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摘要

对硅基二氧化硅阵列波导光栅解复用器(AWG DEMUX)的偏振相关损耗(PDL)进行了优化。理论分析了引起AWG偏振相关性的物理因素以及消除偏振相关性的工艺方法和条件。利用化学气相沉积、光刻和刻蚀等半导体工艺制备了AWG DEMUX芯片,并结合理论分析对包层材料中的硼(B)、磷(P)含量进行了优化调整,成功地将芯片的PDL降低至0。12 dB,使PDL参数满足芯片的商用化需求。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(01):0106003
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摘要

针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(01):0102006
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摘要

报道了一种基于非线性光纤环形镜(NOLM)、工作在耗散孤子共振(DSR)区的长腔被动锁模掺镱光纤激光器,该激光器谐振腔的总长度约为1502 m,可以输出重复频率为133。18 kHz的高能量方波脉冲,且输出脉冲的宽度和单脉冲能量均随泵浦功率的增大而呈线性增大。当泵浦功率增大到414。47 mW时,输出的方波脉冲具有最大宽度(761。6 ns),同时单脉冲能量达到了最大值(60。2 nJ)。通过改变NOLM中单模光纤的长度,进一步研究了谐振腔长度对输出方波脉冲特性的影响,结果表明:谐振腔越长,所得DSR方波脉冲越宽,脉冲峰值功率越低。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(01):0101003
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摘要

提出并演示了一种基于声光调制器(AOM)主动调Q的环形腔双包层光纤激光器获得窄线宽、窄脉宽和高重复频率激光脉冲的方法。通过在腔内采用以双包层增益光纤作为输入尾纤的泵浦剥离器来缩短腔长,可以降低增益光纤正向放大自发辐射(ASE)的反射,抑制其ASE的增益自饱和效应,使腔内有效增益增大,窄线宽调Q脉冲可在环形腔中快速建立,从而不仅可使调Q脉冲脉宽变窄,还允许其重复频率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的调Q光纤激光器获得了线宽和脉宽分别窄至0.16 nm和10.4 ns、重复频率高达150 kHz的调Q激光脉冲。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(01):0101002
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摘要

激光剥离技术通过脉冲激光辐照致材料烧蚀实现器件向终端基底的转移,具有一定的材料适用性和工艺兼容性,已成为近年来柔性电子器件制造的新兴关键技术。从激光剥离技术的基本机制和工艺特点出发,对激光剥离技术在不同柔性电子器件制造中的研究现状进行调研和介绍,重点阐述激光剥离技术应用中的新工艺与新理论。对激光剥离技术今后的发展方向,特别是超快激光在技术中的应用可能性进行了总结和展望。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(01):0100001
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摘要

等离子体镜是一种有效提升高功率超短脉冲激光信噪比的方法,但在一部分实验中使用等离子体镜后焦斑出现了退化现象。为了定量研究等离子体镜的焦斑退化问题,提出基于等离子体膨胀和衍射传输的时空聚焦多步传输算法,通过光束质量评价函数定量分析等离子体膨胀时间、波前误差幅值和空间频率对焦斑退化的影响。仿真结果表明,等离子体镜引起的远场焦斑退化主要是由等离子体膨胀时间和波前误差引起的等离子体膨胀不均匀所致,其中,等离子体膨胀时间是主导因素。并且波前误差的幅度越大、空间频率越低,对聚焦能力的影响相对越大。从高信噪比、高功率激光系统输出能力的角度考虑,对于使用等离子体镜的高功率超短脉冲激光系统提出时空上的光束质量要求,以避免远场焦斑的退化问题。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0232001
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摘要

为了实时探测运动场景、迅变目标的图像与光谱,提出了一种微小型快照式傅里叶变换成像光谱仪,利用多级微反射镜对微透镜阵列形成的多重像场进行分布式相位调制,实现了干涉图谱信息的实时获取。根据微透镜阵列与多级微反射镜对光场的相位调制特性,建立了多重干涉成像的理论模型,计算表明,不同视场的干涉像点位于探测平面的不同区域,但大视场情况下相邻通道之间的干涉图像单元会发生串扰,并导致复原光谱失真。分析表明,为了抑制相邻干涉成像通道间发生串扰,视场角应控制在微透镜阵列和多级微反射镜的衍射与离焦效应所限定的极限视场角之内。同时,视场角还会引入相位误差,并导致归一化光谱误差随视场角的增大而单调递增。根据归一化光谱误差关系曲面可以对系统的视场角进行合理的设计,从而实现对目标场景中特定区域的有效探测。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0230001
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摘要

基于描述超材料中超短脉冲传输的高阶非线性薛定谔方程,采用行波法得到一种精确的飞秒准亮孤子解及其存在条件。研究发现,在群速度色散、三阶色散、三次-五次非线性、自陡峭和二阶非线性色散效应的精确平衡下,超材料中可存在该飞秒准孤子;当三阶色散和二阶非线性色散不存在时,该准孤子无法存在。基于Drude模型,详细讨论了不同非线性超材料中该飞秒准亮孤子存在的不同折射区域。结果表明,该飞秒准孤子可存在于自散焦非线性超材料的负折射区和自聚焦非线性超材料的正折射区,而且在不同区域具有不同的脉冲强度和宽度。这意味着,通过选择不同非线性超材料和输入电磁波的频率,使其位于相应的存在区域,可以实现对孤子特性的调控。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0219001
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摘要

熔融石英光学元件的亚表面缺陷直接影响着其成像质量及激光损伤阈值等指标。相比缺陷的二维截面大小以及深度信息,亚表面缺陷三维轮廓及缺陷体积的定量检测结果可以用来更准确地评估熔融石英光学元件的加工质量。结合共聚焦显微镜的成像原理,使用共聚焦显微镜进行了熔融石英样品层析扫描实验。通过对亚表面缺陷图像特点的分析,提出了适用熔融石英元件亚表面缺陷的三维重建算法。提出的算法在亚表面缺陷重建效率与精度上均优于其他三维重建方法。根据重建后缺陷的统计结果,定量获得了熔融石英样品亚表面缺陷的完整三维信息。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0216001
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摘要

针对传统色散透镜的色散线性度很难保证为绝对线性,测量范围很窄的问题,且为了尽量减小球差尤其是对测量影响最大的轴向球差,提出一种将二元光学透镜引入到光谱共聚焦微小间距测量的方法。该方法中二元光学透镜的色散只与入射光的波长有关,且严格与入射光的波长成反比。二元光学透镜不存在球差问题且可以补偿校正测量系统中其他光学组件的未知色差。实验中选择510~690 nm范围内的光谱,利用分辨率为0.5 nm的光谱仪接收光谱信息,测得该方法的测量量程为13.95 mm,测量误差为0.6 μm,并通过对光盘上的刻录间距进行测量,验证了该方法的有效性。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0212003
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摘要

利用高分辨率傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术探测合肥地区大气硝酸(HNO3)的浓度,基于最优估算法由中红外太阳吸收光谱反演出HNO3的垂直廓线和柱总量。获得了2017年大气HNO3的垂直廓线和柱总量的时间序列,分析了HNO3的季节变化、浓度探测敏感性高度、反演平均核和自由度等特征。不同季节大气HNO3的垂直廓线表明,HNO3在20~30 km的大气平流层浓度较高,在对流层浓度较低。HNO3的柱浓度显示出明显的季节变化,春季出现最大值,冬季出现最小值,季节变化幅值为9。82×10 15 molecule/cm 2。为了对地基FTIR的观测进行比对,选取Aura MLS卫星数据产品与地基测量数据进行比对。比对结果表明,地基遥感观测与卫星数据显示出的季节变化一致;尽管卫星偏柱量整体小于地基遥感的柱总量,但两者的相关系数为0。83,表明两者具有较好的一致性。地基观测结果验证了地基FTIR技术观测大气中HNO3时空分布的可靠性和准确性。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(02):0201003
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摘要

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111009
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摘要

光场为三维世界中光线集合的完备表示。通过记录更高维度的光线数据,光场能够准确感知周围复杂多变的动态环境,支撑智能系统对环境的理解与决策。计算光场成像技术围绕光场及全光函数表示,旨在结合计算、数字传感器、光学系统和智能光照等技术,以及硬件设计、软件计算能力,突破经典成像模型和数字相机的局限性,建立光在空域、视角、光谱和时域等多个维度的关系,实现耦合感知、解耦重建与智能处理,具备面向大范围动态场景的多维多尺度成像能力。光场成像技术正逐渐被应用于生命科学、工业探测、国家安全、无人系统和虚拟现实/增强现实等领域,具有重要的学术研究价值和广阔的产业应用前景。然而,伴随着高维数据的离散化采样,光场成像面临空间分辨率与视角分辨率的维度权衡挑战,如何对稀疏化的采样数据进行光场重建成为计算光场成像及其应用的基础难题。与此同时,受制于光场信号的高维数据感知量,光场处理面临有效数据感知与计算高效性的矛盾。如何用光场这一高维信息采集手段,取代传统二维成像视觉感知方法,并结合智能信息处理技术实现智能化高效感知,是实现光场成像技术产业化应用的巨大挑战。对过去20年来计算光场成像装置与算法的研究进行概述和讨论,内容涵盖光场表示和理论、光场信号采集、空间与视角维度重建等。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111001
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摘要

近年来,深度学习被广泛应用于计算成像中,并取得了令人瞩目的成果,已成为该领域的研究热点。为了深入了解现有基于深度学习的方法是如何解决众多计算成像问题的,主要介绍了该方法的基本理论和实施步骤,然后以散射成像、数字全息及计算鬼成像中的应用为例具体介绍该方法的有效性和优越性。汇总对比了一些典型应用,并对基于深度学习的计算成像方法进行了总结和展望。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111002
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摘要

近年来,光学成像技术已经由传统的强度、彩色成像发展进入计算光学成像时代。计算光学成像基于几何光学、波动光学等理论对场景目标经光学系统成像再到探测器采样这一完整图像生成过程建立精确的正向数学模型,再求解该正向成像模型所对应的“逆问题”,以计算重构的方式来获得场景目标的高质量图像或者传统技术无法直接获得的相位、光谱、偏振、光场、相干度、折射率、三维形貌等高维度物理信息。然而,计算成像系统的实际成像性能也同样极大程度地受限于“正向数学模型的准确性”以及“逆向重构算法的可靠性”,实际成像物理过程的不可预见性与高维病态逆问题求解的复杂性已成为这一领域进一步发展的瓶颈问题。近年来,人工智能与深度学习技术的飞跃式发展为计算光学成像技术开启了一扇全新的大门。不同于传统计算成像方法所依赖的物理驱动,深度学习下的计算成像是一类由数据驱动的方法,它不但解决了许多过去计算成像领域难以解决的难题,还在信息获取能力、成像的功能、核心性能指标(如成像空间分辨率、时间分辨率、灵敏度等)上都获得了显著提升。基于此,首先概括性介绍深度学习技术在计算光学成像领域的研究进展与最新成果,然后分析了当前深度学习技术在计算光学成像领域面临的主要问题与挑战,最后展望了该领域未来的发展方向与可能的研究方向。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111003
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摘要

散射光学成像恢复是光学成像领域最重要的研究课题之一。科学家已经提出各种技术实现不同散射环境下的成像恢复。其中,散斑相关性的解卷积技术具有成像质量高、恢复速度快和易于集成等优点。简要综述了散斑相关成像的进展,从光学记忆效应和解卷积原理出发,介绍点扩展函数新物理特性及其在成像恢复中的应用,总结点扩展函数的间接获取方法,最后提出光场全要素(plenoptics)的概念。光场的全要素探索有望在更复杂散射环境中提供更全面的信息,使散射光学成像技术在生物、医疗、海洋、军事和日常生活等场景中更具应用前景。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111004
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摘要

散射在光的成像过程中无法避免,传统的光学成像技术很难解决散射引起的光波前畸变及图像失真等问题。近年来,大量的研究成果表明充分利用散射效应的成像技术可以实现透过散射介质或复杂介质成像,且具有超分辨的特性。本文在介绍散射成像基本原理的基础上,重点介绍了透过散射介质成像方法以及相关技术的研究进展,分析了散射成像尚存在的问题,最后对散射成像未来的研究方向进行了展望。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111005
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摘要

早期压缩感知在光学成像领域的应用主要集中在空域压缩成像。近年来,更多的空域压缩成像采用阵列式探测器取代单元探测器采集测量值。同时,压缩成像的研究也从二维空间拓展到三维测距、高速成像、多光谱成像、关联成像和全息成像等方向。本文针对空域高分辨率压缩成像、压缩感知测距和时域高速压缩成像进行详细分析,结合空域压缩成像总结了测量矩阵设计的研究进展,讨论研究中遇到的困难以及未来可能发展的机遇,并对压缩感知在多光谱、关联成像、和全息成像中的应用研究进行了讨论。此外,本文也总结了近几年深度学习技术在各应用方向上对系统目标恢复性能的改善。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111006
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摘要

鬼成像是一种与传统成像方式不同的通过光场涨落的高阶关联获得图像信息的新型成像方式。近年来,相比传统成像方式,鬼成像所拥有的一些优点如高灵敏度、超分辨能力、抗散射等,使其在遥感、多光谱成像、热X射线衍射成像等领域得到广泛研究。随着对鬼成像的广泛研究,数学理论和方法在其中发挥的作用愈显突出。例如,基于压缩感知理论,可以进行鬼成像系统采样方式优化、图像重构算法设计及图像重构质量分析等研究工作。本文旨在探索鬼成像中的一些有趣的数学问题,主要包括:系统预处理方法、光场优化及相位恢复问题。对这些问题的研究既可以丰富鬼成像理论,又能推动它在实际应用中的发展。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111007
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摘要

近场是指局域在物体表面附近亚波长范围内的空间区域。倏逝波存在于近场区域,可利用其与物质的相互作用特性对位于近场区域的某些介质样品进行高分辨率成像,及对样品物性变化进行高灵敏度测量,其中,基于全内反射和表面等离子体共振的近场成像与测量方法已在许多领域获得广泛应用。将数字全息术与这类近场测量方法相结合,可进一步有效解决自近场区域反射光波的相位分布的高精度全场动态测量问题。重点介绍基于全内反射数字全息术和表面等离子体共振全息显微术的近场成像方法与测量应用研究进展。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(01):0111008
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摘要

顶发射结构可实现100%的开口率, 对高品质有机发光器件(OLED)显示具有重要意义。但目前OLED显示的传统制作方法难度较大, 且器件的光谱稳定性较差。为了降低OLED显示的制作难度并进一步提高器件的光谱稳定性, 本文将CdSe/ZnS量子点与聚甲基丙烯酸甲酯溶液相混合, 并通过压印法制备了具有微结构阵列的红光与绿光量子点下转换膜, 将其与高效顶发射蓝光OLED和彩色滤光片相结合, 实现了红(R)、绿(G)、蓝(B)三色顶发射OLED。RGB器件的最大电流效率分别为36、219和106 cd/A, 色坐标分别为(070, 030)、(024, 062)和(010, 020)。此外, 器件的光谱与色坐标几乎不随电压变化, 且同时具有优良的光谱角度稳定性。这种实现OLED彩色化的方法具有制作简单、成本较低等优点, 具有广阔的发展前景。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1431
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摘要

为了准确获取简单光学系统的点扩散函数(PSF), 提升图像复原质量, 本文提出了一种基于PSF测量的宽光谱PSF估计方法。首先, 测量了光学系统的窄带PSF, 并结合图像匹配算法, 标定了实际光学系统中的探测器位置和光轴中心偏移。然后, 模拟实际光学系统各波长、各视场的PSF, 再结合目标反射光谱和探测器光谱敏感信息计算实际目标的宽光谱PSF。实验结果表明: 本文提出的PSF估计方法明显优于窄带PSF估计和盲估计方法, 复原图片质量和稳定性均有明显提升, 能够准确估计实际光学成像系统的PSF。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1418
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摘要

在谐振式集成光学陀螺系统中, 相位调制技术被广泛用于检测陀螺旋转信号。本文详细介绍了近几年来国内外学者为提高陀螺精度、抑制陀螺噪声所提出的相位调制技术。文章首先从理论上分析了谐振环中的背散射噪声, 发现载波抑制是抑制背散射噪声的关键因素。然后, 详细介绍了近几年来为提高陀螺精度而提出的两类相位调制技术, 分别是单相位调制技术和双相位调制技术, 并分析比较了其技术原理、噪声抑制能力以及系统的鲁棒性和复杂度。新型的边带锁定技术可以有效抑制陀螺中的背散射噪声。最后通过总结这些相位调制技术的优缺点发现, 在陀螺系统中除了需要借助于相位调制技术抑制背反射噪声外, 提高对其他类型噪声的抑制是集成光学陀螺性能进一步提高的关键。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1403
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摘要

大口径衍射望远系统由于使用透射式的薄膜衍射光学元件作为主镜, 不仅质量密度低(表面质量密度可以达到01 kg/m2), 同时面形精度要求宽松, 发射成本低。本文阐述了衍射望远系统的基本成像原理, 并推导出任意大口径系统的初始结构计算公式, 给出了口径为300 mm、系统焦距为2 m, 工作波段为058 μm到068 μm的系统设计实例并研制了原理验证系统, 进行了星点像以及分辨率板实验。成像结果接近衍射极限, 与设计结果相符。本文所做工作为大口径衍射望远系统的设计提供了良好的理论基础和初始模型结构, 能够极大地缩短设计周期, 提高成像质量。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1395
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摘要

利用自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测量装置测量了可见光波段紫铜表面的面内光谱BRDF。分析了波长、入射天顶角、表面粗糙度等因素对测量结果的影响。结果表明: (1)BRDF随波长的变化主要受样品表面颜色的影响, 与入射和反射角度无关; (2)入射天顶角对测量结果有明显的影响, 主要归结于角度因子和反射强度随入射天顶角的变化; (3)粗糙度对测量结果也有明显的影响, 随着粗糙度的增加, 样品在镜面反射方向的反射减弱, 在其它方向的反射增强。另外, 分别采用不同的分布函数对测量结果进行了拟合, 结果表明, 采用Lorentz分布能够得到更好的拟合结果。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1385
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摘要

采用电子波包干涉方法研究了长程库仑势以及再散射电子对氢原子在少周期强激光场中阈上电离的影响。首先, 利用强场近似及Coulomb-Volkov近似结合时间窗函数, 模拟了氢原子在波长为800 nm且脉宽为5 fs的线性极化激光场中单电离的周期内干涉及周期间干涉图像, 发现在长程库仑势作用下周期内干涉及周期间干涉共同作用形成了二维动量谱中的部分扇形结构条纹, 其余部分扇形条纹的形成与再散射电子有关。然后, 通过数值求解含时薛定谔方程计算了深度隧穿电离机制下氢原子的二维动量谱, 在二维动量谱中出现了明显的径向条纹。研究结果表明, 该径向条纹的产生与长程库仑势无关, 是再散射电子波包干涉形成的。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1376
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摘要

针对空-水量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD), 综合考虑海风影响、泡沫覆盖的不规则海面、空-水信道复杂多变性和量子偏振态多重散射过程, 建立了非均匀空-水信道复合模型。据此完善了空-水QKD系统量子误码率理论模型, 并采用偏振矢量蒙特卡罗算法模拟, 详细分析了不同海洋环境下非均匀空-水信道光量子传输性能, 及空-水QKD整体传输性能。结果表明: 清澈海水条件下的非均匀空-水信道可实现水下百米量级的密钥分发, 但风速和传输距离的增大都会导致光子退偏比增大, 保真度减小, 偏振误码率增加; 同时风速和泡沫层厚度的增大也会造成空-水QKD系统量子误码率上升, 密钥生成率和传输距离下降, 且随信号波长的增加这两者也会增加, 在波长为532 nm, 信道由最佳(无风无泡沫)变至最差(暴风且泡沫层为6 cm)时, 水下传输距离由1208 m缩减至85 m, 基本能保障水下航行器百米级的安全潜深, 而采用拖拽浮标等措施又可进一步增加空-水QKD的安全距离。由此验证了泡沫覆盖不规则海面下非均匀空-水信道诱骗态QKD的可行性, 对未来空-水一体量子通信链路的实现具有参考价值。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1362
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摘要

在目标检测中, 通常使用候选区域提高目标的检测效率。为解决当前候选区域质量较低的问题, 本文将卷积边缘特征、显著性及目标位置信息引入到候选区域算法中。首先, 利用卷积神经网络将待检测图像生成更富有语义信息的边缘特征, 并通过边缘点聚合及边缘组相似性策略, 获取每个滑动窗口的边缘信息得分; 其次, 利用显著性目标的局部特征, 统计每个滑动窗口中的目标显著性得分; 第三, 根据目标可能出现的位置, 计算每个滑动窗口中的目标位置信息得分; 最后, 利用边缘信息、显著性及位置信息的分数确定候选区域。在PASCAL VOC 2007验证集上进行实验, 给定10 000个候选区域, 交并比取0.7时, 所提算法的召回率为9050%, 较Edge Boxes算法提高了3%。每张图像的运行时间大约为076 s。结果表明, 本文算法可快速产生较高质量的候选区域。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1348
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摘要

以传统的干涉法全息技术为基础, 本文提出了一种纯光学的三维显示全息技术。利用空间光调制器实现真实物体的物光波前重现, 在不同平面上呈现物体的层析像。首先, 利用波前传感器采集真实物体的波前信息。接着, 运用单次快速傅立叶变换算法对光路中成像透镜的传递函数进行模拟, 制成含有该物光经透镜后的波前信息, 分别得到了实验所需的强度和相位灰度图片。然后, 通过两台空间光调制器对入射平行光场进行调制, 从而实现对物光经透镜后的光场进行波前重现。最后, 根据透镜的成像原理, 把CCD分别放置在物体前后两个成像面上即可得到层析的成像图。实验中分别在距离空间光调制器后2985 mm和3376 mm处观察所探测到的物体前后两个成像面的立体层析像。实验结果表明: 在模拟透镜的焦距为150 mm、计算衍射距离为150 mm的情况下, 前后两个成像面在x、y轴方向上的横向放大率分别为(11, 108)和(134, 109), 与利用透镜成像公式计算得到的横向放大率(1, 12)相比, 相对误差分别为(106%, 8%)和(117%, 8%)。角扩散度分别为295°和261°, 其相对误差分别为26%和07%, 低于5%, 基本符合实验原理。实验结果证明了该方法的可行性, 为后续开展的三维显示与新的全息技术提供了有效的技术支撑。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1338
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摘要

数字图像相关测量中, 相关计算前会人工选取散斑区域进行区域限定。随着工业自动化的发展, 面对散斑区域形状越来越复杂以及大量散斑图片的测量需求, 找到一种散斑区域自动提取方法至关重要。本文根据散斑的特征, 对比多种常规边缘检测方法, 提出了一种基于二阶梯度熵函数的散斑区域自动提取判定函数, 并通过分析不同的散斑图片, 确定了最佳子区熵尺寸区间以及在不同散斑图中的自适应阈值区间, 最终通过连通区域分割完成对散斑区域的自动提取。文中采用实际拍摄的散斑图对该方法进行验证, 实验结果表明: 子区熵尺寸取10 pixel以上, 该算法对散斑区域表现敏感; 自适应阈值取图中最大梯度熵值的Q-1.25至Q范围内时, 可以将散斑区域与背景区域有效分割。基本能完成对散斑区域的自动提取, 达到了相关计算前散斑区域选择的目的。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1329
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摘要

为了提高表面放电光泵浦源的寿命, 以Al2O3陶瓷作为放电基板, 研制了分段表面放电光泵浦源。基于放电电压和电流波形, 详细研究了泵浦源的放电周期, 放电通道电阻, 能量沉积效率和等离子体功率密度。发现泵浦源的放电周期、放电通道电阻和能量沉积效率均随放电间隙长度和混合气体气压的增大而变大, 随充电电压的增加而减小; 而等离子体功率密度主要取决于充电电压和放电间隙长度, 基本不随混合气体气压的改变而变化。在充电电压为268 kV, 气压为100 kPa, 放电间隙长8 cm的条件下, 泵浦源的能量沉积效率约为82%, 等离子体功率密度达到了936 MW/cm。实验研究表明: Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源具有良好的放电特性, 较同等条件下聚四氟乙烯表面放电光泵浦源的等离子体功率密度更高, 可产生更强的真空紫外辐射, 辐射亮度温度大于23 kK。Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源适用于光泵浦XeF2气体形成大功率XeF(C-A)蓝绿激光。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1321
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摘要

基于传统暗原色先验原理的图像去雾算法存在的“halo”效应, 且图像中明亮区域存在颜色失真现象, 针对此问题, 本文提出了多尺度窗口的自适应透射率修复交通图像去雾方法。首先, 利用新的8方向边缘检测算子求取图像中景深突变区域, 根据暗通道先验理论和前一步求得的景深突变区域, 在景深变化较大区域使用5×5的窗口, 景深变化较小区域则使用15×15的窗口得到暗原色估计图。同时, 针对暗通道先验原理对近景部分存在白色区域时透射率估计不准确的问题, 引入了自适应透射率修复方法, 通过引导滤波器得到边缘增强后的暗原色图像, 并利用其与原暗原色图像的纹理差对近景区域的透射率进行修正, 完成图像去雾。实验结果表明: 双边滤波和梯度双边滤波两种算法均存在halo现象, 并且在包含白色物体的明亮区域色彩失真严重, 客观评价指标失去意义; 相比于引导滤波, 本文去雾算法的各项指标均有所提高, 其中平均梯度平均提高了8305%, PSNR平均提高了12455%, 边缘强度因子平均提高了777%。本文算法有效解决了复原图像中“halo”效应现象和明亮区域颜色失真现象, 去雾效果最优。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1311
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摘要

本文提出了一种基于电荷电容分割位置分辨原理的光子位置读出阳极, 能够大幅提高该类探测器的空间分辨率和光子计数率。首先, 介绍了影响现有光子计数成像探测器成像性能的关键因素, 分析了采用电容分割位置分辨方法的优势; 其次, 对电荷电容分割原理展开了理论推导, 分析了光子位置与阳极读出信号变化的空间位置的相关性; 再次, 在理论推导的基础上, 分析了电容分割读出阳极相关物理参数对其空间位置分辨能力的影响; 然后, 提出了电容分割位置分辨阳极的优化设计原则, 并设计了一种新型的基于电容分割的二维光子位置读出阳极。最后, 利用有限元仿真工具COMSOL建立了该电容阳极的模型, 进行了位置分辨原理仿真, 并评估了空间分辨的准确性。仿真结果表明: 阳极的位置分辨误差小于50 μm, 中心区域的位置分辨误差小于5 μm, 阳极的位置分辨性能优良。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1303
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摘要

为优化用于冷原子装载的三维光晶格囚禁势阱, 提出一种一体式结构且具有腔增强效果的三维光晶格系统。基于激光与原子的相互作用理论, 对用于碱土金属88Sr冷原子囚禁的光晶格势阱进行研究, 通过对Lamb-Dicke参数η的讨论得到该势阱束缚能力对阱中原子的作用效果, 当η<<1时, 原子被强束缚, 与载波跃迁相关的拉比辐射值最大, 边带激发跃迁被抑制。通过使一束入射激光在多个特殊角度设置的反射镜之间传播, 实现3对激光之间相互正交的三维光晶格。研究结果表明, 在实现相等势阱深度的前提下, 该三维光晶格系统所需激光功率仅为传统晶格系统激光功率的1/15, 此时势阱深度最大值为86 μK, 对温度在几个或十几μK量级的锶冷原子囚禁是非常有效的, 并得到晶格轴向上的囚禁频率约为158 kHz, 相应的η为017。此外, 还表明晶格光场偏振态对该三维光晶格势阱的稳定性分布具有明显的影响, 可通过使各维度光束的偏振相互垂直, 消除干涉引入的负面影响。该一体式三维光晶格能够降低对原子本身的干扰, 有利于准确捕捉晶格势阱中, 被囚禁原子的内部信息。该研究为实现高效光晶格装载冷锶原子及其它碱土金属原子提供理论参考。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1295
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摘要

激光诱导的稀土纳米粒子的上转换发光由于具有独特的光学效应, 多年来一直受到人们的广泛研究。其中, 溶剂对纳米粒子表面效应的影响是该类材料在实际应用中面临的一个普遍问题, 传统的分析方法对溶剂的作用难以给出定量化的分析结果。针对这一困难, 本文利用Monte Carlo计算模拟方法, 从离子-离子相互作用的微观层面上重构出宏观的上转换发光现象, 进而分别给出了纳米粒子表面效应在4种不同的水相溶剂: 水、甲醇、乙醇和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的定量化分析结果。稳态和动力学光谱测试结果均表明, 溶剂水中的上转换纳米粒子表面猝灭速率最高, 甲醇和乙醇中次之, DMF中最低, 这可归因于溶剂中羟基基团及其活性对于上转换纳米粒子表面猝灭效应的影响。进一步, 通过计算模拟获得了NaYF4∶20%Yb, 2%Er上转换纳米粒子中, Yb3+激发态(2F5/2)表面猝灭速率的定量化数值, 分别为: 25×104 s-1(DMF)、1×105 s-1(甲醇和乙醇)、5×105 s-1(水)。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1288
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摘要

用高温固相法制备了Li+, Na+共掺(YxGdyLu1-x-y)2O3∶0。5%Pr3+荧光粉末。用XRD对样品进行结构表征, 用扫描电镜观测了样品的形貌, 测量了样品的激发光谱、发射光谱及发光衰减曲线。结果显示, Li+、Na+和Pr3+的掺杂没有引起(YxGdyLu1-x-y)2O3立方晶相结构的改变。在单一基质中掺杂的Li+、Na+可有效改善晶粒尺寸, 在复合基质中掺杂的Li+、Na+, 不仅可以有效改善晶粒尺寸, 还使得样品有陶瓷化的趋势。在272 nm激发下, 粉末样品在632 nm处均呈现较强的Pr3+红色发射。不同条件下, 1 000 ℃煅烧2 h获得的(Y0。05Gd0。05Lu0。9)2O3∶0。5%Pr3+, 2。5%Li+, 1%Na+荧光粉末的发光最强, 且荧光寿命较短。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1279
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摘要

本文采用水热法在ITO衬底上制备了ZnO纳米棒阵列, 然后用化学水浴沉积法在纳米棒上制备CdS量子点。分别利用SEM和XRD对样品形貌和晶体结构进行表征。结果表明, 球状的CdS量子点均匀地包覆在ZnO纳米棒表面, 且结晶质量较好。基于ZnO纳米棒和ZnO纳米棒/CdS量子点制备的探测器对紫外光都具有很好的响应, 然而与ZnO纳米棒探测器相比, ZnO纳米棒/CdS量子点探测器在相同条件下的光电流提高了7倍, 为052 mA。此外, ZnO纳米棒/CdS量子点探测器对绿光和蓝光也表现出了很好的响应。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1271
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摘要

文章首先说明了星载激光通信较传统微波通信的先进性和重要性, 介绍了激光通信系统的基本组成, 简述了系统的工作过程。之后总结了国外的星载激光通信项目和发展计划, 重点介绍了日本、美国和欧洲近几年在星载激光通信领域的研究现状, 同时也简述了国内各高校以及研究所的研究进展。接着指出了目前星载激光通信的难点并且归纳了与之相关的关键技术。最后, 对星载激光通信的未来发展趋势进行了展望。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1260
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摘要

远距离检测主要用于人类不宜或不易接触的物品检测, 紫外拉曼光谱法是一种比较有效的远距离危险物品检测方法, 在反恐、禁毒和食品安全等领域具有广泛的应用前景。本文在分析远程拉曼光谱检测技术基本原理的基础上, 总结了紫外拉曼光谱检测技术的优势, 对远程紫外拉曼光谱检测技术的现状进行综合分析。从激光器发射、光学接收系统、光谱接收、光谱处理等方面分析了不同模块关键技术及研究现状, 分析了远程紫外拉曼光谱检测技术的研究难点和发展趋势。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1249
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摘要

连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提, 无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来, 随着测量精度的不断提高, 基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力, 有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法, 重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析, 对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。

PDF全文中国光学 | 2019,12(06):1235
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摘要

基于傅里叶变换的X射线单光栅相衬成像技术与传统相衬成像方法相比,具有辐射剂量低、成像速度快等优势,在材料、医疗等领域具有广阔的应用前景。物体频谱信息的获取是该技术恢复相位的关键步骤,但其提取过程中容易受到莫尔伪影的影响而导致成像质量下降,限制了该方法的发展应用。针对上述问题,基于莫尔伪影的理论分析和成像系统的结构特征,我们提出了旋转光栅和调节光栅投影频率两种方案来消除伪影,并在实

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):080701
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摘要

大视场离轴反射光学系统可以获取更加丰富的信息资源,是未来空间光学系统的发展趋势。自由曲面在离轴反射光学系统中的应用可以增大系统视场,但大视场自由曲面离轴反射光学系统由于初始结构较少,优化过程复杂等因素导致设计难度大。本文提出了一种大视场自由曲面离轴反射光学系统设计方法,首先基于矢量像差理论与费马原理直接获得成像质量较好的无遮拦自由曲面初始系统,再经过简单优化后即可得到最终的大视

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):080801
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摘要

在装调过程中引入的倾斜误差会影响衍射光学元件的衍射效率。入射角度的增大也会影响衍射光学元件的衍射效率。基于多层衍射光学元件的位相延迟表达式,提出了斜入射时衍射效率和带宽积分平均衍射效率与倾斜误差的理论关系模型。分析了斜入射时倾斜误差对衍射效率和带宽积分平均衍射效率的影响。建立了工作在一定入射角度范围内的复合带宽积分平均衍射效率与倾斜误差的关系。当工作在8~12um波段的多层衍射光学元

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):080501
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摘要

钽铌酸钾晶体(KTN)具有很高的二次电光系数,响应速度快,因此可以作为高速电光开关,在较低电压下快速产生大的光束偏转角。但是,晶体的色散问题制约了电光开关在宽光谱范围内的应用。因此,本文探讨了外加电压、温度及波长对偏转特性的影响,并发现通过电压和温度的双重调制,可以在光束偏转角和色散中寻找平衡,为KTN用于宽波段光束偏转提供参考。

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082601
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摘要

当今,模式识别算法在很多领域得到广泛应用。其中,提升算法因其对各种场景适应性强、准确率高,被广泛使用。但是提升算法在红外光谱识别领域中的应用却不多见。为解决气体红外光谱识别问题,引入提升算法中较新的研究成果—极端梯度提升算法(eXtreme Gradient Boosting, XGBoost)。选用实测的三氯甲烷、对二甲苯、四氯乙烯这三种气体的红外光谱数据进行实验。首先,在对原始数据进行预处理后,通过特征工程提

PDF全文 光学学报 | 2020,40(07):073002
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摘要

星图信噪比是影响星敏感器拍摄星图中星点提取精度的重要因素。针对软阈值等去噪方法在处理近地面全天时星图时阈值选取问题引起的噪声残留而影响星点质心提取精度,本文提出一种加权局部异常因子(LOF)的近地全天时星图小波去噪方法。该方法通过将局部异常因子算法应用于星图的小波去噪中,实现不依赖阈值的近地全天时星图去噪。本文以地面真实拍摄星图作为原始数据,使用峰值信噪比(PSNR)及局部峰值相对误差(LP

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081001
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摘要

为满足各种谱线下遥感仪器的高精度光谱辐射定标,减小光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。针对目前数字可调光源输出能量较低的问题,重点研究了适用于大视场的Offner光谱成像系统。提出一种改进型Offner凸面光栅光谱辐射定标光源光学系统设计方法,基于光线追迹原理,理论推导了Offner型光谱成像结构狭缝和像散的关系,利用双柱面透镜对Offner型光谱成像系统大狭缝下的残余像散进行补偿。使用该方法

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082202
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摘要

GF-5卫星多角度偏振成像仪(DPC)同一波段的0?、60?和120?三个偏振通道间必须进行响应非一致性校正,才能满足偏振探测的精度要求。本文将DPC的?50?宽视场划分为15?15个分视场,使用高精度的二维转动平台调整各分视场的位置以对准积分球参考光源进行成像,设计基于时间稳定性的分视场图像数据的拼接算法,得到全视场的拼接图像,并应用对数模型检测拼接图像中坏像元的位置与数量。采用拼接图像计算DPC同一波段

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082801
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摘要

针对传统固结磨盘因其表面沟槽形式单一而难以保证蓝宝石等硬脆性材料加工质量的问题,提出了一种螺旋-同心圆双图案非均匀耦合结构的新型固结磨盘(DPP)设计,并进行了试验研究。DPP采用螺旋槽作为排屑槽,降低磨盘表面的堵塞程度,以保证加工表面获得较低粗糙度和延长工具寿命;采用同心圆槽用来调整磨盘表面磨粒分布,提高磨盘对工件材料的去除均匀性,以保证加工表面获得更高的平坦度。基于该设计原理,制

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082401
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摘要

油气分离与微量气体检测是变压器油中溶解气体分析中的关键技术。为满足目前油 浸式变压器在线监测的需求,本文根据非共振光声光谱和无孔膜油气分离理论,将直径为40mm的聚全氟乙丙烯(FEP)高分子膜与容积仅为0。3mL的光声气室相结合设计了微型油中溶解气体传感单元,油中溶解的故障特征气体经扩散进入气室中,利用近红外激光光声光谱技术、波长调制和二次谐波检测技术对气室中的气体进行高灵敏度检测。对特征气

PDF全文 光学学报 | 2020,40(07):073003
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摘要

苯乙烯是重要的有毒化工原料,一旦泄漏于土壤、水体等均会造成严重危害,因此有必要对土壤中苯乙烯含量进行分析研究。本文在室内条件下提取了苯乙烯在不同土壤中光谱诊断波段及其范围,可作为土壤中苯乙烯识别及其含量预测的依据。在此基础上对土壤光谱反射率采用微分处理法与光谱数据形式转换法处理,以增大样品之间的光谱变化差异,并采用多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVMR)方法建

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):083001
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摘要

本文基于光敏半导体材料电导率受外部泵浦光可控的特性,首先通过在嵌套的类方环单元结构中嵌入半导体材料砷化镓(GaAs),设计了一种动态光控单频/双频可切换吸收的超材料吸收器。在此基础上,根据不同波长的泵浦光对不同半导体材料的激发特性,引入第二种半导体材料锗(Ge),将第一种结构进行拓展,提出了一种光可控的多频段可开关超材料吸收器,通过选择不同波长的泵浦光调控半导体材料的电导率,实现了单

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081601
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摘要

针对凸非球面大口径、大相对孔径、全口径检验难的问题,提出了一种利用自准校 正透镜检验凸非球面的方法。该方法在单透镜的凸面镀半反半透膜,构成自准校正透镜,校正非球面的球差,从而实现大口径凸非球面的全口径检验。依据三级像差理论,推导了初始结构参数计算公式,介绍了设计方法;模拟设计了口径240.62mm ,相对孔径0.48的凸扁球面光学检验系统,系统优化后残余波像差峰谷值PV0.00025λ,RMS0.0001λ

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082201
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摘要

海面溢油是一种突发性事故,对其的发生进行准确的探测和识别具有重要意义。通过三个测量波段(290nm、320nm、355nm)进行了海水目标及溢油目标(原油、重油、柴油、汽油、棕榈油)反射特性室外实验,获得了探测目标的上升绝对辐亮度值和溢油-海水的对比度与太阳高度角和方位角的关系曲线。结果表明,当太阳高度角为40°~60°时,原油-海水对比度为14%~44%,重油-海水对比度为15%~35%,汽油-海水对比度为12%~26%

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):080101
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摘要

本文提出了一种基于偏振复用-双平行马赫-增德尔调制器(PDM-DPMZM)的微波光子变频移相信号生成方案。在本方案中可通过改变调制器的直流偏置电压实现二倍频移相信号生成或者上/下变频移相信号生成,生成信号的相位仅通过控制检偏器Pol的偏振方向与调制器一个主轴之间的角度 就能实现 -180°到180°的连续调谐。在光频梳的支持下,本方案可扩展为多通道独立相位调谐的系统。仿真结果表明,频率为5 GHz的射频信号

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):082501
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摘要

本文利用傅里叶红外光谱仪在温度范围为573-953 K、波长范围为3-20 μm测量Ti–6Al–4V合金在0-84°的方向光谱发射率,并且系统研究了方向变化对其光谱发射率的影响。实验结果表明,在波长小于10.3 μm的短波处,Ti–6Al–4V合金发射率在0-84°下随角度变化呈现出类似绝缘体的特性;而在大于10.3 μm的长波处,其变化呈现出类似金属的特性。该合金的光谱发射率在573-773 K范围内随温度的升高而增大,并且0-70°与8

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):083002
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摘要

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 简称VCSEL)相比传统边发射激光器光束质量高,可靠性高,在激光雷达测距领域有广泛的应用前景,为了保证测距精度足够高,输出的激光脉宽范围通常在1-25ns,峰值功率达到近百瓦,因此要求驱动电路能提供窄脉宽大电流,而此时回路杂散参数对电路性能影响显著,进而影响激光雷达系统性能。本文主要研究了直插式TO封装和裸芯片980nm大功率VCSEL激光

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081401
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摘要

合成孔径成像技术凭借虚拟大尺寸孔径能够实现局部被遮挡目标的有效探测,但是当场景中存在强背向散射因素影响时,重聚焦图像质量大大降低。针对上述问题,本文提出一种基于共焦照明的合成孔径成像方法,该方法根据场景目标分布的深度信息对照明光源进行调制,有效实现聚焦面目标和非聚焦面目标接收的光照度差异,同时结合合成孔径成像重聚焦方法实现局部被遮挡的共焦照明面目标的高质量重建。本文通过反镜阵列

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081103
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摘要

传统粒子追踪测速(Particle Tracking Velocimetry 简称PTV)技术的粒径分析方法只能通过几何成像检测粒径,无法对衍射成像尺寸远远大于几何成像尺寸的粒子图像进行粒径分析。本文根据衍射成像原理,通过对激光-粒子散射光-CCD电信号-图像灰度值物理流程的定量分析,提出了确定微纳米级示踪粒子图像灰度值与粒径之间的量化关系模型,为微纳尺度示踪粒子粒径分析提供一种新方法,弥补了PTV技术在粒径检测方面的

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081104
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摘要

随着天文探测水平的提高,偏振像差对天文望远镜成像质量的影响逐渐凸显。本文基于偏振光线追迹,分析了一种将用于探测宇宙弱引力透镜效应的无遮拦离轴天文望远镜的偏振像差,得到了该望远镜的琼斯瞳、振幅响应矩阵以及望远镜中各个反射镜的二向衰减和相位延迟分布特性。计算发现偏振像差将该望远镜的成像对比度限制在约1e-5水平,同时会改变其点扩散函数的形状特性。计算了偏振像差对望远镜光学椭率的影响,结

PDF全文 光学学报 | 2020,40(08):081101
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