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基于假设点源集合的高匀光性高能量利用率照明透镜设计

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光学学报 2025年

作者：李梓恒霍富荣薛常喜杨超董博长春理工大学光电工程学院长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室

为了解决具有朗伯特性的光源发光照度不均匀、透镜尺寸大等问题，提出了一种适用于朗伯源的透镜设计方法。建立了一个数学模型名为HPE（假设点源集合法）对透镜自由曲面进行分层求解。提出把扩展光源作为点源集合的假设，利用照度平方... 详细信息

为了解决具有朗伯特性的光源发光照度不均匀、透镜尺寸大等问题，提出了一种适用于朗伯源的透镜设计方法。建立了一个数学模型名为HPE（假设点源集合法）对透镜自由曲面进行分层求解。提出把扩展光源作为点源集合的假设，利用照度平方定理逐点设计内自由曲面，再结合光强能量映射法和光源目标映射法设计外自由曲面，经计算数值和曲线拟合，得到了双自由曲面照明透镜。最后，在制造可行性的基础上，设计了多个优化案例作为验证与分析。仿真结果表明，在保持透镜小巧性的情况下，优化后的点光源照明透镜在近场和远场的照度均匀性可以达到99%，优化后的扩展源照明透镜在近场和远场的照度均匀性可以达到97.7%，与传统设计方法相比，在取得高能量利用率的同时均匀性显著提高。所提出的方法简便且同时适用于点光源和扩展光源、近场和远场照明。

关键词：光学设计照明光学自由曲面透镜发光二极管均匀照明

基于BP神经网络的AR自由曲面棱镜光学系统设计

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光学学报 2025年

作者：张易牟达长春理工大学光电工程学院长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春理工大学中山研究院

增强现实(AR)眼镜中，自由曲面棱镜因其高光学效率和优秀成像质量备受关注，但其设计优化过程复杂且缺少可用专利数据，往往需要人工经验。针对这些问题，本文提出了一种结合Zemax光学仿真软件与深度学习技术的设计方法，该方法通过Pyt... 详细信息

增强现实(AR)眼镜中，自由曲面棱镜因其高光学效率和优秀成像质量备受关注，但其设计优化过程复杂且缺少可用专利数据，往往需要人工经验。针对这些问题，本文提出了一种结合Zemax光学仿真软件与深度学习技术的设计方法，该方法通过Python控制Zemax构建自由曲面棱镜基础结构，设定成像限制条件，进行优化得到初始样本。以此为基准，生成大量不同视场的光学系统设计结果作为数据集，利用Back-Propagation(BP)算法训练深度神经网络模型。设计结果表明，训练得到的模型能够根据输入的视场要求等关键参数，快速自动生成满足要求的光学系统结构参数，初始结构具有良好的光路布局合理性，经优化后的设计方案在成像质量和系统紧凑性上均达到了预期目标，引入补偿棱镜之后完成了AR自由曲面棱镜光学系统的整体设计。这种方法显著减少了设计时间，降低了对设计者经验的依赖，为AR眼镜光学系统的快速设计和优化提供了新的思路。

关键词： AR 自由曲面棱镜 BP 深度学习 Python

低公差敏感度的大变倍比极短总长中波红外变焦光学系统设计

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中国光学(中英文) 2025年第1期18卷 70-77页

作者：李雨哲胡源霍家琦张又予高天元长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变... 详细信息

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

关键词：红外系统长焦距变焦大变倍比极短总长低敏感度

基于改进YOLOv8的轻量化皮革缺陷检测方法

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电子测量技术 2025年第1期48卷 111-118页

作者：方明张娇徐晶王绎覃长春理工大学人工智能学院长春130022 长春理工大学计算机科学技术学院长春130022 长春理工大学中山研究院中山528403

为了解决YOLOv8参数量过大影响检测速度等问题,本文以汽车座椅皮革为样本对汽车座椅表面进行缺陷检测,提出了一种轻量化的基于YOLOv8框架的皮革缺陷检测算法。首先,将YOLOv8原本的主干网络替换成轻量化网络StarNet, StarNet通过星型运... 详细信息

为了解决YOLOv8参数量过大影响检测速度等问题,本文以汽车座椅皮革为样本对汽车座椅表面进行缺陷检测,提出了一种轻量化的基于YOLOv8框架的皮革缺陷检测算法。首先,将YOLOv8原本的主干网络替换成轻量化网络StarNet, StarNet通过星型运算实现了高维和非线性特征空间的映射,从而在紧凑的网络结构和较低的能耗下展示了出色的性能和低延迟。其次,将原本的检测头替换成轻量级共享卷积检测头,通过使用共享卷积,可以大幅减少参数数量,使得模型更轻便,以便于在资源受限的设备上部署。最后,将颈部网络的C2f模块替换成C2f_Star模块,在网络更加轻量化的同时,将不同尺度的特征图进行融合,提高目标检测的准确性和鲁棒性。在自制的HSV-Leather数据集上对模型进行实验验证,结果表明,改进后的YOLOv8-Leather检测模型性能优于YOLOv8n模型。对比YOLOv8n模型,改进后的模型在参数量上降低了57%,检测速度提升了20%,模型权重降低了52%,运算量降低了53%。实验验证了改进后的模型在解决皮革表面缺陷检测问题上的可行性。

关键词：皮革缺陷检测 YOLOv8 目标检测轻量化 StarNet

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光纤-硫系玻璃埋入式光波导耦合效率研究

红外与激光工程 2025年第1期54卷 239-246页

作者：车文龙张悦赵建行曹英浩周姚宋瑛林周见红长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 哈尔滨工业大学物理学院黑龙江哈尔滨150001 长春理工大学光电测量和光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022

“后摩尔”时代,光子芯片因其具备高速度、大带宽、低能耗等特点获得了广泛研究,光波导作为光子芯片的基本元件,把光从光纤耦合到光波导中是一项值得研究的关键技术。硫系玻璃的较高折射率、超快非线性响应、以及超宽的红外透过区域等特... 详细信息

“后摩尔”时代,光子芯片因其具备高速度、大带宽、低能耗等特点获得了广泛研究,光波导作为光子芯片的基本元件,把光从光纤耦合到光波导中是一项值得研究的关键技术。硫系玻璃的较高折射率、超快非线性响应、以及超宽的红外透过区域等特性,使其具有许多传统红外材料所不具备的优势,其性能和用途无法被其他红外光学材料所取代,相比于硅基光子芯片,硫系玻璃光子芯片能够实现中远红外范围的应用。文中通过真空热蒸发法在玻璃基底沉积硫系玻璃Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜,利用移动曝光的方式验证硫系玻璃Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)具有光致漂白效应,在1310 nm处曝光前后折射率改变量约0.013。通过掩膜移动曝光法在硫系玻璃Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜中制备埋入式光波导,并实现了光纤-埋入式光波导的端面耦合,研究了输入端光纤与埋入式硫系玻璃光波导之间的耦合效率问题,实验测得耦合效率为0.575%;此外,还通过光束传播方法对实验过程进行模拟,研究结果表明,实验与仿真耦合效率随光纤位移变化趋势一致。该研究对硫系玻璃薄膜在红外光学信息处理、光通信等领域具有一定的借鉴意义。

关键词：硫系玻璃端面耦合光束传播方法埋入式光波导

用于低轨卫星组网的全向域激光通信光学天线设计及等效验证

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光学学报 2025年

作者：李泽翔安岩胡立超王晓华李欣航宋延嵩董科研长春理工大学光电工程学院长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心

激光通信凭借高速率和大容量，成为未来卫星星座组网的关键技术。然而，现有通信终端的有限视场（FOV）制约了星间组网的实施。为解决这一问题，本文提出一种宽视场激光通信光学系统，由于星间组网使用的通信光波长不同，采用两反射镜... 详细信息

激光通信凭借高速率和大容量，成为未来卫星星座组网的关键技术。然而，现有通信终端的有限视场（FOV）制约了星间组网的实施。为解决这一问题，本文提出一种宽视场激光通信光学系统，由于星间组网使用的通信光波长不同，采用两反射镜代替传统块状透镜，以消除色差影响。基于矢量反射定律，通过逐点构建自由曲面散点图并拟合其轮廓，获得光学头部单元的初始结构，并将其优化后与后续系统拼接。与传统非球面反射镜相比，使用自由曲面反射镜在畸变控制、调制传递函数（MTF）等方面表现优越且束散角降低约60%。室内实验表明，系统视场可达±30°至±70°，且在该视场范围内，束散角满足1200km范围内的激光通信需求，该研究为卫星通信组网提供了重要理论支持。

关键词：激光通信全向通信宽视场逐点构建自由曲面

基于旋转偏振光栅与快反镜的单探测器复合跟瞄系统

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航空学报 2025年第3期46卷 60-72页

作者：王伟姜会林陈明策董岩徐卿王立董科研安岩长春理工大学光电工程学院长春130022 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022 北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室北京100190 长春理工大学电子信息工程学院长春13002

为满足激光通信系统的共形设计和实现轻小型化的空间激光通信组网,设计一种应用于机载平台下的基于偏振光栅与快反镜(FSM)的新型单探测器复合轴系统。针对旋转偏振光栅实际应用与理论之间的差异,将偏振光栅光束偏转问题与目标脱靶量之... 详细信息

为满足激光通信系统的共形设计和实现轻小型化的空间激光通信组网,设计一种应用于机载平台下的基于偏振光栅与快反镜(FSM)的新型单探测器复合轴系统。针对旋转偏振光栅实际应用与理论之间的差异,将偏振光栅光束偏转问题与目标脱靶量之间进行关联,定义了目标位置与双偏振光栅角度关系,进行了偏振光栅光束偏转坐标构建及解耦。随后对复合系统偏振光栅单元与FSM单元进行设计,通过目标闭环试验检测了系统跟踪性能,结果表明,在5°@0.2 Hz载体扰动情况下,双偏振光栅方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为126.1002μrad(RMS)与149.5309μrad(RMS),FSM方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为3.4921μrad(RMS)与4.0131μrad(RMS),动态目标闭环控制双轴精跟踪残差为5.3197μrad(RMS),相比于Risley棱镜,光束偏转范围提升4倍,精度提升45.8%。整个跟踪过程中,两偏振光栅旋转角度值连续且平稳变化,满足轻量型机载平台对光电跟瞄设备的使用需求。

关键词：光电跟瞄平台光束偏转双偏振光栅跟踪性能解耦

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突触形光声池的设计优化与性能评估

光子学报 2025年第02期 180-195页

作者：赵继娜佟首峰江晟陈建波王嘉宁赵宏宇张爽张源峰长春理工大学光电工程学院空间光电技术国家地方联合工程研究中心长春理工大学物理学院中国科学院长春光学精密机械与物理研究所珩辉光电测量技术(吉林)有限公司

提出了一种针对异形光声池的参数优化方法，该方法结合了试验设计与非支配排序遗传算法，设计了一种突触形光声池并确定了其最佳尺寸，模拟了突触形光声池的声场与流场特性，比较了最优尺寸下突触形光声池与传统圆柱形光声池的各项性能... 详细信息

提出了一种针对异形光声池的参数优化方法，该方法结合了试验设计与非支配排序遗传算法，设计了一种突触形光声池并确定了其最佳尺寸，模拟了突触形光声池的声场与流场特性，比较了最优尺寸下突触形光声池与传统圆柱形光声池的各项性能指标。优化后的突触形光声池声压相对增长了41.8%、品质因数相对增长了16.03%，涡旋回流得到了改善，瞬态浓度平衡所需调节时间相对降低了62.75%，腔体容积相对降低了66.27%，各性能优化效果显著。以此为基础，搭建了NO2光声光谱检测系统，实验结果表明，突触形光声池的谐振频率为2 553 Hz，品质因数约为70.16，响应速度快，具有较好的稳定性，结构紧凑。为提升光声光谱检测系统中光声池性能的结构设计与参数优化提供参考。

关键词：光声光谱光声池结构设计参数优化有限元分析

基于拉丁超立方体采样的双积分球系统参数设计

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激光与光电子学进展 2025年

作者：李成龙王劲松鲁宣材于志浩长春理工大学光电工程学院

在双积分球测量系统中，系统参数的设计对透过率与反射率的测量精度至关重要。本文针对现有研究中缺乏对参数优化的系统性方法，提出了一种基于拉丁超立方体采样方法的参数优化方案。首先，分析了测量系统的物理模型；其次，通过理论分... 详细信息

在双积分球测量系统中，系统参数的设计对透过率与反射率的测量精度至关重要。本文针对现有研究中缺乏对参数优化的系统性方法，提出了一种基于拉丁超立方体采样方法的参数优化方案。首先，分析了测量系统的物理模型；其次，通过理论分析了消光筒内光子的传输情况，并利用拉丁超立方体采样方法模拟了消光筒对散射光的抑制作用。最后通过计算并根据仿真结果得到了每个参数对于系统的影响，并给出了每个参数确定的理由，实现系统参数的优化，提高系统测量精度，对高精度光学元件测量具有重要参考价值。

关键词：拉丁超立方体采样积分球透过率反射率