衍射光学系统的激光应用和稀疏成像分析 被引量：8

1

作者 李道京 朱宇 +4 位作者 胡烜 于海锋 周凯 张润宁 刘磊 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2020年第1期195-203,共9页

近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系... 近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系统,通过衍射器件实现信号波前控制,减小焦距并有利于系统的轻量化。基于衍射光学系统,研究激光SAR和激光通信技术具有重要的理论意义和应用价值。该文给出了衍射光学系统的相控阵解释,介绍了基于衍射光学系统已开展的机载激光SAR和星载激光SAR研究工作。提出了艇载1 m衍射口径激光通信和干涉定位系统概念并分析了其性能,该系统在10 m短基线下,其作用距离将达到4×108 km,对应的定位精度在6 km量级,可用于深空探测。该文同时探讨了稀疏采样激光成像问题,在激光照射目标条件下,提出用傅里叶透镜将激光图像信号变换到频域,在低频区域利用小规模探测器实施稀疏采样,等效进行2维低通滤波处理,再用计算机重构目标图像的设想,给出了一些初步的仿真结果。 展开更多

关键词 衍射光学系统 激光雷达 激光通信 合成孔径成像 干涉测角定位 稀疏成像

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衍射光学系统红外光谱目标探测性能 被引量：4

2

作者 周凯 李道京 +2 位作者 王烨菲 姚园 乔明 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期161-168,共8页

衍射光学系统具有大口径轻量化的优点,但其光谱范围较窄,能利用的红外信号能量较小,通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统,分析了对地观测红外相机的目标探测性能,结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例,明确... 衍射光学系统具有大口径轻量化的优点,但其光谱范围较窄,能利用的红外信号能量较小,通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统,分析了对地观测红外相机的目标探测性能,结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例,明确了在地物背景和目标光谱特性不同的条件下,基于衍射光学系统的红外相机仍可能具有良好的目标探测性能。同时将红外相机等效噪声功率与激光和电子学系统进行对比,提出了红外探测系统的性能还可能进一步提高的观点,给出了一种引入激光本振结合电子学滤波细分红外光谱降低等效噪声功率的方法。 展开更多

关键词 红外探测 衍射光学系统 信噪比 等效噪声功率 光谱特性 激光本振

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红外合成孔径衍射光学系统成像特性建模与分析

3

作者 牛锐泽 乔凯 +3 位作者 智喜洋 巩晋南 江世凯 田超 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期260-266,共7页

基于衍射成像机理,建立红外合成孔径衍射光学系统调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)模型。随后,基于三维时域有限差分(FDTD)方法计算成像系统衍射效率,进而结合调制传递函数与信噪比表征系统成像特性。最后,分析了不同工作波长、视场和填... 基于衍射成像机理,建立红外合成孔径衍射光学系统调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)模型。随后,基于三维时域有限差分(FDTD)方法计算成像系统衍射效率,进而结合调制传递函数与信噪比表征系统成像特性。最后,分析了不同工作波长、视场和填充因子对主镜成像特性的影响。分析结果表明,红外合成孔径衍射光学系统的衍射效率、MTF和信噪比均具有空变、谱变特性,且随主镜填充因子的减小而降低。当填充因子为0.6时,与理想的全孔径系统相比,MTF积分面积降低45.42%,信噪比减小4.92 dB。该模型可用于分析红外合成孔径衍射光学系统成像质量,为成像系统的设计提供参考。 展开更多

关键词 光学遥感 红外合成孔径衍射光学系统 衍射效率 时域有限差分

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红外折射/衍射超常温光学系统 被引量：27

4

作者 孙强 刘宏波 +3 位作者 王肇圻 张惠娟 王吉增 卢振武 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期466-469,共4页

设计了折射 /衍射混合减热差红外光学系统 ,仅使用硅和锗两种材料 设计结果表明 ,此系统具有良好的减热差和校色差作用 ,在 - 80～ 2 0 0℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量 ,而且结构简单 ,体积小 。

关键词 折射/衍射混合减热差红外光学系统 设计 衍射光学元件 校色差 红外折射/衍射超常温光学系统

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天基合成孔径激光雷达空间目标成像系统分析

5

作者 崔岸婧 高敬涵 +2 位作者 吴疆 杨宏 李道京 《激光技术》 北大核心 2025年第3期336-345,共10页

合成孔径激光雷达可用较小口径实现高分辨率成像,在天基空间目标观测方面具有重要应用价值,但存在波束宽度窄、覆盖范围有限、目标搜索捕获困难等问题。为了解决这些问题,采用一种主动激光与被动红外复合的天基合成孔径激光雷达空间目... 合成孔径激光雷达可用较小口径实现高分辨率成像,在天基空间目标观测方面具有重要应用价值,但存在波束宽度窄、覆盖范围有限、目标搜索捕获困难等问题。为了解决这些问题,采用一种主动激光与被动红外复合的天基合成孔径激光雷达空间目标成像系统,分析了系统指标,给出了成像仿真结果。结果表明,通过激光/红外共孔径实现了系统轻量化;综合使用圆偏振激光发射信号和正交线偏振两通道接收信号,结合顺轨干涉处理,解决了退偏和目标/平台振动问题;通过红外相机可实现目标搜索和跟踪,采用10 ns脉宽窄脉冲激光信号可实施目标测距和测速,使用10 ns脉宽、4 GHz带宽优化二进制相移键控信号,可实现0.10 m实时低分辨率成像和0.05 m高分辨率成像。系统设计方案对天基合成孔径激光雷达的研制具有参考价值。 展开更多

关键词 成像系统 空间目标成像 合成孔径激光雷达 激光红外复合成像 衍射光学系统 二进制相移键控信号

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衍/折射光学系统校正二级光谱的研究(英文) 被引量：6

6

作者 洪新华 杨建峰 +3 位作者 陈立武 郑黎 常凌颖 赵葆常 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第1期1-5,共5页

将衍射和折射光学元件结合,对星载用宽光谱(420.0～900.0nm)、长焦距(450mm)望远物镜的二级光谱进行了校正,计算了衍射透镜的结构尺寸和望远镜系统的像差。计算机模拟结果表明:采用衍/折射混合校正后的望远物镜的二级光谱不大于0.08mm,... 将衍射和折射光学元件结合,对星载用宽光谱(420.0～900.0nm)、长焦距(450mm)望远物镜的二级光谱进行了校正,计算了衍射透镜的结构尺寸和望远镜系统的像差。计算机模拟结果表明:采用衍/折射混合校正后的望远物镜的二级光谱不大于0.08mm,轴上点的位置色差也很小,实现了复消色差,光学传递函数也基本接近衍射极限。所设计的整个系统可以满足实用要求。 展开更多

关键词 衍射光学系统 折射光学系统 望远镜 校正 二级光谱 光学元件 卫星

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合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析 被引量：9

7

作者 李道京 胡烜 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2018年第2期263-274,共12页

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件... 该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。 展开更多

关键词 合成孔径激光雷达 激光雷达 合成孔径成像 衍射光学系统 雷达方程 相阵天线

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多层衍射光学元件设计原理与衍射效率的研究 被引量：14

8

作者 裴雪丹 崔庆丰 +1 位作者 冷家开 董辉 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1126-1131,共6页

叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线(435.8343nm)到C谱... 叙述了多层衍射光学元件的设计原理.通过对多层衍射光学元件结构、位相延迟表达式、材料选择匹配的研究,使得优化最大光栅高度后的多层衍射光学元件能够实现大幅度提高宽光谱范围内衍射效率的作用.其衍射效率在从g谱线(435.8343nm)到C谱线(656.2725nm)的可见光范围内的任何波长上的理论衍射效率均在99%以上,带宽积分平均衍射效率为99.7%,能够满足高质量成像光学系统应用的需要,并利用该元件设计了长焦距复消色差物镜. 展开更多

关键词 衍射光学 多层衍射光学元件 衍射效率 光学设计 折衍射混合光学系统

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基于衍射/反射光束整形系统的高密度泵浦源 被引量：2

9

作者 黄峰 贾文武 +1 位作者 汪岳峰 董伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期61-66,共6页

利用二元光学元件微型化和对波面进行任意整形的特点,将二元光学衍射器件用于高功率激光二极管阵列光束的快、慢轴准直,并结合空心导管设计一种衍射/反射混合型光束整形系统,用于实现高密度、高均匀性LD泵浦源。应用时域有限差分法(FDTD... 利用二元光学元件微型化和对波面进行任意整形的特点,将二元光学衍射器件用于高功率激光二极管阵列光束的快、慢轴准直,并结合空心导管设计一种衍射/反射混合型光束整形系统,用于实现高密度、高均匀性LD泵浦源。应用时域有限差分法(FDTD)的严格矢量分析表明:所设计的二元光学准直器性能优良,准直后光束发散角在误差范围内接近衍射极限,慢轴方向衍射效率为82.21%,快轴方向为75.76%。模拟设计的结果表明:采用这种衍射/反射光束整形技术的高密度泵浦源能获得高功率密度和高均匀性的抽运光束,在空心导管出射端面附近光强起伏RMS<1%,并且在光束的准直性能和系统紧凑性方面优于传统整形方法。 展开更多

关键词 激光二极管抽运 激光光束整形 二元光学 空心导管 衍射/反射光学系统

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打破传统光学系统设计概念的首个折叠式空间望远镜 被引量：1

10

作者 张月 《航天返回与遥感》 2013年第6期98-98,共1页

随着高分辨率成像卫星的发展，望远镜镜头的质量和成本快速增加，将超出运载能力最大的火箭的运载能力。传统玻璃镜而很快将达到技术瓶颈。美国国防部高级研究计划局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）正在开展的“薄膜... 随着高分辨率成像卫星的发展，望远镜镜头的质量和成本快速增加，将超出运载能力最大的火箭的运载能力。传统玻璃镜而很快将达到技术瓶颈。美国国防部高级研究计划局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）正在开展的“薄膜型光学实时成像仪”（MembraneOpticImagerReal—TimeExploitation，MOIRE）项目，采用了基于菲涅尔透镜的衍射光学系统，而非传统光学系统采用的玻璃镜面或者透镜。 展开更多

关键词 衍射光学系统 空间望远镜 设计概念 传统 折叠式 高分辨率成像卫星 菲涅尔透镜 运载能力

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光学系统及设计

11

《中国光学》 EI CAS 1994年第6期3-4,共2页

TH703 94063860圆形光瞳中支臂支持圆屏遮挡的光学系统的光强度分布=Optical intensity distribution for systemswith circular pupils obsured by strut-supportedcentral obscuration[刊,中]/李德熊,阎达远(北京理工大学工程光学系.... TH703 94063860圆形光瞳中支臂支持圆屏遮挡的光学系统的光强度分布=Optical intensity distribution for systemswith circular pupils obsured by strut-supportedcentral obscuration[刊,中]/李德熊,阎达远(北京理工大学工程光学系.北京(100081))//光子学报.-1994,23(1).-33-37讨论由带支臂中心圆屏遮挡圆形光瞳的衍射受限光学系统所成象的强度分布。讨论了支臂在光瞳面内和倾斜离开光瞳面两种情形的计算方法。 展开更多

关键词 衍射受限光学系统 光强度分布 光瞳 光子学 支臂 计算方法 工程光学 优化规范 变焦距物镜 理工大学

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空间衍射望远镜自展开结构设计 被引量：2

12

作者 左玉弟 金光 +2 位作者 李宗轩 解鹏 杨丰福 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期244-250,共7页

为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求,针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先,根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸,并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构;其次... 为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求,针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先,根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸,并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构;其次,建立了该展开结构的有限元模型并分析了其展开后的特性;最后,搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明:该展开结构的展开距离为2.9 m,展开后的重复精度误差小于2 mm,偏心小于0.3 mm,倾角小于0.2°,且可通过促动器将其展开精度调整至微米级,能够满足空间衍射望远镜自展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。 展开更多

关键词 空间探测 衍射望远镜 衍射光学系统 Serrurier桁架原理 展开机构

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激光本振红外光谱干涉成像及其艇载天文应用展望(特邀) 被引量：3

13

作者 李道京 周凯 +4 位作者 郑浩 高敬涵 孙艳玲 崔岸婧 吴疆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期1-12,共12页

本文分析了红外干涉成像现状和难点,介绍了激光本振红外相干探测的原理,阐述了基于电子学的红外光谱细分和干涉成像原理,讨论了激光本振红外阵列探测器形式。激光本振和相干探测器的设置,可保证两个望远镜的红外信号相位的正确传递,在... 本文分析了红外干涉成像现状和难点,介绍了激光本振红外相干探测的原理,阐述了基于电子学的红外光谱细分和干涉成像原理,讨论了激光本振红外阵列探测器形式。激光本振和相干探测器的设置,可保证两个望远镜的红外信号相位的正确传递,在电子学实施窄带滤波形成的窄带红外信号有利于实现长基线干涉成像。在此基础上,类似微波综合孔径射电望远镜,通过不同空间位置的多个较小孔径,组合形成一个大的光学口径,以红外光谱“射电”望远镜形式实现高分辨率天文成像,可大幅降低红外成像系统的复杂度和体积重量。介绍了平流层飞艇平台的特点,该平台为长基线大衍射口径望远镜的安装提供了有利条件,且可大幅减少大气对天文观测的影响,有望成为天文观测的新型平台。给出了10 m基线、2 m衍射口径红外光谱干涉成像望远镜的布设方案,分析了其探测和成像性能,讨论了关键技术及其可能的技术途径。分析表明,基于平流层飞艇平台,3个2 m衍射口径望远镜的组合在10 m基线下可等效实现口径10 m望远镜的红外天文观测能力。 展开更多

关键词 红外光谱 干涉成像 激光本振 衍射光学系统 平流层飞艇 天文观测

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成像探测相干激光雷达技术研究进展 被引量：4

14

作者 李道京 高敬涵 +1 位作者 崔岸婧 吴疆 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2023年第11期1-6,共6页

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合... 相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合成孔径激光雷达(ISAL)研究进展,讨论了相干激光雷达波形选择、偏振选择、信号处理方法、扩束下的作用距离方程和探测性能、探测器形式和系统灵敏度等问题,在此基础上进一步分析了基于衍射光学系统的激光雷达的特点和激光/红外复合成像探测的需求,并展望了相干激光雷达的应用前景。 展开更多

关键词 激光雷达 相干探测 激光成像 目标探测 衍射光学系统 阵列探测器

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星载10m合成孔径相干成像望远镜和波前估计

15

作者 吴疆 李道京 +2 位作者 崔岸婧 高敬涵 周凯 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期13-26,共14页

针对天文观测和深空探测需求,提出了星载10 m合成孔径相干成像望远镜概念和形式。给出了波长可调谐激光本振相干探测器形式,分析了大口径衍射薄膜镜的双波段实现方式和系统主要参数。提出了基于子镜结构的光学合成孔径相干成像算法,给... 针对天文观测和深空探测需求,提出了星载10 m合成孔径相干成像望远镜概念和形式。给出了波长可调谐激光本振相干探测器形式,分析了大口径衍射薄膜镜的双波段实现方式和系统主要参数。提出了基于子镜结构的光学合成孔径相干成像算法,给出了基于相位恢复的阵列形变误差波前估计仿真结果,由于多个子镜所接收复信号的成像处理在计算机软件中完成,相比传统望远镜,可降低对微调机构等硬件的精度要求。该望远镜在短波红外1.45~1.65μm光谱范围内的中心波长角分辨率为0.15μrad;在中波红外4.55~4.75μm光谱范围内的中心波长角分辨率为0.46μrad,其探测灵敏度在原理上是传统10 m口径望远镜的约2.8倍。 展开更多

关键词 光学合成孔径 相干成像 波前估计 衍射光学系统 红外光谱 天文观测

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