华侨大学 信息科学与工程学院 福建省光传输与变换重点实验室，厦门 361021
提出一种通用式突变算子用于增强反馈式波前整形系统的调控效率，进而实现激光透过散射介质后的高效聚焦。为验证该突变算子提高聚焦效率的有效性，在经典优化算法，包括遗传算法、粒子种群算法、蚁群算法、模拟退火算法等四种算法的基础上引入突变算子，以优化结束后的增强因子和达到最高增强因子时的迭代周期数来表征聚焦效率。经过数值仿真和实验验证，该突变算子的引入使得四种经典优化算法的聚焦效率均得到大幅提升，增强因子提升了25%以上，同时迭代周期数减少了63%以上。当增加调控单元数量时，突变算子的高效性将更为显著。为进一步验证该突变算子的通用性，对二元振幅型调制以及多点聚焦进行了数值模拟分析，结果表明该突变算子有效增强了聚焦效率。该研究为反馈式波前整形的多种经典算法与多种调控方式提供了更高效的聚焦策略，实现了散射介质后更快更强的光斑聚焦，在光捕获、光遗传学等领域具有潜在的应用价值。
光场调控 波前整形 优化算法 散射介质 Optical modulation Wavefront shaping Optimization algorithm Scattering medium
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室，福建 厦门 361021
涡旋光具有特殊的螺旋相位因子，使用涡旋光进行通信编码能够极大地提高通信容量。实际通信环境的湍流、雾霾会导致涡旋光发生散射而形成散斑，这使得涡旋光通信的实际应用难度加大。因此，从散斑中准确高效地测量入射涡旋光的拓扑荷数对涡旋光通信具有重大意义。涡旋光经过散射介质之后形成的散斑场的特性与其拓扑荷数息息相关。基于深度神经网络高效的特征提取特点，采用分类神经网络实现了经过散射后的涡旋光拓扑荷数的测量，且测量准确率达到100%。
物理光学 涡旋光束 拓扑荷数 散射 图像分类 神经网络 光学学报
2022, 42(14): 1426001
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
采用激光二极管(LD)来泵浦Yb∶YAG板条晶体被动调Q双波长激光器,开展可控激光输出偏振态的实验研究。实验搭建紧凑的V型谐振腔,通过调节输出镜(OC)的倾角可以实现激光输出从0°水平线偏振到90°垂直线偏振的切换。通过实验设计可以得出最终的输出偏振态取决于腔内的附加相位差,当腔内附加相位差为π时,输出偏振由水平偏振向垂直偏振切换。实验结果表明:当OC倾角的变化量约为3.6 mrad时,线偏振态从水平偏振切换至垂直偏振,水平线偏振的消光比最优为28.98 dB,垂直线偏振的消光比最优为25.96 dB;在泵浦功率为18.42 W时,获得了1.66 W的平衡双波长激光输出,对应的脉冲宽度为42.6 ns。
激光器 被动调Q 板条激光 偏振控制 双波长输出
1 厦门工学院电子信息与电气工程学院, 福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
提出了一种基于石墨烯的中红外波段表面等离激元带阻滤波器结构。该结构由单层石墨烯周期性排列组成。数值仿真结果表明,石墨烯纳米带化学势的轻微改变会导致谐振波长的移动。此结构在中红外光谱范围内的敏感度达1100 nm/RIU,品质因数高达138,可用作高灵敏度的折射率传感器。
表面光学 表面等离激元 石墨烯 带阻滤波器 折射率传感器 有限元方法 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 012401
1 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
2 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
提出了一种复式晶格二维石墨烯等离子激元晶体结构, 该结构由包含4个石墨烯纳米盘的原胞周期性排列组成。通过有限元法迭代求解本征频率, 得到了石墨烯等离子激元晶体的能带结构和态密度。数值仿真结果表明, 所提出的结构存在完全光子带隙, 带隙宽度可达5.7 THz, 且其位置和带宽可以通过改变石墨烯的化学势来调谐。该结构可以应用在高密度表面等离子激元集成回路和等离激元片内交叉互联技术中。
表面光学 完全带隙 有限元方法 石墨烯 表面等离子激元 态密度 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 052401
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
建立了间接驱动过程中激光组束通过透镜在黑腔柱体中传输的模型。利用柯林斯公式，将各个锥环所有激光束投射到腔壁上的所有焦斑光强进行非相干叠加，研究其光强分布。详细分析了空间相干度、透镜聚焦F 数、离焦距离对靶壁上焦斑光强分布均匀性的影响。空间相干度增大时，非相干叠加得到的亮斑光强度增大，光强起伏更剧烈，顶部光强分布均匀性变差；增大透镜聚焦F 数，焦斑光场增强，光强振荡程度加深，光场分布更不均匀；而离焦量变大时，靶腔壁上的光强度降低，其振荡程度也减弱，光强峰值差值变小，顶部光强分布变得均匀。
激光光学 叠加光强分布 广义惠更斯-菲涅耳衍射原理 间接驱动聚变 部分相干平顶激光束 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 041404
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于激光测速仪的工作原理、测量特性，结合惯性导航系统的工作特点，提出一种实现车体自主高精度定位定向的组合方法。推导了用于车载组合定位定向的三波束激光测速仪误差模型，结合捷联惯导误差模型，选取了组合卡尔曼滤波器状态量，并推导了组合导航量测模型。最后针对这种基于激光测速仪的组合定位定向方法进行了仿真计算，列出了相关计算结果，仿真结果验证了这种方法的正确性。
激光测速仪 惯性导航 定位定向 卡尔曼滤波 laser velocimeter inertial navigation system positioning and orientation Kalman filter 强激光与粒子束
2014, 26(3): 031012
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083
为了可以同时测量车辆的纵向和横向速度，提出了一种基于Janus配置的三光束激光多普勒测速仪(TLDV)。给出了TLDV的测速模型和测速公式，对其测速的相对误差进行了理论分析和数值仿真。结果表明：TLDV对车辆颠簸、摇晃不敏感，测速误差只受上下颠簸角的影响，与左右摇晃角无关；当车辆上下起伏速度一定时，测速误差随着上下颠簸角的增大而增大，当上下起伏速度为0.2 m/s，颠簸角为10°时，测速误差小于0.3%。最后，给出了一种TLDV光束方向的最佳配置方案。
激光技术 相干光学 相干激光雷达 多普勒测速 三光束 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 071404
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京 100191
2 北京市信息技术研究所， 北京 100094
在光学线性调频连续波(LFMCW)激光雷达中，受半导体激光器本身性能限制，使用线性电信号调制并不能得到理想的线性调频激光输出，导致激光雷达拍频信号(BFS)频谱的畸变，因此需要对调频非线性响应特性进行研究。分析了半导体激光器调频特性，并且推导出激光雷达调频非线性响应公式。采用离散多项式相位变换(DPT)算法对调频非线性系数进行非线性参数估计和补偿，并搭建实验平台进行验证。实验结果表明采用DPT算法能有效估计激光雷达调频非线性系数，提高了激光雷达测距测速精度。
激光光学 激光雷达 线性调频信号 非线性 离散多项式相位变换算法 中国激光
2012, 39(s2): s214002
Author Affiliations
Abstract
A 1.55-\mu m all-solid frequency-modulated continuous-wave (FMCW) coherent lidar based on the sinusoidal frequency demodulation technique for range and velocity measurement is presented. Both the nonlinearity of linear modulation waveform and the difficulty in measuring the frequency of sinusoidal modulation system are circumvented by utilizing segmental-processing-average (SPA) techniques. The results demonstrate that the resolutions of range and velocity measurement are better than 2 mm and 0.1 mm/s, respectively. The system has numerous practical and potential applications in space missions.
280.3640 Lidar 030.1670 Coherent optical effects 280.3400 Laser range finder 260.3160 Interference Chinese Optics Letters
2012, 10(2): 022801
