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红外光纤传像束光学系统目标探测能力分析

光学学报 2024年第13期44卷 105-117页

作者：刘盛捷李俊威陈浩王胜千中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

基于光纤传像束光学系统成像理论,通过分别对信号表达式和噪声表达式进行适当修正,推导了光纤传像束光学系统的目标信噪比公式,并给出了该系统相比传统光学系统的信噪比损耗系数表达式,其可有效表征系统的探测能力。结合所设计的红外光... 详细信息

基于光纤传像束光学系统成像理论,通过分别对信号表达式和噪声表达式进行适当修正,推导了光纤传像束光学系统的目标信噪比公式,并给出了该系统相比传统光学系统的信噪比损耗系数表达式,其可有效表征系统的探测能力。结合所设计的红外光纤传像束光学系统,仿真计算了脉冲可视因子、系统填充因子等关键性能参数,并进一步分析光纤透过率与信噪比损耗系数的关系,定量比较两类光学系统的探测能力差异。该研究为红外光纤传像束光学系统的探测能力边界确定提供理论基础。

关键词：红外目标探测光纤传像束光学系统脉冲可视因子目标信噪比损耗系数

锋芒光束抑制大气湍流的研究进展与展望(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 1-10页

作者：刘超王熔兰斌李学莹张开河代天君张优中国科学院光电技术研究所四川成都610209 自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院大学北京100049

大气的随机起伏会引起光束的畸变、扩展、漂移和闪烁等湍流效应。常用的抑制方法主要有自适应光学技术、信号处理技术和无衍射光束传输技术等,这些技术存在系统复杂或者效果不理想等问题。近年来,一种名叫锋芒光束的特殊光束被提出并用... 详细信息

大气的随机起伏会引起光束的畸变、扩展、漂移和闪烁等湍流效应。常用的抑制方法主要有自适应光学技术、信号处理技术和无衍射光束传输技术等,这些技术存在系统复杂或者效果不理想等问题。近年来,一种名叫锋芒光束的特殊光束被提出并用于抑制大气湍流,受到学术界广泛关注。锋芒光束在传输过程中具有自聚焦的特点,经过焦点后退化为类贝塞尔光束继续向前传输。随着对锋芒光束的深入研究,为了适应多种复杂的应用环境,其衍生的锋芒涡旋光束和稳定光束也被发现具有极高的研究价值。经过同等强度的湍流传输,锋芒涡旋光束比起LG涡旋光束在质心偏移和抖动量改善了50%以上。稳定光束在20 mm的传输距离范围内,其参数积仅为高斯光束参数积的49.40%。锋芒光束被证明可以有效抑制大气湍流,并实现长距离稳定传输。使用锋芒光束进行大气传输,系统结构简单、成本低,抑制湍流实时性高、效果好。文中综述了锋芒光束的产生、传输特性和应用研究,并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

关键词：锋芒光束大气湍流抑制传输特性

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深空激光通信研究进展及发展方向（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第7期 84-93页

作者：刘超李学莹张开河兰斌代天君鲜浩自适应光学全国重点实验室中国科学院自适应光学重点实验室中国科学院光电技术研究所中国科学院大学

随着人类对太空的探索日益加深，传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求，各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段，相比于传统射频通信，激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰... 详细信息

随着人类对太空的探索日益加深，传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求，各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段，相比于传统射频通信，激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰能力强等优点，更适用于超远距离的深空通信。目前，美国进行的研究最多，且已成功实施了两次深空激光通信演示验证。本文针对已有的深空激光通信研究与演示结果进行综述，分析了实现深空激光通信的关键技术，对深空激光通信的发展历程与未来发展进行了探讨。

关键词：深空激光通信激光通信深空探测星际激光通信

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大型高精度消像旋机构的设计与验证

光学精密工程 2024年第12期32卷 1849-1856页

作者：芮道满张程李文茹李程文丰艾鲜浩自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209

在大口径望远镜巡天观测中,需要成像相机对指定天区长时间曝光,受地球自转的影响,长曝光图像会产生旋转现象。消像旋机构是为了抵消地球自转对成像质量的影响,使成像光斑在相机上位置稳定、能量集中。墨子巡天望远镜采用相机旋转的方式... 详细信息

在大口径望远镜巡天观测中,需要成像相机对指定天区长时间曝光,受地球自转的影响,长曝光图像会产生旋转现象。消像旋机构是为了抵消地球自转对成像质量的影响,使成像光斑在相机上位置稳定、能量集中。墨子巡天望远镜采用相机旋转的方式实现消像旋功能,消像旋机构要求具备承载能力≥250 kg、转速>20′/s和角定位精度≤2″。本文通过对影响消像旋机构承载能力、转动速度和定位精度的因素分析,采用高精度转台轴承结合轻量化转轴实现了高精度和高刚度轴系设计,轴系晃动为1.9″。传动系统采用谐波减速器结合圆柱直齿轮副两级传动,实现了低转速和高角分辨率。利用双读数头绝对式圆光栅测量转角误差并进行位置控制补偿,实现了角定位精度优于1.1″。墨子巡天望远镜成像图像在经过消像旋机构补偿后,光斑能量集中、无画圆,实现了高质量成像的目标。

关键词：巡天望远镜消像旋机构角定位精度高质量成像

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深空激光通信研究进展及发展方向(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 76-85页

作者：刘超李学莹张开河兰斌代天君鲜浩自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

随着人类对太空的探索日益加深,传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求,各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段,相比于传统射频通信,激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰能力... 详细信息

随着人类对太空的探索日益加深,传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求,各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段,相比于传统射频通信,激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰能力强等优点,更适用于超远距离的深空通信。目前,美国进行的研究最多,且已成功实施了两次深空激光通信演示验证。本文针对已有的深空激光通信研究与演示结果进行综述,分析了实现深空激光通信的关键技术,对深空激光通信的发展历程与未来发展进行了探讨。

关键词：深空激光通信激光通信深空探测星际激光通信

空间引力波探测望远镜指向偏差地面高精度测量技术研究

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光电工程 2024年第2期51卷 96-107页

作者：宋奇林李杨周子夜肖亚维杨金生黄林海顾乃庭饶长辉自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院大学北京100049 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209

星载望远镜是实现空间引力波探测的核心组成部分。由于各星座之间传输距离达到109 m量级,对望远镜指向精度提出了nrad量级的严苛要求,而指向偏差高精度测量和定标就成为实现空间引力波探测星载望远镜高精度指向的前提。为实现星载望远... 详细信息

星载望远镜是实现空间引力波探测的核心组成部分。由于各星座之间传输距离达到109 m量级,对望远镜指向精度提出了nrad量级的严苛要求,而指向偏差高精度测量和定标就成为实现空间引力波探测星载望远镜高精度指向的前提。为实现星载望远镜指向偏差地面测试及传感器定标需求,本文提出基于哈特曼原理的新型指向偏差高精度测量方法,采用多子孔径空间复用思想降低各类随机误差对测量精度的影响,显著提升了指向偏差测量精度。本文根据传感器参数与指向偏差测量精度之间的定量关系,对哈特曼传感器参数进行了分析优化,并分析了星载望远镜指向偏差测量精度。研究结果表明:采用基于哈特曼原理的多子孔径空间复用方法,可以实现对星载望远镜指向偏差0.62nrad的高精度测量,为空间引力波探测望远镜地面测试及在轨传感器定标提供了可行途径和参考。

关键词：星载望远镜指向偏差测量哈特曼多子孔径空间复用

多模光纤中的时空光场测量与成像应用(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 279-293页

作者：文仲杨青刘旭浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027

介绍了多模光纤中时空光场的传输矩阵测量研究历程,总结了多模光纤在真实样本成像(荧光成像、反射成像、无标记特异性成像、多模式成像)及图像传输成像等方面的进展,探讨了深度学习、超表面、自适应信标等方案在多模光纤抗扰动成像中的... 详细信息

介绍了多模光纤中时空光场的传输矩阵测量研究历程,总结了多模光纤在真实样本成像(荧光成像、反射成像、无标记特异性成像、多模式成像)及图像传输成像等方面的进展,探讨了深度学习、超表面、自适应信标等方案在多模光纤抗扰动成像中的应用。最后展望了多模光纤快速抗扰动、高像素、广视场、多功能成像的前景。

关键词：多模光纤光场调控波前整形显微成像内窥镜

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沉头孔螺旋铣削加工有限元仿真分析

航空学报 2024年第1期45卷 275-286页

作者：盛方怡杨国林孟凡通董志刚康仁科高性能精密制造全国重点实验室大连116024

航空航天构件装配过程中需要加工大量沉头孔,难加工材料的大量使用给装配制孔技术带来了新挑战。螺旋铣孔是一种装配制孔新方法,配合特殊刀具可实现沉头孔加工,并且能够利用螺旋铣孔切削原理上的特点来提高沉头孔加工质量。首先,进行了... 详细信息

航空航天构件装配过程中需要加工大量沉头孔,难加工材料的大量使用给装配制孔技术带来了新挑战。螺旋铣孔是一种装配制孔新方法,配合特殊刀具可实现沉头孔加工,并且能够利用螺旋铣孔切削原理上的特点来提高沉头孔加工质量。首先,进行了沉头孔螺旋铣削加工的运动学分析,然后利用有限元仿真了钛合金材料沉头孔螺旋铣削过程。接下来,通过沉头孔螺旋铣削试验中的切削力和切屑形态对有限元仿真的准确性进行了验证。最后,使用建立的仿真模型分析了锪窝深度和工艺参数对钛合金沉头孔螺旋铣削过程中刀具所受切削力的影响规律。

关键词：螺旋铣孔锪窝沉头孔切削力有限元仿真

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合成孔径激光雷达成像技术研究进展

光电工程 2024年第3期51卷 29-49页

作者：徐晨晋凯魏凯自适应光学全国重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310058 极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310058

合成孔径激光雷达成像技术是一种能够突破光学系统衍射极限的主动光学成像技术,其概念来自工作在微波波段的合成孔径雷达,相比于合成孔径雷达,合成孔径激光雷达具有成像速度快、成像分辨率高以及能获取符合人眼感知的图像的优势,在远距... 详细信息

合成孔径激光雷达成像技术是一种能够突破光学系统衍射极限的主动光学成像技术,其概念来自工作在微波波段的合成孔径雷达,相比于合成孔径雷达,合成孔径激光雷达具有成像速度快、成像分辨率高以及能获取符合人眼感知的图像的优势,在远距离目标感知与识别中具有很高的潜在价值。本文从合成孔径激光雷达的工作原理出发,回顾和梳理了合成孔径激光雷达的主要关键技术的主要进展,包括合成孔径激光雷达的系统模型和基础理论、系统设计与架构、激光相位噪声抑制、运动补偿技术以及成像算法;同时对国内外重要的外场实验进展进行了总结。最后探讨了后续实现工程化所需面对的困难和挑战。

关键词：主动光学成像技术合成孔径激光雷达相干激光雷达计算成像