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非制冷长波红外连续变焦光学系统的一种无热化设计

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光学学报 2024年第7期44卷 150-158页

作者：唐玉凤毛珊宋逸辰赖涛袁沛琦丁骁炜赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

为了满足长波红外(LWIR)热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求,基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器,设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化,采用常见的硫系玻璃,工作波段为8~12μm,总长为... 详细信息

为了满足长波红外(LWIR)热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求,基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器,设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化,采用常见的硫系玻璃,工作波段为8~12μm,总长为200 mm,仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面,可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正,同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明,该系统结构紧凑,可以在-40~60℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦,并且全程成像质量良好(调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3),变焦和公差也具有良好的可实现性。

关键词：光学设计红外变焦系统长波红外像质评价

自反馈增强的高消光比45°倾斜光纤光栅刻写方法

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光学学报 2024年第13期44卷 80-87页

作者：陈琳郑红蓉姜碧强赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

作为偏振相关器件,偏振消光比(PER)是评估45°倾斜光纤光栅(45°TFG)性能的核心指标。为提升45°TFG的PER,分析了光栅刻写过程中入射紫外光偏振态及多次刻写位置重复性对刻写效果的影响,将偏振控制元件及高精度压电位移台融入光栅刻写系... 详细信息

作为偏振相关器件,偏振消光比(PER)是评估45°倾斜光纤光栅(45°TFG)性能的核心指标。为提升45°TFG的PER,分析了光栅刻写过程中入射紫外光偏振态及多次刻写位置重复性对刻写效果的影响,将偏振控制元件及高精度压电位移台融入光栅刻写系统,利用实时监测的PER数据,动态反馈控制光栅掩模版位置,通过多程重复刻写提高光栅折射率的调制度。刻写而成的45°TFG的中心波长为830 nm,长度仅为30 mm,PER优于35 dB,插入损耗低于2 dB,3 dB谱宽优于60 nm,可满足光纤陀螺等光纤传感器的应用需求。所提出的基于掩模版位置自反馈的45°TFG多程刻写增强方法,自适应地降低了刻写系统对稳定度的要求,为高消光比45°TFG的高重复性量产提供了解决方案。

关键词：光纤光学 45°倾斜光纤光栅消光比自反馈相干衬比度

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基于马吕斯定律的液晶多维复用显示

光学学报 2024年第11期44卷 215-223页

作者：薛佳敏武炫光陈玮琦魏冰妍刘圣赵建林李鹏西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

采用基于马吕斯定律解耦调控光场振幅和相位的方法,设计了一种能够在可见光全波段实现近、远场空间双通道显示的平面液晶器件,分别通过调控透射场的振幅和相位实现器件表面图像显示及远场的傅里叶变换全息显示。利用远场共轭像强度与近... 详细信息

采用基于马吕斯定律解耦调控光场振幅和相位的方法,设计了一种能够在可见光全波段实现近、远场空间双通道显示的平面液晶器件,分别通过调控透射场的振幅和相位实现器件表面图像显示及远场的傅里叶变换全息显示。利用远场共轭像强度与近场图像强度间的关系,通过压缩近场图像的强度区间,可以消除全息显示的共轭像。此外,通过调控外场电压实现图像开、关态间的动态调控及响应波长的管理。这种电控的空间和波长维度复用的显示方法,为拓展液晶器件的功能提供了一种新途径。

关键词：液晶复用显示偏振光场调控全息

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混合矢量偏振态对自动紧聚焦光束的焦场调控

光学学报 2024年第13期44卷 271-277页

作者：黄铭帅郭兆金闫嘉龙魏冰妍李鹏刘圣赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

自动紧聚焦光束可以大幅度增强焦场的纵向分量,具有“8字”型偏振投影的混合矢量光场则会有效地消除纵向场。二者结合能否达到中和的效果值得研究。本文研究了具有这种“8字”型偏振结构的自动紧聚焦光束的聚焦特性,分析了“8字”型偏... 详细信息

自动紧聚焦光束可以大幅度增强焦场的纵向分量,具有“8字”型偏振投影的混合矢量光场则会有效地消除纵向场。二者结合能否达到中和的效果值得研究。本文研究了具有这种“8字”型偏振结构的自动紧聚焦光束的聚焦特性,分析了“8字”型偏振结构中偏振阶数、基矢以及交叉点偏振态等参量对焦场的影响。结果表明,焦场中心区域的横向偏振态与交叉点一致,由此可以控制焦场的横向偏振态;通过增加阶数可以削弱焦平面中的纵向场;“8字”型偏振结构可以使焦场中心处的纵向分量为零,离轴区域的纵向场则大幅减弱,其占比和峰值强度可由偏振阶数和交叉点控制。相关结果有望在光学成像、光操控、光学加工等领域得到应用。

关键词：矢量光束自聚焦光束紧聚焦纵向场

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南海大陆坡海底对海洋环境噪声的影响

声学学报 2024年第4期49卷 803-813页

作者：柳云峰秦继兴李整林吴双林王梦圆郭永刚中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中山大学海洋工程与技术学院珠海519000

通过位于大陆坡上和深海处的两站点相同深度噪声实验数据,分析了大陆坡海域不同海底环境对海洋环境噪声的影响,并利用三维射线模型计算了不同海底条件下的噪声谱级和垂直指向性,进而研究了海底环境对环境噪声场的影响规律,数值仿真的噪... 详细信息

通过位于大陆坡上和深海处的两站点相同深度噪声实验数据,分析了大陆坡海域不同海底环境对海洋环境噪声的影响,并利用三维射线模型计算了不同海底条件下的噪声谱级和垂直指向性,进而研究了海底环境对环境噪声场的影响规律,数值仿真的噪声谱级和实验结果在绝对幅值和随频率变化趋势方面均符合较好。实验和仿真结果表明,由于大陆坡上坡方向的浅海环境不利于航船噪声远距离传播,因此大陆坡上站点的低频(300 Hz以下)噪声谱级较深海处更低;由于大陆坡海底底质较硬,海面高频风生噪声除了直达接收器外还可经海底反射后到达,因此大陆坡上站点的高频(1 kHz以上)噪声谱级较深海处高且随频率下降缓慢,导致大陆坡上和深海处的环境噪声谱级曲线随着频率增加会存在交叉现象。

关键词：海洋环境噪声大陆坡三维声传播传播损失垂直指向性

硅基光电子芯片集成的胶体量子点有源器件(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 158-180页

作者：瞿俊伶刘鹏甘雪涛赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

胶体量子点(CQD)半导体材料具有吸收/发射谱段连续可调、荧光光谱窄(<30 nm)、量子产率高(约100%)、载流子输运灵活可控等优异的光电特性,以及大面积、低成本、无衬底限制等液相加工集成工艺优势,有望为硅基光电子芯片上有源器件的集成... 详细信息

胶体量子点(CQD)半导体材料具有吸收/发射谱段连续可调、荧光光谱窄(<30 nm)、量子产率高(约100%)、载流子输运灵活可控等优异的光电特性,以及大面积、低成本、无衬底限制等液相加工集成工艺优势,有望为硅基光电子芯片上有源器件的集成提供新的解决方案。从CQD的合成、光电特性、硅基片上集成工艺等角度展开讨论,并总结评述片上集成CQD有源器件的研究进展。最后,从硅基片上探测器、片上光源等角度,对基于CQD发展硅基光电子芯片上有源器件给出分析和展望。

关键词：胶体量子点硅基光电子芯片有源器件探测器光源

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基于三维墙体补偿的快速重聚焦算法

雷达学报（中英文） 2024年第4期13卷 822-837页

作者：袁玉冰叶盛波纪奕才林波梁啸李心慧刘小军方广有罗朝鹏吕荣其中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100094 近地面探测技术重点实验室无锡214035

超宽带穿墙雷达具备穿透墙体的能力,结合多输入多输出(MIMO)技术可以实现墙体后侧隐蔽目标的成像,为建筑物内人员检测和定位提供了丰富的信息。该文基于调频连续波(FMCW)体制下的多发多收超宽带穿墙雷达系统,提出了一种闭环干涉校准方法... 详细信息

超宽带穿墙雷达具备穿透墙体的能力,结合多输入多输出(MIMO)技术可以实现墙体后侧隐蔽目标的成像,为建筑物内人员检测和定位提供了丰富的信息。该文基于调频连续波(FMCW)体制下的多发多收超宽带穿墙雷达系统,提出了一种闭环干涉校准方法,校正了由系统内部误差产生的图像散焦。墙体的存在会导致目标成像位置偏离真实位置,该文推导了联合通道和像素点的三维墙体补偿算法,并基于其几何特性,提出快速重聚焦算法。首先去除墙体影响、确定目标存在区域;鉴于区域几何特性,选择适应区域形状的球坐标网格划分;分区域进行局部重聚焦,避免了因电磁波衰减导致成像结果中出现强目标掩盖弱目标的现象,并且球坐标形式的网格划分和局部成像大大缩减了算法耗时。通过仿真分析与实验验证,该文提出的系统校准方法能有效补偿系统误差,快速重聚焦算法可以实现墙后人体多目标三维定位,各维度定位精度优于10 cm,计算效率相对其余算法提升了5倍左右。从目标检测概率方面,所提算法相比其余算法不会出现弱目标的漏检。

关键词：超宽带穿墙雷达调频连续波闭环干涉校准三维墙体补偿快速重聚焦

基于高光谱图像波段融合的猕猴桃软腐病早期分类检测

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 241-249页

作者：高宏盛郭志强曾云流丁港王逍遥李黎武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070 华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室国家柑橘保鲜技术研发专业中心湖北武汉430070 中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室中国科学院猕猴桃产业技术工程实验室中国科学院种子创新研究院中国科学院武汉植物园湖北武汉430074

软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软... 详细信息

软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软腐病的早期和晚期猕猴桃共295个高光谱图像,并采用Kennard-Stone算法将样本按照7∶3划分为训练集和测试集样本。首先对样本进行感兴趣区域的选择,然后取该区域的平均光谱作为样本的原始光谱曲线。对原始光谱曲线采用主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)进行光谱特征的提取。与此同时,对SPA求解过程中的8个特征波段使用非下采样轮廓波变换(NSCT)进行波段融合获得融合图像,然后使用灰度共生矩阵法(GLCM)提取融合图像的纹理特征。最后将光谱特征和纹理特征进行融合并分别建立最近邻算法(KNN)、随机森林(RF)以及支持向量机(SVM)分类模型进行猕猴桃软腐病的早期分类检测。此外,还与其他文献中使用主成分图像或特征波段提取的纹理特征进行了对比。该研究主要创新点为:使用NSCT对特征波段图像进行融合后再提取其纹理特征,既降低了特征维度,减少了特征冗余,又融合了不同波段图像的互补信息,提高了分类准确率。实验结果表明,SVM是最适合该研究的分类器,单独使用光谱特征或纹理特征进行分类的结果都不够理想,但两种特征融合后分类准确率最高可达到92.05%,多数猕猴桃软腐病早期样本得到了正确识别,这说明两种特征的融合获得了高光谱图像中光谱和图像的差异性信息,体现了高光谱图像的“空谱合一”。该研究对软腐病早期猕猴桃进行了快速、准确的无损检测,可为猕猴桃的采后品质分级提供一定的参考和指导意义。

关键词：猕猴桃软腐病高光谱图像波段融合空谱合一无损检测

浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析

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物理学报 2024年第13期73卷 175-189页

作者：邓玉鑫刘雄厚杨益新西北工业大学航海学院西安710072 陕西省水下信息技术重点实验室西安710072

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出... 详细信息

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出发,采用微分方法与统计方法对线谱起伏规律进行分析,研究了线谱起伏产生的物理机理,得到了适合用于水面、水下目标深度属性判别的物理量.首先,分别推导了复声压实部、声功率与声压幅值关于声源深度的导数关系式,得到了以上三种物理量在声源深度起伏时的起伏大小;其次,利用仿真实验数据从接收深度、声源水平距离、线谱频率等层面对理论推导进行验证,并对线谱的归一化起伏特征进行了分析.最后,利用海试数据验证了相关结论.结果表明,当声源的深度起伏时,水面、水下线谱的起伏差异源自各阶模态的相互作用.声源频率、声源水平距离、接收深度三种因素决定了模态间相互作用的性质.声压幅值适用于构建目标深度属性判别特征量,可用于表征低频线谱的强度起伏差异.数值仿真和海试数据处理结果表明,相较于声压实部和声功率,利用声压幅值构建的归一化水面、水下目标深度属性判别特征量具有更优性能.

关键词：线谱起伏深度属性判别浅海环境简正波