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部分相干光照明完全偏振光栅成像系统研究

光学学报 2024年第16期44卷 124-132页

作者：胡小英景心怡李昊刘爽刘卫国西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

基于偏振相干统一理论,研究光场相干性对正弦振幅光栅偏振成像系统的影响。建立空间域和频谱域数学模型,利用MATLAB软件对其进行模拟仿真。仿真结果显示,光栅归一化固有频率为0.8时,随着光源相干性更接近于完全相干光,成像系统频谱域一... 详细信息

基于偏振相干统一理论,研究光场相干性对正弦振幅光栅偏振成像系统的影响。建立空间域和频谱域数学模型,利用MATLAB软件对其进行模拟仿真。仿真结果显示,光栅归一化固有频率为0.8时,随着光源相干性更接近于完全相干光,成像系统频谱域一次谐波分量消失,仅剩直流分量。设计并搭建实验平台,利用50 line/mm的正弦振幅光栅进行实验研究,实验结果表明,当光栅归一化固有频率一定时,随着光源相干性增强,成像系统频谱域一次谐波分量消失,只有直流分量,实验结果与理论结果相吻合。

关键词：成像系统光栅相干性偏振特性频谱分量

基于多尺度成像的宽波段广域高分辨光学系统设计

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激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 258-267页

作者：张凡凡刘钧高明吕宏西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中... 详细信息

针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中间像面进行视场分割、成像及像差校正,从而实现广域高分辨成像。经过优化设计,最终得到全视场(105.6°×25.6°)的宽波段、大视场、高分辨光学系统。系统单通道全视场范围内点列图的最大均方根半径值小于一个像元尺寸,各视场调制传递函数值在空间频率为33 lp/mm处均大于0.6,曲线平滑集中。分析结果表明,该系统满足大视场、高分辨、全天候成像需求,可为后续宽波段、大视场、高分辨光学成像系统的设计提供一种可行的参考方案。

关键词：光学设计多尺度成像共心透镜广域高分辨系统宽波段

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宽光谱高分辨率的分光光度计光学系统设计

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 377-384页

作者：何丹吴玲玲陈靖李谱林西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

为了使分光光度计在宽光谱范围内能够实现高分辨率,采用旋转光栅方式设计了基于非对称式切尔尼-特纳(Czerny-Turner)型结构的光学系统。根据分光光度计的工作原理和几何像差理论,并考虑中心和边缘波长的影响,计算了分光系统各光学元件... 详细信息

为了使分光光度计在宽光谱范围内能够实现高分辨率,采用旋转光栅方式设计了基于非对称式切尔尼-特纳(Czerny-Turner)型结构的光学系统。根据分光光度计的工作原理和几何像差理论,并考虑中心和边缘波长的影响,计算了分光系统各光学元件的特征参数和结构参数。以光谱分辨率为主要目标,通过Zemax软件对光学系统进行仿真与优化设计,确定最佳光路结构,并采用多重结构模拟光栅旋转以实现对宽波段的扫描。仿真结果显示,系统在300~1000 nm光谱范围内分辨率均远优于0.1 nm。通过搭建实验系统验证了分光光度计的光谱分辨率能够达到0.1 nm的技术指标。因此,所设计的分光光度计光学系统对宽光谱高分辨率的光谱仪器设计具有一定的参考价值。

关键词：光学设计分光光度计切尔尼-特纳结构光谱分辨率

飞秒激光打印倾斜微结构在固液界面的变形研究(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 422-430页

作者：祁乔乔李鑫凯胡海健陈超张晨初张亚超吴思竹劳召欣合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 合肥工业大学材料科学与工程学院材料物理及新能源材料与器件系安徽合肥230009 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

在微纳制造过程中,固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性,导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程,对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立... 详细信息

在微纳制造过程中,固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性,导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程,对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立固液耦合界面下倾斜微板的毛细力作用模型,综合研究了倾斜角度、微板高度和结构间距对毛细力牵引下微结构形态(内组装、倾斜和外倒塌)的影响。结果表明:固液耦合界面下结构在毛细力作用下的变形行为主要取决于结构所受毛细力(内、外毛细力)和自身支撑力之间的竞争关系。理论分析、实验结果和仿真模拟表明,在高纵横比倾斜微结构阵列中,可以通过邻近结构的耦合设计来避免不对称毛细力诱导下的微结构坍塌。本工作对涉及固液耦合情况的倾斜型、高纵横比微纳米结构的加工制造具有重要的参考意义。

关键词：飞秒激光双光子聚合倾斜微结构固液耦合界面毛细力

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一种大视场高分辨率的复眼光学系统设计

应用光学 2024年第2期45卷 314-320页

作者：习啸天韩军张岩西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对传统无人机载成像系统无法实现大视场与高分辨率共存的问题,设计了一款大视场高分辨率无人机载复眼相机系统,该相机由曲面子眼阵列、光学中继系统和图像探测器三部分组成。中继系统使用了非球面设计,减小了系统体积。单个子眼焦距为... 详细信息

针对传统无人机载成像系统无法实现大视场与高分辨率共存的问题,设计了一款大视场高分辨率无人机载复眼相机系统,该相机由曲面子眼阵列、光学中继系统和图像探测器三部分组成。中继系统使用了非球面设计,减小了系统体积。单个子眼焦距为20 mm,视场角为10°,中继系统为一鱼眼透镜,焦距为7 mm,可将子眼阵列所成焦曲面像转为平面像。总系统视场达到122°×106°,F数为3,焦距为3 mm,在飞行高度1 000 m时对地分辨率为0.8 m。仿真结果显示,各个光学子通道调制传递函数(modulation transfer function, MTF)在208 lp/mm处均大于0.3,系统在给定的公差范围内像质能够满足要求。与现有无人机载复眼系统相比,该文设计的系统视场更大,分辨率更高,且体积更小。

关键词：大视场复眼相机光学设计公差分析

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遗传算法宽光谱光学系统设计方法研究

光学学报 2024年第2期44卷 163-169页

作者：陈阳王益清高明冯斌西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所陕西西安710021

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,... 详细信息

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。

关键词：宽谱段遗传算法等焦距光学设计方法

一种基于设计意图识别的风力机叶片逆向建模方法

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机床与液压 2024年第19期 83-88页

作者：蔡家铱成思源何金瀚杨雪荣广东工业大学机电工程学院

翼型是风力机叶片的基本单元，对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究，提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型，在Geomagic Design X软件中处理叶片模型，通过叶... 详细信息

翼型是风力机叶片的基本单元，对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究，提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型，在Geomagic Design X软件中处理叶片模型，通过叶片模型的坐标系对齐和截面轮廓的几何特征提取，测量出叶片厚度和弦长等参数，从而推导出叶片截面轮廓线的翼型型号。之后使用该翼型曲线表达式计算得出轮廓曲线经过的关键点，并以关键点位置为约束拟合得到叶片截面轮廓线，并建立其实体模型。通过体偏差检测可得，该方法能在满足公差要求的条件下，获得符合翼型特征与正向设计意图的CAD模型，验证了方法的可行性。

关键词：逆向工程叶片翼型参数提取

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求解TSP的离散野马优化算法

计算机工程与应用 2024年第1期60卷 145-153页

作者：蔡延光方春城吴艳林陈华君广东工业大学自动化学院广州510006 揭阳职业技术学院机电工程系广东揭阳522051

针对求解TSP问题,提出一种新的元启发式算法离散野马优化算法(DWHO),应用最小位置匹配值法(MPMV)对求解结果进行离散化解码;为提高算法搜索能力,结合野马放牧、交配、领导者交流与选拔行为,引入变邻域搜索策略,增强了算法的局部搜索能... 详细信息

针对求解TSP问题,提出一种新的元启发式算法离散野马优化算法(DWHO),应用最小位置匹配值法(MPMV)对求解结果进行离散化解码;为提高算法搜索能力,结合野马放牧、交配、领导者交流与选拔行为,引入变邻域搜索策略,增强了算法的局部搜索能力、加快算法收敛速度。选取TSPLIB标准库33个算例进行实验,并与交换序列人工蜂群算法(ABCSS)、离散蜘蛛猴优化算法(DSMO)两种算法进行比较。实验结果表明,DWHO求得的最优解与ABCSS、DSMO两种算法的最优解相比,最优解改进率最大值分别达到4.52%和3.41%。同时,将离散野马优化算法求解TSP收敛速度与以上两种算法进行比较,其收敛速度具有一定的优势。结果表明离散野马优化算法求解能力和精度具有优势。

关键词：离散野马优化算法旅行商问题最小位置匹配值法最优解改进率

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动目标模拟自由曲面离轴四反系统设计

激光与光电子学进展 2024年第15期61卷 300-307页

作者：张丹妮聂亮宋艳龙西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

以三级像差理论为基础,分析同轴四反光学系统的像差,构建出包含权重分配的初级像差系数和结构约束的混合目标函数,并采用改进的粒子群算法对其求解,获取高像质和特定布局的初始结构。通过离轴处理及引入XY多项式自由曲面优化初始结构,... 详细信息

以三级像差理论为基础,分析同轴四反光学系统的像差,构建出包含权重分配的初级像差系数和结构约束的混合目标函数,并采用改进的粒子群算法对其求解,获取高像质和特定布局的初始结构。通过离轴处理及引入XY多项式自由曲面优化初始结构,设计出一款焦距为365 mm、工作波段为0.4~0.7μm、8~12μm、F数为2,以及矩形视场为6°×2°的自由曲面离轴四反光学系统。结果表明,该系统能量集中度高,最大网格畸变为2.12%,全视场内可见波段光学传递函数均优于0.5@50 lp/mm,红外波段调制传递函数(MTF)曲线接近衍射极限,成像质量良好,与数字微镜器件(DMD)结合可满足光电跟踪系统的动态目标模拟需求。

关键词：光学设计动目标模拟离轴四反自由曲面矩形视场