Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Quantum Science and Engineering, Texas A&M University, College Station, Texas 77843, USA
2 School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
3 Department of Physics, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
4 Baylor University, Waco, Texas 76706, USA
5 e-mail: zzhan26@cityu.edu.hk
6 e-mail: scully@tamu.edu
The generation of speckle patterns via random matrices, statistical definitions, or apertures may not always result in optimal outcomes. Issues such as correlation fluctuations in low ensemble numbers and diffraction in long-distance propagation can arise. Instead of improving results of specific applications, our solution is catching deep correlations of patterns with the framework, Speckle-Net, which is fundamental and universally applicable to various systems. We demonstrate this in computational ghost imaging (CGI) and structured illumination microscopy (SIM). In CGI with extremely low ensemble number, it customizes correlation width and minimizes correlation fluctuations in illuminating patterns to achieve higher-quality images. It also creates non-Rayleigh nondiffracting speckle patterns only through a phase mask modulation, which overcomes the power loss in the traditional ring-aperture method. Our approach provides new insights into the nontrivial speckle patterns and has great potential for a variety of applications including dynamic SIM, X-ray and photo-acoustic imaging, and disorder physics.
Photonics Research
2024, 12(4): 804
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201999
结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。
线结构光曲面标定 射线追踪 曲面网格模型 
光学学报
2024, 44(2): 0212004
罗雄 1,2史悦 1,3范琪 1,2尹微 1,2[ ... ]周鼎富 1,2,*
作者单位
摘要
1 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室,四川 成都 610041
3 中国民用航空飞行学院 理学院,四川 广汉 618307
相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点,在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用,但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品,未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题,介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术,该技术在探测风场的同时,实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先,通过分析回波信号特性,推导出雷达回波信号功率的计算方法,获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上,利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度,同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演,继而实现能见度的测量。最后,与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验,试验数据结果显示:云高对比精度可达5.0%,能见度对比精度可达12.2%,消光系数对比有较好的一致性,并可长期在多种气象环境下连续测量。
激光雷达 气象探测 相干探测 消光系数 能见度 云高 lidar meteorological detection coherent detection extinction coefficient visibility cloud height 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230138
作者单位
摘要
西南技术物理研究所,成都 610041
为了研究光学参量如何影响测风激光雷达相干效率的问题,结合理论推导与实验验证进行了研究。基于光场叠加理论,讨论了本振光束腰、光纤耦合器芯径、光学系统像差对系统相干效率的影响;开展大气湍流影响实验,测量了不同光学参量的系统在典型天气条件下的信噪比。结果表明,光瞳口径为100 mm、F数为2时,最优束腰半径为3.3 μm,最佳匹配接收光纤芯径为9 μm,光学系统波像差均方根值应不大于0.06λ; 在强湍流作用下,当能见度小于5 km时,雷达探测距离降低60%。此研究对光学参量的优化具有重要参考意义。
激光技术 相干效率 光学参量 仿真实验 
激光技术
2023, 47(6): 751
作者单位
摘要
1 上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室,上海200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司,上海01999
在利用多线结构光系统对大尺度连铸坯进行三维测量的过程中,线结构光中心条纹的提取精度是影响三维测量精度的重要因素。提出了一种对传统灰度质心方法进行优化的多线结构光中心条纹提取方法。对连铸坯表面激光横截面不满足高斯分布的线结构光条纹,利用图像背景差分的方式去除环境噪声,并根据线结构光条纹与背景间的灰度变化信息确定线结构光的边界,同时提取线结构光的感兴趣区域。根据光条在梯度方向上的灰度积分比例计算灰度质心法的自适应灰度阈值,利用灰度质心方法处理感兴趣区域提取出光条中心点,最后结合附近半径为5个像素的邻域内所定位的中心点进行质心重提取,获得连铸坯表面光条的亚像素中心坐标。现场测量结果表明:对反射特性不均匀的连铸坯表面的激光条纹光条中心进行提取,最终连铸坯边缘轨迹点的三维测量结果标准偏差在2 mm以内,该方法具有精度高、速度快、鲁棒性强的特点。
三维测量 多线结构光 质心法 光条中心提取 连铸坯 three-dimensional measurement multi-line-structured light gravity method stripe center extraction casting slab 
光学 精密工程
2023, 31(3): 380
作者单位
摘要
西南技术物理研究所,四川 成都610041
针对一些光轴稳定性要求较高的高空使用战斗机挂载光电系统,分析了光学系统设计中提高光轴稳定性的几点要素,给出了消热差公式的条件,推导了景深公式,并给出了四种提高途径:采用较大温差范围的光学全被动补偿无热化设计、降低公差灵敏度、提高结构件的刚度和强度、使用景深调焦机构(满足较大作用距离的机载高低空使用要求)。介绍了一种小型机载近红外无热化变焦系统的设计思路。该系统采用光学补偿,有4个透镜组(最后一组为景深调焦机构),在-55~70℃温度范围内均具有较好的像质、较宽松的公差特性和较好的光轴稳定性。
近红外光学系统 景深调焦 无热化 光轴稳定性 光学设计 near-infrared optical system focusing mechanism for depth of field athermalization optical axis stability optical design 
红外
2022, 43(9): 1
作者单位
摘要
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 上海宇航系统工程研究所,上海 201108
3 上海卫星工程研究所,上海 200240
4 上海航天电子技术研究所,上海 201108
研究了透视投影对同心圆偏心误差的影响并建立了偏心误差数学模型,提出一种基于同心圆偏心误差补偿迭代的高精度相机标定方法,使用基于几何约束的优化算法不断更新同心圆中心投影坐标,以精确地定位图像中同心圆的控制点投影中心,从而实现相机高精度标定。实验和仿真结果验证了所提方法在视觉应用中的有效性。与传统方法相比,所提方法可为计算机视觉和三维重建任务提供更准确的相机标定结果。
测量 同心圆 偏心误差补偿 几何约束 相机标定 迭代优化 
光学学报
2022, 42(19): 1912003
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 成都 610041
为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能, 采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理, 讨论光学天线口径对系统载噪比的影响, 以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义, 研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响; 通过搭建实验平台, 测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数, 验证了仿真结果。结果表明, 当远场探测距离在7km~10km范围内变化时, 天线最优口径为100mm, 光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况, 强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。
激光技术 光学天线 实验分析 大气湍流 laser technique antenna experiment analysis atmospheric turbulence 
激光技术
2022, 46(4): 511
Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Quantum Science and Engineering, Texas A&M University, College Station, Texas 77843, USA
2 School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
3 Baylor University, Waco, Texas 76706, USA
4 Princeton University, Princeton, New Jersey 08544, USA
5 e-mail: scully@tamu.edu
Optical imaging through scattering media has long been a challenge. Many approaches have been developed for focusing light or imaging objects through scattering media, but usually, they are either invasive, limited to stationary or slow-moving media, or require high-resolution cameras and complex algorithms to retrieve the images. By utilizing spatial–temporal encoded patterns (STEPs), we introduce a technique for the computation of imaging that overcomes these restrictions. With a single-pixel photodetector, we demonstrate non-invasive imaging through scattering media. This technique is insensitive to the motion of the media. Furthermore, we demonstrate that our image reconstruction algorithm is much more efficient than correlation-based algorithms for single-pixel imaging, which may allow fast imaging for applications with limited computing resources.
Photonics Research
2022, 10(7): 07001689
Zhen Fang 1,2Yao Liu 3Chengyi Song 1,2Peng Tao 1,2[ ... ]Jianbo Wu 1,2,4,5
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Metal Matrix Composites, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Center of Hydrogen Science, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 National Engineering Research Center of Light Alloy Net Forming, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
4 Materials Genome Initiative Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
5 Future Material Innovation Center, Zhangjiang Institute for Advanced Study, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Semiconductor photocatalysis, as a key part of solar energy utilization, has far-reaching implications for industrial, agricultural, and commercial development. Lack of understanding of the catalyst evolution and the reaction mechanism is a critical obstacle for designing efficient and stable photocatalysts. This review summarizes the recent progress of in-situ exploring the dynamic behavior of catalyst materials and reaction intermediates. Semiconductor photocatalytic processes and two major classes of in-situ techniques that include microscopic imaging and spectroscopic characterization are presented. Finally, problems and challenges in in-situ characterization are proposed, geared toward developing more advanced in-situ techniques and monitoring more accurate and realistic reaction processes, to guide designing advanced photocatalysts.
Journal of Semiconductors
2022, 43(4): 041104

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