2012年 5卷 第1期
2012, 5(1): 1-11.
doi: 10.3788/CO.20120501.0001
摘要
PDF 1402KB
摘要:
为了进一步开发、利用高功率、高效率、可调谐且在室温下稳定运转的太赫兹(THz)源,介绍、分析了国内外利用光子技术产生THz波的研究进展,包括THz气体激光器、空气等离子体THz源、光电导天线以及基于非线性光学效应的光学整流、光学差频、参量振荡等THz源,并指出了光子学THz源未来发展所面临的困难和需要解决的关键技术。
为了进一步开发、利用高功率、高效率、可调谐且在室温下稳定运转的太赫兹(THz)源,介绍、分析了国内外利用光子技术产生THz波的研究进展,包括THz气体激光器、空气等离子体THz源、光电导天线以及基于非线性光学效应的光学整流、光学差频、参量振荡等THz源,并指出了光子学THz源未来发展所面临的困难和需要解决的关键技术。
2012, 5(1): 12-19.
doi: 10.3788/CO.20120501.0012
摘要:
概述了中科院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)在液晶自适应光学方面的研究进展。针对液晶自适应光学技术存在的能量利用率低和校正频率慢的两大国际难题,液晶自适应光学研究组采取了一系列有效措施,不但攻克了能量利用率低的难题,且在校正频率方面也取得了质的飞跃。目前,系统能量利用率已从最初的5%提高到85%,基本和变形镜自适应光学系统的能量利用率相当;校正频率也从5 Hz提高到140 Hz,接近了校正大气湍流的实用化水平。利用该研究成果,分别研制了针对中科院国家天文台2.16 m望远镜和长春光机所1.2 m望远镜的液晶自适应光学系统并对恒星进行了有效校正,使1.2 m望远镜对恒星的分辨能力提高至约3倍衍射极限。
概述了中科院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)在液晶自适应光学方面的研究进展。针对液晶自适应光学技术存在的能量利用率低和校正频率慢的两大国际难题,液晶自适应光学研究组采取了一系列有效措施,不但攻克了能量利用率低的难题,且在校正频率方面也取得了质的飞跃。目前,系统能量利用率已从最初的5%提高到85%,基本和变形镜自适应光学系统的能量利用率相当;校正频率也从5 Hz提高到140 Hz,接近了校正大气湍流的实用化水平。利用该研究成果,分别研制了针对中科院国家天文台2.16 m望远镜和长春光机所1.2 m望远镜的液晶自适应光学系统并对恒星进行了有效校正,使1.2 m望远镜对恒星的分辨能力提高至约3倍衍射极限。
2012, 5(1): 20-29.
doi: 10.3788/CO.20120501.0020
摘要:
介绍了近年来国外航空光电载荷的研究进展。综述了可见光、红外探测器的发展现状,分析了多频谱瞄准系统(MTS-A/B)吊舱、电光目标瞄准系统(EOTS)、DB-110第三代传感器等3种典型先进光电设备的性能,给出了它们的工作参数,并对上述设备所体现的共形光学、光谱成像、稳定与像移补偿、图像处理等技术做了详细阐述。同时,就其需要解决的关键技术做了进一步的分析和探讨。
介绍了近年来国外航空光电载荷的研究进展。综述了可见光、红外探测器的发展现状,分析了多频谱瞄准系统(MTS-A/B)吊舱、电光目标瞄准系统(EOTS)、DB-110第三代传感器等3种典型先进光电设备的性能,给出了它们的工作参数,并对上述设备所体现的共形光学、光谱成像、稳定与像移补偿、图像处理等技术做了详细阐述。同时,就其需要解决的关键技术做了进一步的分析和探讨。
2012, 5(1): 30-34.
doi: 10.3788/CO.20120501.0030
摘要:
为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。
为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。
2012, 5(1): 35-41.
doi: 10.3788/CO.20120501.0035
摘要:
根据快速控制反射镜系统(快反系统)对平面反射镜的设计要求,对快反镜的轻量化结构进行了优化设计。选择比刚度大、热变形系数小的碳化硅为镜坯材料,采用背部开槽式结构减重,背部3点式支撑,对不同筋宽和镜面厚度等多种轻量化方案进行了有限元分析。结果表明:筋宽越大,镜体刚度越好,但筋宽增大到一定程度时,反射镜刚度的改善程度减缓;镜面越厚,镜体内应力、自重变形越大。结合反射镜设计要求和有限元分析结果,加工制备了筋宽为4 mm,镜面厚度为4 mm的碳化硅反射镜,镜体轻量化率达55%。实测反射镜的面形精度,其RMS值不超过/30,与分析结果相符,满足系统的使用要求。
根据快速控制反射镜系统(快反系统)对平面反射镜的设计要求,对快反镜的轻量化结构进行了优化设计。选择比刚度大、热变形系数小的碳化硅为镜坯材料,采用背部开槽式结构减重,背部3点式支撑,对不同筋宽和镜面厚度等多种轻量化方案进行了有限元分析。结果表明:筋宽越大,镜体刚度越好,但筋宽增大到一定程度时,反射镜刚度的改善程度减缓;镜面越厚,镜体内应力、自重变形越大。结合反射镜设计要求和有限元分析结果,加工制备了筋宽为4 mm,镜面厚度为4 mm的碳化硅反射镜,镜体轻量化率达55%。实测反射镜的面形精度,其RMS值不超过/30,与分析结果相符,满足系统的使用要求。
2012, 5(1): 42-47.
doi: 10.3788/CO.20120501.0042
摘要:
为了解决双抽头CCD输出图像顺序不一致的问题,提出了一种改进的RAM软件设计方法,并对其数据进行重新整合。首先,利用XILINX VIRTEX系列现场可编程门阵列(FPGA)的内部Block RAM构造形成双端口RAM。其次,利用双抽头CCD的第一个抽头数据在整合前后没有变化的特点,改进了传统的乒乓操作方法,实现了对整片CCD输出的整合。与传统的图像整合方法相比,该方法对硬件的资源占用率节省了25%。利用ModelSim软件对该方法进行仿真实验,验证了其正确性和有效性。该方法节约了硬件资源,降低了硬件成本,并已成功应用在实际工程项目中。
为了解决双抽头CCD输出图像顺序不一致的问题,提出了一种改进的RAM软件设计方法,并对其数据进行重新整合。首先,利用XILINX VIRTEX系列现场可编程门阵列(FPGA)的内部Block RAM构造形成双端口RAM。其次,利用双抽头CCD的第一个抽头数据在整合前后没有变化的特点,改进了传统的乒乓操作方法,实现了对整片CCD输出的整合。与传统的图像整合方法相比,该方法对硬件的资源占用率节省了25%。利用ModelSim软件对该方法进行仿真实验,验证了其正确性和有效性。该方法节约了硬件资源,降低了硬件成本,并已成功应用在实际工程项目中。
2012, 5(1): 48-56.
doi: 10.3788/CO.20120501.0048
摘要:
为提高工业计算机断层扫描(CT)图像亚像素边缘检测的精度和速度,研究了一种改进的Zernike矩边缘检测方法。该方法采用Sobel边缘算子快速检测出图像所有可能的边缘,通过Zernike矩算子对所有可能的边缘进行重新检测,最后,检测出图像的亚像素边缘并计算其精确位置。由于采用Sobel算子检测出可能的边缘使后续Zernike矩算子检测范围缩小,从而减小了运算量,提高了运算速度。对实际CT图像进行的实验结果表明:改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测精度绝对误差0.24 pixel,改进算法的运算速度提高了约70%。
为提高工业计算机断层扫描(CT)图像亚像素边缘检测的精度和速度,研究了一种改进的Zernike矩边缘检测方法。该方法采用Sobel边缘算子快速检测出图像所有可能的边缘,通过Zernike矩算子对所有可能的边缘进行重新检测,最后,检测出图像的亚像素边缘并计算其精确位置。由于采用Sobel算子检测出可能的边缘使后续Zernike矩算子检测范围缩小,从而减小了运算量,提高了运算速度。对实际CT图像进行的实验结果表明:改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测精度绝对误差0.24 pixel,改进算法的运算速度提高了约70%。
2012, 5(1): 57-63.
doi: 10.3788/CO.20120501.0057
摘要:
从GaSe∶AgGaSe2熔体(质量掺杂浓度为10%)中生长的非线性光学晶体-GaSe∶Ag晶体(质量掺杂浓度0.04%)是一种非中心对称晶体,可用于相位匹配频率转换。Ag的掺入使GaSe晶体的显微硬度提高了30%,从而使其可以在任意方向上进行切割和抛光。本文研究了GaSe∶AgGaSe2晶体在可见、中红外及太赫兹波段的光学性能。实验证明:GaSe∶AgGaSe2晶体的吸收系数是纯GaSe晶体的2倍,其CO2激光倍频效率是ZnGeP2晶体的1.7倍。
从GaSe∶AgGaSe2熔体(质量掺杂浓度为10%)中生长的非线性光学晶体-GaSe∶Ag晶体(质量掺杂浓度0.04%)是一种非中心对称晶体,可用于相位匹配频率转换。Ag的掺入使GaSe晶体的显微硬度提高了30%,从而使其可以在任意方向上进行切割和抛光。本文研究了GaSe∶AgGaSe2晶体在可见、中红外及太赫兹波段的光学性能。实验证明:GaSe∶AgGaSe2晶体的吸收系数是纯GaSe晶体的2倍,其CO2激光倍频效率是ZnGeP2晶体的1.7倍。
2012, 5(1): 64-70.
doi: 10.3788/CO.20120501.0064
摘要:
提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法,介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料,采用氧气作为刻蚀气体,研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程,采用改变单一工艺参数的方法,分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化,对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明:在天线射频功率为300 W,偏置射频功率为30 W,气体压强为0.5 Pa,氧气流速为50 cm3/min的条件下,可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。
提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法,介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料,采用氧气作为刻蚀气体,研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程,采用改变单一工艺参数的方法,分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化,对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明:在天线射频功率为300 W,偏置射频功率为30 W,气体压强为0.5 Pa,氧气流速为50 cm3/min的条件下,可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。
2012, 5(1): 71-76.
doi: 10.3788/CO.20120501.0071
摘要:
选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯 共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。
选择在可见光波段具有较低吸收损耗的聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯 共聚物作为波导包层材料,使用双酚A型环氧树脂作为折射率调节剂,根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸;然后,采用束传播法优化设计出16信道阵列波导光栅(AWG)器件的版图结构。利用Optiwave软件模拟了AWG器件的光传输特性,结果显示,器件的信道间隔为0.845 01 nm,插入损耗小于14 dB,串扰小于-25 dB。
2012, 5(1): 77-82.
doi: 10.3788/CO.20120501.0077
摘要:
对4.25 Gbps小型化可热插拔(SFP)光收发模块的关键参数进行了理论分析,从发射、接收和控制3个方面讨论了模块的结构组成,设计出了符合SFP MSA及SFF-8472协议的光模块,并根据此设计方案制作了样品模块。在-40,25,85 ℃环境温度下测试和分析了模块的性能指标,结果显示其光功率、消光比和灵敏度等均符合设计要求,且在适用温度范围内表现出良好的稳定性。实验证实了方案的可行性,为模块的产品化提供了参考。
对4.25 Gbps小型化可热插拔(SFP)光收发模块的关键参数进行了理论分析,从发射、接收和控制3个方面讨论了模块的结构组成,设计出了符合SFP MSA及SFF-8472协议的光模块,并根据此设计方案制作了样品模块。在-40,25,85 ℃环境温度下测试和分析了模块的性能指标,结果显示其光功率、消光比和灵敏度等均符合设计要求,且在适用温度范围内表现出良好的稳定性。实验证实了方案的可行性,为模块的产品化提供了参考。
2012, 5(1): 83-91.
doi: 10.3788/CO.20120501.0083
摘要:
阐述了InP基高功率短波长量子级联激光器(QCL)的设计原理和设计方案。从有源区设计模型出发,介绍了器件的理想和实际载流子传输路径,进而指出有源区设计的发展趋势和方法。根据器件的发展进程,综述了双声子共振设计,非共振抽取式设计,超强耦合设计,深阱设计,浅阱设计,短注入区设计等先进设计方案,这些设计方案使得QCL在低温下的电光转换效率在50%以上,最大室温连续输出功率超过3 W,而器件的特征温度T0和T1的最大值分别达到383 K和645 K。针对量子级联激光器的短波长高功率提供的先进设计方案扩大了QCL在民用与军用领域的应用前景,该设计方案亦可为其它波段量子级联激光器实现室温高功率的设计提供借鉴。
阐述了InP基高功率短波长量子级联激光器(QCL)的设计原理和设计方案。从有源区设计模型出发,介绍了器件的理想和实际载流子传输路径,进而指出有源区设计的发展趋势和方法。根据器件的发展进程,综述了双声子共振设计,非共振抽取式设计,超强耦合设计,深阱设计,浅阱设计,短注入区设计等先进设计方案,这些设计方案使得QCL在低温下的电光转换效率在50%以上,最大室温连续输出功率超过3 W,而器件的特征温度T0和T1的最大值分别达到383 K和645 K。针对量子级联激光器的短波长高功率提供的先进设计方案扩大了QCL在民用与军用领域的应用前景,该设计方案亦可为其它波段量子级联激光器实现室温高功率的设计提供借鉴。
