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PVDF及其共聚物薄膜非线性光学研究进展
刘勇, 刘卫国, 牛小玲, 惠迎雪, 戴中华, 王之恒, 郭文浩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0191
摘要(0) HTML全文(0) PDF 2494KB(0)
摘要:
PVDF及其共聚物薄膜拥有极佳的电活性、较高的衍射效率、显著的非线性光学效应,广泛应用于光电转换、光调控、光开关等光电功能器件等领域。本文简要介绍了近年来PVDF及其共聚物薄膜非线性光学研究方面的主要进展,指出该类薄膜共混、纳米掺杂、超薄化的发展方向,同时需从第一性原理-光子带隙计算着手研究其非线性光学性质,以高灵敏度Z-扫描及马克条纹法结合椭偏为主要测量方式,为该类薄膜的非线性光学研究及制备提供一定的参考。
航空遥感器平面反射镜系统装调方法
张健, 王健飞, 方新, 宋来运, 刘少明, 王雪
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0187
摘要(0) HTML全文(0) PDF 3727KB(0)
摘要:
利用平面反射镜进行光路折转以减小航空遥感器体积及质量是一种常用设计手段,而平面反射镜的引入对航空遥感器的装调工作提出了更高的要求。介绍了一种用于航空遥感器平面反射镜系统的装调方法。利用坐标变换法建立经纬仪测量数学模型,推导出单个平面反射镜组件及平面反射镜系统角度偏差(俯仰偏差及方位偏差)与经纬仪测量值之间的对应关系。提出了利用经纬仪完成平面反射镜系统角度偏差测量及装调的方法。最终使镜头光轴与焦平面安装面法线的俯仰偏差和方位偏差均满足不大于2′的指标要求。应用该方法已完成10余套航空遥感器反射镜系统的装调,方法方便高效。同时,该方法可为各种光学仪器中平面反射镜角度标定及装调提供解决思路。
Si杂质扩散诱导InGaAs/GaAs(P)量子阱混杂研究
王予晓, 朱凌妮, 仲莉, 孔金霞, 刘素平, 马骁宇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0200
摘要(8) HTML全文(2) PDF 3571KB(0)
摘要:
腔面光学灾变损伤是制约半导体激光器输出功率以及可靠性的主要因素之一,量子阱混杂技术是最常用的解决腔面灾变性光学损伤的方法。为了制备高功率、高可靠性半导体激光器单管器件,对Si杂质诱导量子阱混杂工艺进行了探索。本文使用Si介质层作为扩散源,采用管式炉高温退火的方法进行Si杂质扩散诱导量子阱混杂研究。实验并分析了介质膜厚度、退火条件、量子垒材料、牺牲层材料等因素对InGaAs/GaAs(P)量子阱的蓝移量的影响。实验发现,量子阱和量子垒的混杂效果随着扩散时间以及退火温度增加而增大,但对温度尤其敏感。当退火条件为780 ℃−10 h时,InGaAs/GaAsP结构的波长蓝移量达到70.5 nm,量子垒为GaAsP时比GaAs有更好的促进蓝移效果。相同外延结构下,InGaP牺牲层结构相比AlGaAs牺牲层有更大的波长蓝移。
变截面压弯椭球柱面反射镜优化设计
李桐, 王楠, 祝万钱, 任祖洋, 金利民, 薛松
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0179
摘要(14) HTML全文(2) PDF 3146KB(0)
摘要:
目的: 根据同步辐射光束在建线站项目需要,提出变截面压弯椭球柱面反射镜方案。 方法: 该方案基于变宽度压弯椭圆柱面聚焦镜设计理论,推导出变截面(带弧矢聚焦)反射镜镜面斜率误差的计算公式,并进行优化设计。本研究基于聚焦镜光学参数(物距\begin{document}$p$\end{document}、像距\begin{document}$q$\end{document}和掠入射角\begin{document}$\theta $\end{document})设计,最终借助有限元分析软件计算反射镜的设计误差。 结果: 结果表明,在此需求下,反射镜两端宽度最优为49.5 mm和90.5 mm,对反射镜两端压弯弯矩进行计算、仿真、优化后,其斜率误差均方根值由~5.1368 μrad降低至~0.0636 μrad(取1 m长), 结论: 接近系统误差(~0.0407 μrad) ,满足设计要求(<0.1 μrad)。
基于焦面复制方法的自适应光学系统静态像差校正技术
张天宇, 王钢, 张熙, 窦江培
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0183
摘要(8) HTML全文(2) PDF 4949KB(0)
摘要:
限制自适应光学(Adaptive Optics, AO)系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差(Non-Common Path Aberration,NCPA),同时AO系统共光路部分也会不可避免的引入静态像差。为此,本文提出了一种基于焦面点扩散函数(Point Spread Function,PSF)复制的技术,用于校正AO系统中的静态像差。此技术利用点光源产生的PSF图像作为参考图像,通过迭代优化算法控制可变形镜改变其面型,将参考PSF图像复制到AO系统科学成像路径。实验结果表明校正后的斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)从初始的0.312提高到0.995。此技术可以稳定、快速地获得全局校正结果,特别是在系统具有较大的初始静态像差时。
基于液晶光波导的电控偏振旋转器
查正桃, 张谦述
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0213
摘要(1) HTML全文(0) PDF 3893KB(0)
摘要:
为了更准确地分析基于液晶光波导的电控偏振旋转器的偏振转换长度和偏振转换效率,考虑了向列相液晶场致重新取向的渐变特性。首先,根据液晶磁场耦合方程组得出的本征值方程构建偏振转换长度与外加电压的对应关系。然后通过对电场传输方程进行横向有限差分离散得到了交替方向隐式束传播法迭代方程组的显式表达,用于求解液晶光波导中的传播场进而计算偏振转换效率。最后,通过仿真实验求解了本征模式以及传播场,进而分析液晶指向矢的渐变特性对偏振转换长度和偏振转换效率的影响。结果表明,液晶指向矢的渐变对偏振转换长度的影响可以忽略,但其得出的最大偏振转换效率相较于液晶重新取向均匀的求解结果低大约20%。这一结果将为基于液晶光波导的电控偏振旋转器的实际开发提供理论参考。
面部视频非接触式生理参数感知
嵇晓强, 刘振瑶, 李炳霖, 饶治, 李贵文, 粟立威
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0157
摘要(67) HTML全文(46) PDF 4256KB(7)
摘要:
为了在非接触条件下检测受试者的各项生理参数,本文设计了一种基于成像式光电容积描记技术,从手机录制的人脸视频中估算生理参数。首先,提出了“小波变换-主成分分析-盲源分离”算法,用于提取出高信噪比的RGB三通道脉搏波信号。然后,分别从频域和时域角度对绿色通道信号进行处理,估算出心率值和呼吸率值;对红蓝通道的脉搏波信号进行处理,并结合血氧仪检测的血氧饱和度结果,进行数据拟合,从而找到从面部视频中估算血氧饱和度值的最佳线性方程。最后,对比了自然光下各生理参数的估算结果误差,分析了在3种光照环境下各参数的估算结果。结果表明:3种光照环境下得到的心率平均误差为0.5512次/min,呼吸率平均误差为−0.6321次/min,血氧饱和度平均误差为−0.2743%。本文提出的非接触式生理参数估算方法精度高,具有普适性和稳定性,估算结果同标准仪器的测量结果具有高度一致性,可满足日常生理参数测量的需求。
水下光场的迭代求解
何大华, 李阳阳, 周少杰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0162
摘要(42) HTML全文(7) PDF 5071KB(5)
摘要:
水体对光线的散射是水下图像质量劣化的重要因素,为了定量分析在特定光源照射下水体散射的影响,建立了光线水下传输的散射模型,以此为基础推导出求解水下光场分布的Fredholm积分方程。在水中光线能量随距离增大呈指数规律衰减,基于此,本文在水体体散射函数为常数的情况下,给出了有边界条件时该积分方程的数值迭代求解方法,得到高精度的水下光场分布。以太阳、均匀亮度天空、水下点光源以及空中点光源为例,分别给出了水面平静时的水下光场的计算结果。该求解方法可推广应用于任意光源配置、任意边界条件下的水下光场分布,为严格推导水体点扩展函数及调制传递函数奠定了基础。
太赫兹超分辨率成像研究进展
曹丙花, 张宇盟, 范孟豹, 孙凤山, 刘林
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0198
摘要(14) HTML全文(2) PDF 3214KB(0)
摘要:
目前太赫兹(Terahertz, THz)成像技术在许多领域被视为最前沿技术之一,并在近二十年的发展中取得了巨大进步。随着科研、医疗、军事以及工业应用需求的增长,高分辨率THz图像变得不可或缺。超分辨率成像方法是目前THz技术研究热点,首先回顾了THz系统成像方法,包括连续波成像与脉冲波成像两种方式;在此基础上详细介绍了THz超分辨率成像系统与THz信号处理技术,其中超分辨率成像系统包括近场成像、超透镜以及太喷射效应等,THz信号处理技术包括超分辨率重建与卷积计算等;最后,分析目前超分辨率成像存在的不足,系统的制造工艺要求高、采集速度慢以及重建图像使用的学习样本分辨率较低仍是亟待突破的瓶颈,进一步对超分辨率成像研究方向进行展望。
高空离轨发动机流场红外辐射特性研究
郑鸿儒, 马岩, 范林东, 任翔
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0232
摘要(10) HTML全文(2) PDF 1547KB(0)
摘要:
高超声速飞行器大攻角机动时,其离轨发动机产生的喷流与高速稀薄的大气来流产生强烈干扰,流场情况复杂,流场红外辐射也是天基红外系统探测的标志性事件。本文针对高超声速飞行器发动机喷流与稀薄来流的相互干扰情况,采用数值求解Navier-Stokes方程模拟干扰流场,采用逐线积分法得到气体红外辐射特性,结合反向蒙特卡洛方法计算得到飞行器在94公里飞行高度下,无来流、不同来流攻角、不同来流速度下的尾焰流场红外辐射特性,并针对低轨卫星的可观测性进行了评估。仿真结果表明,对于给定观测位置,在无风条件下,红外辐射在各个波段下强度较低,最大值在10−9 W/m2量级。而在来流攻角影响下,流场红外信号强度显著上升,且来流攻角、来流速度越大,强度越大,最大值在10−6 W/m2量级。大气衰减效应对不同观测位置的可观测性影响较大。计算结果可为高超声速飞行器红外预警和反导提供参考。
高超噪比宽带毫米波噪声信号光子学产生研究
黄海碧, 刘文杰, 孙粤辉, 王安帮, 秦玉文, 王云才
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0158
摘要(57) HTML全文(13) PDF 3698KB(4)
摘要:
受电子器件工作频率及功率的限制,传统电子学方法产生的噪声源的超噪比通常小于20 dB,针对这一问题,本文提出了一种基于非相干光拍频产生高超噪比宽带毫米波噪声技术。首先,用两个光滤波器对宽带放大自发辐射光源进行滤波整形。将获得的两束频率不同的放大自发辐射光耦合进入光电探测器进行拍频,从而产生电噪声信号。理论分析发现,通过调节拍频光的光谱线型、线宽与功率,在当前的高速光电探测器响应水平下,可获得超过50 dB的高超噪比毫米波噪声源。通过数值方法分析影响噪声源超噪比主要因素的基础上,通过实验方法产生了超噪比大于50 dB的毫米波噪声信号。如果采用更高速的光电探测器,这一技术可在毫米波乃至太赫兹波段构建大超噪比的噪声源。
面结构光在机检测的叶片反光抑制技术
李茂月, 刘泽隆, 赵伟翔, 肖桂风
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0194
摘要(11) HTML全文(2) PDF 4187KB(1)
摘要:
薄壁叶片在结构光检测过程中,由于其表面粗糙度较小,易产生强烈的反光现象,影响求解条纹相位主值,进而无法准确的重构出三维点云。本文以加工过程中的叶片作为研究对象,提出一种对在机检测过程中的条纹图像进行图像增强处理的Retinex算法,恢复条纹在高反光位置的信息。首先,对薄壁叶片的反光特性进行分析,通过实验标定出最优曝光的灰度区间和理想灰度值,建立了光圈转动角度与图像平均灰度的相机响应曲线模型,以调节光圈和曝光时间至最优曝光的灰度区间作为检测条件。其次,基于Retinex算法处理条纹图像,通过改进的双边滤波代替常用的高斯滤波,在去除光照的同时有效保留了条纹的边缘信息。最后,对薄壁叶片进行单目结构光检测,实验结果表明,经本文算法处理后的条纹图像,通过Canny算子检测出的条纹数量最多,图像信息熵平均增长率达18.21%,解算的相位主值误差最小,与手持式激光扫描仪检测的标准点云进行偏差分析,点云的正、负偏差降至0.0589 mm和−0.0590 mm,与原点云的偏差值相比分别减少了44.6%和44.1%,表面质量得到明显改善。本文提出的图像增强算法有效抑制了面结构光检测过程中的金属表面反光。
数字微镜器件(DMD)杂散光特性测试方法及装置
姚雪峰, 高毅, 龙兵, 于晨阳, 李文昊, 于宏柱, 张靖, 李晓天
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0132
摘要(142) HTML全文(48) PDF 5342KB(15)
摘要:
目的: 为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行了测试。 方法: 首先,提出了杂散光测试方法;接着,针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统;最后,通过实验得到了2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况。 结果: 测试结果表明,单个微镜单元中心孔道位置附近反射的能量较强,靠近边缘位置反射的能量则相对较弱,此外测试区域之外微镜单元也会反射一部分能量;测试区域内微镜单元杂散光绝对强度最大值出现在中心孔道附近,其灰度值为6.86,紧邻测试区域微镜单元杂散光绝对强度最大值同样也出现在中心孔道附近,其灰度值为4.01,由此可以说明中心孔道位置附近的杂散光较强;测试区域内微镜单元的杂散光相对强度相对较弱,从测试区域边缘开始急剧增大,经过大约两个微镜单元后达到峰值,数值为293.5%,此后开始急剧下降。 结论: 以上这些研究成果可为今后使用DMD研制各类仪器起到一定指导作用。(小五号)
Common failure modes and mechanisms in oxide vertical cavity surface emitting lasers
ZHANG Yu-qi, ZUO Zhi-yuan, KAN Qiang, ZHAO Jia
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2021-0012
摘要(134) HTML全文(58) PDF 7512KB(32)
摘要:
Oxide Vertical Cavity Surface Emitting Lasers(VCSELs) are widely used in high-speed optical communications. The reliability of VCSELs is a very important index which requiring a high lifetime and low failure rate in the application process. Understanding the root causes and mechanisms of VCSEL fails is necessary and helpful to improve device reliability. In this paper, we summarize and analyze the most common failure modes, causes and mechanisms observed in oxide VCSELs from three main aspects of design, manufacturing and application, and some appropriate measures and suggestions are applied to prevent or improve them. Moreover, the three dominating factors leading to the failure of VCSELs including oxide layer stress, ESD and humidity corrosion are introduced in more detail. This article can be used as a good VCSEL failure analysis library for chip development and production researchers. At finish, we will simply introduce the VCSEL failure cases encountered in the actual accelerated aging verification process for more references.
基于二氧化钒宽、窄带可切换的双功能超材料吸收器研究
封覃银, 裘国华, 严德贤, 李吉宁, 李向军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0174
摘要(16) HTML全文(5) PDF 5468KB(1)
摘要:
本文提出了一种宽、窄带可切换的双功能超材料吸收器。在超材料吸收器的结构中,引入了相变材料二氧化钒(VO2),仅利用单个可切换超表面就能实现不同的功能,其不同功能之间的相互转换是通过VO2绝缘态和金属态之间的可逆相变特性来实现。当VO2处于金属态时,设计的结构可以看作一个超材料宽带吸收器。仿真结果表明,在1.55 THz至2.21 THz的宽带频率范围内,吸收率超过98%。当VO2处于绝缘态时,该结构作为窄带吸收器,在共振频率2.54 THz、2.93 THz和3.34 THz处的吸收率在95%以上,实现了完美吸收。此外,还讨论了几何参数对超材料吸收器吸收率性能的影响。由于单元结构的对称性,该吸收器在电磁波垂直入射时具有极化不敏感特性,并且在大入射角范围内仍能保持良好的吸收性能。因此,本文提出的可切换双功能超材料吸收器可广泛应用于太赫兹调制、热发射器和电磁能量采集等各种领域。
离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性
白晓泉, 郭良, 马宏财, 许博谦, 鞠国浩, 徐抒岩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0164
摘要(29) HTML全文(8) PDF 10681KB(6)
摘要:
为了保证离轴三反空间望远镜地面装调阶段及在轨调整阶段的成像质量,本文基于矢量像差理论从内在机理层面揭示了轴向失调与横向失调对像差影响的耦合特性,重点分析了由两类失调耦合特性产生的补偿关系:(1)针对轴向失调补偿横向失调,揭示了装调过程中系统像质可能处于局部极值的一类工况;(2)针对横向失调补偿轴向失调,提出在轨横向失调引入的像散、彗差补偿轴向失调引入的像散、彗差的补偿策略(离焦不能补偿)。以本文实验室现有的一套离轴三反系统为例,充分验证了解析关系的准确性。仿真和实验证明:当系统同时存在轴向失调和横向失调时,系统成像质量也可能达到衍射极限(1/14λ),但系统像质处于局部极小值;望远镜在轨处于失调状态且离焦较小时,可以优先通过校正横向失调以完成系统像质校正,补偿后RMS波前误差与设计状态(装调最佳状态)相比改变量小于0.03λ。
光损伤肖特基钙钛矿探测器的光电特性性能分析
曲家沂, 王云鹏, 孙俊杰, 陈飞, 赵东旭, 田灿灿
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0196
摘要(21) HTML全文(7) PDF 4786KB(3)
摘要:
为了研究飞秒激光对光电探测器光学性能的影响,对飞秒脉冲激光辐照CsPbBr3背靠背肖特基光电探测器的损伤特性,以及不同激光功率密度下的光电性能进行了研究。我们利用化学气相沉积法在ITO叉指电极上沉积CsPbBr3微米晶薄膜,制备了背靠背肖特基型全无机钙钛矿光电探测器。利用脉冲宽度为35 fs的钛宝石飞秒激光器辐照CsPbBr3光电探测器,在不同激光功率密度下通过显微镜观察CsPbBr3多晶薄膜的损伤形貌,并研究了不同功率密度损伤下肖特基结构的钙钛矿光电探测器的光电性能变化。结果表明自制的全无机金属卤化物肖特基光电探测器具有较高的损伤阈值,达到了2.1 W/cm2,并且在样品轻度损伤的情况下,样品的光电特性出现了一定程度的提升,光谱响应度出现了50 nm的展宽,并且在部分薄膜受热脱落后,器件仍然保持一定的光电探测性能。
融合视觉显著性和局部熵的红外弱小目标检测
赵鹏鹏, 李庶中, 李迅, 罗军, 常凯
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0170
摘要(21) HTML全文(13) PDF 3236KB(11)
摘要:
目的: 针对红外图像中弱小目标检测虚警率高、实时性差的问题,提出了一种基于视觉显著性和局部熵的红外弱小目标检测方法。 方法: 该方法将红外弱小目标的检测问题由粗到精分步实现,首先利用融合局部熵的方法提取包含目标的感兴趣区域,对红外弱小目标实现粗定位。然后再利用改进的视觉显著性检测方法在感兴趣区域计算局部对比度,获得感兴趣区域的显著图。最后利用阈值法分割显著图像提取红外弱小目标,实现红外弱小目标的检测。 结果: 通过与TOPHAT算法及LCM算法进行对比试验,验证了该方法在检测性能上优于TOPHAT算法以及LCM检测算法,虚警率分别下降62.5%和33.3%;检测实时性上相比LCM算法耗时降低为原来的38.6%。 结论: 该方法能够实现复杂背景下红外弱小目标的准确检测,在一定程度上解决了目标检测虚警率高、实时性差的问题。
基于碳纳米薄膜/砷化镓范德华异质结的高性能自驱动光电探测器研究
霍婷婷, 张冬冬, 施祥蕾, 潘宇, 孙利杰, 苏言杰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0149
摘要(114) HTML全文(45) PDF 4736KB(11)
摘要:
基于碳纳米材料/体半导体范德华(vdW)异质结的光电器件可以同时实现碳纳米材料的超高载流子迁移率以及体半导体的优异光电性能,且具有结构简单、工艺简便、易于调控界面等优点。尤其是通过调控单壁碳纳米管(SWCNT)的直径/手性、费米能级等可以与体半导体形成能带匹配、具有原子级界面的新型混合维度vdW异质结。本文报道了一种基于(6,5)手性为主的SWCNT薄膜与n型GaAs所形成的pn结的宽光谱自驱动光电探测器,并利用石墨烯降低SWCNT薄膜内载流子的复合几率和促进载流子传输。实验结果表明,器件对405~1064 nm波段光子表现出高灵敏的光电响应,零偏压条件下最大光电响应度和比探测率分别可达1.214 A/W和2×1012 Jones。
三维点云数据超分辨率技术
毕勇, 潘鸣奇, 张硕, 高伟男
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0176
摘要(48) HTML全文(27) PDF 6609KB(15)
摘要:
随着机器视觉技术的发展,如何准确、高效地对真实世界进行精确记录与建模已成为热点问题。由于硬件条件的限制,通常采集到的点云数据分辨率较低,无法满足实际应用需求,因此有必要对点云数据超分辨率技术进行研究。本文介绍三维点云数据超分辨率技术的意义、进展及评价方法,并对经典超分辨率算法和基于机器学习的超分辨率算法分别进行梳理,总结了目前方法的特点,指出了目前点云数据超分辨率技术中存在的主要问题及面临的挑战,最后展望了点云数据超分辨率技术的发展方向。
Averaged intensity and spectral shift of partially coherent chirped optical coherence vortex lattices in biological tissue turbulence
KE Cheng, ZHU Bo-yuan, SHU Ling-yun, LIAO Sai, LIANG Meng-ting
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2021-0010
摘要(55) HTML全文(31) PDF 1216KB(5)
摘要:
Averaged intensity and spectral shift of partially coherent chirped optical coherence vortex lattices (PCCOCVLs) in biological tissue turbulence are investigated, where optical lattice structures in monochromatic optical field and spectral rapid transitions in polychromatic optical field are stressed. It is found that the beam profile evolves from annular structure with vortex core into a periodic array of lobes with dark zone, and it finally present a Gaussian-like pattern in biological tissue. Although lattice parameter modulates beam profile, it cannot affect spectral behavior in biological tissue turbulence. The analysis of spectral shift also shows that a smaller distance is beneficial to spectral rapid transition, where the transverse coordinate decreases with an increase of chirp parameter and a decrease of pulse duration. The accumulated turbulences in a longer distance can suppress not only spectral transition, but spectral shift. The reduction of spectral shift is accompanied by a stronger biological tissue turbulence. The results have the application possibility in image recognition, medical device and noninvasive optical diagnose in biological tissue.
Ag@SiO2纳米核壳结构对铒碲发光玻璃的发光的增强机制
陈晓波, 李崧, 赵国营, 刘洪珍, 郭敬华, 马瑜, 王克志, 耿珠峰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0142
摘要(63) HTML全文(24) PDF 1251KB(6)
摘要:
我们首次把预先制备好的Ag@SiO2纳米核壳结构成功的引进到碲化物发光玻璃70TeO2-25ZnO-5La2O3-0.5Er2O3体内,我们发现(A) Ag(1.6×10−6 mol /L)@SiO2(40 nm) @Er3+(0.5%):铒碲发光玻璃相对于样品(B) Er3+(0.5%):铒碲发光玻璃的可见光与红外光的激发光谱强度的最大增强依次为149.0%与161.5%。可见光与红外光的发光光谱强度则依次最大增强了155.2%与151.6%。还发现样品(A)相对于样品(B)的寿命显著变长。由于Ag@SiO2的表面等离子体吸收峰恰好位于546.0 nm,它与铒离子的发光峰546.0 nm完全共振了,因此,Ag@SiO2对铒碲发光玻璃的发光的共振增强作用显著。该论文所研究的Ag@SiO2纳米核壳结构为预先制作好的,由于银的纳米核壳结构与玻璃的制作具有分步实现的优点:它既能够成功的控制Ag@SiO2的尺寸,更有Ag@SiO2@Er:铒碲发光玻璃的制作过程可操作性强的优点,它同时也具有价格更加便宜了的长处,况且,其也既能够保证银不被氧化,更加能够尽量周到的控制稀土离子发光中心与银的表面等离子体之间的距离,因此能够成功的减少背向能量反传递,上述优点促成了Ag@SiO2纳米核壳结构表面等离子体有效的加强了Ag@SiO2@Er3+:铒碲发光玻璃的常规光致发光强度。上述这些结果对增强稀土发光材料的发光强度促进它具有更加广泛的应用前景有着重要的意义。
532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤特性研究
王佳敏, 季艳慧, 梁志勇, 陈飞, 郑长彬
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0160
摘要(89) HTML全文(24) PDF 4758KB(13)
摘要:
随着光电对抗和超短脉冲激光技术地发展,研究超短脉冲激光与单晶硅相互作用具有非常重要的理论和实际意义,然而,532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤效应研究却鲜有报道。为了进一步明确532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤机理,本文开展了532 nm皮秒脉冲激光辐照单晶硅的损伤效应实验研究,测定了损伤阈值,明确了损伤机理,探讨了低通量下的脉冲累积效应。首先,利用波长532 nm、脉冲宽度30 ps的激光器和金相显微镜,基于1-on-1的激光损伤测试方法,测定了单晶硅的零损伤概率阈值为0.52 J/cm2;其次,研究了皮秒激光辐照单晶硅在不同激光能量密度下的损伤形貌,发现532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤表现为热影响损伤和等离子体冲击损伤,随着激光能量密度的增大,按主要的损伤机制可分为:热影响(0.52~3 J/cm2)、热烧蚀(3~50 J/cm2)和等离子烧蚀(>50 J/cm2),且损伤面积随激光能量密度分别对应不同的增长规律;最后,研究了低通量下多脉冲的累积效应,发现在0.52 J/cm2的激光能量密度下,连续辐照16个脉冲时表面形成热影响区,验证了多脉冲的累积效应可以降低单晶硅的激光损伤阈值。
矩形大口径激光光束质量评价光学系统设计
潘国涛, 闫钰锋, 于信, 张雷, 孙阔, 白素平, 孙宏申
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0130
摘要(108) HTML全文(19) PDF 4690KB(32)
摘要:
自适应光学校正技术可有效提升固体板条激光器的光束质量,但随着激光器输出功率的提升,输出光束口径逐渐增加,系统体积逐渐增大,增加了自适应光学校正系统的设计难度。因此,在满足自适应光学校正系统中共轭探测等需求的前提下,统筹优化系统的尺寸参数,同时实现波前相位、光束质量评估等多参数的检测具有一定的研究意义。本文,在系统整体尺寸为350 mm×180 mm×220 mm(长×宽×高)的条件下,实现板条激光器输出160 mm×120 mm矩形光束多参数的检测问题。根据探测口径大、筒长限制、长出瞳距等技术要求,首先,利用双高斯初始结构的消像差特点,结合非球面技术,采用大倍率光束压缩后分光探测的设计方案,实现多参数的同时探测。其次,基于摄远成像和共轭成像等原理,确定系统初始参数。再次,建立仿真模型,分析系统的成像质量和公差,为实验的搭建提供依据。最后,搭建实验、验证设计结果。结果表明:在满足物像共轭、尺寸约束等条件下,实现对大口径矩形光束的共轭波前探测、光强均匀度检测和光束质量评估。实验中,测得被测光束β因子为1.24倍衍射极限,均匀度为73.8%,满足技术指标要求。
多点协同动态散斑的统计特性
车东博, 王挺峰, 张绍, 韩越, 李远洋
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0152
摘要(74) HTML全文(29) PDF 3751KB(6)
摘要:
为了提高动态散斑在目标在环系统中无损检测远场目标光斑质量的精度与效率,建立了多通道协同探测获取散斑信号的系统,并对回波散斑统计理论、多点协同仿真模型和空间时间频谱融合特性开展了研究。首先,利用单点探测器探测动态散斑的强度波动信号,对其进行滤波、自相关和傅里叶变换后获得散斑场的功率谱,再乘以权重获得散斑评价因子,探究该评价因子监视远场光斑的可行性。然后,提出对探测面不同空间位点获得的时间信号进行拼接的方法,并列举实现该方法的先决条件。最后,通过仿真与实验验证通过散斑场融合频谱获得评价因子的有效性。结果表明,动态散斑评价因子随目标光斑尺寸增加而减小,当探测面上4通道协同获取的信号不相关时,评价因子取平均可使精度提高2倍,而时间空间融合频谱获得的评价因子可保证精度的同时使系统带宽提高4倍。综上,多点协同获取的散斑评价因子可以更快速的监视远距离运动目标的光斑变化。
非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用
梁子健, 杨甬英, 赵宏洋, 刘圣安
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0143
摘要(161) HTML全文(59) PDF 5699KB(36)
摘要:
非球面光学元件特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面加工的不同阶段对检测指标要求的多样性,现已发展出了种类繁多的检测方法。本文回顾了非球面光学元件面型检测技术的发展历程,分非干涉法与干涉法两大类整理了常用的检测技术,介绍了各自的技术指标与适用条件、研究进展与应用情况。本文重点讨论了基于干涉方法的非球面精密检测技术,举例说明了非零位与零位两条技术路线下各检测方法的基本原理、光路结构与检测能力,对比分析了各方法的优缺点与适用范围,介绍了一些配套算法以及检测光路的精密调节方法。
高温数字图像相关法变形测量中玻璃介质误差校正
任明阳, 王立忠, 付白强, 陈仁虹, 邬宏, 王岩鹏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0144
摘要(114) HTML全文(48) PDF 4496KB(7)
摘要:
为了校正玻璃介质在高温变形测量中引起的测量误差,本文将玻璃介质作为相机标定模型的一部分,基于摄影测量技术和数字图像相关法,提出一种复杂环境下的双目相机标定方法,将其应用在高温变形测量中。首先,针对复杂环境下图像质量差引起的标定困难问题,采用带畸变校正的相机成像模型,通过捆绑调整的相机标定方法完成双目相机标定,提高了标定成功率和稳定性。其次,针对复杂环境下双目相机标定精度低的问题,分析镜头焦距、环境光干扰和玻璃与相机距离等因素对标定结果的影响,给出最佳标定参数,使得标定重投影误差由0.832个像素减少到0.132个像素。最后,采用有玻璃介质的测量环境,比较标定时有玻璃和标定时无玻璃两种的测量误差,证明了本方法能大幅减少测量误差。试验结果表明,该方法能够有效减少高温环境下玻璃介质导致的位移场测量误差,X,Y和Z轴位移场平均测量误差分别减少70.16%,76.51%和40.05%。本文的方法能够实现复杂环境下相机高精度的标定,标定稳定性好,是实现高温变形准确测量的有效途径。
DMD光刻和电沉积结合制备金微阵列电极的结构优化与性能检测
杨东方, 陆子凤, 刘华, 单桂晔
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0109
摘要(43) HTML全文(36) PDF 5919KB(10)
摘要:
为提高微阵列电极 (Microarray electrodes, MAE) 的检测效率,降低生产成本,提出了一种将数字微镜器件 (DMD) 无掩模投影光刻与电化学沉积相结合的技术。首先,利用光刻系统压电平台 (PZS) 的高分辨率运动和DMD生成图案的灵活性等优点,制备了用户可自定义的微结构阵列,接着,通过电化学沉积获得Au导电层,实现了均匀的Au微阵列电极 (Au/MAE) 的制备。然后通过循环伏安法,比较了不同结构的Au/MAE的电化学性能,获得了优化的结构参数。最后,研究了优化后的Au/MAE对于不同浓度和pH值的葡萄糖的电流响应,并通过计时电流法对Au/MAE检测葡萄糖的抗干扰能力进行了测试。电化学分析表明,这种简单的Au/MAE对葡萄糖的电化学检测具有显著的安培响应和较强的抗干扰能力,其灵敏度为101 μA·cm−2·mM−1。这种微阵列电极的制备方法,具有分辨率高、一致性高、工艺简单、成本低的优点,为生物传感阵列的制造提供了切实可行的操作方案。
微细铣刀位姿同轴全息重建方法
孙艺洋, 许金凯, 于占江, 张向辉, 程亚亚, 于化东
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0089
摘要(279) HTML全文(119) PDF 4455KB(16)
摘要:
微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像。在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴向位置。利用最小二乘法对关键点拟合修正重建误差,实现微细铣刀的三维位姿重建。实验结果表明,基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法获得的微细铣刀重建误差优于0.1°。该方法能够精确测量微细铣刀三维位姿,可为后续的微细铣刀装夹精度修正提供参考依据。
可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计
吴长坤, 张为, 郝亚喆
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0119
摘要(244) HTML全文(99) PDF 5328KB(21)
摘要:
针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪。光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter , AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3 μm,其中可见光相机工作在400 nm~1000 nm波段,近红外相机工作在1000 nm~1700 nm波段。光谱仪控制系统以现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)为核心处理单元,使用Cameralink接口采集相机数据,使用RS422串口对AOTF进行频率控制,通过AOTF同步信号与相机外触发信号的有机结合,实现了连续图像与多波长循环采集的一一对应,图像数据最后经过USB3.0接口传输到上位机进行实时显示。经外场测试,光谱仪成像质量良好,系统工作稳定,针对1024*1024分辨率图像,图像实时传输速率最高可达120 frame/s,满足设计要求。在实际工程应用中,该控制系统接口丰富,且可靠性高、灵活性好,具有较强的可扩展性。
椭圆形平面镜的高精度面形重构技术
闫公敬, 罗旺, 张斌智
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0106
摘要(216) HTML全文(90) PDF 5885KB(7)
摘要:
为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效的分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,我们对250 mm*300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。模拟中我们对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm*300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性与精度。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。
综述
铌酸锂薄膜调制器的研究进展
刘海锋, 郭宏杰, 谭满清, 李智勇
2022, 15(1): 1-13.   doi: 10.37188/CO.2021-0115
[摘要](526) [HTML全文](203) [PDF 3910KB](165)
摘要:
铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了VπL<2 V∙cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。
原创文章
二元计算全息法产生复杂无衍射光束
杨婧羽, 任志君, 黄文俊, 许富洋
2022, 15(1): 14-21.   doi: 10.37188/CO.2021-0061
[摘要](205) [HTML全文](40) [PDF 3682KB](50)
摘要:
无衍射光束是一种能在自由空间稳定传输的光束。近来,一类具有复杂光学形态的无衍射光束被引入,比如马蒂厄光束、抛物光束、非对称贝塞尔光束等。为了产生具有复杂结构的无衍射光束,需要对光波进行复振幅调制,即同时调制光波的振幅和相位。但目前的商用光学调制元件只能调制光波的振幅或相位。本文基于二元计算全息法,编码二维复透过率函数分布,构建了具有复振幅调制功能的二元实振幅非负计算全息图。利用实验室自主研发的投影成像光刻系统,对银盐干板进行曝光处理,经显影、定影处理,将其加工为相应的振幅掩模板,用来产生精确的具有复杂结构的无衍射光束。以无衍射马蒂厄光束为例,采用罗曼型迂回相位编码方法,在全息图每个抽样单元内开一个矩形通光孔径,通过改变通光孔径的面积来对复值光波的振幅进行编码,通过改变通光孔径中心偏离抽样单元中心的距离,来对复值光波的相位进行编码。最终构建了两种产生马蒂厄光束的典型二元实振幅计算全息图,其像素数高达28000 pixel×28000 pixel。之后利用加工好的振幅掩模板,准确、方便、高效地产生了的椭圆系数q=10,拓扑荷数m=0与m=1的第一种偶型马蒂厄光束,其他类型的马蒂厄光束可相应产生,这是一种光束形态多样、光束结构复杂的无衍射光束。实验结果证实,采用罗曼型迂回相位编码方法产生具有复杂结构的无衍射光束,有效避免了实验过程中分离的相位调制元件和振幅调制元件之间的对准误差,二元计算全息编码法是一种能用来调控产生复杂结构无衍射光束的新途径。
柔性复合薄膜成形极限曲线的视觉测定方法
陈仁虹, 梁晋, 叶美图, 任茂栋, 张继耀
2022, 15(1): 22-33.   doi: 10.37188/CO.2021-0101
[摘要](271) [HTML全文](81) [PDF 4639KB](20)
摘要:
针对柔性复合薄膜成形试验中极限应变难以测量的问题,提出一种基于双目立体视觉结合数字图像相关法的测量方法。首先对于薄膜材料成形过程中产生大变形或裂纹时图像难以匹配的问题,根据系列图像相邻状态变形的连续性,提出了一种图像匹配基准自适应更新的弱相关分步匹配方法;然后根据薄膜材料表面应变分布不同于钢制件的特性,提出了一种构建应变场截线来拟合薄膜材料的极限应变曲线的方法。专门组建视觉测定的软、硬件系统,通过Q235钢试件进行极限应变曲线测量并与坐标网格方法进行对比,材料极限应变精度能够提高0.02%,证明了本文方法的可行性和精确性。用7组PET/Nylon/Al foil/PP材料制备成的柔性复合薄膜试件进行实测,此方法及系统成功地完成了柔性复合薄膜材料的成形极限曲线测定。对比实验和实际测试证明,本文方法能够快速、准确地测量柔性复合薄膜材料在整个成形过程中的表面应变分布,与传统的坐标网格方法相比具有明显的优势,为测定薄膜材料的成形极限应变曲线提供了一种高可靠性、高精度的手段。
结合光源分割和线性图像深度估计的夜间图像去雾
吕建威, 钱锋, 韩昊男, 张葆
2022, 15(1): 34-44.   doi: 10.37188/CO.2021-0114
[摘要](184) [HTML全文](83) [PDF 4156KB](21)
摘要:
夜间有雾图像通常具有对比度低、光照不均匀、颜色偏移以及噪声较多等现象,这些退化现象使得夜间图像去雾具有极大的挑战性。针对夜间图像存在的退化问题,本文提出了一种能够在夜间图像中有效去雾并提高图像质量的方法。首先,将图像分解成光晕层和有雾层,并对有雾层进行颜色校正。其次,通过一种新提出的带有伽马变换的图像光源分割方法来分割光源,并设置分割阈值作为像素点属于光源区域的概率值。然后,将得到的概率值与最大反射先验相结合来估计光源和非光源区域的大气光值。最后,根据图像深度与亮度、饱和度以及梯度之间的关系建立线性模型,进一步估计透射率的值。实验得到的分割阈值为0.07,线性深度估计参数分别为1.0267、−0.5966、0.6735、0.004135。实验结果表明本文方法在夜间图像去雾、消除光晕、减少噪声,以及提高可视度方面取得良好的效果。
基于透镜阵列的三维姿态角度测量
杜明鑫, 闫钰锋, 张燃, 才存良, 于信, 白素平, 于洋
2022, 15(1): 45-55.   doi: 10.37188/CO.2021-0129
[摘要](80) [HTML全文](21) [PDF 4206KB](24)
摘要:
三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。
基于等效矢量模型的双光楔逆解算法研究
冯建鑫, 王强, 王雅雷, 胥彪
2022, 15(1): 56-64.   doi: 10.37188/CO.2021-0117
[摘要](234) [HTML全文](76) [PDF 4310KB](17)
摘要:
为了进一步提高双光楔结构中反解算法的计算精度、减少计算时间,本文将正演迭代法与光楔等效矢量模型相结合,提出等效矢量迭代法。首先,根据光楔对光线的偏转作用建立光楔等效矢量模型。接着,利用矢量叠加的方法求解双光楔出射光线的矢量坐标。然后,将等效矢量模型代入双光楔两步逆解算法中进行计算,求解双光楔旋转角度的近似值。最后,利用正演迭代、逐步逼近的思想,提出等效矢量迭代逆解算法,并计算得到双光楔的旋转角度。实验结果表明:该算法的计算精度达到10 μm级别,计算时间在0.1 ms以内。该算法能有效提高计算精度、降低计算时间,在高精度光束指向领域具有广泛的应用前景。
基于一种透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学设计
李寒霜, 李博, 李昊晨, 林冠宇
2022, 15(1): 65-71.   doi: 10.37188/CO.2021-0127
[摘要](154) [HTML全文](61) [PDF 3696KB](25)
摘要:
紫外探测技术已广泛应用于人类生产生活的各个方面,宽谱段紫外成像仪系统的研究具有重要意义。本文通过推导色差理论公式,提出了单一透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学系统色差校正方案。结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标要求,设计了仅一种透镜材料且所有透镜均为球面的210~400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统,并运用光学设计软件CODE V进行系统优化及像质评价。结果表明:在奈奎斯特频率40 lp/mm下,全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6,系统点列图RMS<7.8 μm,具有良好的成像质量。该系统不含非球面等光学元件,不仅易于加工装调,而且降低了研制成本,该方法将为宽谱段紫外成像光谱仪的设计奠定技术基础。
制冷型长波红外光学系统设计
单秋莎, 谢梅林, 刘朝晖, 陈荣利, 段晶, 刘凯, 姜凯, 周亮, 闫佩佩
2022, 15(1): 72-78.   doi: 10.37188/CO.2021-0116
[摘要](181) [HTML全文](62) [PDF 3955KB](34)
摘要:
针对640×512长波红外制冷型探测器,设计了一种制冷型长波红外光学系统,用于对目标的红外跟踪探测。该光学系统采用二次成像结构以达到100%冷光阑效率,采用锗和硫化锌玻璃材料相结合,实现了像差校正和消色差设计,通过引入高次非球面,很好地校正了系统的高级像差,简化了系统结构。光学系统由6个镜片构成,焦距为400 mm,工作波段为7.7~9.3 μm,视场角为1.37°×1.10°,F数为2。设计结果表明:在空间频率33 lp/mm处,轴外视场MTF>0.24,接近衍射极限,具有较高的成像品质。在−35~+55 ℃工作温度范围内,通过内置调焦镜调焦来保证高温、低温环境下的成像质量,可用于宽温度范围内的红外跟踪探测。
Longitudinal chromatic aberration compensation method for dual-wavelength retinal imaging adaptive optics systems
ZHU Qin-yu, HAN Guo-qing, PENG Jian-tao, RAO Qi-long, SHEN Yi-li, CHEN Mei-rui, SUN Hui-juan, MAO Hong-min, XU Guo-ding, CAO Zhao-liang, XUAN Li
2022, 15(1): 79-89.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0009
[摘要](111) [HTML全文](39) [PDF 4821KB](21)
摘要:
Dual-wavelength retinal imaging adaptive optics systems are suitable for high contrast and resolution imaging of retinal capillaries. The compensation of the Longitudinal Chromatic Aberrations (LCAs) in dual-wavelength adaptive systems is researched. The LCA is measured, the measured wavefronts are analyzed, and the arbitrary wavefront LCA compensation method is given. An adaptive correction experiment is carried out and the experimental results indicate that the root mean square error of the wavefront is reduced to 0.16 λ (λ=589 nm) and the retinal capillary resolution is improved to 6 μm. This work may be used for the clinical applications of retinal imaging.
Calibration of single optical wedge compensation test system error by computer generation hologram
CAI Zhi-hua, WANG Xiao-kun, HU Hai-xiang, CHENG Qiang, WANG Ruo-qiu, ZHANG Hai-dong
2022, 15(1): 90-100.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0004
[摘要](193) [HTML全文](106) [PDF 3891KB](24)
摘要:
As a testing method for large convex aspheric surface, the single optical wedge compensation test has good applicability, robustness and flexibility. However, various errors are coupled with one another during the test process and these errors are difficult to decouple. This affects the accuracy and reliability of the tests. To address this, a method is developed to calibrate the system error of single optical wedge test paths using a Computer Generation Hologram (CGH). We first analysed the source of system error in the optical path of a single optical wedge compensation test as well as the feasibility of using CGH for the calibration of an optical wedge compensation test system. In combination with engineering examples, a CGH was designed for optical wedge compensators with a diameter of 150 mm. Based on the analysis results, the calibration accuracy of the CGH was 1.98 nm RMS, and after calibration the test accuracy of single wedge compensation was 3.43 nm RMS, thereby meeting the high-precision test requirements of large convex aspheric mirrors. This shows that CGH can accurately calibrate the pose of single optical wedge compensators and the test system errors of optical paths. Thus we address the problems affecting error decoupling in test optical paths, and improve the accuracy and reliability of the single optical wedge compensation method. Meanwhile, using CGH calibration, the system errors of the test optical paths, Tap#2 and Tap#3, were 0.023 and 0.011 λ RMS, respectively.
High-sensitivity surface plasmon resonance sensor based on the ten-fold eccentric core quasi-D-shaped photonic quasi-crystal fiber coated with indium tin oxide
LIU Qiang, JIANG Yu, HU Chun-jie, LU Wen-shu, SUN Yu-dan, LIU Chao, LV Jing-wei, ZHAO Jin, TAI Sheng-nan, YI Zao, CHU Paul K
2022, 15(1): 101-110.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0006
[摘要](159) [HTML全文](70) [PDF 3662KB](16)
摘要:
A high-sensitivity Surface Plasmon Resonance (SPR) sensor comprising of an eccentric core ten-fold Photonic Quasi-crystal Fiber (PQF) with a D-shaped structure and partially coated with Indium Tin Oxide (ITO) is designed and numerically analyzed. The eccentric core D-shaped structure makes the analysis of liquids more convenient and also strengthens the coupling between the core mode and Surface Plasmon  Polariton (SPP) mode to improve the sensing sensitivity. The characteristics of the sensor are investigated by the Finite Element Method (FEM). The wavelength sensitivity increases with increasing Refractive Indexes (RIs) and the maximum wavelength sensitivity and resolution are 60000 nm/RIU and 1.67×10−6 RIU, respectively. The sensor delivers excellent performance and has large potential applications in the measurement of liquid refractive indexes.
Experimental investigation on propagation characteristics of vortex beams in underwater turbulence with different salinity
LU Teng-fei, LIU Yong-xin, WU Zhi-jun
2022, 15(1): 111-118.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0001
[摘要](179) [HTML全文](98) [PDF 3754KB](20)
摘要:
It is very important to study the propagation characteristics of light beams in ocean turbulence. In order to get closer to the actual situation, we build a device which can control both the salinity and the intensity of underwater turbulence to study the propagation characteristics of vortex beams and a Gaussian beam in underwater turbulence. The results show that compared with the underwater turbulence without sea salt, the light spot will be more diffuse and the light intensity will be weaker in the underwater turbulence with sea salt. When the topological charge m is 2, the scintillation index of the vortex beam in the underwater turbulence with salinity of 4.35‰ is larger than that in the underwater turbulence with salinity of 2.42‰, no matter it is strong turbulence or weak turbulence. When the vortex beam with m=2 propagates to the same distance, the scintillation index increases with the increment of the salinity and the intensity of underwater turbulence. Under different salinity conditions, the radial scintillation index of the vortex beam with m=2 decreases firstly and then increases with the increase of the radial distance. In addition, we set up another experimental device which can transmit a longer distance. The scintillation index of the vortex beam with m=2 is much higher than that of the Gaussian beam in the underwater turbulence within 20 m propagation distance, and the scintillation indices of both the vortex beam with m=2 and the Gaussian beam increase with the increase of the propagation distance.
Fabrication of an ultra-narrow band-pass filter with 60 pm bandwidth in green light band
WANG Kai-xuan, CHEN Gang, LIU Ding-quan, MA Chong, ZHANG Qiu-yu
2022, 15(1): 119-131.   doi: 10.37188/CO.2021-0092
[摘要](215) [HTML全文](72) [PDF 5106KB](24)
摘要:
Owing to the strong penetrating ability in the atmosphere, 532 nm-wavelength green laser has wide applications including free-space optical communications and laser three-dimensional mapping. A spectral filter, with a half-power bandwidth of less than 100 pm, is an important optical element to suppress the interference of background light. Therefore, an ultra-narrow band-pass filter based on optical interference film is designed and fabricated in this paper. The high and low refractive index film are made of tantalum pentoxide (Ta2O5) and silicon dioxide (SiO2), respectively. The designed optical thin films are deposited on a fused quartz substrate by double-ion-beam sputtering deposition method. The transmission spectra of the filters are measured by a tunable laser and a power meter. The half-power bandwidths of the filters are (60±2) pm, and the transmittance reaches 62.6%.
Illustrating the Helmholtz-Kohlrausch effect of quantum dots enhanced LCD through a comparative study
JI Hong-lei, CHENG Shang-jun, LI Peng-fei, ZHANG Yan, GE Zi-yi, ZHONG Hai-zheng
2022, 15(1): 132-143.   doi: 10.37188/CO.2021-0058
[摘要](364) [HTML全文](135) [PDF 7571KB](58)
摘要:
Helmholtz-Kohlrausch effect (H-K effect) describes the influence of color purity on the perceived brightness of a colored object. Quantum dots (QD) based backlights can enhance the color quality of Liquid Crystal Display (LCD) with improved perceived brightness due to the well-known H-K effect. However, the H-K effect of QD embedded TVs (also known as QLED TV) has not been fully demonstrated. In this paper, we investigated the H-K effect of QLED TVs through a comparative study between QLED backlights and YAG-LED backlights. By comparing the viewers’ experimental results with the Kaiser and Nayatani model, we demonstrate that a QLED TV shows significant H-K effect. To achieve the same perceived brightness with YAG-LED TV, the physical brightness of QLED TV was greatly decreased to 75% for pure red, 86% for pure green, and 74%-88% for bright colorful images. Moreover, QLED TVs are strongly preferred over YAG-LED TVs even when both QLED TV and YAG-LED TV show the same perceived brightness. The results imply the bright future of QLED TVs toward healthly displays.
Enhancing the fluorescence emission by flexible metal-dielectric-metal structures
CAO Wen-jing, SUN Li-ze-tong, GUO Fu-zhou, SONG Jian-tong, LIU Xiao, CHEN Zhi-hui, YANG Yi-biao, SUN Fei
2022, 15(1): 144-160.   doi: 10.37188/CO.2021-0084
[摘要](220) [HTML全文](99) [PDF 4337KB](20)
摘要:
The technology of enhancing fluorescence emission can increase the sensitivity of fluorescence detection and the brightness of Light Emitting Diodes (LEDs), and is of great significance in improving the performance of light-emitting devices. Since the metal structure has a good effect in enhancing the local field and fluorescence emission, and the flexible dielectric material has flexible bendability characteristics, on the basis of above, we propose a flexible structure composed of Metal-Dielectric-Metal (MDM) to enhance the fluorescence emission. The influence of the structure on the directional emission enhancement of quantum dots is systematically studied by using the finite difference time domain method. Theoretical calculations show that the local undulations and arcs of the flexible MDM structure can promote fluorescence enhancement and increase the quantum efficiency of the quantum dots located at the center of the structure by about 7 times. They can alao change the refractive index and thickness of the dielectric to achieve the tunability of the target wavelength. At the same time, the experimental results shows that the flexible MDM structure does have a positive effect on the fluorescence enhancement. This discovery is valuable for future display technologies and flexible light-emitting devices. It is of certain guiding significance for the development and application of high-efficiency flexible devices.
铌酸锂薄膜调制器的研究进展
刘海锋, 郭宏杰, 谭满清, 李智勇
2022, 15(1): 1-13.   doi: 10.37188/CO.2021-0115
摘要(526) HTML全文(203) PDF 3910KB(165)
摘要:
铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了VπL<2 V∙cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。
面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器
胡思奇, 田睿娟, 甘雪涛
2021, 14(5): 1039-1055.   doi: 10.37188/CO.2021-0003
摘要(1331) HTML全文(361) PDF 10280KB(370)
摘要:
二维材料因其独特的结构和优异的电子和光电性能,为硅基光电子集成器件提供了新的发展机遇。近年来,面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器已被广泛研究。本文梳理了构建光电探测器的几种二维材料基本特性及其探测机制,回顾了基于二维材料的硅光子集成光电探测器研究进展,总结了其器件结构和主要性能指标。最后,讨论了进一步提升硅光子集成二维材料光电探测器性能的策略,包括大规模二维材料集成器件的制备、器件结构与金属接触界面的优化以及新兴二维材料光电探测器的探索,以期推动二维材料在硅基光电子混合集成探测器领域的商业化应用。
光学频率梳的相干合成研究进展
马骏超, 孟丽丽, 张瑞雪, 卓笑, 倪凯, 吴冠豪, 孙栋
2021, 14(5): 1056-1068.   doi: 10.37188/CO.2021-0071
摘要(500) HTML全文(121) PDF 5700KB(103)
摘要:
光学频率梳(光频梳)具有脉冲宽度窄、频率精度高、频率梳齿稳定以及相干性好等优良的时频域特性,近年来成为超快激光技术及计量科学等领域的研究热点,并发展成为一种重要的科研工具。近期,一类基于光频梳相干合成的新型光源,可实现对光的偏振或轨道角动量进行射频波段的周期性且高速稳定的调制。本文从光频梳的基本概念出发,分别就偏振调制和轨道角动量调制两个方面,详细介绍了基于光频梳相干合成新型光源的基本原理、实验技术以及表征手段等的最新研究进展。最后简要讨论光频梳相干合成技术在固体光谱学、光学操控、光与物质相互作用等领域的应用前景。
可调微纳滤波结构的研究进展
余晓畅, 许雅晴, 蔡佳辰, 袁梦琦, 高博, 虞益挺
2021, 14(5): 1069-1088.   doi: 10.37188/CO.2021-0044
摘要(575) HTML全文(246) PDF 12124KB(97)
摘要:
传统的光谱成像系统体积较大、工作模式固定,难以满足日益复杂的应用需要。可调微纳滤波结构赋予了微型光谱成像系统轻量、灵活的独特优势,有望实现自适应、智能化的技术目标。本文综述了近些年来国内外已有的可调滤波方法和工作原理;论述了采用液晶及其他相变材料、诱导化学反应等静态式的可调方法,珐珀腔、微纳可调光栅等动态式的滤波结构以及机械拉伸、静电驱动、光驱动等实现手段;介绍了基于微流控芯片、石墨烯实现可调滤波的前沿工作;探讨了可调微纳滤波芯片面临的难题、挑战和未来的发展趋势。
弹性发射光学制造技术研究进展
李佳慧, 侯溪, 张云, 王佳, 钟显云
2021, 14(5): 1089-1103.   doi: 10.37188/CO.2021-0022
摘要(430) HTML全文(177) PDF 7589KB(81)
摘要:
深紫外光刻、极紫外光刻和先进光源等现代光学工程需求牵引先进光学制造技术持续发展,要求超光滑光学元件表面粗糙度达到原子级水平以及表面全频段面形误差达到RMS(Root Mean Square)亚纳米量级甚至几十皮米,推动超光滑光学元件制造要求不断逼近物理极限。目前,对于如何实现上述超高精度要求的超光滑加工技术及装备仍然存在技术挑战。尤其对如何实现柱面,椭球面,超环面等复杂曲面的原子量级超光滑加工仍是国内外前沿研究方向。弹性发射加工技术是一种去除函数稳定,超低亚表面缺陷,面向原子级的超光滑加工方法,可以作为加工上述精度要求光学元件的手段。本文总结了弹性发射加工技术的国内外研究现状及最新进展,归纳了弹性发射加工技术的原理,包含流体特性、抛光颗粒运动特性和化学特性,弹性发射加工装备,影响弹性发射加工技术表面粗糙度提升和材料去除效率的因素,分析了弹性发射加工技术面临的问题,展望了未来的发展方向,期望为弹性发射加工技术进一步发展和应用提供一定的参考。
先进光刻中的聚焦控制预算(I)-光路部分
钟志坚, 李琛毅, 李世光, 郭磊, 韦亚一
2021, 14(5): 1104-1119.   doi: 10.37188/CO.2021-0033
摘要(889) HTML全文(206) PDF 4286KB(92)
摘要:
随着大规模集成电路芯片制造的技术节点不断缩小,光刻机的聚焦控制变得尤为困难。为了保证硅片曝光的质量,需要快速、准确地将硅片在几十纳米的聚焦深度范围(DOF)内进行快速调整。因此,需要仔细分析光刻过程中导致焦点偏移或工艺窗口变化的各种因素,制定合理的聚焦控制预算,将各种误差因素控制在一定范围内。本文聚焦极紫外(EUV)光刻,综述包含EUV在内的先进光刻机中光路部分对聚焦控制有影响的各种因素,总结它们产生的原理及仿真、实验结果,为开展先进光刻聚焦控制预算研究提供参考。
近1 μm波段可调谐光纤光源的研究进展
党文佳, 高奇, 李哲, 李刚
2021, 14(5): 1120-1132.   doi: 10.37188/CO.2021-0125
摘要(388) HTML全文(105) PDF 6378KB(44)
摘要:
近1 μm波段的可调谐光纤光源在光纤传感、激光冷却、光化学、光谱学以及医疗等领域具有广泛应用,近年来成为光纤光源领域的一个研究热点。本文首先系统回顾了能够实现波长调谐的4类光纤光源的发展历程,然后分析了它们存在的问题及可能的解决思路,最后对近1 μm波段可调谐光纤光源进行了总结和展望。
半导体激光器系统输出混沌激光研究进展
匡尚奇, 郭祥帅, 冯玉玲, 李博涵, 张依宁, 于萍, 庞爽
2021, 14(5): 1133-1145.   doi: 10.37188/CO.2020-0216
摘要(346) HTML全文(114) PDF 6559KB(64)
摘要:
混沌激光由于其类噪声的随机性和优良的抗干扰性,广泛应用于混沌保密通讯、激光雷达、光学检测等方面,而且半导体激光器自身体积小且结构稳定,成为产生混沌激光的主要激光器之一。但是,常规光反馈结构的半导体激光器系统输出的混沌激光信号带宽较窄且存在延时特征,这严重影响了混沌激光的应用。针对半导体激光器系统的上述问题,本文综合介绍了降低延时特征和优化混沌激光带宽的研究进展,对混沌保密通讯十分重要的混沌激光的同步性研究进展和半导体激光器系统输出的混沌激光在应用方面的研究进行了总结,并最终对半导体激光器系统输出的混沌激光的未来发展与应用前景进行展望。
增强现实显示技术综述
史晓刚, 薛正辉, 李会会, 王丙杰, 李双龙
2021, 14(5): 1146-1161.   doi: 10.37188/CO.2021-0032
摘要(1062) HTML全文(305) PDF 5479KB(244)
摘要:
增强现实显示技术近年来发展迅速,已成为全球信息技术及产业的研究热点和发展重点,有望彻底改变人们感知和处理各种数字信息的方式。同时,微显示技术和光学技术的最新进展为增强现实显示技术的进一步发展指明了方向。本文分析了人眼视觉系统对增强现实头戴式显示器的光学性能要求,将目前增强现实头戴式显示器可实现的规格与之进行比较,说明了现阶段增强现实显示技术的发展水平和面临的主要挑战;重点阐述了增强现实显示技术中各种微显示器和光学组合器的基本原理和所能达到的参数指标,说明了它们的技术先进性和可实现性,同时对它们的发展前景进行了展望。
显微条纹投影小视场三维表面成像技术综述
王永红, 张倩, 胡寅, 王欢庆
2021, 14(3): 447-457.   doi: 10.37188/CO.2020-0199
摘要(750) HTML全文(224) PDF 2289KB(196)
摘要:
智能制造不断向着精密化、微型化、集成化的方向发展,具有代表性的集成电路技术及其衍生出的MEMS等微型传感器技术等得以迅猛发展,快速精确地获取微型器件表面信息并进行缺陷检测对于集成电路和MEMS等产业发展具有重要意义。基于结构光的条纹投影技术具有非接触、高精度、高效率、全场测量等优点,在精密测量中发挥着重要的作用。近年来,显微条纹投影测量系统,包括其光学系统结构,系统标定,相位获取以及三维重建方法等各个方面取得了重大发展。本文回顾了显微条纹投影三维测量系统的结构原理,分析了不同于传统投射模型的小视场系统标定问题,介绍了显微投影系统结构发展过程,同时对由系统结构以及金属测量时造成的反光问题进行了分析,在此基础上,对显微条纹投影三维测量系统的发展前景进行了展望。
中红外Fe2+:ZnSe激光器研究进展
徐飞, 潘其坤, 陈飞, 张阔, 于德洋, 何洋, 孙俊杰
2021, 14(3): 458-469.   doi: 10.37188/CO.2020-0180
摘要(717) HTML全文(165) PDF 3598KB(107)
摘要:
发光谱位于3~5 μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe2+:ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe2+:ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe2+:ZnSe激光器为代表的TM2+:Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe2+:ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe2+:ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe2+:ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe2+:ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe2+:ZnSe激光器后续可能的发展方向。
便携式激光诱导击穿光谱最新研究进展
曾庆栋, 袁梦甜, 朱志恒, 陈光辉, 汪婕, 余华清, 郭连波, 李祥友
2021, 14(3): 470-486.   doi: 10.37188/CO.2020-0093
摘要(897) HTML全文(178) PDF 3951KB(117)
摘要:
作为一种新型快速的物质成分分析技术,激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)已经在越来越多的工业领域中被证明具有巨大的应用潜力。然而,由于野外作业或工业现场检测环境嘈杂恶劣,对仪器设备的尺寸和抗恶劣环境的能力提出了更高的要求。近年来,新型激光器的发展进一步促进了LIBS仪器化的进程,使得其逐渐从实验室迈向工业应用,同时也使得LIBS系统逐渐趋于仪器化、专业化、便携化。本文综述了便携式LIBS的发展历程,对各种激光光源(小型Nd:YAG固体激光器、二极管泵浦固体激光器、微片激光器、光纤激光器以及光纤传能的方案)应用于便携式LIBS系统的最新研究进展进行了综述和分类讨论,探讨了当前便携式LIBS存在的基本问题,并对其未来发展趋势进行了展望。
Research progress of the laser vibration measurement techniques for acoustic-to-seismic coupling landmine detection
LI Jin-hui, MA Hui, YANG Chen-ye, ZHANG Xiao-qing, LUO Xin-yu, WANG Chi
2021, 14(3): 487-502.   doi: 10.37188/CO.2020-0134
摘要(736) HTML全文(195) PDF 3467KB(54)
摘要:
Acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology based on the unique mechanical characteristics of landmines and the acoustic-to-seismic coupling principle has broad application prospects in safe and effective detection of landmines. However, a significant amount of work must be done to study the practical landmine detection system. Among them, the acoustic coupled surface vibration signals are very weak and complicated, which has always been a challenging problem to detect such signals accurately and quickly. In this paper, the non-contact laser measurement techniques of surface vibrations based on the principle of the acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology were reviewed, including laser Doppler interferometry, electronic speckle pattern interferometry and laser self-mixing interferometry, etc., and the application feasibility of electronic speckle-shearing pattern interferometry in acoustic-to-seismic coupling landmine detection was analyzed.
新型电光材料调制性能研究进展
吕潇磊, 赵继广, 杜小平, 宋一铄, 张朋, 张建伟
2021, 14(3): 503-515.   doi: 10.37188/CO.2020-0039
摘要(940) HTML全文(195) PDF 3438KB(102)
摘要:
基于电光晶体的偏振调制技术在激光三维成像领域起着越来越重要的作用。受限于铌酸锂(LN)材料的低视场和高半波电压,采用传统电光调制技术难以进一步提升三维成像性能。随着钙钛矿结构电光材料制备工艺的日趋成熟,基于新型材料的电光调制技术将成为突破激光三维成像探测精度的最佳手段,铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)、锆钛酸镧铅(PLZT)和钽铌酸钾(KTN)3种典型材料具有优良的电光性能和介电性质;能够突破视场和半波电压的限制,但应用到电光调制领域时存在PMNT调制带宽较低、PLZT透过性能较差、KTN实际应用带宽较低等难题。未来的研究将着眼于将该调制技术的实用性,一方面通过掺杂改性等手段提升电光调制性能,另一方面通过建立性能表征模型优化系统的信噪比。
可见光通信中正交频分复用调制技术
徐宪莹, 岳殿武
2021, 14(3): 516-527.   doi: 10.37188/CO.2020-0051
摘要(1011) HTML全文(178) PDF 3613KB(86)
摘要:
可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。
光学自由曲面自适应干涉检测研究新进展
张磊, 吴金灵, 刘仁虎, 俞本立
2021, 14(2): 227-244.   doi: 10.37188/CO.2020-0126
摘要(1377) HTML全文(298) PDF 3333KB(259)
摘要:
光学自由曲面因其表面自由度较多而难于进行检测。干涉检测法具有高精度非接触的特点,但传统干涉仪中的静态补偿器在自由曲面加工过程中未知面形不断变化的情况下,难以实现原位检测。因此,可编程控制的大动态范围自适应补偿器成为近年来自由曲面干涉检测中的研究热点。结合课题组在自由曲面自适应干涉检测领域的工作,介绍了光学自由曲面自适应干涉检测的最新研究进展,详细分析了基于可变形镜和空间光调制器的自适应干涉检测技术,介绍了针对干涉图目标的自适应控制算法,总结了两大类自适应检测方法的优点以及发展瓶颈,并对未来自由曲面的自适应检测技术进行了展望。
Interrogation technology for quasi-distributed optical fiber sensing systems based on microwave photonics
WU Ni-shan, XIA Li
2021, 14(2): 245-263.   doi: 10.37188/CO.2020-0121
摘要(716) HTML全文(246) PDF 3910KB(77)
摘要:
Quasi-distributed fiber sensing systems play an important role in the fields of civil engineering, energy surveying, aerospace, national defense, chemicals, etc. Interrogation technology for quasi-distributed fiber sensing systems based on microwave photonics is widely used in high-speed and high-precision signal demodulation and sensor positioning in optical fiber multiplexing systems. Compared to conventional optical wavelength interrogation, this technology greatly improves system demodulation rate and compensates for the defects of traditional sensor positioning methods. This paper introduces the recent research progress of quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics; compares and analyzes the advantages and disadvantages of several existing microwave demodulation systems from the perspective of their fiber grating quasi-distributed sensing and fiber Fabry-Perot quasi-distributed sensing systems, respectively; and provides a summary of the prospective direction of future research in quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics.
0.9~1.0 μm近红外连续光纤激光器的研究进展
党文佳, 李哲, 卢娜, 李玉婷, 张蕾, 田晓
2021, 14(2): 264-274.   doi: 10.37188/CO.2020-0193
摘要(552) HTML全文(168) PDF 2460KB(121)
摘要:
波长为0.9~1.0 μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0 μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0 μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0 μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。
面向天基引力波探测的时间延迟干涉技术
王登峰, 姚鑫, 焦仲科, 任帅, 刘玄, 钟兴旺
2021, 14(2): 275-288.   doi: 10.37188/CO.2020-0098
摘要(1035) HTML全文(201) PDF 9981KB(114)
摘要:
时间延迟干涉技术(Time-delay Interferometry,TDI)对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。在天基引力波探测任务中,需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中,激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA(Laser Interferometer Space Antenna)引力波探测项目中,利用TDI对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合,构造出臂长相等的干涉仪,从而消除了激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声,将时钟信号倍频到GHz,再通过相位调制的方式加载到星间激光链路上,最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声,并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI的时间延迟处理,要求对星间绝对距离进行精确测量。因此,在TDI机制中,星间激光链路需要同时实现位移测量、时钟边带调制和绝对距离测量3个功能。其中,后两个功能分别大约消耗10%和1%的载波激光功率。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明,TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了109和5.8×104倍。
微小卫星激光通信系统发展现状与趋势
高世杰, 吴佳彬, 刘永凯, 马爽, 牛艳君, 杨会生
2020, 13(6): 1171-1181.   doi: 10.37188/CO.2020-0033
摘要(2006) HTML全文(554) PDF 7413KB(292)
摘要:
空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势,成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段,特别在微小卫星应用场合,更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基础上,总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术,归纳了工程化应用、双工通信、单点对多点、国产化和批产能力5个方面的发展趋势。

主管: 中国科学院

主办:  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国光学学会

主编: 王家骐 院士

ISSN 2095-1531

CN 22-1400/O4

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