1 长春理工大学 空间光电技术吉林省重点实验室，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 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
目前对于超分辨成像技术的研究主要集中在超分辨重建算法方面，光学系统本身的装调误差对超分辨成像结果的影响尚未见报道。针对这一问题，开展了装调误差对超分辨成像影响的研究，建立了基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统的基本成像模型，设计了一个工作波段为8~12 μm的DMD超分辨成像光学系统，提出了装调误差对超分辨成像质量影响的分析方法。在成像模型中分别引入适当的偏心、倾斜、镜片间隔误差、离焦等装调误差，对超分辨重建结果进行仿真分析，得出了该超分辨成像光学系统装调时的公差范围：该系统在加工装调时X方向总体偏心误差控制在±0.07 mm以内，Y方向总体偏心误差控制在±0.05 mm以内，X方向和Y方向的总体倾斜误差控制在±0.06°以内，总体镜片间隔误差控制在±0.02 mm以内，成像物镜的离焦量控制在±0.04 mm以内，投影物镜的离焦量控制在±0.05 mm以内，在此范围内超分辨成像光学系统可以保证超分辨成像的质量。
装调误差容限 超分辨成像 光学设计 数字微镜器件 alignment error tolerance super-resolution imaging optical design digital micro-mirror device
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
针对Mirau型干涉显微物镜中干涉平板的装配误差问题,建立了参考板倾斜时的干涉光强表征模型,通过对光瞳面内测试光束和参考光束的分割,求解参考板倾斜时干涉光强的积分表达形式,通过数值计算定量分析参考板倾斜度对干涉条纹包络、对比度的影响,并采用宽带光八步移相算法进行三维形貌复原,据此确定参考板倾斜误差的容限。设计了50×Mirau型干涉显微物镜的参考板倾斜验证结构,通过实验测量了标准台阶板,验证了仿真分析模型的准确性,确定了50×干涉显微物镜中参考板倾斜误差容限为1.5°。
显微 干涉显微物镜 色散 倾斜 装配误差 误差容限
1 中国科学院光电研究院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继, 可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理, 从调制度定义出发, 计算得到准单色光源的复相干度, 找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后, 由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式, 代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度, 结果显示, 调制度为0.9时, 视场与理论估算值1.24°基本相符; 不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明, 结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化, 与晶轴倾角共同影响双折射率差; 2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异, 描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度, 可将不同影响因素统一至约束参数中, 相关变量误差容限可作为MWPFTS的设计依据。
改型Wollaston棱镜 干涉调制度 复相干度 误差容限 modified Wollaston prism interference modulation complex coherence degree error tolerance
1 中国科学院光电研究院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继, 可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理, 从调制度定义出发, 计算得到准单色光源的复相干度, 找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后, 由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式, 代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度, 结果显示, 调制度为0.9时, 视场与理论估算值1.24°基本相符; 不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明, 结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化, 与晶轴倾角共同影响双折射率差; 2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异, 描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度, 可将不同影响因素统一至约束参数中, 相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。
改型Wollaston棱镜 干涉调制度 复相干度 误差容限 modified Wollaston prism interference modulation complex coherence degree error tolerance
中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
相位补偿器是偏振干涉仪的核心部件, 其稳定性直接影响偏振干涉光谱仪的可靠性.本文分析了相位补偿器的光程差相对灵敏度、光楔倾斜误差、斜入射角误差和温度适应性等指标, 并给出相应的误差容限计算公式.研究表明：相位补偿器移动光楔沿运动方向的抗干扰能力是经典迈克尔逊干涉仪的2/Δnsin θ倍, 抗倾斜能力是经典迈克尔逊干涉仪的1.75/Δn倍;当入射光以微量倾斜误差入射后, 相位补偿器不会产生额外的附加光程差; ―20～85℃范围内的温度变化对相位补偿器产生的最大光程差误差为1.8 μm, 具有很高的热稳定性; 当光楔角为30°时, 干涉仪在性能、尺寸和成本之间达到均衡; 晶体材料的双折射率差通常远小于1, 偏振干涉的稳定性更加明显.本研究为相位补偿器在更为复杂的环境中的应用奠定了基础.
相位补偿器 稳定性 偏振干涉 光谱仪 近红外光谱 误差容限 Phase compensator Stability Polarized Interference Spectroscopy Near-infrared Spectrum Error tolerance
福州大学平板显示技术国家地方联合工程实验室, 福建 福州 350000
为了采集物体在不同视角的形貌图像信息，并实现同步化输出的显示系统，设计并验证了一种可供多视角同步观察的悬浮式动态图像显示系统。该系统中的投射式图像源融合了物体在不同视角的形貌图像信息，它能够被同步地投射至多视角成像装置内的空气中形成悬浮的虚像。推导了四视角悬浮式显示系统的结构参数；为了避免不同视角图像的错位和重影，定义了动态图像显示的误差容限，并推导了其与图像源空间和介质层厚的函数关系；实现了尺寸为60 mm×60 mm×30 mm 的微型化样品原型验证了理论分析。实验结果表明，该设计对各视角的信息能够同步化还原显示，有效抑制了几何像差和色差。这一系统既可实现大面积多视角悬浮式投射显示，也可实现微型化可携带式多角度展示装置，具有广阔的商业应用前景。
成像系统 多视角悬浮式显示 动态图像投射 误差容限 系统微型化 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 013301
1 中国科学院 电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用分立激光器合成大带宽线性调频步进信号(FSCS)激光信号源以实现高分辨测距。依据FSCS信号测距原理，数值计算了激光器各参数对合成FSCS信号的影响及其误差容限。计算表明，在各激光器参数误差中，起始频率和起始时间误差是引起合成FSCS信号测距分辨力恶化的最主要因素。另外，利用一台中心波长1550 nm、线宽为150 kHz的线性调波长激光器，通过光学斩波方式，模拟产生了合成FSCS信号，进行了高分辨力的测距演示。理论分析与实验结果表明，采用分立激光器合成高分辨力测距FSCS信号是可行的。
激光雷达 线性调频步进信号 高分辨力测距 误差容限 ladar frequency-stepped chirp signal high resolution ranging error tolerance 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101016
1 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
简要叙述了LASIS光谱成像系统的原理和仪器构成, 针对LASIS光谱成像仪像方视场与干涉数据单边过零采样的要求, 通过对实体Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构和光路进行分析, 并对比Sagnac型横向剪切干涉仪的结构, 研究了该干涉仪的附加光程差与加工误差的关系, 给出了附加光程差公式和误差容限公式, 对探测器阵面上光程差变化的非线性效应影响进行了分析和仿真。 结果表明, 相比Sagnac型横向剪切干涉仪, 因实体Mach-Zehnder干涉仪的非共光路特点产生的附加光程差会导致探测器上的零光程位置的偏移, 为保证过零单边采样的要求, 需对干涉仪的尺寸误差进行严格约束, 其中组成干涉仪的两块非对称五角棱镜非对称量的匹配误差小于0.02 mm; 而探测器上光程差变化的非线性效应引起的光谱复原误差小于0.2%, 基本可以忽略不计。
光谱成像 误差容限 实体Mach-Zehnder干涉仪 附加光程差 光谱复原 Imaging spectrometry Tolerance Solid Mach-Zehnder interferometer Additional OPD Spectrum recovery 光谱学与光谱分析
2014, 34(7): 2000
1 解放军信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州 450002
2 61618部队, 北京 102102
3 61175部队, 南京 210049
相位误差的存在严重降低了光学合成孔径系统的成像质量。针对活塞误差和倾斜误差的不同特性，设计对应的量化指标，并以维纳滤波进行复原，利用相关系数进行评价。统计结果表明，只有活塞误差均值小于0.06λ，倾斜误差均值小于16 μrad时，才能保证相关系数大于0.98，近似实现无损复原。在此基础上，通过旋转阵列获取频谱不同的多帧图像共同参与复原，以减小或消除相位误差的影响。比较不同旋转角度和次数情况下的复原结果，最终确定最优方案。实验结果表明，该方法与直接成像相比，可以显著提高含相差系统的图像复原质量，而且将两种相位误差容限分别提高到0.12λ和35 μrad，降低了对光学设计和相差校正的精度要求。
成像系统 光学合成孔径 相位误差 旋转阵列 相关系数 误差容限
1 四川大学 电子信息学院,成都 610064
2 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800
3 中国科学院 上海光学精密机械研究所,上海 201800
在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明:刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。
光学器件 光谱整形 多层介质膜光谱调制反射镜 微纳超精细加工 误差容限 optical devices spectrum reshaping multilayer dielectric thin film reflector top-down nano-fabrication processes tolerance of ion beam etching
