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基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感

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中国激光 2024年第14期51卷 162-171页

作者：张军勇林健张秀平杨亚玲中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

大口径光学元件被广泛应用于各类大型光学系统,现有的商业波前传感器难以满足大口径光学元件的实时在线动态测量需求。针对这一问题,提出了基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感技术。超大口径古希腊梯子膜光子筛... 详细信息

大口径光学元件被广泛应用于各类大型光学系统,现有的商业波前传感器难以满足大口径光学元件的实时在线动态测量需求。针对这一问题,提出了基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感技术。超大口径古希腊梯子膜光子筛具有同时生成缩小波面和扩大波面的轴上分束功能,可单片实现剪切比可调的径向剪切干涉,且镂空的膜结构易大口径加工、可克服本底像差。不同于传统的共焦径向剪切干涉,非共焦径向剪切干涉被球面波载频,对小波像差的干涉具有放大作用。实验验证了上述方案的可行性,为大型激光装置的米级光学元件以及十米级太空望远镜的单次波前传感提供了新选项。

关键词：测量波前传感干涉测量衍射光学元件光学编码

基于改进RRT算法的移动机器人路径规划研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第1期 19-24页

作者：巩浩谭向全李佳欣吴清文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院空间光学系统在轨制造与集成系统重点实验室长春130033 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

快速扩展随机树算法(rapidly-exploring random trees,RRT)规划移动机器人路径时,存在搜索盲目性强、搜索时间长、收敛速度慢、路径冗余点多且不平滑等问题。鉴于此,提出一种改进的RRT路径规划算法。首先,针对传统RRT算法盲目搜索以及... 详细信息

快速扩展随机树算法(rapidly-exploring random trees,RRT)规划移动机器人路径时,存在搜索盲目性强、搜索时间长、收敛速度慢、路径冗余点多且不平滑等问题。鉴于此,提出一种改进的RRT路径规划算法。首先,针对传统RRT算法盲目搜索以及局部极值的问题,提出概率目标偏置与人工势场结合的采样策略,引导随机树的扩展;其次,针对随机树扩展的避障能力差的问题,提出基于安全距离的碰撞检测以及动态变步长扩展策略;最后,针对路径上冗余点多以及曲率不连续的问题,提出考虑安全距离的剪枝优化和三次B样条曲线对初始路径进行拟合优化。仿真结果表明,在不同地图的路径规划中,相比于传统RRT算法,增强了通过狭窄通道能力,优化了路径的平滑性,搜索时间、迭代次数、路径长度分别减少约70%、40%、15%;相比于RRT衍生算法RRT-Connect,搜索时间、路径长度分别减少约25%、10%。

关键词：路径规划采样函数安全距离剪枝优化三次B样条

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可见光波段多路激光合束及闭环校正技术研究

中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 342-353页

作者：徐新行李高生谢兵韩旭东中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中航凯迈(上海)红外科技有限公司上海201306 中国人民解放军32031部队河南开封475000

为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统... 详细信息

为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7μrad,位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。

关键词：激光合束光束监测光束控制指向偏差位置偏差

基于改进Faster RCNN的水接触角测量方法

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激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 182-191页

作者：王慧王军曹召良苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033

针对传统水接触角测量过程需要人工干预,导致测量结果精度低、可复现性差等问题,提出一种基于改进Faster RCNN的水接触角测量方法。首先,把Faster RCNN骨干网络VGG16替换为ResNet101,在其残差块末尾处添加注意力机制模型convolutional b... 详细信息

针对传统水接触角测量过程需要人工干预,导致测量结果精度低、可复现性差等问题,提出一种基于改进Faster RCNN的水接触角测量方法。首先,把Faster RCNN骨干网络VGG16替换为ResNet101,在其残差块末尾处添加注意力机制模型convolutional block attention module(CBAM),增强网络提取特征的能力;其次,融入特征金字塔网络(FPN),充分提取不同尺度下的特征信息,此外,引入Focal损失函数来解决正负类样本不均衡的问题;最后,对定位到的水滴进行边缘检测和角点提取,再利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)拟合椭圆轮廓计算水接触角。实验结果表明,改进后的Faster RCNN目标检测算法与原算法相比,平均精度均值提高10.794%,速度提升11 frame/s,水接触角测量结果平均标准偏差为0.109°。

关键词：图像处理水接触角特征金字塔网络注意力机制 Faster RCNN

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惯性传感器测试质量质心测量装置及方法研究

工具技术 2024年第3期58卷 124-131页

作者：梁铭涛张晟刘磊王智中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学院中国科学院大学中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

惯性传感器是空间引力波探测的核心载荷,惯性传感器内的测试质量是惯性和测量基准。测试质量质心、形心偏移会产生杂散力噪声,空间引力波探测对测试质量质心、形心偏移的技术指标要求小于3.75μm。由于需要获得测试质量精确的质心位置,... 详细信息

惯性传感器是空间引力波探测的核心载荷,惯性传感器内的测试质量是惯性和测量基准。测试质量质心、形心偏移会产生杂散力噪声,空间引力波探测对测试质量质心、形心偏移的技术指标要求小于3.75μm。由于需要获得测试质量精确的质心位置,并且商用质心测量装置无法满足测试质量质心测量精度需求,因此设计了一种基于五线摆的新型质心测量装置,根据测得的五线摆自由振动频率得到测试质量质心位置。实验结果表明,质心测量精度优于±1μm,满足空间引力波探测惯性传感器测试质量质心测量的精度需求。

关键词：惯性传感器测试质量质心位置五线摆

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双面共体反射镜结构优化设计与分析

应用光学 2024年第1期45卷 45-53页

作者：马霖谭双龙闫磊马思宇吴洪波张新中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 应用光学国家重点实验室中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

为了满足某同轴四反红外光学系统中主四双面共体反射镜的性能要求,需要镜体在高轻量化率的同时具有更高的刚度,保持两个镜面面形稳定。该文采用拓扑优化的方法,以刚度最大为优化目标,约束设计域体积分数的方式对双面共体反射镜初始模型... 详细信息

为了满足某同轴四反红外光学系统中主四双面共体反射镜的性能要求,需要镜体在高轻量化率的同时具有更高的刚度,保持两个镜面面形稳定。该文采用拓扑优化的方法,以刚度最大为优化目标,约束设计域体积分数的方式对双面共体反射镜初始模型进行优化。优化结果表明,主镜面与四镜面通过以光轴为中心呈辐射形排列的筋板连接时刚度较高;通过自由尺寸优化获得主、四镜面和筋板的最佳尺寸参数;参考优化结果设计主、四共体反射镜,最终方案轻量化率达到82.4%。对主四反射镜模态及1g重力对面形RMS的影响进行分析,求得一阶频率达到417 Hz;1g重力作用下反射镜面形变化最大为λ/22(λ=632.8 nm)。分析结果表明,优化后的镜体刚度足够,且具有较好的抵抗重力变形能力。按照优化后的设计方案进行反射镜的加工和测试,主、四镜面形RMS实测结果均约λ/7,满足红外光学系统的性能要求,证明了本文优化设计方法的有效性,为双面共体反射镜的设计提供一定的借鉴作用。

关键词：双面共体反射镜拓扑优化自由尺寸优化高轻量化

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主被动双调Q内腔MgO∶PPLN中红外光参量振荡器

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中国激光 2024年第14期51卷 118-126页

作者：吴淼鑫金小萍姚晓岱刘航于永吉刘仲宇金光勇长春理工大学重庆研究院重庆401135 长春理工大学物理学院吉林省固体激光技术与应用重点实验室吉林长春130022 上海宇航系统工程研究所上海201109 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

3~5μm波段的窄脉冲高峰值功率的中红外激光在激光雷达、大气环境检测等领域中的实际应用具有重要的研究价值。报道了一种基于声光Q开关和Cr^(4+)∶YAG可饱和吸收体的双调Q泵浦的内腔MgO∶PPLN晶体3.8μm光参量振荡器(OPO)。开展了声光... 详细信息

3~5μm波段的窄脉冲高峰值功率的中红外激光在激光雷达、大气环境检测等领域中的实际应用具有重要的研究价值。报道了一种基于声光Q开关和Cr^(4+)∶YAG可饱和吸收体的双调Q泵浦的内腔MgO∶PPLN晶体3.8μm光参量振荡器(OPO)。开展了声光调Q激光器和双调Q激光器泵浦的两种内腔光参量振荡器(IOPO)的实验,当泵浦功率为18.41 W、重复频率为40 kHz时,声光调Q的IOPO输出了脉冲宽度为9.50 ns、峰值功率为1.29 kW的3.8μm闲频光。当泵浦功率为18.41 W,重复频率为40 kHz,插入的Cr^(4+)∶YAG被动Q晶体的小信号透过率为92.67%时,双调Q的IOPO输出了脉冲宽度为6.43 ns、峰值功率为1.48 kW的3.8μm闲频光。实验表明,相较于声光调Q,双调Q内腔OPO输出的闲频光脉冲宽度压缩了32.3%,峰值功率提升了14.7%。同时闲频光的光束质量得到了改善,其横向光束质量因子(M_(x)^(2))和纵向光束质量因子(M_(y)^(2))分别为1.98和2.05。研究结果为窄脉冲宽度、高峰值功率的高质量中红外光源的研发提供了参考。

关键词：中红外激光声光调Q 双调Q MgO∶PPLN晶体光参量振荡器

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基于激光振镜的高稳定辐照度定标光源

应用光学 2024年第1期45卷 206-214页

作者：林雨辰董航叶新费义艳张程睿方伟衣小龙中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 复旦大学信息科学与工程学院光科学与工程系上海200433

获取高均匀性、高稳定性的光源是太阳绝对辐射计辐射照度定标的关键技术,实验室现有光源无法同时满足均匀性与稳定性。因此,该文提出通过振镜扫描的方式来获取高均匀、高稳定的面光源方案。首先,建立二维激光扫描模型,设计以快速扫描振... 详细信息

获取高均匀性、高稳定性的光源是太阳绝对辐射计辐射照度定标的关键技术,实验室现有光源无法同时满足均匀性与稳定性。因此,该文提出通过振镜扫描的方式来获取高均匀、高稳定的面光源方案。首先,建立二维激光扫描模型,设计以快速扫描振镜和离轴抛面镜为核心的光学系统;其次,根据振镜扫描系统建立驱动,开发控制软件,设计三种扫描路径;最后,选取合适的扫描路径进行实验验证,并开展其均匀性、稳定性等方面的测试。实验结果表明:振镜扫描光斑的不均匀性优于±1%,发散角小于±0.26°,光源稳定性优于0.02%。验证了激光振镜扫描光源可作为绝对辐射计辐照度定标光源的可行性,为实现高精度太阳辐照度定标提供关键技术支撑及实验依据。

关键词：太阳绝对辐射计振镜扫描离轴准直高均匀性高稳定性

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小型光电编码器误差自动检测系统

仪表技术与传感器 2024年第4期 59-63,70页

作者：杜玉康赵长海万秋华孙树红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学驻沈阳地区代表局驻长春地区第一代表室

为了提高小型光电编码器误差检测的精度和效率,拓展编码器误差检测的应用,设计了一种误差检测系统。通过对编码器误差来源分析,以步进电机为动力,DSP芯片为数据采集与电机驱动核心,21位高精度编码器为角度基准,搭建了可进行编码器动态... 详细信息

为了提高小型光电编码器误差检测的精度和效率,拓展编码器误差检测的应用,设计了一种误差检测系统。通过对编码器误差来源分析,以步进电机为动力,DSP芯片为数据采集与电机驱动核心,21位高精度编码器为角度基准,搭建了可进行编码器动态误差与静态误差自动检测的系统。并通过对误差的分析与拟合,实现了对编码器的误差补偿,提高了被检编码器测量精度。经实际检测验证,所设计编码器误差检测系统达到设计要求。

关键词：光电编码器动态误差静态误差自动检测误差补偿