1 中国科学院光电技术研究所薄膜光学相机总体室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
为实现大口径衍射光学系统宽波段成像，分析了传统衍射透镜基于Schupmann结构光路模型带宽增加带来的中继镜口径变大的问题，提出采用谐衍射透镜作为主镜构建大口径宽波段衍射光学系统，设计了口径为10 m谱段覆盖400~900 nm的大口径光学系统，中继镜的口径与传统设计相比减小了2.4 m。为验证该设计方法，设计一套口径为80 mm、光谱范围为400~900 nm的成像光学系统，并对该系统进行了成像实验，通过查看鉴别率靶图像无色差，验证了基于谐衍射透镜为主镜的宽波段成像设计方法，为大口径衍射光学系统设计提供了一种思路。
光学设计 宽波段 谐衍射 消色差 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122003
中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
针对大口径衍射光学元件快速高精度分析难题，提出了基于响应函数的光场调制分析方法。首先，将衍射元件表面的微结构分解成多个台阶结构；然后，使用严格矢量理论方法计算台阶对入射光场的调制作用，并转化成阶跃响应函数；最后，利用相干合成原理将每个台阶的阶跃响应函数合成为微结构对入射光场的响应。分析了微结构最小线宽、响应函数作用范围和台阶定位误差等对计算精度的影响，并利用所提方法计算了不同口径衍射透镜的近场及远场分布。结果表明，即使存在25 nm的台阶定位误差，透镜远场的最大光强和衍射效率与严格矢量理论计算结果的差异仍然小于2%，同时计算效率提升了至少3个数量级，可见，所提方法可兼顾大口径衍射元件分析的精度与速度。
衍射 光学元件 光场调制 响应函数 矢量衍射理论
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
为了得到置信度更高的超分辨率先验模型，实现重建结果在噪声和细节之间的平衡，建立了基于混合稀疏表达框架下的高斯?洛伦兹混合先验模型。研究了该先验模型在超分算法中的应用优势和具体的应用方案。首先，根据先验信息的类型介绍了一些超分辨率算法的优势和问题。接着，提出对图像不同分量的统计特点进行单独建模的应用方法。然后，在分析了混合稀疏框架、高斯吉布斯先验和洛伦兹先验的基础上，说明了基于群稀疏框架下的高斯?洛伦兹混合先验的超分辨率算法。最后，介绍了具体实现环节和最终迭代方案。实验结果表明，本文基本完成了在重建过程中保持细节的同时抑制噪声的改进目标，可以用于更多复杂环境的超分辨率重建要求。
超分辨率算法 先验模型 高斯?洛伦兹 混合稀疏表达 super-resolution algorithm prior model Gauss-Lorenz model mixed sparse representation
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
视觉测量具有结构简单、成本低、非接触式测量的优点, 利用视觉位姿测量结果对空间展开机构进行定位具有良好的应用前景。实际应用中需要将视觉测量数据转换到物空间坐标系从而对定位系统的控制量提供指导。针对相机外参数标定操作繁琐、需要额外设备、不利于在轨实现等缺点, 提出了一种利用运动样本空间构建坐标系转换关系的数据处理方法, 根据取样空间内构建的补偿方程, 可以将各自由度的视觉测量数据转换到控制器坐标系上, 同时能够校正由于安装、配准等导致的系统误差, 从而实现高精度的空间目标定位。实验结果表明, 在1.7m的测量距离下, 所搭建单相机测量系统的位置与转角测量精度可达0.02mm和0.003°, 验证了所研究方法的有效性和实用性。
视觉测量 位姿测量系统 空间定位 数据处理 误差补偿 vision measurement pose measurement system spatial positioning data processing error compensation
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The full aperture complex amplitude transmittance function of a multi-level diffraction lens with mask-alignment errors was derived based on scalar diffraction theory. The point spread function (PSF) was calculated by the Kirchhoff diffraction integral. It is found that the radius of the Airy disk increases with the increase of the error in the direction of misalignment, and the image center shifts along the direction of misalignment. A four-level diffractive lens with a diameter of 80 mm was fabricated, and its PSF and diffraction efficiency of +1st order were calculated and measured. The distribution of PSF is consistent with the calculated results, and the tested diffraction efficiency is slightly smaller than the calculated value; the relative error is 5.71%.
050.1380 Binary optics 050.1965 Diffractive lenses 110.3000 Image quality assessment Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 090501
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
为研究位相型菲涅尔透镜台阶近似引起的衍射杂散光对衍射成像系统调制传递函数(MTF)的影响，本文运用波动光学仿真分析方法模拟光波的传播。通过有限个级次的衍射波面在系统像面上相干叠加，得到系统的点扩散函数(PSF)；对其进行傅里叶变换，得到系统的MTF。以菲涅尔主镜口径为80 mm的衍射成像系统为样机，分析了衍射主镜台阶数目为二、四、八时，系统MTF与理论设计值的差异。结果表明，随着衍射主镜台阶数目的增加，衍射杂散光对系统MTF的影响减小；并且四台阶时，与设计值的偏差已经小于0.5%。最后结合几何光线追迹仿真分析，提出将衍射主镜加工成中心区域多台阶、边缘部分为二台阶的思路，降低了衍射杂散光的影响。
衍射成像系统 二元位相型菲涅尔透镜 衍射杂散光 调制传递函数 diffractive imaging system binary phase-type Fresnel lenses diffractive stray light MTF
对后向受激散射产生相位共轭波的过程给出了一种新的物理解释,以为在后向受激散射过程中发生的是两个同时存在的非线性过程:纯粹的受激散射过程、部分简并四波混频相位复共轭过程。这两个过程的密切结合使后向受激散射波在一定程度上具有入射波的位相共轭特性。在实验上采取了四波混频的探测方法,证实了理论的结果。
本文从非线性耦合波理论出发,证明了在特殊的三波混频条件下光频普克尔斯效应的存在,并导出了所必须满足的物理条件。
