量分析提供了依据。
拼接镜 像质分析 标量衍射 数值模拟 segmented mirror imaging property analysis scalar diffraction numerical simulation 红外与激光工程
2019, 48(1): 0118006
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, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
深入研究了双层谐衍射光学元件, 基于衍射效率方程对双层衍射元件的衍射效率进行优化.光学系统在中波红外和长波红外波段的衍射效率均超过了99%, 极大地提高了图像的对比度和像质.设计了一款新型的红外双波段衍射望远镜, 取得了接近衍射极限的成像质量, 易于加工.
衍射效率 光学设计 diffraction efficiency HDE HDE optical design
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
随着光学技术的发展, 光、机、电一体化成为趋势, 要求光学系统做到集成化、阵列化和小型化, 二元光学元件由于它在光波变换上的卓越表现受到人们的青睐。双层二元光学元件在宽波段范围内的衍射效率非常高, 但在加工时会产生很多种加工误差, 比如: 高度误差、周期误差、套刻误差等。文中基于标量衍射理论, 对在加工中可能出现的高度误差、周期误差、套刻误差等误差以及其对衍射效率的影响进行充分分析, 并进行MATLAB模拟。结果表明: 异向高度误差对衍射效率的影响大于同向高度误差对衍射效率的影响, 所以在加工时应该尽量避免异向高度误差。异向套刻误差对衍射效率的影响大于同向套刻误差对衍射效率的影响, 所以在加工时应该避免异向套刻误差。相比高度误差和套刻误差, 其他误差对衍射效率有着不同程度的影响。
双层BOE 加工误差 衍射效率 double-layer BOE fabrication errors diffractive efficiency 红外与激光工程
2016, 45(9): 0918001
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,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
设计了一款口径为3 m的衍射望远镜,其工作波段为7.7~10.3 μm,光谱宽度|Δλ/λ|达到了1/3.设计结果表明,系统得到了接近衍射极限的成像质量.制作了一套缩比的衍射望远镜,成像质量优异.
衍射望远镜 菲涅尔透镜 消色差 diffractive telescope Fresnel lens color correction
1 长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
论述了利用衍射元件实现光学系统无热化的原理，并利用衍射光学元件特殊的消热差和色散特性，设计并研制了折衍混合无热化车载红外镜头，在仅使用一种红外材料的情况下完成了宽温度范围自调焦设计，且衍射面特征尺寸大，易于加工制作。系统工作波段为 8～12 μm，视场为 36°×27°，焦距为 19 mm，F/#为 1.1。该镜头体积小，重量轻，结构简单，非常适于在汽车辅助驾驶系统应用。镜头的测试结果表明，镜头成像质量好，且能在－40～80℃温度范围内保持像面稳定，无需手动调焦。
衍射光学元件 无热化 车载红外光学系统 折衍混合系统 diffractive optical elements athermalization vehicular infrared optical system hybrid refractive-diffractive system
1 中国科学院,研究生院,北京,100039
2 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,吉林,长春,130033
3 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,传感器研究室,吉林,长春,130033
为了解决平凸折衍混合透镜套刻加工中的对准问题,本文设计了一套进行套刻对准的实验路径.以机械轴为参考基准,使掩模板的环带中心和器件球面的对称轴分别与之对准,最终实现套刻过程中掩模板和器件对称轴的对准.最后根据加工实际情况进行了计算,对于口径是92 mm的衍射元件,得到的对准误差为2.125 μm,能够满足系统的要求.采用计算机等辅助手段,可实现亚微米量级的对准精度.
对准 机械轴 干涉
