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偏振双向衰减对光学成像系统像质影响的矢量平面波谱理论分析

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物理学报 2017年第8期66卷 87-96页

作者：张敏睿贺正权汪韬田进寿中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

偏振双向衰减(diattenuation)是指偏振元件引入的光场传播过程中表征电矢量的两个正交偏振态的振幅变化特性.在大部分有关偏振像差的讨论中,聚焦光场偏振态的振幅变化对其分布的影响较小而不被重视.但在一些大相对孔径光学系统中,对于... 详细信息

偏振双向衰减(diattenuation)是指偏振元件引入的光场传播过程中表征电矢量的两个正交偏振态的振幅变化特性.在大部分有关偏振像差的讨论中,聚焦光场偏振态的振幅变化对其分布的影响较小而不被重视.但在一些大相对孔径光学系统中,对于分束器、光调制器等有复杂平面介质结构的低透过率光学元件而言,引入的偏振相关的振幅调制相对大得多.本文依据矢量平面波谱理论,建立了笛卡尔坐标系下的理想光学成像系统的矢量光学模型,验证了与德拜矢量衍射积分的一致性.在线偏振光入射的条件下,对在汇聚光路中使用的光学元件的偏振双向衰减特性对成像质量的影响进行理论研究.结果表明,在调制传递函数的低频率处(v光学元件的偏振双向衰减特性对成像系统调制传递函数的影响逐渐变大.若要求调制传递函数的数值不低于衍射极限的90%,中频处(0.2NA/λ0.8NA/λ时,则需要控制在[0.9,1.11]的范围内.随着光学系统光轴与光学分界面法向的倾角增加,容差范围有所放宽.

关键词：矢量光学偏振像差调制传递函数

抑制孔径间距误差影响的相干场成像质量提升方法研究

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物理学报 2015年第12期64卷 178-185页

作者：程志远马彩文罗秀娟张羽朱香平夏爱利中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

相干场成像基于激光发射孔径间距相等、频谱相等的基本假设,迭代计算频谱重建高分辨图像,实际应用中不可避免的激光发射孔径间距误差是影响成像质量的重要因素.针对发射孔径间距误差造成的成像质量下降问题,提出一种抑制孔径间距误差影... 详细信息

相干场成像基于激光发射孔径间距相等、频谱相等的基本假设,迭代计算频谱重建高分辨图像,实际应用中不可避免的激光发射孔径间距误差是影响成像质量的重要因素.针对发射孔径间距误差造成的成像质量下降问题,提出一种抑制孔径间距误差影响的成像质量提升方法.首先分析了孔径间距误差对激光回波频谱和成像质量的影响机理;推导得到了频谱误差迭代模型;理论上构建了孔径间距误差对信号频谱和成像质量的零影响条件方程;提出一种线性规划方法求解成像质量零影响条件方程,得到孔径间距误差最优化分布矩阵;实际应用中基于该最优化误差矩阵合理分配各孔径间距误差,就可抑制孔径误差对成像质量的影响.实验验证了该方法的正确性和有效性.结果表明:该方法可提升成像质量评价指标斯特列尔比近1倍;所提方法可便捷有效地抑制孔径误差对成像质量的影响.该研究为实际相干场系统成像质量的提升和发射阵列孔径间距精度设计提供了理论指导.

关键词：发射孔径间距误差频谱误差成像质量相干场成像

光源光谱特性对空间相机调制传递函数检测的影响

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物理学报 2021年第13期70卷 137-145页

作者：刘尚阔王涛李坤曹昆张玺斌周艳赵建科姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

调制传递函数(modulation transfer function,MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问... 详细信息

调制传递函数(modulation transfer function,MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问题,提出了一种分析光源光谱特性对空间相机MTF检测结果影响的方法,设计了空间相机光谱响应率和单色PSF标定装置及方法.利用所提方法及标定结果,计算了五种光源检测空间相机MTF时的理论值,发现氙灯和其他四种光源的MTF值偏差较大.对比卤钨灯和氙灯检测MTF时的理论值,发现卤钨灯所得MTF在全频段内均大于氙灯所获取的MTF,二者之间的偏差在中高频处最大,最大偏差为0.075.搭建了实验装置,分别采用卤钨灯和氙灯作为光源,利用倾斜刃边法检测MTF,发现二者所得MTF在各个频率点处的分布特征及偏差与理论计算结果相同,且最大偏差为0.057.理论及实验结果表明,本文方法能够准确评估光源光谱特性对空间相机MTF检测的影响.

关键词：光学检测调制传递函数空间相机光源光谱特性

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点源透过率测试系统精度标定与分析

物理学报 2016年第11期65卷 142-148页

作者：李朝辉赵建科徐亮刘峰郭毅刘锴赵青中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

点源透过率(PST)测试系统是评价光学系统杂光抑制水平高低的关键设备,其系统精度的标定是研制难点,针对此设计了一套用于点源透过率杂散光测试系统精度标定的校准镜头.利用Tracepro建模分析了校准镜头在不同离轴角下的PST值,并用此系统... 详细信息

点源透过率(PST)测试系统是评价光学系统杂光抑制水平高低的关键设备,其系统精度的标定是研制难点,针对此设计了一套用于点源透过率杂散光测试系统精度标定的校准镜头.利用Tracepro建模分析了校准镜头在不同离轴角下的PST值,并用此系统对校准镜头不同离轴角下的PST值进行了实测,与其理论分析值进行比对完成设备精度的标定,同时通过实测数据分析了测试误差,给出了系统测试精度和测试极限水平.结果表明,在双柱罐内洁净度为ISO 7级的环境水平下,系统的可见光PST测试极限水平为10^(-8),测试精度对数值优于0.5,测量重复性为7.9%,根据对探测系统探测能力的评估,系统的PST极限测试水平为10^(-10).

关键词：点源透过率校准镜头双柱罐精度

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

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物理学报 2017年第7期66卷 315-325页

作者：段亚轩刘尚阔陈永权薛勋赵建科高立民中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是... 详细信息

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.

关键词：调制传递函数彩色相机刀口靶精度

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红外光纤传像系统像质优化方法研究

红外与激光工程 2018年第1期47卷 138-145页

作者：闫兴涛李福马小龙贺应红吕娟薛彬赵意意中国科学院西安光学精密机械研究所

红外光纤传像系统在红外探测领域具有重要的学术价值和广阔的应用前景。文中采用理论分析与实验验证相结合的方法,对其像质优化问题进行研究。基于系统工作原理和特点,建立了其调制传递函数的理论模型,分析了影响其像质的主要因素。结... 详细信息

红外光纤传像系统在红外探测领域具有重要的学术价值和广阔的应用前景。文中采用理论分析与实验验证相结合的方法,对其像质优化问题进行研究。基于系统工作原理和特点,建立了其调制传递函数的理论模型,分析了影响其像质的主要因素。结果表明:为保证系统成像质量,前置物镜及后继耦接镜在系统Nyquist频率处的MTF值应大于0.8,且耦接镜所成光纤像与探测器像元的对准偏差应小于0.5像元。为进一步分析光纤传像束自身缺陷对像质影响,特搭建了成像实验装置,对两种不同规格光纤传像束推扫成像结果对比发现:通过使用合适后继耦接镜、多层光纤TDI模式成像、传像束前后端镀增透膜、准确的均匀性校正处理等方法,可有效改善系统的成像质量。以上研究为该类系统的研制提供了必要的技术储备。

关键词：红外成像技术光纤传像束推扫式像质优化

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光纤Bragg光栅水听器特性及实验研究

光子学报 2006年第12期35卷 1934-1940页

作者：郑承栋郑黎何俊华陈良益中国科学院西安光学精密机械研究所

论述了光纤Bragg光栅(FBG)水听器探头基元-(FBG)的传感特性,分析了FBG的耦合系数、反射率、反射带宽和栅长对光纤Bragg光栅水听器传感特性的影响·通过改进光纤Bragg光栅水听器探头封装结构,增加了其压力敏感系数·并将实验结果与标准... 详细信息

论述了光纤Bragg光栅(FBG)水听器探头基元-(FBG)的传感特性,分析了FBG的耦合系数、反射率、反射带宽和栅长对光纤Bragg光栅水听器传感特性的影响·通过改进光纤Bragg光栅水听器探头封装结构,增加了其压力敏感系数·并将实验结果与标准水听器(压电型)比较,标定出光纤Bragg光栅水听器的声压灵敏度;对传感信号进行电路解调,得出了解调结果,结果显示与原始声波信号基本一致·试验表明,在1kHz^25kHz的声波检测范围,光纤Bragg光栅水听器响应平坦度好,信号输出稳定,证明文中采取的改进措施是有效的·

关键词：光纤Bragg光栅水听器波长偏移水声增敏频响

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可调谐相位板空域频域联合分析

物理学报 2015年第22期64卷 173-180页

作者：周亮刘朝晖折文集中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

波前编码系统采用在传统光学系统中加入相位板来扩大光学系统的景深而避免传统景深延拓技术的不利影响.由于相位板的参数不可调,整个系统的景深延拓扩展率也不能动态可调.采用两相位板组合的方法可以有效克服这一点.本文首先从光线差的... 详细信息

波前编码系统采用在传统光学系统中加入相位板来扩大光学系统的景深而避免传统景深延拓技术的不利影响.由于相位板的参数不可调,整个系统的景深延拓扩展率也不能动态可调.采用两相位板组合的方法可以有效克服这一点.本文首先从光线差的角度提出了两三次相位板组合下的光线像差分布以及点扩散函数尺寸的具体关系表达式,直观体现了系统的光线结构,指出了光线结构和点扩散函数尺寸受两三次相位板的面型和相对位移量的影响.其次采用稳相法从空间域给出了系统点扩散函数表达式,依据点扩散函数的振荡性质给出了有效带宽表达式,提出了点扩散函数在像面的位置会随两相位板面型参数以及相对于光瞳中心的位移量而发生平移.最后利用菲涅耳积分给出两三次相位板任意面型参数和相对位移组合下的准确光学传递函数.在得到的调制传递函数中直观体现出了面型参数和相对位移量对调制传递函数和相位传递函数以及有效带宽的影响,并说明了此系统相位传递函数的非线性性质.通过空间域与频率域相结合的方法分析验证了传统的两三次相位板组合具有景深可调和带宽可调的性质,为设计可调谐波前编码系统提供了理论依据.

关键词：可调谐波前编码点扩散函数光学传递函数

基于邻域向量内积局部对比度图像增强的光学元件损伤检测

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光学精密工程 2019年第12期27卷 2668-2682页

作者：王拯洲段亚轩王力谭萌李红光魏际同中国科学院西安光学精密机械研究所

为了解决局域对比度方法(LCM)无法检测局部亮区损伤目标和分离效率低的问题,本文提出了基于邻域向量内积局部对比度图像增强的光学元件损伤目标检测方法。首先,将图像中的每一个点的3×3邻域生成一个9维邻域向量,并将邻域内的最大值扩... 详细信息

为了解决局域对比度方法(LCM)无法检测局部亮区损伤目标和分离效率低的问题,本文提出了基于邻域向量内积局部对比度图像增强的光学元件损伤目标检测方法。首先,将图像中的每一个点的3×3邻域生成一个9维邻域向量,并将邻域内的最大值扩展成一个9维度极值向量,计算邻域向量与极值向量的内积;其次,计算每个像素的邻域向量内积对比度值(NVDC);然后,计算每个像素的邻域向量内积局部对比度,即在一个较大的区域内(5×5)搜索当前像素所有邻域向量内积对比度的最大值,作为当前像素的邻域向量内积局部对比度值(NVDLC);最后,对NVDLC图像进行二值化和目标分离。实验结果表明,通过本文的增强方法使得损伤图像的信噪比从3.775提高到12.445,损伤目标信号得到极大的增强。在经过邻域向量内积局部对比度方法图像增强后,能够直接使用自适应阈值公式将小于2 pixel的损伤目标从背景中分离出来,满足了弱对比度损伤目标检测对于精度和效率的要求。

关键词：损伤检测图像增强临域向量局域对比度方法邻域向量内积对比度