Offner型中波红外成像光谱仪分光系统的设计

Offner型分光系统属于同心光学系统,适用高光谱的分光系统。通过分析和计算确定轴外物点的子午像点和弧矢像点,从而得到Offner型分光系统像散的表达式,采用中心波长消像散的思想,确定系统的初始结构。优化设计适用于中波红外波段(3,000~5,000,nm)的该类型成像光谱仪分光系统。设计得到的系统具有结构简单紧凑、相对孔径大(F/2.5)、物像方远心等优点,色畸变和谱线弯曲均小于0.1%,,成像质量接近衍射极限。     

物点通过空气与水的界面折射成像的性质及位置特点分析

介绍了像散光束的子午像点与弧矢像点的概念,详细分析了从空气中观察水下物体得到的是子午虚像,反之则是弧矢虚像的根本原因.利用已有的光学知识分别计算水和空气中物点的虚像位置,并分析了两者随视角的变化情况.指出在水下只能通过水面上的1个由折射临界角所决定的圆形窗口来观察水面上方的世界.计算并分析了从水面下方附近所看到的高楼及其各楼层的虚像高度,指出眼睛观察虚像与镜头观察的本质区别.文章可为相关内容的教学提供参考.     

样品池像散影响光镊聚焦特性的参数分析

根据会聚激光束通过平板型样品池弧矢像散的理论计算结果,全面讨论了相关参数对弧矢像散的影响,其结论对实际操作具有重要的指导意义.     

超环面弯晶在X射线单色背光成像中的应用

基于Bragg衍射理论,分析了超环面晶体分析器实现等离子体在子午和弧矢2个方向等比例放大成像的原理,采用云母作为衍射晶体,研制了对激光等离子体进行二维成像的超环面晶体分析器,其子午和弧矢曲率半径分别为290 mm和196 mm,用于衍射成像时的Bragg角度为54°.采用铬靶X射线源辐照金属网格目标,网格的网孔尺寸为200 μm×200 μm,通过超环面晶体分析器对铬靶Kα谱线的衍射,在X射线IP板上得到了网格的二维背光衍射图像,并与球面晶体分析器成像效果进行了对比.实验结果表明,与球面晶体分析器相比,超环面晶体分析器可实现在子午和弧矢2个方向等放大比的X射线背光成像,且分析器具有较高的空间分辨力,当光源尺寸为500 μm,成像放大倍数为1.86倍时,其空间分辨力达到67 μm.     

平面变栅距位相光栅位移传感器的测量精度极限

提出用透射式变栅距位相光栅作位移传感器,用标量衍射理论讨论了这种传感器的测量精度与光栅的起始栅距及栅距变化系数之间的关系,同时用时域有限元差分(FDTD)算法计算了变栅距位相光栅的衍射场,计算结果表明受衍射偏振特性的影响,这种位移传感器的测量精度在理论上存在极限.     

利用阿贝成像原理制作全息光栅的理论分析

用相干光源照射黑白光栅,并通过透镜得到黑白光栅的像。在黑白光栅的频谱面上设置光阑,仅让±1 级衍射光通过,这样在像平面就得到全息光栅。通过改变物距和像距,可以连续改变横向放大率,从而改变像平面上光强分布的空间频率,于是在像平面上就得到强度按余弦规律变化的全息光栅。     

155mm掠入射平场谱仪的理论研究

介绍了一种用于测量软X线的掠入射平场谱仪,依据变栅距刻线光栅的光路函数,计算了曲率半径为5 649 mm的光栅各点的间距,并推导和计算了入射光源为点光源时在聚焦平面上形成的聚焦点的分布,验证了先前文献中给出的结论.进一步计算了当改变入射距离为155 mm时所形成的像散,理论上验证了缩短入射距离后谱仪的可用性.     

亚波长光栅的零级反射特性研究

从严格耦合波衍射理论出发,在不同入射角、方位角和光栅参数下的情况,计算了矩形亚波长光栅零级反射效率随入射光波长的变化.通过计算结果,找出相对合理的光栅参数,使得当入射光的入射角或方位角发生变化时,光栅反射出不同波段的光,即反射出不同颜色的光.这些研究可应用于防伪技术,为设计和制作防伪光栅提供了设计依据.     

光栅波像差理论的推广

克服M.Chrisp光栅波像差理论中存在的限制,使其适用范围得到推广.首先,用广义多项式表示光栅的面形方程,推导光栅的波像差系数,使该理论不仅适用于超环面,而且可适用于二次圆锥曲面等面形光栅的优化设计和成像分析;其次,以像散面作为参考波阵面,推导出光学系统出射波阵面为像散面,像面在非聚焦面处的几何像差计算公式;最后,应用Shadow光学追迹程序验证所得结论的正确性.     

飞秒激光偏振角及入射角对金属表面周期结构的影响

飞秒激光对金属Cu、Ag材料表面的烧蚀作用源于飞秒激光超高强的脉冲功率密度,基于表面散射波模型的理论,在实验上探究P偏振飞秒激光偏振角和入射角对金属表面周期性微纳光栅结构的影响.首次通过偏振角及入射角的双重改变,得到入射角阈值规律,并且得到斜入射时光栅周期随入射角增大的事实.     

倍频光栅的莫尔条纹研究

用傅里叶频谱分析方法研究了横向莫尔条纹中一个光栅倍频时莫尔条纹的变化，论证了倍频光栅形成的莫尔条纹方向与等周期两RoncK光栅形成的莫尔条纹方向相同，其周期与两小周期光栅的莫尔条纹周期相同，其对比度随倍率的增加而减小的特点，呈现莫尔条纹效应的主要是等栅距光栅和二倍频光栅，介绍了产生倍频光栅的一些方法，如采用滤波的方法，消去光栅的0级衍射波，形成倍频光栅；采用球面波照明光栅，形成倍频的光栅的自成像等，举例说明了其应用，这些应用表明二倍频光栅莫尔条纹可使结构紧凑，测量简单，或使分辨率提高一倍。     

利用计算全息光栅产生的涡旋光测量物体变形

利用计算全息(CGH)光栅产生的涡旋光束拉盖尔-高斯(LG)光束进行离面位移测量。基于二元叉形光栅产生LG光束的理论,将产生的LG光束作为参考光,加入一束平面光作为物光,设计了离面变形测量实验方案。利用物光和参考光的干涉进行物体变形测量,推导出物体变形前和变形后的干涉光强公式。通过数值计算,分析了利用LG光束进行变形测量的原理。数值模拟实验结果与理论结果基本一致,表明利用CGH叉形光栅产生的高纯度的LG光束可以进行物体变形测量。     

消像差光栅的波像差分析

波像差方法是M.Chrisp在研究超环面光栅的像差分析时提出的,采用像散面作为参考波阵面,发展了多元件系统波像差理论,是目前为止可以用来研究多元件系统像差分析的很好方法.在Chrisp波像差理论基础上,推导出二次曲面面型的变线距光栅的波像差表达式,讨论光栅面型和刻槽分布对成像特性的影响,最后介绍波像差方法在光学系统设计中的应用.     

光学空间滤波

当用阿贝的二次衍射理论来理解透镜的成像过程时,透镜后焦面上的每一亮斑(衍射极大值)与平行光通过物平面后物面上的复振幅分布紧密相关,我们称它为空间频率。若物平面上的复振幅分布具有周期性(如衍射光栅),则空间频率是分立的;若物平面上的复振幅分布是     

旋转轴对称曲面的数学-光学性质研究

旋转轴对称曲面可以分为高次曲面和二次曲面。通过计算得出了它们子午截线的顶点曲率半径、子午法线像差、比较球面、非球面度以及非球面度梯度。从费马原理出发推导得出反射无像差点和透射无像差点二次曲面的方程式,分析了在反射无像差点时不同物距和像距情况的曲面面形,以及在平行光入射,且偏心率e=n／n’时透射无像差点的曲面面形和成像情况。这些特性对非球面光学系统设计、光学加工、光学检验方案的制定都有指导意义。     

高斯光束象散和场曲的计算（Ⅰ）

本文导出单折射球面对轴外高斯光束变换成像时，其子午和弧氏两正交平面内的物像变换方程，并给出相应的象散和场面的定义式。最后，经分析和计算表明，物空间一束入射的因高斯光束，经过单折射球面变换后，由于光束的对称性被破坏，其结果在象空间一般形成一束出射的象散高斯光束。     

内压作用下弯管应力的实验研究

采用电阴应变测量技术研究了带有初始随圆度的弯管在纯内压作用下的应力分布。实验结果表明,弯头横载面上的环向应力和轴向应力分布均呈相似的“Ｗ”型,但各点环向应力的绝对值均大于轴向应力。最大应力在外弧线的环向,比直管高出６２．７％,最小应力在中线弧处,为负值。这种应力分布情况也与弯管受平面弯矩时完全不同。     

液氮温度下裸光纤布拉格光栅弹光系数实验测量

研究了裸光纤布拉格光栅(FBG)的低温应变特性,采用静态拉伸实验逐对记录FBG中心波长和加载应力,通过理论推导得到理论应变,并将其与相对波长变化量的关系曲线进行线性拟合,求出裸光纤布拉格光栅在常温和液氮温度下的有效弹光系数.此种实验方式消除了传统实验方式(将光栅粘在金属基片上)应变传递对测量结果的影响,使测量结果更准确.结果发现液氮温度下相对波长变化量ΔλB/λB与应变ε呈线性关系,测得常温和液氮温度下弹光系数分别为0.25和0.23.     

利用S分量透射比实现非可见光垂直入射的研究

在应用光学技术和光的测量技术中,常常需要光线垂直入射.理论研究发现S分量的透射比随入射角减小而单调增大,P分量的透射比随入射角的变化是非单调的,自然光透射比随入射角减小而增大的程度远不如S分量的高.实验还证明了当各向均匀薄板对入射的S分量有吸收时,S分量的光强透射比随入射角增大而下降更加迅速这一特点.因此,利用S分量透射比随入射角变化的独特规律,我们找到了一种实现非可见光垂直入射简便可行的方法.     

矩形断面水平管道内平面水跃消能系数分析

通过对矩形断面水平管道内平面水跃消能特性研究,建立起消能系数的理论公式,和通过实验研究所得经验公式,分析了水跃消能系数的变化规律。证明建立在实验基础上的消能系数经验公式是符合实际的,可供工程设计参考。