光学系统的光束指向稳定性光电测试法研究

光学仪器中的光学稳定性与性能测试光学仪器在现代科学研究和工业生产中起着至关重要的作用。

然而，由于光学系统的复杂性和精密性，光学稳定性和性能测试成为了确保光学仪器正常运行和准确测量的关键。

光学稳定性是指光学系统在时间和环境变化下的性能保持程度。

在实际应用中，光学系统往往会受到温度、湿度、机械振动等因素的影响，这些因素可能导致光学系统的性能发生变化，从而影响测量结果的准确性。

因此，对光学稳定性进行测试和监控是非常重要的。

光学稳定性测试通常包括两个方面：时间稳定性和环境稳定性。

时间稳定性测试是指在一定时间范围内，光学系统的性能是否保持稳定。

环境稳定性测试则是指在不同环境条件下，光学系统的性能是否受到影响。

这些测试通常通过测量光学系统的输出信号的变化来评估光学稳定性。

在光学稳定性测试中，常用的测试方法包括频率稳定性测试、相位稳定性测试和幅度稳定性测试等。

频率稳定性测试是通过测量光学系统输出信号的频率变化来评估光学系统的稳定性。

相位稳定性测试则是通过测量光学系统输出信号的相位变化来评估光学系统的稳定性。

幅度稳定性测试则是通过测量光学系统输出信号的幅度变化来评估光学系统的稳定性。

这些测试方法可以帮助我们了解光学系统在不同时间和环境条件下的性能变化情况，从而采取相应的措施来保证光学系统的正常运行。

除了光学稳定性测试，光学仪器的性能测试也是非常重要的。

光学仪器的性能测试通常包括分辨率测试、灵敏度测试、动态范围测试等。

分辨率测试是指测量光学系统的最小可分辨的细节大小，它是评估光学系统分辨能力的重要指标。

灵敏度测试是指测量光学系统对光信号的敏感程度，它是评估光学系统灵敏度的重要指标。

动态范围测试是指测量光学系统在输入信号强度变化范围内的线性度，它是评估光学系统测量范围的重要指标。

这些性能测试可以帮助我们评估光学仪器的测量能力和可靠性，从而选择适合的光学仪器进行实验和生产。

在光学仪器中，光学稳定性和性能测试的重要性不可忽视。

光学中的光学稳定性方程光学稳定性方程是光学中非常重要的方程之一，它描述了光学元件在不稳定的光场中的行为，影响到光学系统的工作效率和可靠性。

在本文中，我们将深入探讨光学稳定性方程的定义、内容、应用及其相关领域的发展。

光学稳定性方程的定义光学稳定性方程是描述光场聚焦和合成的方程，主要描述光学元件在不稳定的光场中的行为，以及这种行为对系统性能的影响。

这个方程通常是一个微分方程，因为它描述了时间对系统的影响。

在实际应用中，光学稳定性方程适用于具有非线性、色散和吸收的材料和光学波导管。

光学稳定性方程的内容光学稳定性方程的主要内容是描述光波在光学元件内部聚焦和合成的情况。

这个方程通常基于光学非线性和光波色散的性质，它可以用数学方式来表示。

通常来说，光学稳定性方程是光学非线性的一种形式，它描述了光波聚焦和合成的行为。

这意味着它可以描述光场的传输、产生和降低等不同方面的行为，因此，光学稳定性方程是光学研究中具有重要意义的一部分。

光学稳定性方程的应用在实际应用中，光学稳定性方程的应用非常广泛。

例如，在光波导管、微波引导和光学滤波器等方面都有应用。

此外，它还可以用于研究光波在非线性等集成光学元件上的行为，以及在光通讯等领域的应用。

光学稳定性方程的意义不仅在于它描述了光波聚焦和合成的行为，还在于它实际上可以帮助优化光学系统，提高光学元件的效率和可靠性。

因此，在实际应用中，光学稳定性方程是非常重要的。

光学稳定性方程的相关领域的发展随着光学领域的发展，光学稳定性方程也在不断被改进和发展。

例如，现代的光学稳定性方程通常涉及到更加复杂的光学非线性、超连续波和量子效应等方面。

此外，随着新的应用领域的出现，光学稳定性方程也在不断地推进。

例如，在量子光学、量子信息领域等方面，光学稳定性方程在非常广泛的应用中。

总结光学稳定性方程是光学中非常重要的方程之一，它描述了光学元件在不稳定的光场中的行为，影响到光学系统的工作效率和可靠性。

在实际应用中，光学稳定性方程适用于具有非线性、色散和吸收的材料和光学波导管。

本科毕业设计(论文)光学系统的光学传递函数OT Ｆ测定方法理论（实验)研究学 院_ 物理与光电工程学院__专 业_____ 光信息科学与技术_(光电显示与识别技术方向）年级班别_＿__＿_＿_2010级(２)班__学 号__＿＿＿____３１1００0894５＿__＿__学生姓名＿__＿_______林清贤__＿指导教师＿________＿_雷 亮＿___2014 年 4 月 28 日摘要光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。

但是对于实际的光电成像器件(如CCD器件)，通过解析法建立这一函数的表达式又是非常困难的,因此光学传递函数的实测技术就显得尤为重要。

光学传递函数是一个客观的、准确的、定量的像质评价指标,并且其能够直接方便的测量，因此已经广泛应用于光学设计、加工、检测和信息处理中。

本文主要介绍了光学传递函数的性质及其测量原理分析，并对固有频率目标法和狭缝扫描法进行了实验研究。

我们采用光学显微镜作为待测量光学传递函数的光学系统,通过改变显微镜的放大倍数,比较分析放大倍数对调制传递函数(MTF)测量的影响,并比较两种测量方法的优劣。

实数傅立叶变换是整个实验中需要透彻理解和运用的数学概念,在此基础上理解离散傅立叶级数与MTF定义的理论依据，并由此建立数学模型。

由本文建立的理论模型出发,结合实验所测得的数据，最后得到了基本可靠的实验结果。

本文最终给出两种测量法对应的ｍaｔlaｂ程序、数值测量结果、实验测得的可靠的MTF实验结果撰写毕业论文主要内容。

关键字: 光学传递函数，傅立叶变换，固有频率目标法，狭缝扫描法ＡbstrａctＴｈe oｐtｉcal transfeｒｆｕncｔion is quaｎｔitativｅｌy describe thｅｉmａg ｉng ｐeｒfoｒmance of ｔhe cｏmｐleｔe funcｔiｏn.But for thｅactuａl ｐhｏtoｅl ｅctric ｉmagingｄeviceｓ（such asＣＣD ｄｅvｉce）, ｔｈrough tｈe anａlytic ｍethodｔo ｅstablisｈthe fuｎction oｆeｘprｅssion is ｖery difficult.Thｅｒefore the measｕｒement technique of opticａｌtransferｆunｃtion is paｒｔｉｃularl ｙｉmｐｏrtant.Opticaｌtrａｎsfer ｆuncｔion is ａn obｊｅｃｔｉve, acｃuｒate aｎd ｑuanｔｉｔatｉvｅimａge quality evalｕａtｉoｎiｎdex，aｎｄｉｔcａn dｉrｅctly ａndｃonvenｉenｔmeａsuｒemｅnt，therｅfｏｒｅｈaｓbｅen widelｙapplied oｐtｉcs desｉgn, ｐrｏceｓsiｎg, ｔesting and ｉnformａtｉon pｒoｃｅssing.This ｐａpeｒmａｉｎly inｔｒodｕcｅｓtｈe propertieｓof thｅoｐticａlｔranｓfer funcｔioｎand ｉｔs meａsｕrinｇprinciplｅ, andｔhe iｎhｅreｎt fｒequeｎcｙtarget anｄslｉt ｓcaｎmethod has ｃarｒied on the ｅxperｉmentaｌstudy.We us ｅoptical micrｏscope asｆｏr measｕrｉng optｉcaｌtranｓｆer fｕnctiｏn ｏf opti ｃaｌｓystem，ｔhrouｇh ｃhaｎging the magｎifiｃatioｎoｆthe micｒoscopｅ, coｍｐａrative aｎalyｓｉｓof magｎifiｃaｔion ｏｆmｏdｕlａtｉon transfeｒfunction (ＭTF）meaｓurｅment, thｅｉnflｕｅnce of thｅmｅｒｉts oｆtｈe two ｍｅasuringｍethｏds aｒe cｏmpared.Reａl Fouｒiｅr tranｓform is the need to thｏrｏughly unｄerstand and appｌy iｎthe expeｒimeｎt of ｍatheｍatical coｎcepts, oｎthｅbasｉs of the understａnding ｏｆdiscretｅＦoｕｒieｒsｅrｉes anｄth ｅtheorｅｔical basiｓof tｈe defｉnitｉon of MTＦ,ａｎd thus to ｅsｔaｂｌｉsh mathematiｃal modｅl.Ｓｅt up byｔhis ａrｔicle oｎthｅtheorｙｍodel, cｏmbｉneｄwｉｔh the ｄａｔa measｕｒｅd iｎlaboratｏｒy, ｔhe fundａmental and ｒeｌiａｂlｅexpｅriｍent reｓultｓａre obtaiｎed.Ｆinally，thｅpａｐｅｒpropｏses two ｋiｎds of measurement meｔhod of the corresｐonding ｍatlab proｇram,ｔhｅｒeｓults of nｕmerｉcａl mｅaｓuremｅnt anｄrｅｌiaｂlｅexperimeｎｔal mｅasurｅd MTＦexｐerimｅntal ｒesｕｌts ｏf writiｎｇgraduatｉon thesｉs ｍａin cｏｎteｎt．Keywords：Opｔiｃal tｒａｎsfer fuｎction，Ｆｏuｒieｒtrａnｓｆorm,Nat ｕral fｒequｅｎcy ｍethod; Sｌit scan ｍｅtｈoｄ目录第一章绪论 (1)1.1 光学传递函数简介1ﻩ1．2 光学传递函数的发展1ﻩ1.2.1 光学传递函数的发展历史 (1)1.2.2光学传递函数的发展现状和趋势 (2)1．3光学传递函数的测量意义3ﻩ１.4 本论文的主要内容4ﻩ第二章光学传递函数的基本理论5ﻩ2.1 光学成像系统的一般分析 (5)2.1.１透镜的成像性质5ﻩ２.1．2 光学成像系统的普遍模型 (8)2.1.3 两种类型的物体照明方式9ﻩ2.1.4 阿贝成像理论9ﻩ2．2光学传递函数的概念 ...................................................................................... 1０2.3光学传递函数的计算ﻩ１2２.3．1 以物像频谱为基础的计算ﻩ１22.3.2以点扩散函数为基础的计算 (13)2．3．3 线扩散函数与一维调制传递函数14ﻩ２.4 离散傅里叶级数与MTF定义的理论依据 ........................................................ １5第三章光学传递函数的测量原理分析 . (18)3.1光学传递函数的测量方法综述18ﻩ3.2 实验中的两种测量方法原理分析 (19)３.2.1 固有频率目标法 (19)３.2.2 狭缝扫描法 ................................................................ 错误!未定义书签。

光学材料的光学热稳定性分析方法引言：光学材料的光学热稳定性是指材料在高温和光照强度条件下保持光学性能的能力。

光学热稳定性分析方法的研究对于光学材料的应用和发展具有重要意义。

本文将介绍几种常用的光学热稳定性分析方法，包括热膨胀系数测量法、光学透射率变化研究、光学吸收分析以及材料内部粒子迁移等方面的分析方法。

热膨胀系数测量法：热膨胀系数是描述材料热胀冷缩性质的重要参数，也是分析光学材料热稳定性的关键指标之一。

测量光学材料的热膨胀系数可以通过热膨胀仪进行，该仪器能够在恒定温度下通过测量样品的长度变化计算出其热膨胀系数。

通过对光学材料的热膨胀系数进行测量，可以评估材料在热应力下的稳定性。

光学透射率变化研究：光学透射率的变化是光学材料热稳定性的一个重要指标。

可以通过光谱测量方法来研究光学材料在较高温度和光照强度下的透射率变化。

通常采用紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱仪进行实验，通过测量样品在不同温度下透射光的强度变化，从而分析光学材料的热稳定性。

光学吸收分析：光学吸收是光学材料光学性能的重要特征之一，也是研究光学材料热稳定性的指标之一。

通过利用紫外-可见-近红外光谱技术，可以分析光学材料在高温条件下吸收光谱的变化。

通过测量材料的吸收峰值位置、峰值强度等参数的变化，可以评估材料在高温下吸收性能的稳定性。

材料内部粒子迁移：光学材料内部粒子的迁移也是影响光学热稳定性的因素之一。

光学材料中的微小颗粒在高温和高光照强度条件下可能发生迁移和聚团现象，从而导致材料光学性能的变化。

通过显微镜观察、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜等技术，可以研究光学材料内部粒子的迁移现象，为材料的热稳定性提供参考。

结论：光学材料的热稳定性是光学应用中重要的指标，本文介绍了几种常用的光学热稳定性分析方法，包括热膨胀系数测量法、光学透射率变化研究、光学吸收分析以及材料内部粒子迁移等。

通过对光学材料在高温和光照强度条件下的性能变化的研究，可以评估材料的热稳定性，为光学材料的应用和发展提供参考。

实验二光学系统的PSF及MTF评价引言光学系统的性能评价是光学工程中非常重要的一部分，关注系统的成像质量和分辨率。

物体成像是通过光学系统中光线的折射、传播和调制来实现的，其中点扩散函数（Point Spread Function，PSF）和调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）是常用的评价指标。

PSF反映了光学系统对点光源成像的能力，MTF则定性地描述了光学系统对不同频率光信号的调制能力。

本实验将通过计算和测量的方法，评价光学系统的PSF和MTF。

实验部分实验仪器和仪表1.准直仪：用于保证实验光路的准直。

2.光屏：放置在成像平面上，用于观察成像效果。

3.波长可调激光器：用于提供单色光源，可以调节波长以进行多波长光源实验。

4.干涉模块：用于产生干涉光源，用以模拟实际成像系统中的像差。

实验原理1.点扩散函数（PSF）PSF描述了光学系统对点光源的成像效果。

点光源在物平面的成像会存在衍射现象，其光强度分布将形成一个亮度最高的中心，周围呈现逐渐变暗的圆环状分布。

通过透镜对这一光斑进行调制，可以得到光斑的PSF，其数学表达式为：PSF(x,y)=，DFT(I(x,y))，^2其中，DFT表示二维离散傅里叶变换，I(x,y)表示点光源在成像平面上的光强分布。

2.调制传递函数（MTF）MTF衡量了光学系统对不同频率的光信号的传递能力，是评价光学系统成像分辨率的重要指标。

MTF可以通过PSF求取得到，其计算公式为：MTF=，DFT(PSF)其中，DFT表示二维离散傅里叶变换，PSF表示点光源的光斑。

实验步骤1.实验准备：将光学系统调整到准直状态，确保光路稳定。

2.测量单色光源的PSF：将单色光源对准成像平面，调整光源强度至适当水平，通过光屏观察光斑的形状。

使用相机或微观目镜记录光斑的图像，然后对图像进行数学处理，得到光斑的PSF。

3.测量多波长光源的PSF：使用波长可调激光器，分别设置不同的波长，进行相同的测量步骤，得到不同波长下的PSF。

(10)申请公布号 CN 102608764 A(43)申请公布日 2012.07.25C N 102608764 A*CN102608764A*(21)申请号 201210091759.6(22)申请日 2012.03.31G02B 27/10(2006.01)G01B 11/00(2006.01)(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址610209 四川省成都市双流350信箱(72)发明人李新阳 李敏 董道爱 任绍恒陈善球(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司 11251代理人成金玉李新华(54)发明名称一种基于光束指向稳定控制的多光束孔径拼接合成系统(57)摘要一种基于光束指向稳定控制的多光束孔径拼接合成系统，包括多路激光器和扩束准直器、多个倾斜镜和反射镜、一个底座、一个光束合成传感器、分光镜、一套控制计算机和一个多路倾斜镜放大电源。

它利用台阶状的底座和多个反射镜的异形设计，实现高占空比的多路光束合成；利用光束合成传感器探测每路光束的抖动和漂移，并利用多个倾斜镜实现每路光束的光轴稳定控制，实现多路光束高精度的光束合成。

该系统可用于光纤激光和固体激光的多路光束合成发射，也可用于多路激光通信等场合。

由于可以实现每路光束的动态随机抖动和漂移的控制，也可用于车辆、船舶、飞机等运动平台上。

(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页1.一种基于光束指向稳定控制的多光束孔径拼接合成系统，其特征在于：该系统包括激光器组(1)、扩束准直器组(2)、倾斜镜组(3)、反射镜组(4)、底座(5)、分光镜一(6)、定标激光器(7)、透镜(8)、分光镜二(9)、光束合成传感器(10)、控制计算机(11)和多路倾斜镜放大电源(12)；底座(5)包括若干级台阶，根据合束时竖直方向上的光束层数确定底座(5)的台阶级数；每一路的激光器(1)、扩束准直器(2)、倾斜镜(3)和反射镜(4)摆放在同一台阶上，根据这路光在竖直方向的光束层数，决定相应的台阶；反射镜(4)按照从上到下和从左到右的次序依次排布；每一路激光器(1)出射的激光经过扩束准直器(2)后，变成了满足设计要求口径尺寸的平行光，然后依次通过倾斜镜(3)和反射镜(4)后在孔径上合束，经过分光镜一(6)后发射出去；透过分光镜一(6)和分光镜二(9)的少部分合束光进入光束合成传感器(10)，实现对多路激光的光轴探测和合束远场光斑探测；合束光经过主镜头(1001)和分光镜(1002)后，一部分光进入相机一(1006)，相机一(1006)摆放在主镜头(1001)的焦点上，完成合束远场光斑探测；经过分光镜(1002)后的另一部分光通过次镜头(1003)进行准直缩束，准直光的口径尺寸和微透镜阵列(1004)匹配，即每一路激光对应一个子微透镜；相机二(1005)摆放在微透镜阵列(1004)的焦点上，每一路激光通过一个子微透镜成像在相机二(1005)上，完成多路光束光轴同时探测；在对合束光探测之前，先要利用平行光对光束合成传感器(10)进行标定；定标激光器(7)出射激光，经过透镜(8)后成为平行光，光束口径和合束光的拼接口径相同，再经分光镜二(9)反射进入光束合成传感器(10)；平行光经过主镜头(1001)和分光镜(1002)后，一部分光进入相机一(1006)，在相机一(1006)形成一个理想远场光斑；经过分光镜(1002)后的另一部分光通过次镜头(1003)进行准直缩束，然后通过微透镜阵列(1004)成像到相机二(1005)上，形成若干个理想定标子光斑，这时相机二(1005)靶面上的光斑数和排列方式与微透镜阵列(1004)是一一对应的，记录下此时每个光斑的位置坐标，作为每束光的位置定标点；光束合成传感器(10)探测的定标点数据和合束光数据经过控制计算机(11)处理后，通过多路倾斜镜放大电源(12)分别控制每一路倾斜镜(3)，校正每一路光束的光轴偏差，实现多路光束的稳定控制和合束控制；实现光束控制的方式是：平行光通过光束合成传感器(10)后，在相机二(1005)上得到的每一路光的定标质心坐标为(x0，y)，合束光经光束合成传感器(10)的相机二(1005)探测后得到每一路光束的质心坐标为(xc ，yc)，合束光的质心相对于定标光的质心偏移量为：Δx ＝xc-x，Δy＝yx-y，根据偏移量可以计算两个方向的控制电压为：其中k为时间序列帧数，a和b为控制参数；最后通过多路倾斜镜放大电源(12)分别控制每一路倾斜镜(3)，将每路光的光轴自动调整到定标点，实现光轴闭环控制；由于每路光的定标光点是由一个点光源产生的理想平行光源确定的，所以能保证合束后的每路光都如同是同一个光源发出的，光轴保持一致；并且由于多路光轴的合成是由倾斜镜实现闭环控制，即使在抖动环境下或存在扰动情况下，也能保持每束光位置的稳定。

光学元件表面质量的检测与评价技术研究光学元件作为光学系统的重要组成部分，在生产加工过程中，其表面质量一直都是备受关注的问题，因为表面的质量直接影响光学元件的光学特性。

因此，研究光学元件表面质量的检测与评价技术，对于提高光学元件的加工质量，提高光学系统的性能指标，具有重要的实际意义和应用价值。

一、光学元件表面质量的检测方法1、光学显微镜检测光学显微镜作为常用的光学表面检测手段之一，其优点在于显微镜可以提供高分辨率的图像，对于光学表面上的微小缺陷，可以很容易地识别和观察，但该方法只适用于较大尺寸的光学元件，存在人工观察时对结果的影响，且不能对微小缺陷进行定量分析。

2、拉普拉斯检测法拉普拉斯检测法是一种广泛应用于光学元件制造中的表面检测方法，该方法通过光束射入光学元件，再经过元件内部反射广角后，映射到某个区域上，通过对比实测和理论计算的像差，能够对表面缺陷进行检测。

这种检测法具有比较高的检测灵敏度和检测精度，可以对微小缺陷进行检测，并且可以在不破坏表面结构的情况下对表面质量进行评价。

3、干涉检测法干涉检测法是一种依靠干涉原理对元件表面缺陷进行检测和评价的方法，该方法采用干涉仪对元件表面上存在的缺陷进行反射成像，并对像差进行定量分析，以评估表面质量。

干涉检测法具有高精度、高分辨率的优点，可以检测到微小的表面缺陷。

二、光学元件表面质量的评价指标1、表面粗糙度表面粗糙度是评价光学元件表面质量的一个重要指标，通常采用Ra值来表示，该值表示镜面表面与一条均方根偏差等于等于它的平均线之间的平均高度差。

其值越小表明表面越光滑，表面粗糙度对于光学元件的光学特性影响非常明显，因此对于专业的光学元件生产厂家来说，表面粗糙度的控制非常重要。

2、表面平整度表面平整度也是评价光学元件表面质量的重要指标之一，它用于评价元件表面的轮廓曲线，反映了元件表面在宏观尺度上的平坦程度，通常可以通过表面形貌分析仪或立体扫描仪检测获得。

3、表面平行度表面平行度表示光学元件表面对于相应平面（通常为基准平面）的垂直度。