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kHz、mJ量级的可调谐MgO∶PPLN中红外光参量振荡器

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中国激光 2024年第7期51卷 227-233页

作者：刘帅陈锴孙悦闫超乔鸿展常继英李吉宁王与烨钟凯徐德刚姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN... 详细信息

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO,OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz,4.08μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%,斜效率为19.3%,中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时,OPO运转30 min时输出功率的均方根(RMS)为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式,OPO在3.49~4.18μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6μm以及温度25~200℃的调节范围内,闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出,其在光电对抗领域具有应用价值。

关键词：激光器中红外激光掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂全固态激光器光参量振荡器

基于三级非等长非线性干涉仪的便携式纠缠光子对源

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激光与光电子学进展 2024年第15期 342-348页

作者：陈浩然崔亮李嘉敏李小英天津大学精密仪器与光电子工程学院天津大学教育部光电信息技术科学重点实验室

基于三级非等长非线性干涉仪研制了1550 nm通信波段便携式偏振纠缠光子对量子光源，其中，三级非等长非线性干涉仪由3根长度呈二项分布（1∶2∶1）的色散位移光纤和单模光纤构成。偏振纠缠量子光源产生的纠缠光子对收集效率大于85%，在... 详细信息

基于三级非等长非线性干涉仪研制了1550 nm通信波段便携式偏振纠缠光子对量子光源，其中，三级非等长非线性干涉仪由3根长度呈二项分布（1∶2∶1）的色散位移光纤和单模光纤构成。偏振纠缠量子光源产生的纠缠光子对收集效率大于85%，在符合计数率为4 kHz的条件下，双光子干涉可见度可达（77.1±0.6）%，在损耗仅为光纤传输损耗的情况下，成功利用单模光纤远距离分发纠缠光子对超100 km。

关键词：三级非等长非线性干涉仪便携式偏振纠缠光子对源远距离分发

57 W 2.05μm单横模掺铥光纤激光MOPA

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中国激光 2024年第8期51卷 32-37页

作者：罗学文张露付士杰盛泉张钧翔史伟姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072

基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05μm波段全光纤主振荡功率放大器(MOPA)。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子,利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比,基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型,理论... 详细信息

基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05μm波段全光纤主振荡功率放大器(MOPA)。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子,利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比,基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型,理论分析了主放大级的注入信号光功率和增益光纤长度的优化关系;实验中在102.6 W的793 nm泵浦功率下获得了输出功率为57 W、光谱线宽为0.08 nm、光信噪比为58.8 dB的单横模激光输出,主放大级斜效率为52.6%。

关键词：激光器掺铥光纤激光器 2μm激光单模光纤激光器速率方程

基于局部信噪比阈值调节的分光谱去相关光学相干断层扫描血管造影方法

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光学学报 2024年第5期44卷 143-152页

作者：王露桐汪毅徐玉帅娄世良蔡怀宇陈晓冬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

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的... 详细信息

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的成像质量。本文提出了一种基于局部信噪比动态阈值调节的分光谱振幅去相关方法,首先探讨了图像局部信噪比与静态体素去相关值的关系及影响因素,并以分频谱处理数据的方式削弱轴向运动伪影并加强血流信息,然后依据图像局部信噪比与静态体素去相关的关系调整设定阈值,用以判定区分动静态体素,阈值以下的去相关值视为静态体素,结合Sigmoid函数予以抑制。采用该算法在高信噪比的皮肤数据和低信噪比的视网膜数据处理中均能取得较好的效果:皮肤enface图像信噪比提升约4 dB;视网膜enface图像的对比度相较其他算法优势明显,相比于未进行静态抑制的分频谱振幅去相关造影(SSADA)方法,enface图像的对比度提升了0.0182。可见该方法能够有效地抑制微血管图像中的静态体素噪声,提升图像对比度和血管可视性,有利于疾病的诊断和评估。

关键词：光学相干层析血管造影分频谱相关映射法信噪比引导

一种基于反谐振结构的三能级掺钕激光光纤设计

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物理学报 2024年第14期73卷 121-126页

作者：许海琛付士杰田浩盛泉史伟姚建铨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

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐... 详细信息

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐振光纤,用于产生高功率900 nm激光.通过在有源光纤中引入双层反谐振单元结构,并对光纤结构参数和折射率分布进行优化,模拟结果表明光纤在880—913 nm波段基模损耗小于0.1 dB/m,高阶模式损耗大于10 dB/m,同时在1060 nm波段所有模式损耗达到100 dB/m.本文提出的掺钕实芯反谐振光纤在900 nm高功率光纤激光器和放大器等领域具有广泛的应用前景.

关键词：实芯反谐振光纤掺钕光纤大模场面积光纤单模光纤

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基于双螺旋相位板的单目三维编码成像

光学学报 2024年第9期44卷 77-92页

作者：张越蔡怀宇盛婧汪毅陈晓冬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

提出一种能够同时获得场景深度信息并实现景深拓展的成像方法。通过在相机的光瞳处引入双螺旋相位调制,将深度信息编码在图像中,使用端到端的深度学习技术对成像过程进行反演,最终得到景深拓展的图像和深度图。分析了相位板参数和物距... 详细信息

提出一种能够同时获得场景深度信息并实现景深拓展的成像方法。通过在相机的光瞳处引入双螺旋相位调制,将深度信息编码在图像中,使用端到端的深度学习技术对成像过程进行反演,最终得到景深拓展的图像和深度图。分析了相位板参数和物距对成像性能的影响,讨论了在给定的深度范围内合理选择相位板参数的方法。在NYU Depth V2数据集的深度范围内进行了仿真,深度估计相对误差最低可达8.3%,景深拓展后图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)最高分别可达35.254 dB和0.960,所提方法与传统光学系统相比景深可拓展数十倍以上,并且结果证明了缩小探测范围和增大物距可提升平均深度估计精度。针对闸机人脸识别等潜在的应用场景,以1.1~1.32 m为探测范围搭建了实物系统,在真实场景中深度估计的相对误差为2.2%,所提方法相比传统光学系统景深拓展约10倍。本文方法仅需在传统成像系统中加入一块相位板即可同时实现场景的深度估计和景深拓展功能,在低成本三维成像和检测领域具有一定的应用潜力。

关键词：成像系统计算成像单目深度估计景深拓展双螺旋相位板点扩散函数

基于计算成像的端到端延展景深衍射元件的设计

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光学学报 2024年第2期44卷 144-152页

作者：吉佳瑞谢洪波杨磊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

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像... 详细信息

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

关键词：成像系统端到端景深延展图像复原衍射元件

多换流器直流系统的虚拟惯性评估与控制参数协调设计

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电力系统自动化 2024年第10期48卷 87-95页

作者：张可心朱琳赵学深李霞林郭力王成山智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室天津市300072

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统... 详细信息

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统的等值单台AVSG模型。其次,提出了一种系统级虚拟惯性评估方法,从等值单台AVSG模型的输出阻抗频域响应特性角度对系统级虚拟惯性进行评估。然后,讨论了电压比例-积分(PI)控制参数对虚拟惯性特性的影响,并开展了电压PI控制参数和虚拟惯性系数间的协调设计。最后,在PLECS仿真软件及RT-BOX硬件在环实验平台上搭建了多换流器直流系统的开关模型,通过多种实验工况验证了等值单台AVSG模型和控制参数协调设计的有效性和可行性。

关键词：类虚拟同步发电机输出阻抗直流系统等效降阶模型虚拟惯性协调设计

基于直流母线电压信号的小型独立直流微电网自主平滑模式切换控制策略

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3105-3117页

作者：翟凡李桂丹王议锋陈博王忠杰天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的... 详细信息

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的无通信协同工作,提高了系统的可靠性。针对多模式切换过程中的抖振和死锁问题,所提出的控制策略利用具有反馈抑制机制的PI控制器实现了在饱和与激活之间无缝切换。同时,为了进一步提升光伏能量的利用率,所提出的控制策略充分考虑了ESS的荷电状态(SOC),并使光伏电源能够直接参与直流母线电压的调节。此外,还对模式切换时间与控制器参数的设计进行了详细的分析建模,以优化模式切换性能。最后,建立了一个小型独立直流微电网实验系统,以验证所提出的直流微电网控制方法的可行性。

关键词：自主控制方案直流微电网储能系统(ESS) 光伏(PV)电力系统电力管理