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1700 nm波段超快光纤光源开发及其在多光子成像中的应用

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激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 1-18页

作者：仝申钟金成陈新林邱娉王科深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060 徐州医科大学医学信息与工程学院江苏徐州221004 中国科学院大学温州研究院浙江温州325001

多光子成像在生物医学特别是脑科学研究中应用广泛,为深层生物组织结构及动力学研究提供了非侵入性和非破坏性的成像手段。生物组织的吸收和强散射特性限制了成像深度。近年来,得益于原理及技术上的进步,多光子成像在活体生物中的成像... 详细信息

多光子成像在生物医学特别是脑科学研究中应用广泛,为深层生物组织结构及动力学研究提供了非侵入性和非破坏性的成像手段。生物组织的吸收和强散射特性限制了成像深度。近年来,得益于原理及技术上的进步,多光子成像在活体生物中的成像深度显著提高。其中,1700 nm波段激发的多光子成像显著降低组织吸收及散射,与其他激发波段相比获得了目前最大的成像深度。本文首先介绍多光子显微成像原理,并利用孤子自频移效应构建1700 nm波段飞秒脉冲光源。在此基础上,介绍1700 nm波段多光子成像在活体小鼠脑部、皮肤结构,以及血流动力学成像中的应用。最后总结分析1700 nm波段激发多光子成像目前遇到的挑战和未来发展方向。

关键词：多光子显微成像孤子自频移 1700 nm波段脑成像皮肤成像

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大视场龙伯透镜电磁成像超分辨算法

强激光与粒子束 2024年第4期36卷 123-128页

作者：杨美玲谢树果张申达冯荣光杨燕北京航空航天大学电子信息工程学院电磁兼容技术研究所北京100191

现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽... 详细信息

现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数,仿真了4~18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布,验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率,结果证明了本文系统的优越性,同样分辨率下,达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。

关键词：大视场电磁成像龙伯透镜空不变图像超分辨

高能激光短距离传输光束质量测量仿真与实验研究

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红外与激光工程 2024年第9期53卷 294-302页

作者：李杨刘磊王钢王文涛唐晓军华北光电技术研究所北京100015 北京理工大学光电学院北京100081

准确测量光束质量对于高能激光系统性能的评估至关重要,相比传统的远距离传输测量后再修正的方法,短距离传输后的光束质量更接近激光系统出口处的真实情况。建立激光短距离传输模型,采用多层相位屏法,分析空气湍流等因素对激光远场光斑... 详细信息

准确测量光束质量对于高能激光系统性能的评估至关重要,相比传统的远距离传输测量后再修正的方法,短距离传输后的光束质量更接近激光系统出口处的真实情况。建立激光短距离传输模型,采用多层相位屏法,分析空气湍流等因素对激光远场光斑形态和光束质量的影响。结果表明,在20 m的较短传输路径上,风速、空气相对湿度、功率等影响热晕效应的因素对光束质量影响较小,常规条件范围内,光束质量因子β值劣化不超过15%,而空气湍流效应对高能激光光束质量的影响较明显,随着空气湍流强度C_(n)^(2)由1×10^(-18)m^(-2/3)增大到1×10^(-12)m^(-2/3),β值从1.0848增大至8.9933;湍流强度对不同口径激光光束的光束质量影响也不尽相同,口径越大,受湍流强度影响越大。文中搭建实物光路,使用700 mm口径平行光管进行验证,在C_(n)^(2)系统光束质量测量偏差小于5%,为大口径激光系统出口光束质量测量提供一种解决方案。

关键词：高能激光光束质量测量湍流效应热晕效应数值模拟

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基于贝叶斯学习的OTFS系统信道估计算法

南开大学学报（自然科学版） 2024年第3期57卷 18-25页

作者：吴虹董志瑜陈琢慈骋刘之洋南开大学电子信息与光学工程学院天津300350 南开大学光电传感器与传感网络技术重点实验室天津300350 光电子薄膜器件与技术研究所天津300350

针对OTFS系统,提出了一种基于贝叶斯学习的信道估计方案.由于实际传输环境中散射体的数目通常是有限的,因此OTFS的时延-多普勒域原始信道响应具有稀疏特性,通过在时延-多普勒域建立虚拟采样网格可将信道估计问题转化为一维离网稀疏信号... 详细信息

针对OTFS系统,提出了一种基于贝叶斯学习的信道估计方案.由于实际传输环境中散射体的数目通常是有限的,因此OTFS的时延-多普勒域原始信道响应具有稀疏特性,通过在时延-多普勒域建立虚拟采样网格可将信道估计问题转化为一维离网稀疏信号恢复问题,并提出一种基于扰动稀疏贝叶斯学习的信道估计方法.首先利用一阶线性插值的方式来近似真实观测矩阵,随后利用EM算法联合估计稀疏向量与网格偏移量.仿真结果表明,该算法具有较好的信道估计性能与较低的导频负载率,优于基于贪婪类算法的信道估计方法.

关键词： OTFS 信道估计稀疏信号恢复压缩感知

基于精度因子与距离残差的加权最小二乘算法在DTMB辅助北斗定位中的应用

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高技术通讯 2024年第7期34卷 705-713页

作者：李旋杨海效李济源翟悦峰吴虹南开大学电子信息与光学工程学院天津300350 南开大学光电传感器与传感网络技术重点实验室天津300350 光电子薄膜器件与技术研究所天津300350

北斗三号系统已完成建设,该系统可以在空旷的室外提供较为准确的定位信息。但是在城市峡谷区域,北斗信号会受到遮挡。当能够提供有效定位信息的北斗卫星数目逐渐减少时,利用北斗卫星进行定位得到的定位结果偏差会逐渐增大。本文针对以... 详细信息

北斗三号系统已完成建设,该系统可以在空旷的室外提供较为准确的定位信息。但是在城市峡谷区域,北斗信号会受到遮挡。当能够提供有效定位信息的北斗卫星数目逐渐减少时,利用北斗卫星进行定位得到的定位结果偏差会逐渐增大。本文针对以上问题,在采用地面数字多媒体广播信号辅助北斗定位的基础上,利用基于精度因子与距离残差的加权最小二乘算法进行定位,相比于利用最小二乘算法进行定位,定位精度提高了40%~50%。本文提出的算法对于解决定位基站数目不足时增加其他不同类型基站来进行辅助定位的问题具有借鉴作用。

关键词：改进的加权最小二乘算法精度因子距离残差辅助定位

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扫描式微透镜阵列系统的角放大率特性研究

红外技术 2024年第4期46卷 392-399页

作者：苏晓琴杨童周岩穆郁杨磊谢洪波天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津津航技术物理研究所天津300308

扫描式微透镜阵列系统通过微动扫描成像,能够有效解决小行程与大视场之间的矛盾。扫描式微透镜阵列一般采用开普勒式望远结构,通过镜片横向相对位移实现视场扫描。本文提出了一种基于开普勒式望远结构的四片式微透镜阵列,探究了微透镜... 详细信息

扫描式微透镜阵列系统通过微动扫描成像,能够有效解决小行程与大视场之间的矛盾。扫描式微透镜阵列一般采用开普勒式望远结构,通过镜片横向相对位移实现视场扫描。本文提出了一种基于开普勒式望远结构的四片式微透镜阵列,探究了微透镜阵列的角放大率对于3~5μm波段的扫描式微透镜阵列系统的影响。当角放大率小于1时,经过串扰产生的杂散光较多,系统的能量利用率上限受到限制,导致衍射极限受到限制。角放大率越大,能量利用率上限越高,当角放大率从0.67^(×)改变为0.83^(×),能量利用率可以从43%提升到69%。当角放大率大于1时,系统的能量利用率不再受到结构限制,在抑制串扰的条件下,优化得到角放大率为1.5^(×)的结构。对其像质进行评价,各扫描视场RMS半径达到探测器像元尺寸,MTF达到0.6@17 lp/mm。角放大率作为表征微透镜阵列结构特点的参数,与系统能量利用率相关,从而影响像质,因此对于角放大率的分析与研究可为扫描式微透镜阵列系统的设计与实现提供依据。

关键词：微透镜阵列光学扫描系统杂散光角放大率能量利用率

激光软钎焊系统中半导体激光器温度模型预测控制设计

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光学学报 2024年第14期44卷 162-168页

作者：闫宽张聪陈绪兵李明超方杰叶冬武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430205 智能制造装备与技术全国重点实验室湖北武汉430223

针对激光软钎焊领域对核心器件半导体激光器的高精度热控要求,提出一种基于模型预测控制算法的热控方法。通过非平衡热力学等方法对热控系统的热电制冷器及部件构建了精准的数学模型,并引入丢番图方程推导模型预测控制热控系统,搭建了... 详细信息

针对激光软钎焊领域对核心器件半导体激光器的高精度热控要求,提出一种基于模型预测控制算法的热控方法。通过非平衡热力学等方法对热控系统的热电制冷器及部件构建了精准的数学模型,并引入丢番图方程推导模型预测控制热控系统,搭建了激光软钎焊半导体激光器热控实验平台。由随机变换电流输入热控实验结果可知,激光器输入电流变化导致温度波动的平均超调量在1.12%内。激光器中心波长稳定性实验结果表明,所提方法使激光中心波长漂移量减少了52%。激光软钎焊加工能力实验结果表明,该控制方法可以有效控制半导体激光器的输出功率,相比于比例积分微分控制的激光器,所提模型预测控制热控系统的温度曲线与焊点的理想温度曲线的线性拟合度提高了21.05%。该研究结果将为后续研发性能稳定、高质量焊接的激光软钎焊系统提供理论和工程指导。

关键词：激光器热控系统模型预测控制激光软钎焊

基于拓扑优化的薄液晶灵活调控太赫兹波编码超表面

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光学学报 2024年第11期44卷 232-243页

作者：张亚杰栾迦淇李潮龙陈羽郜定山赵茗李培丽南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

提出并研究了一种基于拓扑优化设计的太赫兹薄液晶(LC)编码超表面。基于遗传算法对金属谐振图案进行拓扑优化,设计了一种薄厚度反射型2 bit LC编码超表面单元,LC层厚度仅为14μm,克服了利用多层LC或LC谐振切换机制实现多比特编码外部馈... 详细信息

提出并研究了一种基于拓扑优化设计的太赫兹薄液晶(LC)编码超表面。基于遗传算法对金属谐振图案进行拓扑优化,设计了一种薄厚度反射型2 bit LC编码超表面单元,LC层厚度仅为14μm,克服了利用多层LC或LC谐振切换机制实现多比特编码外部馈电系统复杂的缺点,同时具有较快的响应速率。基于设计的LC 2 bit编码超表面单元,利用遗传算法对阵列编码排布进行逆向设计,增强波束调控的主动性和灵活性,仿真实现了0.394 THz处波束赋形和涡旋波束的功能。结果表明:对于波束赋形,该超表面单元不仅可以实现俯仰角在0°~30°范围内、方位角在0°~360°范围内任意角度的单波束和多波束的调控,还可以对多波束的各个目标波束进行独立调控,同时扫描和跟踪多个目标,实现对太赫兹波束更优性能的调控;对于涡旋波束,该超表面单元可以产生拓扑荷数l=±1、±2、±3且模式纯度大于70%的涡旋波束,同时可实现俯仰角在0°~30°范围内、方位角在0°~360°范围内任意角度的单涡旋和多涡旋波束的灵活调控。

关键词：表面光学编码超表面拓扑优化液晶波束控制涡旋波束

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星载激光雷达视轴监测系统设计

红外与激光工程 2024年第6期53卷 61-70页

作者：万渊李蕊张扬袁金如熊恒周国威刘继桥侯霞中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海卫星工程研究所上海201109

提出了一种针对星载激光雷达在轨高精度光轴监测与标定需求的多光轴监测方法,该方法基于主动激光光源。通过使用785 nm的激光,分束后分别照射到星敏感器的基准棱镜和接收望远镜的取光棱镜,反射信号被聚焦至监视相机的焦平面,实现了对接... 详细信息

提出了一种针对星载激光雷达在轨高精度光轴监测与标定需求的多光轴监测方法,该方法基于主动激光光源。通过使用785 nm的激光,分束后分别照射到星敏感器的基准棱镜和接收望远镜的取光棱镜,反射信号被聚焦至监视相机的焦平面,实现了对接收光轴及星敏光轴的精确监测。此外,监视相机还同步采集发射激光的部分能量,用于测量监测发射光轴。文中详细描述了光学系统的设计流程及关键组件的优化方案,并通过地面真空环境试验及在轨监测数据进行了验证。设计结果表明,各监视通道的成像质量达到了衍射极限,收发光轴的设计精度分别为0.09μrad和2.28μrad,关键组件取光棱镜的温控精度达到了±0.2℃。地面的真空热光试验结果进一步验证了该方案的高精度光轴监视能力,收发光轴的监测精度均优于3μrad。最后通过分析激光雷达入轨后的测量数据,确认了视轴监测系统的工作稳定性,成功实现了在轨的高精度光轴监视。该研究成果为星载激光雷达提供了一种有效的在轨高精度光轴监测与标定解决方案。

关键词：主动遥感星载激光雷达光轴监测单元光轴匹配