为了求得未知椭球曲面的曲线方程,模拟曲面的几何结构,以数字投影系统中椭球反光镜为例,介绍了大口径非球面反光镜数据采集及拟合方法。利用三坐标测量机(CMM)对椭球反光镜面型进行精密测量,根据测试数据,采用数学拟合方法获得椭球反光镜的曲线方程。并对测试模型与拟合曲面进行了光线追迹和误差分析,拟合曲面与测试曲面符合较好。因此,采用三坐标测量机进行曲面数据采集及数学方法拟合,能够得到较理想的拟合曲面方程。

密度测量在现代生产生活中占有很重要的地位,因此研究出能够快速精确测量密度的方法会极大地改善生活和生产质量。现利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的压电效应和逆压电效应制成薄膜压电式谐振传感器,用于气体或液体的密度测量,从而得出传感器谐振频率与被测气体和液体密度之间存在的关系。从实验和分析结果看,该谐振传感器可用于气体或液体的密度测量,且测量结果具有较高的分辨力。

提出一种基于Monte Carlo法的光电跟踪测量系统的分析方法,使用坐标变换方法对光电经纬仪建立了包含照准差、横轴差、竖轴差、传感器误差和编码器误差准确的Verilog-A模型,使用最坏情况法和Monte Carlo法分析了各种误差源对系统性能的影响。并对双站交汇的布站进行了优化,在考虑经纬仪本身误差源和站点位置误差的情况下,使用Monte Carlo法计算了针对特定弹道轨迹的最优布站选择。该方法对光电跟踪测量系统设计具有一定的指导作用。

运动估计是视频编解码系统中的关键技术, 而运动估计的快速块匹配算法主要是通过采用初始搜索点预测,提前退出技术以及不同的搜索模板来提高算法的效率。通过引入马尔科夫链模型实现了对初始搜索点的准确预测,以及利用模糊逻辑和遗传算法以避免搜索过程陷入局部最优点等方法,提出了一种基于马尔科夫链模型的运动估计新方法。实验结果表明,该方法能够对不同性质视频序列有很好的适应能力,并在计算成本和图像重建质量上得到了很好的折中。

为了满足用于深空天体观测或摄影的天文望远物镜的大相对口径及高分辨力的要求,基于二级光谱的理论公式,以佩兹伐物镜作为基本结构,对所选择的玻璃材料进行了色散特性的分析。通过Zemax光学设计软件的优化,给出工作波长范围在405～750 nm、焦距为500 mm、视场角为3.2°、相对孔径为1∶5的设计实例。设计结果表明,该系统二级光谱得到了很好的校正,在100 lp/mm处各视场传递函数均在0.52以上,满足接收器件有效尺寸为23.7 mm×15.6 mm的CCD成像要求,像面成像质量良好,适合深空天体的观测。

对于320×256非制冷焦平面阵列探测器(像元尺寸25 μm×25 μm),设计了工作在8~12 μm波段折射式红外连续变焦光学系统。该系统在变焦过程中相对孔径不变,F/#为1,系统变倍比为 3∶1,焦距50~150 mm,光学筒长209.5 mm。该系统由5片透镜构成,并且仅使用锗一种材料。该系统采用机械补偿的方法,通过引入非球面和衍射面,使系统结构简化,并且提高了成像质量。系统在空间频率为20 lp/mm 处,各个视场的MTF均在0.5以上。

基于非成像光学中的边光原理和椭流线理论提出一种菲涅耳反射器设计方法。通过对光源的通量均分、椭流线虚实焦点的配对,以及光学仿真优化三个步骤实现对LED射灯二次均匀配光。该方法可避免引入色散,降低光学设计难度,并实现在目标面上光照度分布均匀的投射效果。模拟考察了距光源3 m远,直径为1.2 m的圆形平面上的实际效果,其中包括目标面上的照度分布和均匀性、安全性、机械加工公差等相关方面,仿真结果表明,设计是安全、可靠和可行的。

为了给反射镜和光栅组成的光学系统提供一种有效的优化方法,应用吕等提出的两维扩展光源平面对称光学系统的像差理论,Namioka等定义的XUV(极紫外)光栅仪器的评价函数和改进的遗传算法发展了优化设计程序,对一XUV单色仪光学系统进行优化。通过光线追迹程序Shadow进行数值成像计算来验证优化结果,并和相关参考文献中的结果进行比较。比较结果表明应用的评价函数适用于两维扩展光源的XUV单色仪光学系统优化设计。

自由空间大气是紫外光通信的信道,光在大气中的传输特性直接决定了通信的质量。研究紫外LED光辐射的大气传输特性,以辐射传输理论为基础,分析了Bouguer定律的缺陷,并提出了修正方案;在单次散射原理基础上对大气中直射和斜射散射光传输特性进行了详细推导,结合LED配光曲线得出紫外LED光的大气传输解析模型。研究结果为紫外自由空间光通信系统的设计提供参考。

对数字图像相关(DIC)方法的拉伸实验误差进行了系统分析。通过刚体运动实验,从软件模拟计算和硬件两方面研究了DIC方法的实验误差,同时,根据成像原理,分析了离面位移对实验结果的影响。为了检验测试系统的测量精度,将DIC方法与多晶铜试样拉伸实验相结合,比较了不同实验条件下DIC方法与应变片测量的结果,分析认为测量误差主要来源于摄像机噪声及离面位移。鉴于这两种误差难以消除,探索了一种误差修正方法,对系统误差进行修正并得到满意结果。

在干涉型分布式光学振动传感系统中,双马赫-曾德尔技术具有较高的定位精度和较低的成本,更受关注。现搭建了双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统,并对其进行了定位实验,阐述了检测系统的组成和原理。对基于互相关算法的定位性能进行研究,测试了其单点定位和多点定位功能,指出其定位局限性。另外重点分析了影响该系统定位稳定性的因素,提出一种数据处理算法,以提高其定位稳定性。实验结果表明,经过该算法数据处理之后,系统定位稳定性和可靠性得到极大提高。

通过LightTools软件实现针对大功率LED阵列光源的窄幅配光系统的设计。首先,分析了抛物面反光杯的焦距和出光口径与半峰边角的关系,并由此关系确定了15°半峰边角要求下所需的抛物面反光杯的初始面型参数值;其次,在二次曲面范围内对初始面型的面型常数k做进一步的优化,得到最佳的反光杯面型;再次,改变光源和反光杯焦平面之间的相对位置,来消除光强轴线方向的凹陷;最后,实现了窄幅投光灯的配光设计。该设计方法对不同光束角要求的快速配光设计有一定的指导意义。

使用共沉淀法成功制备出了纳米晶CaWO4∶Eu3+发光粉体。样品的XRD衍射图样显示了样品为单相的体心四方晶系CaWO4。对比不同掺杂浓度和不同煅烧温度样品发射谱,发现不同条件下的样品激发峰强度不同,Eu3+在配位场中占据在低对称的格位。对样品强发射峰进行监测,可观测到样品中的基质和Eu3+离子之间存在能量传递。在相同的激发条件下,发现荧光强度随着掺杂浓度变化,将Eu3+掺杂到CaWO4基质中会发生浓度猝灭,掺杂Eu3+的最佳浓度为5 mol%。

高度信息是分析物体三维形貌的最重要信息。为了研究微小焊点的三维形貌,需要对焊点高度进行测量。针对传统测量技术的缺点,设计了一种检测系统。系统应用白光平行照射条纹板,将其像投影到被测物体上,受到物体高度轮廓的调制作用,形成变形的亮暗相间的条纹。该条纹图携带着焊点的三维信息,再用照相系统把变形的条纹图拍摄在CCD上,通过对CCD上像的处理,可以还原出高度信息。该方法可将条纹板的像等间距地投射到被测物体的表面上,避免了由于投影条纹宽度不同所带了的图像处理过程的误差。实现了测量范围大、重复性好、图像处理简单的优点,为微小高度的测量提供了新方法。

LED照明应用已经从过去的室外照明逐步迈向室内照明应用,因此除了光通量、空间光度分布等指标外,空间颜色分布也是非常重要的一项指标,美国能源之星标准IES LM79-2008以及中国国家标准GB/T 24824-2009,都对LED空间颜色分布提出了测量要求。现根据测量要求设计一种可对低功率LED光源的空间光度和色度分布同步进行快速测量的小型分布式光色度计,该光色度计具有所需场地小,使用灵活的特点。

阐述液晶空间光调制器的设计原理、工作流程和设计方法。对视频信号做简要分析,对视频信号处理过程进行详细阐述,给出了硬件的设计方法和软件的处理流程,对使用的芯片的功能进行详细解释,对系统功能进行验证。液晶空间光调制器是一种对光相位进行调制的光学器件,该设计成果对空间光调制器的研究和制作具有较大的指导意义。

国内轴承生产厂商主要是采用量规、卡尺对轴承高度进行手动测量,测量效率低,容易造成疲劳操作带来经济损失。现设计了一种基于单片机的无内圈、冲压外圈轴承的高度自动测量装置。该装置采用电感式位移传感器,将高度尺寸的变化值转变为传感器输出电压值,由AT89S52单片机作为控制芯片构成的测量系统,很好地适应了快速的生产节拍需求,并利用VB开发人机界面。该测量装置能精确地测量这种轴承的高度,自动化效率高,满足了生产需求,是一款实用的测量装置。

为了制备As2S8波导,提出一种兼顾导波和光子作用的复合波导结构,叙述了B270-As2S8复合平面光波导的制备工艺。实验制备了复合平面光波导,采用双棱镜耦合的方法激励复合平面波导的导模,实现导模在波导中的传输,并且在复合平面波导上实现光阻断效应。结果表明该复合平面波导具有良好的传输特性,可应用于制备光开关等波导器件,具有一定的应用潜力。

为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的抗氧化能力,可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和Au-Ag复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明:光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度,当Ag膜厚度由40 nm逐渐增加到80 nm时,共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小,且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小,共振波长变化范围较小,仅为7 nm左右;Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大,不同厚度Au-Ag复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大。