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广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析
陈蔚霖, 常军, 赵雪惠, 金辉
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0066
摘要(34) HTML全文(19) Y : 1301 PDF 1301KB(3)
摘要:
为了实现对婴幼儿视网膜的筛查,本文设计了广域眼底相机,对该系统所包含的照明系统、成像系统的设计方法进行了探讨。首先,根据James Polans宽视场人眼模型和婴儿眼解剖学数据,建立了婴儿眼模型。接着,提出新的锥形光纤方案用于大视场照明。最后,重点介绍了广域眼底相机的成像系统,包括接触镜、中继物镜的设计方法。设计实例表明:广域眼底相机的视场可以达到130°,对眼底的物方分辨率可以达到10 μm。设计结果符合眼底成像设备国家标准YY0634-2008,满足婴幼儿视网膜筛查的要求。
Algorithmic Study of Total Petroleum Hydrocarbons in Contaminated Soil by Three-dimensional Excitation-emission Matrix Fluorescence Spectroscopy
Gu Yan-hong, Zuo Zhao-lu, Zhang Zhen-zhen, Shi Chao-yi, Gao Xian-he, Lu Jun
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0216
摘要(831) HTML全文(306) Y : 3277 PDF 3277KB(8)
摘要:
Assessment of total petroleum hydrocarbons (TPHs) from contaminated soils demands reliable measurement to analyze the types and contents of mixed petroleum hydrocarbons in soils. Three-dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy technique has been demonstrated as a powerful technology for rapid analyzing the mixed petroleum hydrocarbons by its abundant spectral information. However, the detection precision in soils needs to be improved. This study investigated the correction methods of 3DEEM fluorescence Assessment of total petroleum hydrocarbons (TPHs) in contaminated soil demands reliable measurement to analyze the types and contents of mixed petroleum hydrocarbons in soil. Three-dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy has been demonstrated as a powerful technology for rapidly analyzing mixed petroleum hydrocarbons by identifying its abundant spectral information. However, detection precision in soil still demands improvement. This study investigates the correction methods of 3DEEM fluorescence spectra to correct the complicated matrix and scatting effects of soils. To improve the analytical accuracy, parallel factor analysis (PARAFAC) and the alternating trilinear decomposition method (ATLD) were used to qualitatively and quantitatively analyze mixed petroleum contaminated soils. The methods were used to assess three commonly observed petroleum hydrocarbons: machine oil, lubricating oil, diesel oil, and their mixtures. Compared with the results of PARAFAC, the average recoveries increased from 85% to 95%, implying that ATLD can effectively distinguish between similar fluorescence spectra and is more effective in the detection of the components and total content of petroleum in soil. This work can have applications of risk assessment and remediation techniques.
The effects of metallic contacts on the lasing characteristics of organic thin films
HAO Yaru, DENG Zhaoqi
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0007
摘要(208) HTML全文(74) Y : 1085 PDF 1085KB(2)
摘要:
Optical loss caused by metallic contacts are thought to be a major obstacle to the achievement of organic laser diodes. We find that multi-channel emissions and surface plasmons (SPs) using a proper distributed feedback structure can allow successful lasing in organic thin films in the presence of contacting electrodes and even show better lasing performance when compared to metal-free cases. A lower threshold (0.026 mJ/pulse) laser emission is achieved with the Ag metal electrode on the grating structure with a period of 740 nm. Since there is no increase in device thickness, the electrical properties have are not reduced when the optical properties are improved.
Influence of Turbulent Atmosphere on the Effect of Coherent Beam Combining
SONG Ji-kun, LI Yuan-yang, CHE Dong-bo, GUO Jin, WANG Ting-feng
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0197
摘要(1088) HTML全文(795) Y : 3878 PDF 3878KB(4)
摘要:
Coherent beam combining is a promising technology for achieving a high-power laser beam with good beam quality. However, turbulent atmosphere is one of the key factors that restrict its application and development. This paper focuses on the influence of atmospheric Greenwood frequency on the correction effect of the coherent combination system based on stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. At first, the influence of different turbulence intensities on the correction effect of coherent combination systems is analyzed by numerical simulation under static atmospheric conditions. Then, a set of rotating phase screens that meet Kolmogorov’s statistical law are generated by numerical calculation to simulate the turbulent atmosphere and study the correction effect of coherent combination system at different atmospheric Greenwood frequencies. Finally, an experimental platform is established to demonstrate the coherent combination effect of two laser beams. The simulated and experimental results show that when the system's control algorithm iteration frequency (350 Hz) is constant, the disturbance of turbulent atmosphere to the phase and light intensity of laser beams will increase with atmospheric Greenwood frequency, making the effect of coherent combination worse.
Fabrication and Characterization of Ultra-thin GaN-based LED Freestanding Membrane
LI Xin, SHA Yuan-qing, JIANG Cheng-wei, WANG Yong-jin
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0192
摘要(510) HTML全文(284) Y : 1127 PDF 1127KB(3)
摘要:
In order to deliver the emergent light of LED active layer easily, we study the fabrication process, morphological characterization and optical characterization of submicron-level LED freestanding membrane. We prepared ultra-thin GaN-based LED freestanding membrane based on GaN-on-silicon wafer by using the backside process with photolithography, deep reactive ion etching and fast atom beam etching. Through a white light interferometer, we found that the deformation of the prepared ultra-thin LED freestanding membrane is positively correlated with the diameter of membrane, but negatively correlated with the thickness of membrane. The deformation as a whole is a smooth nanoscale arch deformation. Through the reflection spectrum test, we found that the number of reflection modes of LED freestanding membrane is much smaller than that of unprocessed silicon-based gallium nitride wafer and that the overall light intensity of reflection spectrum of the membrane is obviously improved. In the photoluminescence test, we found that due to the stress release, the emergent spectral peak of LED freestanding membrane has a blue shift of 8.2 nm compared with silicon-based gallium nitride wafer. Moreover, obvious outgoing light can be detected on the backside of the ultra-thin LED freestanding membrane with most of epitaxial layer removed. It demonstrates that LED freestanding membrane is more beneficial to deliver the emitted light in the photoluminescence test. In this study, the LED freestanding membrane with small thickness, large area, small deformation and excellent optical properties has been realized. It provides a new way for the application of GaN-based LED in the field of MOMES.
基于氧化铟锡的风扇型中红外手性超材料及其圆二向色性
朱叶欣, 李亚楠, 施维捷, 张文涛, 闫长春
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0190
摘要(503) HTML全文(305) Y : 1070 PDF 1070KB(14)
摘要:
本文设计了一种中红外波段手性超材料以克服传统中红外激光偏振态调控所使用的控制元件体积大、成本高等不足。利用中红外等离激元材料氧化铟锡(ITO)设计风扇型手性结构,并研究了该结构在中红外波段的圆二向色性(CD)。通过改变扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶的材料,讨论结构的CD变化情况。模拟结果表明:CD信号大小随着扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶材料的变化而变化。当填充材料为硅、扇叶为六片时,选取合适的扇叶厚度和大小,在5.3 μm附近获得最强的CD信号,为0.052。模拟结果还显示,与贵金属银、金相比,由ITO构成的结构展现出良好的宽带圆二向色性,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
纤维增强碳化硅及其在光学反射镜中的应用
张巍, 张舸, 郭聪慧, 范天扬, 徐传享
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0052
摘要(39) HTML全文(19) Y : 1241 PDF 1241KB(2)
摘要:
纤维增强碳化硅复合材料具有低密度、高强度、高模量、良好的热导率、较低的热膨胀系数、较好的断裂韧性、优异的摩擦性能、耐高温及耐烧蚀等优点,被广泛的应用在航空航天、核能、汽车、化工等诸多领域。同时该材料兼具较高的比刚度和断裂韧性,可以抵抗变形、易于实现光机功能一体化结构,从而在光学反射镜领域也有良好的应用前景。本文从纤维对复合材料性能的影响、基体与纤维界面层、以及该材料在国内外光学反射镜领域的研究与应用等方面进行了阐述。
2.7米标准球面检验镜支撑优化设计
高婧婧, 焦长君, 黄屾, 张真, 毕勇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0225
摘要(139) HTML全文(70) Y : 5393 PDF 5393KB(3)
摘要:
针对球面检验镜口径的不断增大导致其检验精度下降的问题,优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数,并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先利用有限元和遗传算法,对镜体进行了54点等力支撑环带优化,针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况,对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化,然后利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响,最后基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明,经对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后,球面镜支撑变形RMS小于1/115λ(λ=632.8 nm),底支撑位置扰动±2 mm,侧支撑位置扰动±0.6 mm、以及支撑力扰动±3 N的情况,支撑变形小于1/70λ,未显著变差,满足标准球面镜支撑要求。
折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制
吕博, 冯睿, 寇伟, 刘伟奇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0036
摘要(181) HTML全文(77) Y : 1572 PDF 1572KB(6)
摘要:
为实现低成本紧凑型大视场长焦距对地观测,针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低问题,采用透镜组作为像差校正组,合理分配光学系统光焦度及间距,扩大两反射结构成像视场角,提升相机全视场内成像质量。以某一工程应用需要为例,设计并研制了焦距750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统,且在未使用主镜筒外遮光罩前提下,优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真,结果表明在非成像视场角内的杂散光点源透过率(PST)量值范围10−3~10−6。系统满足传统地面目标探测成像要求,验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构可行性,并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。
基于变形目镜和OLED的全景周视成像与显示技术
罗杰超, 郭俊达, 米凤文, 裘溯, 顿雄, 金伟其
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0214
摘要(137) HTML全文(74) Y : 3712 PDF 3712KB(8)
摘要:
在车载、舰载等运动载体或单兵警戒值守等狭窄空间的场合,传统显示方法存在显示视场与显示分辨率难以兼顾的矛盾。本文研究了一种基于变形目镜的全景/周视成像技术与系统,为上述问题提供了一种有效的方案。系统采用3路低照度摄像机+4 mm焦距镜头,构成150°左右的全景成像视场,基于FPGA处理平台完成全景图像解析、拼接、校正和显示等算法,实现视频图像大视场拼接与1/3缩放实时显示;由OLED微显示器、变形目镜组和大目镜组成的显示系统使视频图像横向扩大3倍,实时显示全景高分辨动态场景图像。实验系统对全景成像显示技术进行了验证,在军用和民用领域具有广泛的应用前景。
基于圆边响应离焦估计的望远物镜自动调焦方法
罗其俊, 葛宝臻
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0247
摘要(164) HTML全文(145) Y : 1853 PDF 1853KB(7)
摘要:
提出了一种基于圆边响应曲线的离焦估计新算法,实现了调焦参数的标定和望远物镜的自动调焦。建立了圆形边缘的灰度响应与离焦半径的关系模型,设计了圆四周离焦半径的双阈值均值滤波器,实现了模糊图像离焦半径的精确估计,降低了运动模糊和噪声的影响。根据离焦半径与调焦距离的线性关系,采用折线拟合方法,求解正焦调焦距离。然后,利用多个物距和正焦像距,优化求解测距调焦模型参数,实现了成像系统的自动调焦。仿真和实际实验,验证了离焦半径估计算法的有效性和鲁棒性。标定后的自动调焦成像系统图像清晰,拍摄距离在43米至52米之间的物理分辨率接近理论值的一半,可分辨线宽优于0.354 mm.
二维光栅位移测量技术研究
吉日嘎兰图, 尹云飞, 于宏柱, 刘兆武, 王玮, 李文昊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0237
摘要(299) HTML全文(177) Y : 5324 PDF 5324KB(6)
摘要:
超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多自由度位移测量,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使用环境的湿度、温度和气压的要求。本文主要介绍了近年来国内外基于二维光栅的位移传感系统光学结构发展现状,从零差式和外差式光栅干涉测量原理入手,综述了基于单块二维光栅的光学结构到多块二维光栅耦合设计的光学结构发展历程,对比分析了几种二维光栅位移测量系统的优缺点,并展望了二维光栅位移测量系统发展趋势,总结了二维光栅位移测量系统的工程化进程。
角膜塑形术后角膜面型分析及周边离焦研究
刘宝凯, 刘永基, 谢培英, 郭曦, 谷健达, 于浩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0248
摘要(174) HTML全文(82) Y : 914 PDF 914KB(1)
摘要:
为了分析角膜塑形后的人眼角膜面型,提出了一种新的角膜面型分析方法,不仅解决了角膜本体厚度对塑形后角膜的面型分析的影响,同时也能体现塑形后角膜的不对称性。将基准参考面引入角膜前表面高度数据的分析,消除角膜本体厚度的影响,进而将塑形后的角膜前表面划分为光学区、转换区和边缘区。分析表明,角膜塑形后的光学区口径为1.9±0.27 mm,曲率半径为8.32±0.38 mm,转换区口径为6.56±0.38 mm,曲率半径为7.48±0.55 mm,边缘区的曲率半径为10.49±1.83 mm。角膜塑形后的转换区水平方向屈光能力小于竖直方向屈光能力,鼻侧屈光能力大于颞侧屈光能力,上侧屈光能力大于下侧屈光能力。利用所求参数建立半定制化的眼模型,分析表明角膜塑形后周边呈近视性离焦,各方向的离焦呈非对称性,符合临床观测。
K-B镜面形高精度检测技术研究进展
张帅, 侯溪
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0231
摘要(246) HTML全文(128) Y : 7938 PDF 7938KB(4)
摘要:
以新一代同步辐射光源和全相干X射线自由电子激光为代表的先进光源已成为众多学科领域中一种不可或缺的研究工具。不断发展的先进光源驱动超精密光学制造快速进步,特别是要求先进光源中关键聚焦光学元件K-B镜的面形精度在几十纳弧度以下,而研制的关键需要具备与之相匹配的高精度面形检测技术。然而,高精度K-B镜面形检测技术依然存在较大技术挑战,一直是国内外研究热点。本文介绍了反射式轮廓测量技术即长程轮廓仪(LTP)、纳米测量仪(NOM)以及拼接干涉检测技术等典型K-B镜面形检测技术的基本原理,对比分析了其技术特点,综述了国内外K-B镜面形检测技术研究现状和最新进展,对发展趋势进行了展望。
等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯
周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0250
摘要(156) HTML全文(88) Y : 1878 PDF 1878KB(2)
摘要:
本文针对新设计的等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距(即反射镜在光路中位置不变)的情况下,研究实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时镜面面形误差等问题。通过理论分析并借助有限元分析计算等截面平面镜压弯至不同形状(反射点处像距不同)椭圆柱面时理论的斜率误差,最后对椭圆压弯机构样机进行了实际压弯测试。实验结果与计算分析均表明保持物距、掠入射角不变,压弯镜面与理想椭圆之间的斜率误差会随着像距的减小而增大,并且像距越小镜面斜率误差的增加速度也就越大。实验测得在反射镜面初始斜率误差为0.397 μrad的情况下,全部像距范围(21.5-3.8 m)内压弯镜面的实际斜率误差在0.402 μrad-0.560 μrad之间,重复精度0.051 μrad,均满足上海光源光束线的设计要求。证明了使用等截面反射镜压弯机构进行椭圆柱面压弯,可以实现聚焦镜工作像距在大范围内的连续调节。
新型过渡金属硫化物在超快激光中的应用
孙俊杰, 陈飞, 何洋, 丛春晓, 曲家沂, 季艳慧
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0241
摘要(343) HTML全文(143) Y : 1198 PDF 1198KB(3)
摘要:
超快激光技术是目前激光乃至物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一,在工业加工、生物医学和激光雷达等领域具有广泛应用。二维材料因其独特的物理结构及优异的光电特性,作为可饱和吸收体应用于超快激光器时,具备工作波段宽、调制深度可控和恢复时间快等优势。其中,过渡金属硫化物因其带隙连续可调等特点,成为二维材料研究领域的重点。本文从过渡金属硫化物的特性出发,介绍了可饱和吸收器件的制作方法,综述了基于新型过渡金属硫化物的超快激光器研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
飞秒激光刻写低温度灵敏度的细芯长周期光栅
明昕宇, 国旗, 薛兆康, 潘学鹏, 陈超, 于永森
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0015
摘要(138) HTML全文(78) Y : 4497 PDF 4497KB(3)
摘要:
为了降低折射率与应变测试时,由于温度影响所带来的串扰,对细芯长周期光纤光栅的温度、折射率和应变响应特性进行了研究。通过飞秒激光直写方法在纤芯直径为6 μm的单模光纤上成功制备了周期为50 μm的长周期光纤光栅。结果表明:在细芯光纤中以低激光能量加工的长周期光纤光栅,具有较低的温度灵敏度,同时保持较大的消光比和较好的光谱质量。这种细芯长周期光纤光栅损耗峰在20~700 °C温度范围仅漂移1.7 nm。该光栅对折射率变化也同时具有较好的响应,环境折射率在1.4065~1.4265范围内,灵敏度最高可达882.51 nm/RIU,应变灵敏度为−2.2 pm/με。这种细芯长周期光纤光栅可以较好地降低折射率与应变测试中由于温度影响带来的串扰。
非对称轻小型头盔显示器光学系统设计
黄颂超, 冯云鹏, 程灏波
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0193
摘要(196) HTML全文(75) Y : 2307 PDF 2307KB(6)
摘要:
为了解决非对称光学系统视场范围与出瞳直径较窄、光学结构复杂、制造成本昂贵、装配调整麻烦等问题。首先,论述了双反射镜非对称光学系统的设计要求和工作原理。然后,分析了三反射镜非对称光学系统的离轴结构控制方法。最后,采用XY多项式自由曲面反射镜折叠光路、消除遮拦、扩大视场、校正离轴像差,设计出一款适用于头盔显示器的非对称光学系统。设计的双反射镜非对称光学系统的视场为60°×30°,出瞳直径8 mm。在截止频率52 lp/mm处,全视场的调制传递函数值大于0.25。系统畸变小于5%。单目系统重量约为190 g。设计结果表明,该非对称光学系统的视场大小和成像质量有所提升,实现了小型轻量化,可应用于头盔显示器中。
高功率连续波掺镱光纤激光器研究进展
党文佳, 李哲, 李玉婷, 卢娜, 张蕾, 田晓, 杨慧慧
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0208
摘要(250) HTML全文(149) Y : 3088 PDF 3088KB(4)
摘要:
高功率连续波掺镱光纤激光器因具有电光效率高、光束质量好、热管理方便等优点,在工业加工、军事国防、科学研究等领域得到广泛应用,但是高功率条件下的非线性效应和热效应限制了其输出功率的进一步提升。因此,本文重点分析了受激拉曼散射非线性效应和热致模式不稳定现象的形成机理和抑制方法,为高功率光纤激光系统的设计与集成提供了参考,并详细介绍了2015年以来为克服两者影响所取得的最新研究成果,最后展望了高功率连续波掺镱光纤激光器的发展趋势。
全保偏49 GHz高重频多波长光源的产生
王超, 肖永川, 林书庆, 庾财斌, 瞿鹏飞, 李儒章, 孙力军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0191
摘要(181) HTML全文(66) Y : 2235 PDF 2235KB(3)
摘要:
频域稳定的高重频多波长光源是信道化和光通讯等领域的理想光源。为了满足高重频多梳齿激光源的应用需求,本文研制了49 GHz梳齿间隔的多波长激光源。通过优化I/Q两端射频信号和三个偏置点,IQ调制器稳定工作在载波抑制单边带模式,杂散频率成分抑制比达到27.5 dB。我们利用循环调制技术产生宽带多波长光频梳,并通过优化射频功率建立环内增益-损耗平衡,有效提升平坦度,获得了梳齿间隔24.5 GHz、梳齿数目28根、平坦度仅为3 dB、梳齿信噪比达(TNR)达29 dB的多波长光频梳。并进一步利用FP滤波技术将频率间隔提升到49 GHz,最终得到梳齿数目达14根,平坦度2.7 dB,TNR达19 dB,平均光功率9 dBm的高重频多波长光频梳。基于全保偏光纤器件和集成化技术,本系统具有一键式启动和长时稳定运行的特点,半小时运行下功率抖动标准差仅为0.5%,有望运用到各微波光子领域中。
光放大器对光载微波信号传输效率的改善
肖永川, 王超, 张浩, 张亚标, 庾财斌, 瞿鹏飞, 孙力军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0195
摘要(150) HTML全文(68) Y : 2215 PDF 2215KB(3)
摘要:
针对现有微波光传输系统存在电光转换效率不足的问题,本文设计了一种基于调制器低偏与光放大器相结合的光发射结构,通过充分利用链路增益与光功率水平之间的平方关系以及低偏链路传输效率与光功率呈近似线性变化的特点,实现了对光载微波信号传输效率的有效提升。经过测试可知,本方案较常规正交点传输方式在射频增益方面提高了13.5 dB,同时不会对噪声系数产生明显恶化,并且本方案可以采用常规货架产品低成本实现,在电子信息装备中具有广泛的应用潜力。
具有复杂光谱特征的丙烯气体的TDLAS检测技术研究
钟笠, 宋迪, 焦月, 李晗, 李国林, 季文海
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0203
摘要(2079) HTML全文(443) Y : 4582 PDF 4582KB(15)
摘要:
  目的  本文针对化工过程中在线检测丙烯的需求,研究了基于调制吸收光谱技术(TDLAS)的检测技术,提高检测性能。  方法  丙烯是重烃分子,它分子量大、结构复杂,分子吸收线交叠,吸收本底较宽,光谱参数不完整,没有适用的线型表达式。本文提出了一种独立于光谱线型特征的数值仿真方法,考虑实际激光光源宽线宽对吸光度的影响,通过对比仿真和实验的光谱幅度变化规律,确定了丙烯气体分析装置的设计参数和技术方案,选择中心波长为1 628.5 nm的宽调谐DFB激光器,采用差分方案去除解调光谱的直流偏置,采用多元回归模型降低化工过程的背景气体光谱干扰。  结果  在模拟实际环境的气体实验中,该装置在0~10 000 ppm量程内的最大相对误差为0.55%。对2 000 ppm的丙烯进行3小时连续测量,标准差为9.30 ppm;Allen方差分析发现在积分时间221.9秒时,极限标准差可达1.33 ppm。在抗干扰测试中,当背景气体甲烷、乙烯的浓度变化时,丙烯的测量误差最大仅为19.17 ppm。  结论  调制吸收光谱技术克服了色谱和软测量等传统方法的不足,TDLAS装置可检测有复杂光谱特征的重烃分子,展示了测量精度高、稳定性好、抗背景光谱干扰能力强等优点。
湍流大气中激光相干探测回波光强与空间相干特性研究
任建迎, 孙华燕, 赵延仲, 张来线
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0194
摘要(544) HTML全文(511) Y : 2513 PDF 2513KB(8)
摘要:
本文利用广义惠更斯-菲涅尔原理结合Goodman目标散射理论,推导得到了激光探测中目标反射光的交叉谱密度函数解析式,并进一步得到目标反射光的光强分布和空间相干长度的表达式。然后利用文中得到的表达式在湍流大气条件下,分析了不同光源参数和目标反射光参数对目标反射光光强分布和相干长度影响。研究结果表明:光源相干长度对归一化反射光强影响较小;光源束腰半径和反射光斑半径值越大接收光的相干长度值越小,随传输距离的增加相干长度增加越缓慢。在弱湍流大气传输过程中,光源参数对接收光的影响占主导作用,光源束腰半径越大接收光的光强和相干长度值越小。在强湍流大气传输过程中,大气湍流对反射光的影响起主导作用。
消像散的自由曲面棱镜光谱仪光学系统设计
张佳伦, 郑玉权, 蔺超, 纪振华
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0049
摘要(243) HTML全文(134) Y : 1482 PDF 1482KB(7)
摘要:
本文根据像差理论,设计一套计算次镜外反射的Offner型自由曲面棱镜光谱仪初始结构的算法。通过光线追迹获得光线在次镜外反射Offner型光谱仪各光学表面传播的公式,该公式可以确定光学元件的结构参数。应用轴外细光束像散理论分析系统产生的像散,并设定合理阈值作为结构算法的判断依据。在Matlab中迭代优化出符合设计要求的初始结构,获得的初始结构在Zemax中优化。为验证算法效果,本文设计光谱为380−780 nm,数值孔径为0.15,光谱分辨率为6 nm的自由曲面棱镜光谱仪的初始结构。在Zemax中完成优化后系统可达到设计指标且谱线弯曲和色畸变均优于0.1 pixels。设计结果表明采用本文的算法可以快速计算出符合要求的初始结构,大大简化了后续优化的复杂程度。
微铣刀同轴全息图像增强方法
程亚亚, 于化东, 于占江, 许金凯, 张向辉
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0217
摘要(472) HTML全文(269) Y : 3592 PDF 3592KB(8)
摘要:
数字同轴全息对刀技术中,再现像中的零级项和离焦共轭像形成一个强而复杂的背景噪声作用在实像上,严重降低了再现像的质量。针对全息应用中的干扰像问题,提出了一种基于改进自蛇模型滤波的全息图像增强方法,改进后的自蛇模型令每次扩散中只根据初始图像的梯度来选择扩散力度。实验结果表明,改进后的自蛇模型能够避免自蛇模型在扩散过程受大梯度背景噪声影响,背景出现的“伪轮廓”和边缘锯齿化,弥补了自蛇模型在全息图像应用中的不足。此外,与相位恢复法和多重再现法去干扰像效果相比较,本文提出的改进自蛇模型滤波法不仅对干扰像有更好的抑制作用,还能够增强刀具的边缘,有利于实现微铣刀的数字全息对刀。
自由电子激光光束线反射镜无应力夹持设计与分析
赵晨行, 卢启鹏, 宋源, 龚学鹏, 王依, 徐彬豪
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0131
摘要(842) HTML全文(261) Y : 4421 PDF 4421KB(3)
摘要:
反射镜是自由电子激光光束线中的重要光学元件,反射镜自重引起的面形误差会严重影响光束线成像质量。为减小自重引起的面形误差,基于Bessel点理论提出了重力补偿的方案,并设计了无应力夹持装置,利用有限元软件对该装置进行仿真分析。以尺寸为440 mm*50 mm*50 mm的反射镜为例,传统支撑方式下反射镜下表面面型误差为1.647 μrad,采用本文提出的夹持方案后面型误差降至0.085 7 μrad,优于工程指标0.1 μrad。为防止反射镜在切换工作模式时发生窜动,可对反射镜添加不超过2 N的微小夹持力,此时反射镜的面型误差为0.093 9 μrad。此外还对装置进行了动力学分析,该设计方案避免装置存在较低的固有频率,在使用过程中不会产生共振现象,满足光束线的使用需求。
基于光源发射接收一体化探头的糖度分选线改造研究
刘燕德, 饶宇, 孙旭东, 肖怀春, 姜小刚, 徐海, 李雄, 徐佳, 王观田
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0165
摘要(862) HTML全文(923) Y : 7565 PDF 7565KB(3)
摘要:
传统外部品质分选目前已经无法满足人们对水果口感品质日益增长的需求,对传统外部品质分选线进行糖度分选改造,实现糖度分选,确保水果适宜的口感品质具有重要意义。分别采集两种不同检测方式下的脐橙近红外漫反射光谱,其中环形发射与接收漫反射方式的光谱能量要比多点发射与接收漫反射方式要强,波峰与波谷位置大致相同。近红外漫反射光谱经基线校正、多元散射校正、一阶、二阶导数等方法进行光谱数据预处理,减少杂散光和噪声的影响。分别建立脐橙两种不同的漫反射检测方式的糖度的偏最小二乘(PLS)模型进行对比分析。实验结果表明,两种不同检测方式下采用基线校正预处理方法结果最优;环形发射与接收漫反射检测方式下的糖度模型预测相关系数为0.82,预测均方根误差为0.45°Brix,多点发射与接收漫反射检测方式下的糖度模型预测相关系数为0.80,预测均方根误差为0.48°Brix。研究表明,应用PLS建模结合近红外漫反射光谱对传统外部品质分选线上进行糖度分选线功能升级改造是可行的。
综述
深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源研究进展
王晓洋, 刘丽娟
2020, 13(3): 427-441.   doi: 10.3788/CO.2020-0028
[摘要](1392) [HTML全文](585) [PDF 2773KB](48)
摘要:
全固态深紫外相干光源在前沿科学、高技术等领域均有重要应用。产生全固态深紫外相干光源的一种有效而可行的技术途径是将商业化的可见、近红外全固态激光作为基频光源,通过非线性光学晶体的多级变频技术产生深紫外激光。本文系统地介绍了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源的研究进展。主要以KBBF晶体为代表,详细介绍了发现KBBF晶体的过程,晶体生长技术,棱镜耦合器件技术,KBBF晶体的主要光学性质以及产生深紫外相干光源的能力,同时证实了KBBF晶体是目前能使用直接倍频方法实现深紫外激光输出的非线性光学晶体。此外,文中还详细介绍了基于KBBF晶体及棱镜耦合技术的深紫外相干光源的应用情况,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及取得的重要成果。最后,展望了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外激光技术的发展方向。
原创文章
激光空间合束主镜优化设计与分析
汤伟, 刘立生, 刘扬, 邵俊峰, 郭劲
2020, 13(3): 442-450.   doi: 10.3788/CO.2019-0161
[摘要](499) [HTML全文](270) [PDF 2319KB](22)
摘要:
本文对激光空间合束主镜进行优化设计与分析,以抑制强激光空间合束系统主镜热畸变,提高主镜面形精度。首先,对比分析了选择不同材料作为主镜基底的优缺点,从理论上初步确定了主镜材料、镜体厚度、支撑方式和轻量化结构形式;然后,利用有限元方法对空间合束主镜进行了热畸变分析,并结合热畸变结果对镜体结构形式进行拓扑优化设计;最后,对主镜进行重力、环境适应性和基频分析,验证设计的合理性。分析结果表明:6光合束主镜在单束10 kW激光辐照下,随着辐照时间的增加,镜面温升值和P-V值逐渐增大;辐照3 min后初设计主镜表面温度达83.4 ℃,P-V值为155 nm,受镜体结构影响,辐照区内热畸变值不一致,差值约占镜面P-V值的1/6;为改善热畸变的不一致性,提高镜体强度,对主镜进行拓扑优化设计,优化后主镜轻量化达54.5%,辐照区热畸变一致性好,镜面热畸变量减小了近1/3;不同俯仰姿态下,主镜重力变形值基本相同,不足10 nm;环境温度的改变会引起主镜的镜面畸变和平移,稳态温差值越大,主镜面形P-V值和镜面平移量越大;模态分析显示主镜基频满足系统要求。本文研究结果将对激光空间合束系统的设计提供依据。
长周期光纤光栅光谱特性仿真研究
朱雨雨, 郗亚茹, 张亚妮, 江鹏, 薛璐, 许强
2020, 13(3): 451-458.   doi: 10.3788/CO.2019-0152
[摘要](940) [HTML全文](690) [PDF 5089KB](28)
摘要:
基于耦合模理论,利用传输矩阵法求解出长周期光纤光栅(Long Period Fiber Gratings,LPFGs)的透射谱表达式,模拟分析了LPFGs的光谱特性与光栅参数如周期、刻写长度以及折射率调制深度之间的关系。研究结果表明:LPFGs谐振波长随着周期和折射率调制深度的增大向长波方向移动,且高次模谐振波长对光栅周期更为敏感;光谱带宽的变化主要取决于光栅的刻写长度,随着光栅刻写长度的增加,带宽逐渐变窄,且当光栅刻写长度大于5.2 cm时,光栅存在过耦合区域;随着折射率调制深度的增加,光栅存在不完全耦合、完全耦合和过耦合现象,且谐振损耗最大值位置随着折射率调制深度的增加逐渐向低次转移。该研究结论对长周期光纤光栅的理论分析和实际应用中的参数设计具有重要参考价值。
粗糙目标表面红外偏振特性研究
柳祎, 史浩东, 姜会林, 李英超, 王超, 刘壮, 李冠霖
2020, 13(3): 459-471.   doi: 10.3788/CO.2019-0123
[摘要](534) [HTML全文](321) [PDF 5410KB](25)
摘要:
红外偏振成像可突显目标、识别真伪,准确掌握目标红外辐射偏振特性可有效提高目标的探测识别概率。针对现有目标红外辐射偏振特性模型未考虑粗糙表面导致的遮蔽效应的问题,本文基于微面元双向反射分布函数模型,利用穆勒矩阵构建出含有遮蔽函数的粗糙表面红外辐射偏振度的斯托克斯解析模型。针对光线表面粗糙度和入射角对金属和非金属目标红外辐射偏振度的影响进行定量分析。分析结果表明:无论是金属还是非金属,其红外自发辐射偏振度都随粗糙度的增大而减小,非金属自发辐射偏振度下降的幅度大于金属偏振度;当粗糙度及温度相同时,金属的红外辐射偏振度始终大于非金属;红外辐射偏振度先随入射角的增加而增加,而后在特定入射角下达到峰值,超过一定入射角后,偏振度大幅下降,金属和非金属的红外辐射偏振度间的差异在一定入射角度范围内将达到最大,这有助于区分金属与非金属。最后,利用长波红外微偏振成像系统和近红外偏振成像系统进行不同场景目标的图像采集,获取目标的红外辐射偏振特性,实验结果与理论分析结果基本吻合。本文对研究目标偏振特性、优化设计红外偏振系统以及后续偏振图像处理均具有重要意义。
激光通信地面测试终端间隔离度的仿真分析
赵猛, 颜昌翔, 吴从均
2020, 13(3): 472-481.   doi: 10.3788/CO.2019-0154
[摘要](827) [HTML全文](563) [PDF 5806KB](15)
摘要:
受空间所限,激光通信地面测试平台与被测终端之间的距离远小于实际通信距离,导致测试平台光机等器件产生的后向散射杂光进入被测终端,从而严重影响被测终端的测试性能。从被测终端与测试平台间的光学干扰问题出发,本文研究了被测终端与测试平台间隔离度的关系,分别设计了卡塞格林和离轴三反光学天线,并根据杂散光传输模型,采用杂散光分析软件分析了光学天线结构形式及表面粗糙度两方面对隔离度的影响。分析结果表明,采用离轴三反光学天线时的隔离度明显高于卡塞格林光学天线,且隔离度随着光学表面粗糙度的减小而增大,当光学表面的粗糙度达到0.892 nm时,隔离度可达−86.22 dB。最后,推导了ABg模型与Harvey模型参数间的关系,并根据粗糙度与TIS计算公式,得出粗糙度分别为0.7 nm及0.5 nm的ABg模型参数,它们的终端间隔离度分别为−94.39 dB和−97.3 dB,实现了−90 dB的隔离度指标。
不同产地苹果糖度可见近红外光谱在线检测
刘燕德, 徐海, 孙旭东, 姜小刚, 饶宇, 徐佳, 王军政
2020, 13(3): 482-491.   doi: 10.3788/CO.2019-0128
[摘要](670) [HTML全文](332) [PDF 4480KB](19)
摘要:
为了实现不同产地苹果糖度的快速在线无损检测,减少产地差异对近红外光谱检测模型的影响,建立了不同产地苹果糖度的在线检测通用模型。首先,采用水果动态在线检测设备采集了包括栖霞、洛川与会宁3个产地的红富士苹果的漫透射光谱。其次,采用偏最小二乘算法(PLS),结合无信息变量消除(UVE)方法,筛选出58个特征变量,建立了苹果糖度的UVE-PLS通用模型,该模型对个体产地预测集及总预测集的均方根误差分别为0.50~0.74°Brix与0.63°Brix,较原始个体模型分别提高了23.2%~44.4%与35.7%。最后,提出了一个新的外部验证样本集对模型性能进行评价,其残留预测偏差为2.33,预测值在±1.0°Brix和±1.5°Brix误差范围内的占比分别为85%与100%。实验结果表明:建立多个产地苹果糖度的在线检测通用模型,能够提高其他产地样本糖度的预测稳健性,并且采用合适的波长筛选方法能够简化模型。开发不同产地水果内部品质通用模型在波长有限的光谱设备中具有良好的应用潜力。
同步荧光光谱探究头孢西丁钠与溶菌酶的结合机制
张红彩, 刘保生, 程旭
2020, 13(3): 492-500.   doi: 10.3788/CO.2019-0112
[摘要](642) [HTML全文](312) [PDF 3518KB](16)
摘要:
在模拟生理学条件下(pH=7.40),采用同步荧光法研究了头孢西丁钠(CFXS)和溶菌酶(LYSO)中的荧光基团酪氨酸(Tyr)残基、色氨酸(Trp)残基之间的相互作用。结果表明:CFXS以静态猝灭的方式猝灭LYSO中的Tyr、Trp残基的荧光,结合位点数n ≈1。310 K时,Tyr与Trp残基反应的荧光猝灭比率分数NSFQR(Trp)(60.25%)>NSFQR(Tyr)(39.75%),结合位置更靠近Trp残基。Hill系数nH约为1,表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合不会影响后继配体与蛋白质的结合。CFXS与LYSO中Tyr残基的药物结合率W(Q)为0.19%~0.13%,Trp残基的药物结合率W(Q)为0.23%~0.14%,游离的药物含量几乎不变,这表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合基本不影响药物的疗效。Tyr残基的蛋白结合率W(B)为52.69%~54.67%,Trp残基的蛋白结合率W(B)为67.67%~69.39%,因此,蛋白中游离的氨基酸残基数目会明显降低。CFXS-LYSO结合体系的主要作用力类型是疏水作用,分子对接结果表明CFXS与LYSO之间还存在氢键作用,且两者的最佳结合位置在LYSO的活性中心附近,两者的结合改变了活性中心处氨基酸残基的微环境。
高精度角膜曲率半径测量系统
李华建, 肖作江, 刘颖, 赵媛媛, 王睿智, 贺肖影
2020, 13(3): 501-509.   doi: 10.3788/CO.2019-0174
[摘要](661) [HTML全文](517) [PDF 4245KB](10)
摘要:
为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。
一种自适应安装的高精度图像式角位移测量装置
于海, 万秋华, 孙莹, 卢新然, 贾兴丹
2020, 13(3): 510-516.   doi: 10.3788/CO.2019-0107
[摘要](540) [HTML全文](438) [PDF 2594KB](8)
摘要:
采用图像探测器的角位移测量技术可实现高精度高分辨力角位移测量。为提高角位移测量装置的鲁棒性,本文设计了一种自适应安装的高精度图像式角位移测量装置。其装调过程非常简便,且可以保证在标定光栅存在偏心时具有高分辨力和高精度测量输出。首先,提出了基于双线阵图像传感器的测角装置设计原理,并设计了单圈绝对式标定光栅。然后,采用基于质心算法的高分辨力细分算法进行细分,并采用双线阵图像传感器对测角误差进行误差补偿。最后,设计实验装置测试自适应安装的性能。实验结果表明,当标定光栅的偏心度在±1 mm以内时,所设计装置可以实现高精度和高分辨力的角位移测量。本文所设计的装置可以在标定光栅存在±1 mm的安装偏心时保证输出精度,为小型角位移测量装置适应性的提高给出了解决方案。
固态面阵激光雷达接收光学系统设计
魏雨, 蒋世磊, 孙国斌, 张兴星, 王玉宁
2020, 13(3): 517-526.   doi: 10.3788/CO.2019-0166
[摘要](807) [HTML全文](653) [PDF 4570KB](91)
摘要:
在确保固态面阵激光雷达安全性的前提下,为了提高光学系统的像面能量均匀度以及增加光学系统所接收到的能量,保证在探测过程中的低信噪比以及对目标的可探测性,本文通过对发射激光能量和接收能量进行建模,给出了光学参数,研究了影响接收光学系统像面照度的因素。指出大视场大相对孔径高照度均匀性光学系统的设计要素,并通过ZEMAX优化分析给出了具体的实施过程。最终设计了λ=905(±5)nm,焦距为15 mm,相对孔径为1/1.4,视场角为2ω=76°的激光雷达接收镜头,系统总长小于77 mm,在空间频率为20 lp/mm处MTF值大于0.5,在0.85视场内的相对畸变小于8%,像面照度不均匀性小于7.2%。满足激光雷达的探测要求。
深度学习的空间红外弱小目标状态感知方法
黄乐弘, 曹立华, 李宁, 李毅
2020, 13(3): 527-536.   doi: 10.3788/CO.2019-0120
[摘要](464) [HTML全文](279) [PDF 5546KB](11)
摘要:
针对当前空间红外弱小目标状态感知方法存在判别准确率低、人工干涉较多、对数据质量要求较高等问题,提出了一种全新的基于深度学习的判别算法。首先,对空间红外弱小目标状态变化进行了分析,并建立了专用数据集;然后,建立了目标状态感知任务专用的卷积神经网络框架,并在局部标注及自适应阈值等方面进行了创新;最后,应用实验室采集的目标辐射强度信息制作的仿真数据对本算法进行了训练和测试,建立了目标状态感知评估指标体系,并对实验结果进行评估。实验结果表明:在输入连续完整的辐射强度信息时,判别准确率为98.27%;输入片段辐射强度信息时,各状态判别准确率皆大于90%。本算法弥补了现有方法对空间弱小目标状态感知虚警率高和目标信息不完整时不敏感的缺陷,提高了检测速度和精度,可以更好地满足空间红外弱小目标感知任务的需求。
空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术
王俊尧, 宋延嵩, 佟首峰, 姜会林, 董岩, 董科研, 常帅
2020, 13(3): 537-546.   doi: 10.3788/CO.2019-0176
[摘要](1107) [HTML全文](810) [PDF 1837KB](16)
摘要:
为提高光学天线能量利用效率,实现空间激光通信组网,本文对反射镜联动跟踪控制技术展开研究。首先,阐述了系统组成原理,详细论述了基于单探测器多执行器的反射镜联动跟踪控制策略。接着,通过分析激光链路能量,得到了联动跟踪约束条件及误差要求。然后,建立了双反射镜联动跟踪数学模型,对伺服控制器进行仿真。最后,搭建原理样机对跟踪性能进行测试。实验结果表明,系统能够对目标进行稳定跟踪,跟踪脱靶量精度优于83 μrad,双镜联动精度优于26 μrad,系统接收光功率显著提高。本文研究为实现空间一对多激光通信链路组网奠定了基础。
基于离轴自由曲面的激光通信光学天线设计
谷茜茜, 崔占刚, 亓波
2020, 13(3): 547-557.   doi: 10.3788/CO.2019-0157
[摘要](900) [HTML全文](554) [PDF 4314KB](22)
摘要:
为了提高空间激光通信系统的工作范围,简化光学系统的结构,提出了基于离轴自由曲面的大视场两镜无焦光学天线的设计形式。该光学天线采用无焦结构,无需再使用准直透镜元件,可以极大地简化系统结构,克服了传统聚焦光学天线体积过大、大功率光源情况下焦点处功率密度过高等问题。首先,基于三级像差理论,推导了两镜无焦系统的消像差公式,并对求解结果进行了分析总结。然后,根据求解结果和实际需求设计了一款无焦光学天线,该系统的有效通光口径为100 mm,放大倍率为5倍,波段为500~1 100 nm,全视场角为0.6°,主镜为凹抛物面的一部分,次镜采用XY多项式表征的自由曲面,并用MATLAB 对次镜自由曲面面形进行了仿真。结果表明,光学系统全视场的波像差优于λ/14(λ=500 nm),斯托列尔比大于0.8,系统能量集中度较高,像质接近衍射极限,光学视场相对于传统二次曲面系统增加了26.7%。因此,该种天线结构在激光通信领域具有较强的实用性和很好的发展前景。
自准直仪光电探测器失调对测角的影响
罗敬, 张晓辉, 何煦, 叶露, 张天一
2020, 13(3): 558-567.   doi: 10.3788/CO.2019-0207
[摘要](551) [HTML全文](316) [PDF 3052KB](22)
摘要:
本文首次提出并构建了自准直仪光电探测器失调的数学模型。基于该模型,分析了光电探测器相对于理论像面处于空间任意位置和朝向时对自准直仪测角的影响。结果表明,探测器失调造成的测角误差随准直物镜焦距f的增大而减小,随自准直仪到被测镜面的距离L以及待测角度θ的增大而增大。计算发现,当f=300 mm,L=100 mm,θ=20″时,因探测器失调引起的测角误差达到0.004 5″。文章进一步分析了各种探测器失调误差单独作用时对自准直仪测角的影响,验证了模型的正确性,并发现探测器离焦对自准直仪的影响最大。根据本文计算结果,选择长焦距的成像物镜、减小测量距离、提高光电探测器沿轴向的安装精度是减小光电探测器失调对自准直仪影响的关键。基于提出的数学模型,可以系统地计算探测器失调对自准直仪测角的影响,进而为构建更加完善的自准直仪误差模型奠定基础。
交叉定标中的不确定度分析及定标系数计算改进
高帅, 李元, 白廷柱, 张玉香, 郑小兵
2020, 13(3): 568-576.   doi: 10.3788/CO.2019-0215
[摘要](454) [HTML全文](311) [PDF 3375KB](9)
摘要:
一般交叉定标方法是利用普通最小二乘法的回归方式对时间、空间、观测几何、光谱匹配得到的近一致观测数据点对来计算定标系数,该方法忽略了各数据点对的质量差异,降低了定标系数的有效性。针对此问题,本文提出了基于不确定度计算的定标改进方法,利用不确定度分析方法计算数据点对中各辐射基准值的不确定度并给出权重系数,采用加权最小二乘法回归定标系数。选取与在研的基准载荷参数最为接近的HYPERION作为辐射基准替代载荷,分别利用普通最小二乘法和加权最小二乘法对MODIS CH1~7进行了定标,采用MODIS官方定标系数作为真值对定标结果进行验证。结果表明,采用加权最小二乘法对MODIS的1、2、4、5、6、7通道回归的定标系数更接近真值,定标结果的最大相对误差与传统方法相比降低了3%~5%,平均相对误差降低了0.5%~1.5%,说明本文的加权最小二乘法可进一步提升交叉定标精度。
用于超短脉冲CO2激光的半导体光开关理论建模与数值分析
高月娟, 陈飞, 潘其坤, 俞航航, 李红超, 田有朋
2020, 13(3): 577-585.   doi: 10.3788/CO.2019-0159
[摘要](1334) [HTML全文](1156) [PDF 3641KB](10)
摘要:
本文开展了基于半导体光开关技术实现超短脉宽CO2激光输出的物理机制研究。首先,在分析光生载流子过程及载流子复合扩散机制的基础上,引入直接吸收、俄歇复合、等离激元辅助复合以及双极扩散等物理过程,并基于Drude理论,完善了半导体光开关理论模型。其次,利用该模型对两级半导体光开关产生超短CO2脉冲机制进行了数值模拟及分析,结果显示该模型与国外最新实验结果一致,表明了模型的合理性与正确性。最后,利用该模型分析了控制光脉冲宽度对两级光开关工作效率的影响,发现短的控制光脉冲更有利于精确、高效地截取出高质量的超短CO2脉冲。本文研究证明半导体光开关法是实现超短CO2激光脉宽可调输出的有效技术途径。
太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制
张雨辰, 王飞翔, 许方宇, 黄善杰, 谭旭, 路文龙, 肖建国, 贾钰超, 罗宏
2020, 13(3): 586-594.   doi: 10.3788/CO.2019-0139
[摘要](447) [HTML全文](251) [PDF 3726KB](7)
摘要:
对于大口径地基开放式太阳望远镜,热光阑温升将导致其像质劣化。尤其是,热光阑通光孔紧挨成像光束,其与环境的温度差对像质影响很大。这是中国巨型太阳望远镜(Chinese Giant Solar Telescope, CGST)计划面临的诸多问题之一。解决热光阑温控问题的具体方法是设计整体冷却效率高且在关键位置得到进一步强化的热光阑结构,以达到温控均匀的目的。本文提出倒锥导流式热光阑设计方案,该方案有利于降低通光孔位置温度,使温度极高点离开通光孔。对流换热系数和光阑温度场仿真结果证明此方案明显优于目前常用的方法。倒锥导流式热光阑的极限温升为3 ℃,优于GREGO的极限温升(7 ℃);实测温度场与仿真温度场进行对照,结果在误差范围内。结果证明导流式倒锥结构具有较好的温控效果。
机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计
吴文达, 张葆, 洪永丰, 张玉鑫
2020, 13(3): 595-604.   doi: 10.3788/CO.2019-0160
[摘要](1312) [HTML全文](357) [PDF 3897KB](25)
摘要:
为了满足军事探测环境下复杂、多样化的探测需求,机载探测平台往往集成多个探测系统。共孔径复合作为一种理想的集成方式,在综合各类探测系统优势的基础上,缩减了系统的总体积,减轻了平台负担。本文计算并设计了一种卡塞格林式红外与合成孔径雷达共孔径天线。首先,根据合成孔径雷达指标设计主镜;接着,通过像差系数与非球面参数组成的方程组求解卡塞格林结构;然后,在前端卡塞格林结构、冷阑参数和红外光学系统指标的限制下,利用PW形式的像差公式计算透镜的具体结构。最终得到的雷达天线口径为1.22 m,增益为40.9 dB,红外光学系统焦距为−1 000 mm,全视场角为0.704°,次镜遮拦比小于0.33,在33 lp/mm处各温度区间MTF值大于0.4。所设计共孔径天线的各项指标均满足使用要求。
Diffraction characteristics analysis of multi-depth phase modulation grating in terahertz band
YANG Qiu-jie, HE Zhi-ping, MI Zhong-liang
2020, 13(3): 605-615.   doi: 10.3788/CO.2019-0147
[摘要](683) [HTML全文](409) [PDF 3766KB](16)
摘要:
To meet the requirements of terahertz spectral imaging for wide spectral range, high efficiency and real-time detection of spectrometers, a Multi-depth Phase Modulation Grating (MPMG) in terahertz band is proposed. The phase modulation of incident light is realized by introducing optical path difference resulted from the change of groove depth, so that different regions of reflecting terahertz wave front have different phase information. Based on the analysis of the intensity distribution of the diffraction field of the MPMG, the influence of grating parameters on the distribution of the diffraction field is discussed. The diffraction characteristics of the MPMG are verified by experiments. The experiment results indicate that the measurements of the 0th- and ±1st-order diffraction efficiency at 0.5 and 0.34 THz obtained by experiment and simulation are in good agreement. It suggests that 0th order diffraction of the MPMG has the ability of splitting light.
Analysis of the effect of lens shutter on image motion in aerial camera
YU Chun-feng, CHEN Zhi-chao, JIA Ping, WANG Nai-xiang, HOU Han
2020, 13(3): 616-626.   doi: 10.3788/CO.2019-0127
[摘要](510) [HTML全文](232) [PDF 2726KB](18)
摘要:
In order to improve the photographic resolution of aerial remote sensing cameras and obtain high-resolution aerial images, besides optical system with high modulation transfer function and high-quality imaging medium, the exposure time of shutter should be controlled correctly to ensure that the detector can obtain an appropriate image motion value. Based on the structure and working principle of the lens shutter of an aerial mapping camera, we establish the matrix relationship between the ground object and the image through coordinate transformation method, that is, the relationship between the exposure time of the shutter and the image motion value is determined. The image motion value and residual error of the image motion are analyzed by combining the parameters of the camera speed-height ratio and the pixel size. According to the different installation modes of the aerial camera, when the residual error of the image motion value is more than 1/3 of a pixel in size, the Image Motion Compensation (IMC) mechanism is necessary to the imaging system. Thus a theoretical basis for the design of the IMC mechanism in an aerial camera is provided. The analysis is validated by a static test and flight test. The test results show that the aerial camera clearly captures images and the spatial resolution of its images reaches 36.8 lp/mm, which meets the requirements of our technical index.
Mid-infrared plasmon regulation based on graphene nanoribbons
HAN Jing, GAO Yang, JIAO Wei-yan, FAN Guang-hua, GAO Ya-chen
2020, 13(3): 627-636.   doi: 10.3788/CO.2019-0185
[摘要](615) [HTML全文](336) [PDF 2576KB](22)
摘要:
Surface plasmon can be produced in graphene in the mid-infrared and terahertz waveband regimes, and the regulation for surface plasmon can be achieved by a reasonable design. On the basis of above, a resonant tunable structure was designed. By depositing single layers of graphene ribbons with different widths on a dielectric substrate, discontinuities in nanoscale were introduced, thereby effectively controlling the interaction of graphene with light. The spectral and electromagnetic field distributions of the structure were theoretically studied using the finite difference time domain method. The results showed that when the designed structure was coupled with the incident light, there would be multiple resonance enhanced absorption peaks. By changing the number, width and distance of the graphene ribbons in each period, the number, position, intensity of the resonance peak can be controlled. In addition, the Fermi energy level of graphene can be changed by applying different bias voltages, so the position and intensity of resonance peak can be adjusted dynamically. Therefore, with this structure graphene plasmon resonance can be regulated over a wide spectral range. This study provides a theoretical basis for the design of the graphene-based sensors, filters and absorbers in infrared regime.
Eigen generalized Jones matrix method
SONG Dong-sheng, ZHENG Yuan-lin, LIU Hu, HU Wei-xing, ZHANG Zhi-yun, CHEN Xian-feng
2020, 13(3): 637-645.   doi: 10.3788/CO.2019-0163
[摘要](807) [HTML全文](582) [PDF 2731KB](18)
摘要:
A differential generalized Jones matrix method (dGJM) was recently introduced by Ortega-Quijano and colleagues to derive the GJM for modelling uniaxial and biaxial crystals with arbitrary orientations in laboratory coordinate systems. Later, we propose an eigen generalized Jones matrix method to simulate the phase and polarization of fully polarized light propagating in an anisotropic crystal when the optical axis orientations and light directions are both arbitrary. In our method, we use physics that are equivalent in principle to those of Ortega-Quijano, but we use a modified mathematical technique. We introduce the eigen generalized Jones matrix in the intrinsic coordinate system to precisely calculate the phase and polarization of the light, which overcomes the limitations of the differential generalized Jones matrix method. The simulation results indicate that our method can be used to calculate the polarization distribution, regardless of how the light beam and optical axis positioned, or whether the light beam has a vortex.
有机发光二极管显示屏的喷墨打印研究与展望
刘欣, 叶芸, 唐谦, 郭太良
2020, 13(2): 217-228.   doi: 10.3788/CO.20201302.0217
摘要(1165) HTML全文(713) PDF 3186KB(132)
摘要:
近年来,有机发光二极管(OLED)被广泛应用于智能手机等中小尺寸显示屏,并逐步进入电视等大尺寸显示领域和照明市场。随着OLED平板显示新时代的到来,对显示屏的彩色化与图案化研究提出了更高要求。与传统真空蒸镀技术相比,喷墨打印技术更容易实现大面积器件的彩色化和复合功能材料的图案化,且工艺简单,成本低廉,并可进行柔性器件加工。本文综述了采用喷墨打印技术制备OLED显示屏的研究现状,并系统介绍了喷墨打印设备的发展历程,通过优化bank结构提高显示屏的分辨率,优化墨水配方及组成配比抑制喷墨液滴的"咖啡环"效应,从而提高显示器发光均匀性,最后对国内外该技术产业进行了概述与展望。
激光破岩技术的研究现状及进展
官兵, 李士斌, 张立刚, 陈双庆
2020, 13(2): 229-248.   doi: 10.3788/CO.20201302.0229
摘要(1218) HTML全文(650) PDF 4890KB(58)
摘要:
激光破岩技术是应用光学领域的重要研究方向,它是集合了多相态、多耦合、多尺度的复杂高温、高压物理与化学过程。为了厘清激光破岩研究中的核心难点,给研究者提供有效的理论参考和趋向信息,本文对激光破岩技术的研究概况进行了分析总结。首先明确了激光破岩机理;之后分别从石油井下作业用激光器、激光破岩影响因素、激光破岩的温度场相变传热、物理力学性质以及激光破岩应用可行性等方面对国内外激光破岩技术研究进行了总结分析,指出了现阶段所取得的创新成果和不足;最后阐明了激光破岩技术的优点和发展趋势。研究结果表明,激光破岩技术可在现场配套设施研发、多影响因素评价、多场耦合作用机制和井下适用性理论体系研究等方向着力突破。
平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用
王晓东, 颜伟, 李兆峰, 张博文, 黄镇, 杨富华
2020, 13(1): 1-13.   doi: 10.3788/CO.20201301.0001
摘要(789) HTML全文(394) PDF 2480KB(23)
摘要:
为了提高场效应晶体管太赫兹探测器的响应度并降低噪声等效功率,需要对探测器集成平面天线的结构进行合理设计与优化,本文对集成平面天线结构的场效应晶体管太赫兹探测器的研究进行了深入调研。首先,对场效应晶体管太赫兹探测器的工作原理进行了分析,介绍了集成平面天线如何解决耦合太赫兹波效率低的问题。然后,介绍了一些常用的平面天线结构,包括偶极子天线、贴片天线、缝隙天线、grating-gate和其他类型的结构,比较了各种天线的性能以及引入后对太赫兹探测器响应度的影响。通过对比不同天线结构的探测器响应度和噪声等效功率等参数指标,发现:采用平面天线结构之后,场效应晶体管太赫兹探测器的响应度有了大幅度的提升,各种类型的天线对探测器响应度都有不同程度的提升。本文着重介绍了几种集成于场效应晶体管的平面天线结构,包括各种天线的性能和研究进展,最后分析了场效应晶体管太赫兹探测器存在的问题和发展趋势。
量子点背光技术的研究进展
叶芸, 喻金辉, 林淑颜, 陈恩果, 徐胜, 郭太良
2020, 13(1): 14-27.   doi: 10.3788/CO.20201301.0014
摘要(975) HTML全文(565) PDF 4222KB(41)
摘要:
量子点材料因具有发光波长可调,色度纯,量子效率高等优异特性而受到广泛关注,在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展,主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构,并分析了它们在液晶显示领域的应用,未来前景及面临的挑战;然后介绍了几种新型的量子点背光技术,并对两种量子点背光新技术进行重点说明:一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体,用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板;另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面,形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点,对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。
激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展
宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦
2020, 13(1): 28-42.   doi: 10.3788/CO.20201301.0028
摘要(1059) HTML全文(623) PDF 2768KB(46)
摘要:
半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。
可调谐超构透镜的发展现状
林雨, 蒋春萍
2020, 13(1): 43-61.   doi: 10.3788/CO.20201301.0043
摘要(814) HTML全文(448) PDF 8833KB(39)
摘要:
随着新兴光学设备对微型化、一体化、智能化光学变焦系统的需求与日俱增,大大促进了纳米光电子学的迅猛发展。超构透镜是由具有特殊电磁属性的人造元素按照一定的排列方式组成的具有透镜功能的二维平面结构,其最大优点就是:轻薄和易于集成。然而,集成在超构透镜上的微纳结构一旦制备完成,便难以再改变其形貌或者尺寸,因而无法对其聚焦性能进行实时调控,限制了其功能及应用范围的进一步扩展。近年来,科学家们探索了实现超构透镜聚焦性能实时调控的多种途径,其中最引人注目的是将智能材料与超构透镜相结合。本文首先回顾了可调谐超构透镜的最新进展,分别详细阐述和分析了它们的调节原理和器件性能。最后,归纳分析了当前阻碍可调谐超构透镜发展的主要问题,并进一步对未来可调谐超构透镜的发展趋势做出了展望。
量子点增强硅基探测成像器件的研究进展
朱晓秀, 葛咏, 李建军, 赵跃进, 邹炳锁, 钟海政
2020, 13(1): 62-74.   doi: 10.3788/CO.20201301.0062
摘要(951) HTML全文(477) PDF 6598KB(24)
摘要:
硅基探测成像器件具有可靠性高、易集成和成本低等优点,是目前应用最广泛的探测成像器件。随着人工智能和无人驾驶等技术的日益发展,对探测成像器件提出了更高的要求,而硅基探测成像器件性能的提升成为重要的研究方向。量子点具有吸收系数大、光谱可调、发光效率高和易集成等优点,是一类优异的光谱转换和光调制材料。利用量子点材料可调制的光学特性,可以对硅基探测成像器件的功能进行拓展,从而实现紫外响应增强、红外响应拓展、紫外偏振探测和多光谱成像等功能。经过多年的研究,这一领域已经取得了一定的进展,部分技术展现出较好的应用前景。本文介绍了量子点增强硅基探测器在紫外探测、红外成像、偏振探测和多光谱成像方面的研究进展,希望能够引起国内学术界和工业界的关注和重视。
增材制造金属反射镜的发展综述
谭淞年, 丁亚林, 许永森, 刘伟毅
2020, 13(1): 75-86.   doi: 10.3788/CO.20201301.0075
摘要(734) HTML全文(367) PDF 4337KB(25)
摘要:
随着光学测量与遥感领域的不断发展,折反式光学系统对重量、体积和环境适应性等需求不断提高。基于增材制造技术的金属反射镜以其便于实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点,逐渐获得国内外学者的关注与研究。与传统金属反射镜相比,增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度,同时可实现更高程度的轻量化。增材制造反射镜可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。本文首先讨论了金属反射镜的评价指标;其次,综述了国内外在基于增材制造技术制备金属反射镜领域的发展现状和技术参数,从增材制造金属反射镜的基体设计与制备和基体的后处理2个方面展开论述;然后,通过分析,总结了增材制造金属反射镜的技术路线和关键技术;最后,对增材制造反射镜的应用前景提出了展望。
新型有机晶体及超宽带太赫兹辐射源研究进展
徐德刚, 朱先立, 贺奕焮, 王与烨, 姚建铨
2019, 12(3): 535-558.   doi: 10.3788/CO.20191203.0535
摘要(1185) HTML全文(661) PDF 10967KB(155)
摘要:
非线性光学晶体是非线性光学频率变换技术中的核心器件。近些年,为进一步提高基于非线性光学频率变换技术产生太赫兹波的输出能量、转换效率,拓宽产生太赫兹波的带宽,多种新型有机晶体得以发展,并凭借其更加出色的非线性光学性质,成为产生太赫兹波的理想材料。本文按照晶体类型介绍了目前可产生THz波的多种有机晶体的性质,并总结了基于多种有机晶体的超宽带太赫兹辐射源的国内外研究进展,同时结合THz光谱检测技术的应用需求分析了基于有机晶体宽带THz辐射源的发展趋势以及所面临的关键科学问题。
眼科光学相干层析成像的图像处理方法
蔡怀宇, 张玮茜, 陈晓冬, 刘珊珊, 韩晓艳
2019, 12(4): 731-740.   doi: 10.3788/CO.20191204.0731
摘要(1713) HTML全文(366) PDF 2700KB(43)
摘要:
光学相干层析成像(OCT)由于具有微米级高分辨率、非接触式成像以及瞬时性等特点,成为临床医学领域的研究热点,近些年得到迅速的发展,取得诸多进展与突破。本文简述了OCT技术在眼科医学中的各类应用及发展现状,分类讨论了OCT图像在空域和频域中的降噪方法,并重点总结了OCT眼前节和视网膜图像中各层组织的精确定位分层方法。其中深入分析了基于灰度值搜索方法、活动轮廓模型、图论和模式识别等分层方法,并针对现有分层方法的优缺点以及存在的问题展开深入讨论,提出相应的解决方法和优化方案。对眼科相关疾病的临床诊断指标分析评价,根据眼科临床医学需求和OCT图像处理现状,对未来OCT图像处理的发展趋势和发展水平做进一步讨论和分析。
可用于单幅闭合干涉图相位恢复的正则化相位跟随技术
王贤敏, 刘东, 臧仲明, 吴兰, 严天亮, 周宇豪, 张与鹏
2019, 12(4): 719-730.   doi: 10.3788/CO.20191204.0719
摘要(696) HTML全文(332) PDF 4295KB(86)
摘要:
在利用干涉技术检测温度、压力、形貌等物理量时,往往需要通过各种调制手段将这些物理量的信息加载到干涉条纹图样中,并通过对其进行分析而得到被测信息。当实验条件不利于实验者实施移相、加载波等调制手段时,探测器得到的往往是单幅闭合条纹,此时常用的移相解调技术和频谱分析方法等不再适用。正则化相位跟随(Regularized Phase Tracking,RPT)技术可以对单幅闭合条纹进行相位恢复,是目前针对单幅闭合条纹相位恢复最有效的方法。近年来研究者们从复杂干涉图处理能力、算法稳定性、相位恢复精度等方面对RPT技术进行了改进和发展,使其逐渐走向实用化。本文介绍了RPT技术用于单幅干涉图相位恢复的基本原理,总结了近年来RPT技术的相关改进与发展,例举了采用RPT技术进行相位恢复的应用场合,并适当推测RPT技术的未来发展方向。
瓦级319nm单频连续紫外激光的实现及铯原子单光子Rydberg激发
王军民, 白建东, 王杰英, 刘硕, 杨保东, 何军
2019, 12(4): 701-718.   doi: 10.3788/CO.20191204.0701
摘要(1309) HTML全文(422) PDF 8142KB(78)
摘要:
结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料,服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求,研究并掌握了产生318.6 nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1 560.5 nm与1 076.9 nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频,再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2 W的318.6 nm紫外激光,半小时内,光功率的方均根起伏优于0.87%。采用电子学边带锁频方案,实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4 GHz,残余频率起伏约16 kHz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐318.6 nm紫外激光系统,在铯热原子气室中实现了6S1/2nP3/2(n=70~100)的单光子跃迁里德堡激发,并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了318.6 nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。

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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