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基于zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析

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中国激光 2018年第7期45卷 177-184页

作者：陈洪芳汤亮孙衍强石照耀赵晓飞北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124 工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心(中国软件评测中心) 北京100048

为满足精密测量领域精度高、可靠性强、实时性好的测量要求,提出一种基于zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析方法。根据激光追踪测量光学系统原理,建立激光追踪测量光学系统能量模型,利用zemax仿真分析非理想光学元件对光学系统... 详细信息

为满足精密测量领域精度高、可靠性强、实时性好的测量要求,提出一种基于zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析方法。根据激光追踪测量光学系统原理,建立激光追踪测量光学系统能量模型,利用zemax仿真分析非理想光学元件对光学系统能量的影响。仿真结果表明,干涉分光镜的分光比为5…5且追踪分光镜的分光比为7…3时,四路干涉信号能量接近,条纹对比度达到0.89,干涉效果最好。偏振分光镜反射率在非理想条件下,四路干涉信号的条纹对比度会下降。偏振分光镜透射率在非理想条件下不影响四路干涉信号的条纹对比度。该研究对激光追踪测量系统的精度提升、可靠性评估、光学系统设计和光学元件选择具有指导意义。

关键词：测量激光追踪测量 zemax仿真能量分析高精度测量

基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪系统zemax仿真方法

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中国激光 2019年第1期46卷 232-239页

作者：陈洪芳汤亮石照耀宋辉旭孙衍强北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124

提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的zemax仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型,建立了基于zemax软件的光学系统模型,分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影... 详细信息

提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的zemax仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型,建立了基于zemax软件的光学系统模型,分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影响。仿真分析结果表明,当光学系统分光部分、追踪部分和接收部分的分光镜的分光比分别为2…8、6…4和5…5时,条纹对比度达到0.99,光学系统的干涉效果最好。光学系统中的偏振分光镜在非理想条件下,对干涉信号的条纹对比度的影响较小。

关键词：测量空气折射率补偿激光追踪仪 zemax仿真能量分析高精度测量

基于双激光视觉成像与BP算法的微小位移测量

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激光与红外 2024年第4期54卷 542-549页

作者：李世雯路恩会郭耀村朱兴龙扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成... 详细信息

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成像的原理对双激光模型进行理论分析,使用zemax对测距模型进行数值模拟,以验证所提方法的理论可行性与优越性;其次,根据数值模拟结果设计并搭建实验平台进行图像采集实验,提取一系列图像特征作为BP网络的输入,以位移参数为输出,构建位移预测模型。实验结果表明,相比单激光模型,本文提出的双激光位移模型有更高的测量精度,引入BP神经网络后,测量准确度达到99以上。本文为微小位移高精度测量提供了新方法与新思路。

关键词：双激光测距位移测量 zemax仿真 BP神经网络

基于zemax的浑浊介质光谱仪光学设计的仿真研究

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基于ZEMAX的浑浊介质光谱仪光学设计的仿真研究

作者：杨江来湖南理工学院

学位级别：硕士

光谱测量技术是利用介质对不同波长的信号具有不同的吸收和散射特性,实现对介质光谱特性测量的一种方法。光谱仪能提供光谱测量所需的光谱信号,是光谱测量技术的关键设备。本文针对对光具有较强散射能力的浑浊介质样品,搭建了一套浑浊... 详细信息

光谱测量技术是利用介质对不同波长的信号具有不同的吸收和散射特性,实现对介质光谱特性测量的一种方法。光谱仪能提供光谱测量所需的光谱信号,是光谱测量技术的关键设备。本文针对对光具有较强散射能力的浑浊介质样品,搭建了一套浑浊介质多参数测量用光谱仪仿真系统,采用zemax和Rhino对系统的光路部分和机械部分分别进行了设计仿真,并对系统机械和光路进行了优化,相比优化前,输出光斑光线数量和能量提高1000倍。并利用该光谱仪系统设计了浑浊介质散射光信号测量的仿真系统,实现对不同波长光束通过浑浊介质后在反射面和透射面的不同角度散射光信号测量的仿真。论文的具体工作如下:(1)采用Rhino设计了光源发光体的三维机械结构,导入zemax,得到光源的机械仿真模型。对不同光源发光体的形状、大小和位置影响输出光斑阴影分布、中心点光强和光斑对称性进行了仿真和分析。利用zemax设计了基于Czemy＿Turner结构的光谱仪光路系统,结合光源发光体模型,对整个光谱仪系统进行了仿真。使用渐进逼近的方法,并对系统的光源发光体结构、准直和分光光路进行优化。优化后能将光谱仪输出光束数量从10提高到10根。(2)采用zemax设计仿真了浑浊介质散射光测量系统,介质样品分未装样品的空气样品和聚苯乙烯小球悬浮液,散射光的测量为前向透射、漫反射和漫散射三探测器结构,光谱波长范围为560-960 nm。结合Mie散射理论对不同聚苯乙烯小球半径、波长和浑浊介质的各项异性参数下的探测器散射光信号强度进行了仿真,得出了多个参数对样品散射信号强度的变化规律,为后期改进实验装置提供支持。

关键词：光谱仪光学设计 zemax仿真浑浊介质

基于zemax二氧化硫荧光采集光路的设计仿真

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激光技术 2020年第2期44卷 221-225页

作者：刘杰辉李鑫河北工程大学机械与装备工程学院邯郸056038

为了实现二氧化硫分析仪精确连续地检测空气中低含量SO 2,针对传统二氧化硫检测仪在荧光汇聚时存在光线汇聚效果弱、像差大且由于透镜的焦距长增大了荧光采集光路长度等问题,在传统仪器的基础上对荧光采集光路重新进行了设计优化。采用... 详细信息

为了实现二氧化硫分析仪精确连续地检测空气中低含量SO 2,针对传统二氧化硫检测仪在荧光汇聚时存在光线汇聚效果弱、像差大且由于透镜的焦距长增大了荧光采集光路长度等问题,在传统仪器的基础上对荧光采集光路重新进行了设计优化。采用分解光焦度的方法改善系统的球差问题,进行了理论分析和实验验证。改进后对其进行zemax仿真并运用正交法对新光路进行修正。通过仿真两种光路的非序列结构阴影模型图、探测查看器的光照图以及点列图,取得了光强以及光斑直径的实验数据。结果表明,优化后的光路系统峰辐强度达到了219.41W/cm 2,弥散斑直径减少了17%。该方案能够有效解决传统光路中的不足之处,成像质量效果更佳。

关键词：大气光学 zemax仿真荧光光路成像质量正交法

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基于zemax的光栅干涉仪仿真

基于ZEMAX的光栅干涉仪仿真

作者：夏野电子科技大学

学位级别：硕士

本文以光刻机超精密测量需求为背景,论述了一种二自由度光栅干涉仪测量系统。分别对光栅干涉仪的光路结构和测量原理进行了介绍和推导,并基于外差相位解算方法对光栅干涉仪测量原理进行了验证;提出了一种基于光学软件zemax的信号对比度... 详细信息

本文以光刻机超精密测量需求为背景,论述了一种二自由度光栅干涉仪测量系统。分别对光栅干涉仪的光路结构和测量原理进行了介绍和推导,并基于外差相位解算方法对光栅干涉仪测量原理进行了验证;提出了一种基于光学软件zemax的信号对比度和位移测量仿真方法,在此基础上分析了光栅干涉仪进行转动测量时光栅角度转动对信号对比度和位移测量的影响;最后提出了基于蒙特卡洛模拟的公差评价方法和基于最小加工难度的公差优化分配方法,并得到测量读数头中各光学元件的最优角度公差带。论文所提出的基于zemax的仿真方法具有通用性、建模简单、可进行动态信号仿真、准确性高等特点。本文具体的工作如下:针对本文论述的一种二自由度光栅干涉仪,提出了一种基于光学仿真软件zemax的仿真方法。该方法通过zemax和MATLAB的配合使用,可进行光栅干涉仪动态信号仿真,从而可进行干涉仪信号对比度和位移测量的仿真分析。通过实验验证了该仿真方法的正确性,并成功搭建了二自由度光栅干涉仪实验平台,利用外差解算方法完成了测量原理验证。在光栅干涉仪进行转角测量过程中,测量光栅的角度转动会直接影响信号对比度,进而影响信噪比。根据信号对比度仿真方法,分析了光栅干涉仪中测量光栅角度转动对信号对比度的影响,并分析了光栅存在多角度耦合情况下的情况。为了约束光栅干涉仪尺寸,必须进行集成型光栅干涉仪的加工,而其加工公差的大小会影响最终的信号对比度。目前,尚未有针对光栅干涉仪加工公差的相关研究。因此,本文根据信号对比度仿真方法,提出了基于蒙特卡洛模拟的公差评价方法,利用BP神经网络进行了信号对比度与光学元件角度偏差关系的拟合。结合上述研究内容,提出了基于最小加工难度的光栅干涉仪公差优化分配方法,并以此得到光栅干涉仪测量读数头中各光学元件的最优角度公差带。

关键词：光栅干涉仪 zemax仿真信号对比度转角测量公差

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黄曲霉毒素B1光纤检测系统设计

电子测量技术 2022年第4期45卷 39-44页

作者：胡良吴才章赵志科徐坤河南工业大学电气工程学院郑州450001

为了解决传统化学发光酶免疫分析方法中大尺寸光电检测装置探测头与反应孔的对准难题,采用多模光纤结合光纤型光子计数探头对目标信号进行探测,设计一种基于光电检测技术的黄曲霉毒素B1光纤检测系统。通过zemax仿真与测试结果显示,在反... 详细信息

为了解决传统化学发光酶免疫分析方法中大尺寸光电检测装置探测头与反应孔的对准难题,采用多模光纤结合光纤型光子计数探头对目标信号进行探测,设计一种基于光电检测技术的黄曲霉毒素B1光纤检测系统。通过zemax仿真与测试结果显示,在反应孔范围内,与反应孔中心位置检测相比光纤光子收集比达到95.83%以上,检测相对标准偏差RSD≤0.21%,光纤探测口与反应孔对准要求大大降低。试验结果表明,该光纤检测系统的检出限为0.63μg/L,标准曲线相关系数为0.9977,RSD为1.03%~2.38%,样品加标回收率为92.62%~96.03%,具有更高线性度、精密度、重现性等。

关键词：黄曲霉毒素B1 光电检测多模光纤 zemax仿真

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基于利特罗角的8细分光栅干涉仪读头设计

激光杂志 2022年第5期43卷 38-42页

作者：康森熊显名王鹏杜浩桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

提出了一种外差式利特罗结构的高光学细分读头设计方案,该读头设计实现了8倍光学细分,从而提高了测量系统的分辨力,实现精密测量。基于光栅衍射原理和多普勒频移分析了该读头的测量原理,构建光栅干涉仪读头的测量模型。使用zemax仿真软... 详细信息

提出了一种外差式利特罗结构的高光学细分读头设计方案,该读头设计实现了8倍光学细分,从而提高了测量系统的分辨力,实现精密测量。基于光栅衍射原理和多普勒频移分析了该读头的测量原理,构建光栅干涉仪读头的测量模型。使用zemax仿真软件搭建读头光路并进行仿真分析,获得相干相位图样,从而验证了该读头结构的可行性。通过MATLAB与zemax进行动态数据交换,实现该读头测量的信号对比度仿真,测量信号的对比度为0.426。

关键词：光栅干涉仪读头结构设计多普勒频移 zemax仿真

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线形光镊显微成像系统设计和方法研究

线形光镊显微成像系统设计和方法研究

作者：贾源桂林电子科技大学

学位级别：硕士

1986年,Ashkin发明了单光束梯度力阱后,光镊展现了其作为工具来研究微观粒子的巨大潜力。通过数十年科研人员不断的探究,光镊被不断地进行改进,成功应用到了从纳米到微米级别的各种领域。利用各种新型光束产生光镊是当下热点,本文利用... 详细信息

1986年,Ashkin发明了单光束梯度力阱后,光镊展现了其作为工具来研究微观粒子的巨大潜力。通过数十年科研人员不断的探究,光镊被不断地进行改进,成功应用到了从纳米到微米级别的各种领域。利用各种新型光束产生光镊是当下热点,本文利用线形激光制造出一种线形光镊,可以在单双线之间进行切换,并可对其几何尺寸进行调节。本文围绕着线形光镊技术,分别介绍和研究了以下几个方面: 1.介绍高斯光束特点、分析单个柱形透镜和垂直有距柱形透镜对光束的整形作用;分析准直扩束系统对光束的约束作用,为线形光镊系统的设计、仿真与搭建提供了理论依据。2.通过zemax光学仿真软件设计、讨论和比较单柱透镜、正交有距双柱透镜、鲍威尔棱镜等几种激光整形方案的优缺点,本论文优选出正交有距双柱透镜配合准直扩束系统设计长宽比可调节的线形激光整形系统。以TEM10模式的激光为光源,经过光束整形系统,准直扩束系统和显微物镜,获得长宽比可调节的单双线切换的线形光镊。3.利用高阶模激光器搭建单双线切换线形光镊显微成像实验系统,能够捕获和排列不同尺寸的聚苯乙烯微珠;旋转光束整形系统实现线形光镊的单双线切换,进而可以旋转操控被线形光镊所捕获的微珠。根据实验结果,对单线与双线光镊捕获力进行比较。4.利用该线形光镊具有与多种显微成像技术相兼容的特点,分别构建了基于线形光镊的旋转散斑显微成像系统与基于线形光镊的旋转光片显微成像系统。通过线形光镊对捕获的荧光微珠进行旋转,分别获取样品散斑图像,和微珠的光片层析成像。

关键词：线形光镊 zemax仿真柱透镜光学动态操控显微成像