1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis
1 浙江大学 光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学 极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
3 先进科技（香港）有限公司，香港特别行政区 999077
为了在设计阶段预测光学系统加工装配后的像质并降低加工装配难度，提升设计效率，文中提供了一个高效的公差灵敏度降低方法。首先使用Zernike多项式量化像差，基于线性代数理论和Monte Carlo分析寻找引入扰动后系统的像差变化规律，通过降维后的像差场以及特征值分布确定主要引入像差；对系统制造过程中可能出现的失对称扰动和轴向扰动进行建模，基于节点像差理论描述扰动造成的引入像差，并通过统计分析确定关键表面；根据Zernike项与波像差的对应关系对像差空间进行变换，提出相应的评价函数纳入优化，进而抑制新像差的产生。将这一方法应用于两个不同的光学系统的设计，优化后预期加工性能（指定空间频率处98%置信度的MTF表现）分别提升了约68%和20%。与使用Zemax软件中TOLR操作数优化相比，结构1的优化时间由7 h缩短到36 min，并且在结构2的优化中成功实现了公差降敏。结果表明，该方法能够在提升效率的同时有效降低公差灵敏度。
光学设计 公差降敏 主成分分析 节点像差理论 optical design tolerance desensitization principal component analysis nodal aberration theory 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230590
针对SINS/GPS组合导航系统中, GPS提供的量测信号存在容易受到干扰而导致滤波精度下降的问题, 提出一种基于EM算法的组合导航系统容错方法。该方法对各个分量的量测噪声建立二维高斯混合模型, 并引入一个指示变量表示量测值从异常分布中采样的概率。根据系统状态方程、上一时刻状态估计值以及当前时刻测量值, 利用EM算法求解当前时刻量测真值的极大似然估计, 并结合序贯滤波算法对每一个分量的量测值进行精细检测与修正。车载实验表明, 该方法能够有效提高SINS/GPS组合导航系统在GPS信号异常情况下的融合精度与可靠性。
组合导航系统 EM算法 序贯滤波 容错 integrated navigation system EM algorithm SINS SINS GPS GPS sequential filtering fault tolerance
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
1 重庆科技学院电气工程学院，重庆 401331
2 湘潭大学数学与计算科学学院，湖南湘潭 411105
针对暗通道先验去雾算法在滤波窗口较小时得到的去雾后图像存在颜色失真、对引入因子的选择及明亮区域透射率的计算存在误差、去雾后图像的抗噪性能较弱等问题，提出基于受限光值与透射率修正的图像去雾算法。首先对大气光值 A设定阈值上限；其次通过建立引入因子与结构相似度的对应关系以获得最佳引入因子；并在引入容差机制的基础上进一步提出透射率优化方法；最后在所提去雾算法基础上融入高斯滤波算法，并调整去雾图像亮度以提升可视化效果。仿真结果表明，运用所提算法得到的图像 PSNR值、SSIM值、Entropy值相对于改进前分别平均提升 9.9964 dB、 8.57%、0.3732，验证了所提算法的有效性与优越性。
滤波窗口 抗噪性能 容差机制 高斯滤波 filtering window, noise resistance, tolerance mech
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050204
李永倩 1,2,3,*范海军 1,2,3张立欣 1,2,3王磊 1,2,3[ ... ]赵旭 1,2,3
1 华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学, 河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
3 华北电力大学, 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能, 然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、 易耦合和易辐射损耗, 而且导致了布里渊增益谱畸变、 谱宽展宽和布里渊增益峰值降低, 严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。 因此, 研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。 首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究, 并与少模光纤、 单模光纤进行对比。 结果表明： 多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关, 当布里渊散射角不变时, 布里渊频移与模式群编号呈负相关; 当模式群编号不变时, 布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。 相比单模光纤, 少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响, 布里渊增益峰值和布里渊频移较低, 布里渊增益谱较宽。 多模光纤中的高阶模最多, 对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低, 布里渊增益谱最宽。 此外, 分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。 搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统, 通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能, 以评估整形优化程度。 实验结果表明： 提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽, 获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度, 分别为0.974 47和0.987 89。 利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能, 最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。
布里渊散射谱 多模光纤 谱整形 谱宽 抗弯曲性能 Brillouin scattering spectrum Multimode fiber Spectrum shaping Spectrum width Bending tolerance 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3559
上海师范大学资源化学教育部重点实验室, 化学与材料科学学院 上海200234
本文以纳米金为模板, 通过替代化学反应, 合成 Au@AgNPs 核壳纳米粒子, 将其负载在聚(苯乙烯-丁二烯) (SB)电纺纤维膜上, 制得表面增强拉曼散射(SERS) 柔性基底Au@AgNPs/SB。利用紫外-可见光谱 (UV-vis)、透射电子显微镜 (TEM)、扫描电子显微镜 (SEM)和拉曼光谱表征了基底的形貌结构和光谱性能。以罗丹明6G为拉曼分子探针, 将Au@AgNPs/SB基底经常温-升温过程处理后进行光谱实验, 结果表明该基底热耐受性好, 能用于较高温度下前处理样品, 有利于提高检测的灵敏度。以农药福美双作为研究对象, 通过对其进行加热实验, SERS检测限可低至3.65×10-8 mol/L。
静电纺丝 SB纤维 热耐受性 农药残留分析 SERS SERS Electrospun SB fibers thermal tolerance Analysis of pesticide residues
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 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江 杭州 310024
本文研究了引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL（tilt-to-length，角度抖动与光程读出之间的）耦合噪声的影响。保持其他参量不变，仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值，仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响，进而计算出激光干涉信号经过全玻璃激光干涉仪最终在四象限光电探测器上进行干涉时，由于引力波望远镜的装调公差的存在导致的TTL耦合噪声的变化情况。通过对比发现，引力波望远镜的主镜与次镜的距离公差，对引力波望远镜的TTL耦合噪声的影响大于其他光学元件之间的距离公差对TTL耦合噪声的影响。主镜和次镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化与次镜和三镜之间的距离公差、三镜和四镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化符号相反；光阑和主镜之间的距离装调公差对TTL耦合噪声的变化影响很小，可以忽略不计。各个光学元件的距离装调公差导致的TTL耦合噪声的变化量与抖动角度之间呈抛物线规律分布。在装调空间引力波望远镜时，应着重控制主镜与次镜之间的距离误差。并且可以使用次镜和三镜之间的距离装调误差、三镜和四镜之间的距离装调误差导致的TTL耦合噪声来抵消由装调主镜和次镜之间的距离误差导致的TTL耦合噪声。
仪器，测量与计量 引力波 干涉测量 望远镜 装调公差 光学学报
2023, 43(19): 1912001
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室 福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
日盲紫外光学探测器可以精准的接收到电晕放电产生的紫外辐射。利用Zemax软件设计了一款定焦日盲紫外光学系统，该系统由五片球面透镜构成，工作波段240 ~280 nm，匹配靶面直径18 mm的紫外像增强器，F数为2.5，焦距为50 mm，视场角为20.4°，光学总长为72 mm。调制传递函数在空间频率20 lp/mm处全视场均大于0.8，最大畸变小于0.5％。分析了系统在−20 ~60 ℃的离焦现象，计算了各温度下的热离焦量，采用被动式机械补偿的方法校正了由温度变化产生的热差。最后，通过蒙特卡洛分析模拟，对系统给出了合理的公差分配，分析结果表示系统加工装配后仍具有较好的成像质量。
日盲紫外 光学设计 Zemax 公差分析 solar blind optical design Zemax tolerance analysis
