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光线追迹法在双折射滤光器误差分析中的应用

光学精密工程 2008年第5期16卷 771-777页

作者：玄伟佳王东光邓元勇张志勇孙英姿中国科学院国家天文台怀柔太阳观测站

从单轴晶体的双折射性质出发,应用光线追迹方法,研究了滤光器系统中光的传播规律。将光线的传播方向、相位信息和振动状态用入射角、入射光方位角和晶体参量表示出来,结合偏振光的干涉原理,辅以计算机编程,分析了多种误差源对透过带形... 详细信息

从单轴晶体的双折射性质出发,应用光线追迹方法,研究了滤光器系统中光的传播规律。将光线的传播方向、相位信息和振动状态用入射角、入射光方位角和晶体参量表示出来,结合偏振光的干涉原理,辅以计算机编程,分析了多种误差源对透过带形状的影响。通过与Evans离轴效应公式的对比,得到0.7%的最大相对误差,从而验证了本文方法的正确性,为滤光器的研制提供了可靠依据。

关键词：太阳观测偏振光学透过带形状光线追迹法双折射滤光器

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空间望远镜中快摆镜摆动引起的投影畸变效应

光学学报 2024年第11期 66-73页

作者：李龙王维曹智睿孟庆宇李成浩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学

为了提高大口径大视场空间望远镜中精密稳像系统在稳像过程中的稳像精度，本文对精密稳像系统中快摆镜（FSM）摆动引起的投影畸变效应进行了理论分析。从几何光学角度，采用光线追迹法建立了FSM摆动引起的像移计算模型，并从不同视场像... 详细信息

为了提高大口径大视场空间望远镜中精密稳像系统在稳像过程中的稳像精度，本文对精密稳像系统中快摆镜（FSM）摆动引起的投影畸变效应进行了理论分析。从几何光学角度，采用光线追迹法建立了FSM摆动引起的像移计算模型，并从不同视场像点的位移中解析出投影畸变效应；以我国正在建设中的巡天空间望远镜为例，采用CODE V中的光线追迹结果进行交叉验证；根据这一模型，分析了对投影畸变效应可能产生影响的视场大小、FSM行程、FSM到焦面视场中心的距离等因素。结果表明：像移模型的计算精度很高，其计算结果与光线追迹计算结果误差不超过0.01μm；视场大小、FSM行程和中心视场主光线的入射角是影响投影畸变大小的主要因素。本文建立的像移计算模型能够满足实际应用需求，对投影畸变影响因素的分析结果可以为精密稳像系统的设计提供参考依据。

关键词：望远镜投影畸变光线追迹法齐次坐标变换法快摆镜精密稳像

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定日镜场设计中不同优化算法的比较

太阳能学报 2024年

作者：罗嘉成温嘉豪蒲建颖杨健广东工业大学自动化学院

利用光线追迹法对定日镜的光学效率进行数学建模，结合放射状栅格法得到定日镜在场中的布局，同时考虑到实际镜场并非已有研究的东西对称型，为此增加了吸收塔在东西方向上的位置参数。随后以镜场达到额定年平均输出功率为约束条件、单... 详细信息

利用光线追迹法对定日镜的光学效率进行数学建模，结合放射状栅格法得到定日镜在场中的布局，同时考虑到实际镜场并非已有研究的东西对称型，为此增加了吸收塔在东西方向上的位置参数。随后以镜场达到额定年平均输出功率为约束条件、单位镜面面积年平均输出功率最大为目标函数，比较鲸鱼优化、粒子群优化、差分优化对吸收塔位置、定日镜尺寸、定日镜数目、定日镜位置的设计结果。

关键词：定日镜场数学技术光线追迹法放射状栅格布局非东西对称布局

基于光线追迹法的飞行器头罩外流场气动光学效应研究

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基于光线追迹法的飞行器头罩外流场气动光学效应研究

作者：张东阳西安电子科技大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器在高空飞行时会与气流发生剧烈作用,使光学成像系统的目标图像发生偏移、模糊、畸变等现象,这称为气动光学效应。研究飞行器周围的流场特性以及流场造成的气动光学效应,对于提高目标成像的清晰度和定位精确度,以及对于气... 详细信息

高超声速飞行器在高空飞行时会与气流发生剧烈作用,使光学成像系统的目标图像发生偏移、模糊、畸变等现象,这称为气动光学效应。研究飞行器周围的流场特性以及流场造成的气动光学效应,对于提高目标成像的清晰度和定位精确度,以及对于气动光学效应的校正,都具有重要的研究意义。本文采用计算流体力学技术,借助ICEM软件建立了飞行器光学头罩钝锥体模型,随后通过Fluent软件仿真出光学头罩壁面附近的高速流场在不同高度和马赫数状态下的密度场分布特性,并试着从空气动力学角度对这种分布做出合理解释。为了方便对目标流场的研究,本文对流场网格进行了预处理,包括流场坐标系的转换、计算流体区域的选择以及利用G-D公式求解流场的折射率分布。为了精确计算光线在流场中的传输,本文运用误差后向反馈(BP)神经网络算法,对不同状态下的折射率场进行插值训练,得到了规则的网格矩阵、足够密集的折射率值分布。本文从流场的密度分布开始,分别从几何光学法和物理光学法两个角度对层流流场的气动光学效应进行分析。首先从几何光学方法入手,采用基于流体计算网格的光线追迹方法,大大降低了计算量和计算复杂度。根据光线在网格中传输的具体情况,提出了四种不同的折射率插值计算方法,提高了计算精度。最后重点计算了光线在流场中传输最终到达壁面窗口的光程差、角偏差和瞄视误差,并研究了它们随着高度、马赫数和光线入射角的变化规律。结果表明,飞行马赫数和光线入射角的增大,会使气动光学效应增强;相反,气动光学效应随着高度的上升而减弱,且当高度上升到一定程度,可以明显削弱其他因素对气动光学效应的影响。物理光学方法的研究从光程差开始,首先给出了光束穿过流场到达成像面的光程差、波像差、点扩散函数和斯特列尔比的计算方法。接着研究了高度、马赫数和光束入射角对成像面内点扩散函数分布和斯特列尔比的影响。结果表明,光束入射角的增大会加重成像的模糊并且减弱中心成像的亮度,使气动光学效应增强;随着高度的增加,斯特列尔比变大,气动光学效应逐渐减弱,这与上文的结论相呼应。本文还从新的角度入手,研究了基于折射率梯度门限的重构折射率场并验证了用它来研究气动光学效应的精确度和可靠性。首先利用不同阀值时的折射率梯度门限重构了折射率场,并与原来的折射率场进行比较。研究发现当忽略的折射率梯度元素的个数占总个数的50%以内时,重构折射率场几乎等同于原折射率场。最后通过光线追迹法计算光程差的均方根相对误差,验证了这一结论。这对于研究气动光学效应机理以及修正气动光学效应有重要参考价值,为气动光学效应的研究提供了一个新的思路。

关键词：高超声速气动光学 BP神经网络光线追迹法折射率梯度门限

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基于光线追迹法的球形大粒子的多次散射计算

大学物理实验 2012年第4期25卷 1-2,28页

作者：尹红伟张海良贾红辉罗剑峰国防科技大学湖南长沙410073

基于光线追迹法模拟了球形大粒子的多次散射过程,利用菲涅耳公式建立了散射矩阵的理论表达式,并利用Matlab对计算过程进行编程。以水滴为例进行了定量计算,获得了散射功率随散射次数和散射角的分布。相关结论可用于光学大气传输的定量... 详细信息

基于光线追迹法模拟了球形大粒子的多次散射过程,利用菲涅耳公式建立了散射矩阵的理论表达式,并利用Matlab对计算过程进行编程。以水滴为例进行了定量计算,获得了散射功率随散射次数和散射角的分布。相关结论可用于光学大气传输的定量计算。

关键词：光线追迹法球形大粒子多次散射散射矩阵

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基于Campo布置的定日镜场分布应用研究

可持续能源 2024年第2期14卷 21-39页

作者：阮泽宇赵乃樵刘雅澜杨萍重庆交通大学信息科学与工程学院重庆重庆交通大学数学与统计学院重庆重庆交通大学经济与管理学院重庆

定日镜场子系统与塔式太阳能热发电系统的综合性能紧密相连,它是塔式太阳能热发电站中的核心子系统之一。由于定日镜场包含大量的定日镜,并且在电站建设完成后,定日镜的安置位置无法更改,所以对定日镜场的初始布局规划显得格外关键。传... 详细信息

定日镜场子系统与塔式太阳能热发电系统的综合性能紧密相连,它是塔式太阳能热发电站中的核心子系统之一。由于定日镜场包含大量的定日镜,并且在电站建设完成后,定日镜的安置位置无法更改,所以对定日镜场的初始布局规划显得格外关键。传统的定日镜布局方式未能有效地控制发生定日镜场的能量损失。本文运用Campo布置模型,建立了基于动态规划、Camop布置和光学追迹的定日镜布置模型,计算单位镜面面积年平均输出热功率,并与传统的放射状栅格法布置下单位镜面面积年平均输出热功率进行对比。研究结果表明:当定日镜场在年平均输出热功率固定的情况下,Campo布置相较于传统的放射状栅格法布置,单位镜面面积年平均输出热功率提升了20.52%,并且极大优化了土地的使用效率。

关键词： Campo布置定日镜场光线追迹法网格化算法

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毛细管X光平行束透镜坪区特性的研究

北京师范大学学报（自然科学版） 2022年第1期58卷 18-24页

作者：王逸凡陈佳睿刘志国北京师范大学物理学系北京100875 北京师范大学核科学与技术学院北京100875

玻璃对X射线的折射率接近1,无法使用传统的光学透镜对其进行会聚或平行调控.将大量毛细管按照一定方式排列组合,在符合全反射原理的情况下,对点X光源发射的X射线进行调控;着重于研究整体毛细管X光平行束透镜,利用光线追迹法进行数值模拟... 详细信息

玻璃对X射线的折射率接近1,无法使用传统的光学透镜对其进行会聚或平行调控.将大量毛细管按照一定方式排列组合,在符合全反射原理的情况下,对点X光源发射的X射线进行调控;着重于研究整体毛细管X光平行束透镜,利用光线追迹法进行数值模拟,设计仿真模拟程序,模拟出X射线在整体毛细管X光平行束透镜中的传播路径;通过改变毛细管的子管参数和排列方式,使毛细管X光平行束透镜的出射光束出现光束坪区,并设计出出光均匀性80%以上的毛细管X光平行束透镜;通过试验分别使用等径和变径毛细管X光平行束透镜对X点光源进行成像,验证了变径优化对出射光束均匀性的改善作用,其中变径X光平行束透镜的出射光束的发散角低至11.7 mrad.

关键词： X射线光学毛细管X光平行束透镜光线追迹法全反射坪区

马丁内兹型啁啾脉冲放大系统高阶色散的混合补偿

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物理学报 2005年第2期54卷 777-781页

作者：孙振红柴路张志刚王清月张伟力袁晓东黄小军天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室国家教育部光电子信息技术科学重点实验室天津300072 俄克拉荷马州立大学电气与计算机工程系绵阳621900 中国工程物理研究院激光聚变研究中心

采用光线追迹法对含有马丁内兹型展宽器的CPA系统的各阶色散进行了系统的理论研究 ,提出了引入适当负三阶色散量以补偿五阶色散的总体色散的混合补偿方法 .该方法能够获得比采用仅补偿二、三阶色散的逐阶色散补偿法更接近傅里叶变换极... 详细信息

采用光线追迹法对含有马丁内兹型展宽器的CPA系统的各阶色散进行了系统的理论研究 ,提出了引入适当负三阶色散量以补偿五阶色散的总体色散的混合补偿方法 .该方法能够获得比采用仅补偿二、三阶色散的逐阶色散补偿法更接近傅里叶变换极限的超短脉冲 .

关键词：三阶色散高阶色散啁啾脉冲放大色散补偿超短脉冲光线追迹法展宽器五阶极限大系统

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LD侧泵激光器抽运光和温度分布数值研究

光电子．激光 2004年第11期15卷 1305-1310页

作者：蔡志强姚建铨温午麒赵士勇周建勇李君王鹏天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所教育部光电信息技术科学重点实验室南开大学天津大学联合研究院天津300072

基于光线追迹法和有限差分法,计算了不同参数下光LD侧面抽运激光棒时吸收的功率和温度分布。模拟计算结果表明不同的抽运头结构对抽运光功率和温度分布有重要影响。随着抽运方向的增多,抽运光功率和温度分布越来越对称。介绍了一些提高... 详细信息

基于光线追迹法和有限差分法,计算了不同参数下光LD侧面抽运激光棒时吸收的功率和温度分布。模拟计算结果表明不同的抽运头结构对抽运光功率和温度分布有重要影响。随着抽运方向的增多,抽运光功率和温度分布越来越对称。介绍了一些提高抽运光和温度分布均匀性的方法。研究了激光棒横截面内的温度与热传导系数的关系,该温度随热传导系数的增大非线性减小,在一定的抽运功率条件下,热传导系数存在着一个最佳值。

关键词：抽运光 LD 光功率激光器激光棒侧面抽运光线追迹法热传导系数最佳值对称