Author Affiliations
Abstract
1 East China Normal University, School of Physics and Electronic Science, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai, China
2 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
3 China Jiliang University, College of Optical and Electronic Technology, Hangzhou, China
4 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
5 Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science, Shanghai, China
Achieving spatiotemporal control of light at high speeds presents immense possibilities for various applications in communication, computation, metrology, and sensing. The integration of subwavelength metasurfaces and optical waveguides offers a promising approach to manipulate light across multiple degrees of freedom at high speed in compact photonic integrated circuit (PIC) devices. Here, we demonstrate a gigahertz-rate-switchable wavefront shaping by integrating metasurface, lithium niobate on insulator photonic waveguides, and electrodes within a PIC device. As proofs of concept, we showcase the generation of a focus beam with reconfigurable arbitrary polarizations, switchable focusing with lateral focal positions and focal length, orbital angular momentum light beams as well as Bessel beams. Our measurements indicate modulation speeds of up to the gigahertz rate. This integrated platform offers a versatile and efficient means of controlling the light field at high speed within a compact system, paving the way for potential applications in optical communication, computation, sensing, and imaging.
metasurface photonic integrated circuit lithium niobate on insulator high-speed modulation Advanced Photonics
2024, 6(1): 016005
1 信息工程大学,河南 郑州 450001
2 西安卫星测控中心,陕西 西安 710043
天文导航是一种重要的飞行器自主导航手段。在高速飞行器上进行的观测,不可避免地会受到窗口外侧高速流场的扰动,使得星敏感器捕获的星点图像出现偏移、模糊等退化现象,影响天文定位定姿精度。对星图退化的计算和校正的研究多基于计算机仿真结果。文中建成了一座可在实验段中生成马赫2.5/3.5混合层结构的小型静风洞,以直径10 m的室内穹顶上的仿真星点为观测对象,透过实验段中不同位置的流场进行了星点观测和中心点解算,获得了星点图像受到流场扰动的数据,并将其与计算机仿真结果进行对比。结果表明:导航星光偏折量高于计算机仿真的估计值。在喷口近端,高速混合流场对星光偏折的扰动较大,垂直流场方向的偏折均值小于0.5″,沿流场方向偏离均值为3.85″,最大接近4.89″;在喷口远端,垂直方向星光偏折均值为−1.36″,沿流场方向偏折均值约−0.49″,最高达−2.69″。近端星光偏折变化幅度较小,稳定性较远端更强,有利于建模校正。该实验对校正仿真模型、优化高速流场下的天文定姿精度有着重要的意义。
高速流场 马赫2.5/3.5混合层 小型风洞 室内穹顶 星光偏折 high-speed flow Mach 2.5/3.5 mixing layer small wind tunnel indoor doom star-light deflection 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220802
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210182
针对很多大型工程结构存在大变形但仍可以发挥功能性作用的特点,基于光纤弯曲损耗传感原理,设计了一种可用于位移测量的大量程、结构简单的线性传感器。从理论上证明了测量位移与光纤弯曲损耗之间的线性关系,并推导出表达式,开展了一系列标定试验和性能试验。试验结果表明,该传感器的测量范围为0~200 mm,灵敏度为0.1668 dB·mm -1,最小分辨位移为0.06 mm,重复性误差为0.26%,迟滞性误差为2.22%。所设计的传感器可用于结构的开裂测量和大型工程的连续监测,具有良好的应用前景。
光纤光学 位移传感器 弯曲损耗 大量程范围 结构监测 光学学报
2020, 40(12): 1206002
火箭军工程大学作战保障学院, 陕西 西安 710025
在外部环境和图像视角变化的情况下,传统视觉闭环检测算法的精度和稳健性变得很差。为此,提出一种融合多层次卷积神经网络特征的闭环检测算法。高层次的卷积特征包含较多的语义信息,可以应对图像视角的变化;中等层次卷积特征包含更多的几何空间信息,对光照等变化具有更好的稳健性。通过充分利用中高等层次卷积特征的特性进行组合式相似性度量,提高了闭环检测的精度与稳健性。由于卷积特征向量的维度特别大,因此,首先对卷积特征向量进行降维处理。在Gardens Point数据集上的实验结果证明,利用多层次卷积特征的图像匹配检测效果好于其他单一层。针对不同时刻所拍摄图像中的动态干扰因素,进一步提出图像动态干扰语义滤波机制,利用过滤掉动态干扰的图像进行匹配,在Tokyo24/7数据集上的实验证实了此方法的可行性和有效性。
机器视觉 多层次卷积特征 闭环检测 动态干扰语义滤波机制 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111507
火箭军工程大学 保障学院,陕西 西安 710025
为提高基于人体骨架(Skeleton-based)的动作识别准确度,提出一种利用骨架几何特征与时序注意递归网络的动作识别方法。首先,利用旋转矩阵的向量化形式描述身体部件对之间的相对几何关系,并与关节坐标、关节距离两种特征融合后作为骨架的特征表示; 然后,提出一种时序注意方法,通过与之前帧加权平均对比来判定当前帧包含的有价值的信息量,采用一个多层感知机实现权值的生成; 最后,将骨架的特征表示乘以对应权值后输入一个LSTM网络进行动作识别。在MSR-Action3D和UWA3D Multiview Activity II数据集上该方法分别取得了96.93%和80.50%的识别结果。实验结果表明该方法能对人体动作进行有效地识别且对视角变化具有较高的适应性。
动作识别 部件相对几何关系 时序注意 LSTM神经网络 action recognition relative geometry of body parts temporal attention modal LSTM neural network 光学 精密工程
2018, 26(10): 2584
1 中国民用航空飞行学院航空工程学院,四川 广汉 618307
2 北京飞机修理工程有限公司成都分公司检测中心,四川 成都 610202
目前复合材料已被广泛应用于航空领域。通常采用红外热波检测技术对其内部缺陷进行检测。通过对获取的红外热波图像序列进行处理,可以精确、定量地获取复合材料的缺陷信息。基于红外热波检测技术的需求,对国内外关于复合材料红外热波图像序列的多种处理技术进行了分析与比较,综述了这些技术的研究及应用情况,展望了该领域今后的发展方向,从而为红外热波图像序列处理技术的选择提供一定的依据。
红外热波检测 复合材料 热波图像序列 图像处理 infrared thermal wave testing composite thermal image sequence image processing
火箭军工程大学作战保障学院, 陕西 西安 710025
为了解决地下工程场景下巡逻机器人的定位与建图问题,提出了一种基于点线特征融合的半直接单目视觉里程计(SVO)算法。本文算法可分为特征提取、状态估计和深度滤波器3个线程。特征提取线程负责图像点、线特征的提取;状态估计线程利用点、线特征不同的匹配与跟踪策略获得相机的6自由度位姿,并通过帧与帧、特征与特征、局部帧之间的约束关系进一步优化相机位姿;而深度滤波器线程通过概率分布的方式刻画三维路标点相对于相机光心的深度信息,该方式相对于固定深度值的方式能够提高深度估计的稳健性。本文算法在Euroc公开数据集运行的平均定位精度相对于LSD-SLAM算法提高了17.6%,而在Tum公开数据集上运行的平均定位精度相对于SVO 算法提高了6.4%。利用加载摄像头的机器人平台进行测试,实际运行的定位误差大约为1.17%,满足实际需求。
机器视觉 巡逻机器人 自主定位与建图 点、线特征融合 视觉里程计 深度滤波器 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021501
1 西安石油大学 理学院, 西安710065
2 西北大学 物理系, 西安 710069
在色散补偿光纤上刻写光栅, 形成全光纤复合传感结构, 将干涉结构和光栅结构集成在同一段光纤内.分析了干涉包层模式和布拉格谐振峰对纵向拉力以及温度的响应机理.通过监测包层模式和布拉格谐振峰的波长漂移量, 建立矩阵方程, 实现对纵向拉力和温度双参量的同时测量.实验结果表明, 包层模式和布拉格谐振峰对温度的响应灵敏度分别为49.4 pm/℃和11.0 pm/℃, 包层模式对纵向拉力的响应灵敏度为1.05 pm/με, 布拉格谐振模式对纵向拉力的响应灵敏度为0.651 pm/με, 且这四个参数均表现出良好的线性度.该传感器结构采用低阶包层模式和纤芯基模模式, 对外界环境折射率不敏感, 能较好地应用于纵向拉力和温度的同时测量中.
光纤传感 光纤布拉格光栅 全光纤拉力传感器 全光纤温度传感器 双参量测量 Fiber optics sensors Fiber Bragg grating All-fiber strain sensor All-fiber temperature sensor Double-parameter-measurement