作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
提出一种基于四象限探测器跟瞄和通信复用的强度调制直接探测的空间光通信系统,以超声波电机驱动的双光楔为光束偏转执行单元形成光束位置跟踪的闭环系统。驱动电机转动周期为15 ms,位置分辨率为0.83 μrad。经理论分析和实验验证,该系统的位置闭环跟踪-3 dB带宽约为4 Hz。当位置探测误差小于10%时,即光束探测精度小于12 μrad,对应的探测灵敏度为-45.2 dBm。在10 Mbit/s的通信速率和无信号编码下,误码率为1×10-3时对应的通信灵敏度为-44 dBm。验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性,可应用于小型化、轻量化的星间激光通信终端。
自由空间光通信 四象限探测器 位置分辨率 跟踪带宽 通信灵敏度 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706016
李超洋 1,3孙建锋 2,4,5,*卢智勇 3周煜 2[ ... ]贺辉 2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
4 上海卫星互联网研究院有限公司,上海 200120
5 上海市卫星互联网重点实验室,上海 200120
在深空探测中,以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波,激光光束发散角小,能量更为集中,可达更远的传输距离,以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统,提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法,并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建,是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明,对于静态目标,测距偏差不超过0.55 mm,测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标,测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外,扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步,可以提高实时性。
扩频通信 插值重采样 通信测距一体化 深空探测 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706013
作者单位
摘要
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706000
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Aiming at coherence degradation during target detection, a suppressing method based on frequency-modulated continuous wave coherent lidar is proposed. Combined with a random iteration algorithm, a long-pulse echo signal with coherent degradation is matched with random phase noise of a certain frequency and achieves coherence restoration. Simulation and field experiment results show that this proposed method can recover the intrapulse coherence in long-pulse echo signals. In addition, for the real target echo signal at 4.2 and 19.8 km, the peak signal-to-noise ratio processed by this method is increased by 0.35 times and 4 times after pulse compression, respectively.
coherent lidar long-pulse signal coherent degradation frequency modulation continuous wave 
Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071201
张荣 1,2孙剑锋 1,2,*
作者单位
摘要
1 生态环境和信息特种功能材料教育部重点实验室(河北工业大学),天津 300130
2 河北工业大学 材料科学与工程学院,天津 300130
随着近紫外芯片激发三基色荧光粉技术的发展,开发用于液晶显示背光源以满足高品质显示需求的新型窄带蓝色荧光粉已经成为材料研究者日益关注的焦点。本文采用高温固相法合成了具有钙钛矿结构原型的K2BaPO4F∶Eu2+窄带蓝色荧光粉。K2BaPO4F基质由[FK4Ba2]八面体以共享Ba、K原子的方式相连形成三维网状阴离子框架,进而与孔道中的[PO4]四面体连接形成K2BaPO4F钙钛矿结构框架。Rietveld精修分析表明,Eu2+同时占据Ba2+和K+位点形成[Eu(1)O8F2]和[Eu(2)O6F2]配位多面体,两种多面体发光中心存在由偶极?偶极效应引起的Eu(1)→Eu(2)能量传递过程,使荧光粉具有发射峰值波长为432 nm、半峰宽为43 nm的高亮度窄带蓝光发射。基于密度泛函理论的第一性原理计算表明,K2BaPO4F基质为间接带隙化合物,理论带隙值为5.035 eV。K2BaPO4F∶Eu2+荧光粉展现了合适的荧光热稳定性(I493 K/I293 K=64%)和较高的内、外量子效率(分别为72.8%和46.4%),其性能指标虽然劣于BaMgAl10O17∶Eu2+、K1.6Al11O17+δ∶Eu2+、Na3Sc2(PO43∶Eu2+等典型蓝粉,但优于其他一些已报道的蓝色荧光粉。上述研究工作不仅展现了K2BaPO4F∶Eu2+作为一种新型窄带蓝色荧光粉的应用潜力,而且也为基于矿物结构原型策略探索新型荧光粉提供了可能性。
钙钛矿型结构 K2BaPO4F∶Eu2+ 能量传递 光致发光 perovskite-type structure K2BaPO4F: Eu2+ energy transfer photoluminescence 
发光学报
2023, 44(5): 819
任伟杰 1,2,**孙建锋 3,*周煜 3卢智勇 1[ ... ]许玲玲 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
卫星相干激光通信系统中,信号调制格式以相移键控(PSK)为主,未兼容开关键控(OOK)的相干接收。针对卫星相干光通信接收机不兼容多种调制格式的问题,实验搭建了兼容OOK以及二进制相移键控(BPSK)的相干通信接收装置。在1 Gbit/s的通信速率下,当调制格式为OOK且信号光功率为-54.6 dBm时,误码率(BER)为10-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限3.3 dB;当调制格式为BPSK且信号光功率为-57.95 dBm时,BER为10-3,接收灵敏度距离散粒噪声极限4.2 dB。该多体制兼容相干接收机的结构与当前大多数相干接收机的硬件通用,且具有较高的接收灵敏度,证明了卫星相干激光通信多体制兼容技术的可行性,具有重要意义。
光通信 多体制兼容 内差检测 开关键控 相移键控 
光学学报
2023, 43(12): 1206002
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江哈尔滨5000
2 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室,北京100074
GM-APD激光雷达具有单光子探测灵敏度,大幅降低了系统体积和功耗,但受像元数限制,难以获得远距离小目标清晰轮廓,目标检测率不高。针对该问题,提出了基于强度像和距离像多级处理的小目标深度学习检测算法,充分挖掘强度图像和点云特征信息及相互关联性,提高小目标检测概率。通过改进特征金字塔网络,将感受野模块和注意力机制模块与特征提取网络相结合,增强强度像初筛目标准确性,在候选区域内将强度像与距离像融合成带有强度信息的四维点云。然后,使用动态图卷积网络对候选区内目标进行二次检测,利用点云信息进一步筛选候选框内的目标。经GM-APD激光雷达远距离车辆数据集测试,网络的检测准确率达到98.8%,对于车辆结构不完整,车辆回波弱,背景存在强反射光斑等复杂场景有很好的鲁棒性。相较于SSD,YOLOv5等较为先进的目标检测网络,检测准确率分别提升了3.1%与2.5%,该算法为激光雷达弱小目标检测识别提供了一种可行性解决方案。
激光雷达 目标检测 感受野 注意力机制 动态图卷积神经网络 lidar object detection receptive field block convolutional block attention module dynamic graph convolution neural network 
光学 精密工程
2023, 31(3): 393
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。
光通信 自由空间激光通信 旋转双棱镜 Levenberg-Marquardt算法 最小二乘法 误差校正 
中国激光
2023, 50(6): 0605001
韩荣磊 1,2孙建锋 1,3,*侯培培 1董芳 1[ ... ]李超洋 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
随机并行梯度下降(SPGD)算法是一种应用广泛的最优化算法,在光学相控阵的多光束相位调控中具有重要作用。常规的SPGD算法在光学相控阵单元数目较大的应用场景下存在着迭代步数多、收敛速度慢等缺陷。为此提出了一种分级SPGD算法,将多光束进行分级,通过在多级使用SPGD算法对光束的调控来实现快速收敛和稳定维持。介绍了该算法的理论模型和流程,运用数值仿真的方式与传统算法进行了性能比较,结果表明,分级SPGD算法能够在大规模光学相控阵中显著提高收敛速度。搭建了光学相控阵实验系统进行分级SPGD算法的原理和可行性验证,在不同光束数目条件下实现了分级SPGD算法的闭环锁相,验证了算法的优越性,结果显示分级算法在32路光束时可以将迭代次数降低到常规算法的59.6%。
激光光学 光学相控阵 分级随机并行梯度下降算法 相位调控 
中国激光
2023, 50(2): 0206001
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江哈尔滨5000
2 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室,北京100074
利用Gm-APD (Geiger mode avalanche photon diode)激光雷达对浓密烟雾背后的目标进行成像时,烟雾对激光的强后向散射和吸收能力,严重限制了传统算法对淹没在烟雾信号中目标信号的提取能力。提出了一种基于双参量估计的Gm-APD激光雷达透烟雾成像算法,介绍了基于Gm-APD激光雷达的触发模型和根据探测概率求解实际接收回波信号的原理,并且基于光子与烟雾粒子的碰撞理论和Mie散射理论,详细推导了Gamma模型两个参数的物理关系。根据推导的关系式提出了一种双参量估计算法,该算法考虑了如何精确估计μk两个参数。最后,开展了仿真和室内透雾实验,利用仿真实验检验μk关系式的正确性,利用室内实验验证提出算法的透雾成像能力。实验结果表明,相较于传统算法,本文提出算法重构图像的目标复原度提升了73%,结构相似性提升了0.228 9。该研究有效提升了Gm-APD激光雷达在烟雾环境中的目标感知能力。
激光雷达 透烟雾成像 Gamma模型 双参量估计 lidar imaging through smoke Gamma model dual-parameter estimation 
光学 精密工程
2022, 30(19): 2370

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