1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China
2 Department of Electrical Engineering and Photonics Research Institute, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 518060, China
3 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
4 Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Houston, Texas 77005, USA
Nanophotonic waveguides hold great promise to achieve chip-scale gas sensors. However, their performance is limited by a short light path and small light–analyte overlap. To address this challenge, silicon-based, slow-light-enhanced gas-sensing techniques offer a promising approach. In this study, we experimentally investigated the slow light characteristics and gas-sensing performance of 1D and 2D photonic crystal waveguides (PCWs) in the near-IR (NIR) region. The proposed 2D PCW exhibited a high group index of up to 114, albeit with a high propagation loss. The limit of detection (LoD) for acetylene () was 277 parts per million (ppm) for a 1 mm waveguide length and an averaging time of 0.4 s. The 1D PCW shows greater application potential compared to the 2D PCW waveguide, with an interaction factor reaching up to 288%, a comparably low propagation loss of 10 dB/cm, and an LoD of 706 ppm at 0.4 s. The measured group indices of the 2D and 1D waveguides are 104 and 16, respectively, which agree well with the simulation results.
Photonics Research
2023, 11(10): 1647
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学大珩学院，北京 100049
3 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130102
4 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
光学相干层析成像（OCT）是一种广泛应用于眼科疾病诊断及其他测量和探测等领域的新型成像技术。其中，扫频方案（SS-OCT）作为OCT的一种主要技术路径，因具有成像速度快、深度深、分辨精度高等优势，成为了近年来OCT领域的研究重点。由于SS-OCT的性能主要由快速扫频光源的性能决定，所以对扫频光源的研究和开发至关重要。主要总结扫频光源的研究进展，从技术手段、设计思路、性能指标等方面出发，对扫频光源的研究进展和领域前沿的研究现状进行较为详细的介绍和总结。
半导体激光器 光学相干层析成像 扫频光源 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1600003
陀螺是光电系统瞄准线稳定的重要元器件，介绍了一种基于光电系统的光纤陀螺冗余安装方法。在冗余安装陀螺数量确定的前提下，考虑到工程实际应用的安装空间、体积、重量和成本等因素，设计了4个陀螺的八边形金字塔冗余安装方式，对此冗余安装方式的精度和可靠性进行了分析和仿真，并与无冗余安装进行了对比。同时，该安装方式可用于陀螺与磁流体动力学角速率传感器的冗余安装。结果表明，该方法使角速度测量的噪声标准差下降约25.3%，可靠性提升约1.75倍。该方法能有效解决某光电系统受安装空间限制而陀螺精度不够的问题，提升了光电系统可靠性；同时也可应用于三轴陀螺稳定光电系统中，对工程应用有一定的指导作用。
广东工业大学物理与光电工程学院，广东 广州 510006
针对目前端到端的立体匹配算法在具有挑战性的复杂场景中出现的误匹配现象，提出一种多尺度注意力特征融合立体匹配算法（MGNet）。设计了一个轻量级的组相关注意力模块，该模块采用组相关融合单元来有效地结合空间注意机制与通道注意力机制，同时捕获丰富的全局上下文信息和远距离通道依赖关系。设计了多尺度卷积全局注意力模块，它能够在多个尺度下处理局部和全局信息，在全局特征处理阶段引入非局部操作，可以同时捕获多尺度上下文与全局上下文，提供丰富的语义信息。在代价聚合阶段引入通道注意力，抑制具有歧义的匹配信息，提取有区别性的特征。使用三大数据集评估了所提算法的有效性，由实验结果可知，所提算法在薄结构、反射区域、弱纹理、重复纹理等复杂场景均表现优异。
深度估计 立体匹配 深度学习 注意力机制 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1815005
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南 洛阳 471000
2 南京航空航天大学电子信息工程学院,南京 211000
针对时间调制稀疏阵列天线方向调制信号综合问题提出了一种分步迭代凸优化算法。通过对阵元开启时长和开启时刻的分析,将方向图的上下界约束转化成凸问题。通过对中心频带和边带方向图的分步优化,使期望辐射方向上只有中心频带辐射,边带信号形成零陷。稀疏线阵的仿真结果验证了所提算法的稳定性和高效性,达到了方向调制信号综合的目的。
分步迭代凸优化 时间调制 稀疏阵列 方向调制 stepwise iterative convex optimization time modulation sparse antenna array directional modulation
1 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室, 江苏 南京 210093
2 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
3 南京法艾博光电科技有限公司, 江苏 南京 211135
4 南京大学现代工程与应用科学学院, 江苏 南京 210023
5 海军工程大学, 湖北 武汉 430032
海底光缆承载包括互联网、语音以及跨国公司专线业务等95%以上的国际通信业务,是国际信息化发展的主要载体,对其运行状态的监测具有非常重大的意义。针对下一代海缆系统在监测损耗的同时还需要对外部侵入事件提前预警的需求,设计一种融合Φ-OTDR(Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry)的C-OTDR(Coherent Optical Time Domain Reflectometry)海缆在线监测系统,实现单跨距离为127 km的振动和损耗的同步监测。为了寻求Φ-OTDR和C-OTDR在偏振态问题上的冲突解决方案,提出一种基于偏振分集幅度的最优选择算法。采用所提算法可以有效抑制衰落噪声对传感系统的影响,保障对外部扰动事件的重构精度。水流冲击和锚害拖拽等湖试结果表明,本文所研制的改进型C-OTDR系统已经达到设计效果。
光学学报
2021, 41(13): 1306001
