1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
为提高光谱共焦位移传感器的检测效率和稳定性，设计一种性能参数可调的宽视场轴向色散镜头。基于快照式光谱共焦测量原理，提出一种轴向色散倍增的宽视场色散镜头设计方案。将色散镜头关于中间光阑前后对称放置，建立轴向色差和剩余像差评价函数，得到库克结构初始参数，实现对称的半组镜头。在前组不变的情况下，采用复杂化库克结构设计不同数值孔径的后组，替换后组可实现具有不同轴向色散距离、分辨率和视场的轴向色散镜头。为了测试轴向色散镜头的性能，搭配成像光谱仪分光模块、针孔阵列板和白光LED，组成快照式光谱共焦测量实验装置，验证了研制的可调两种性能参数的轴向色散镜头具有良好性能。所提轴向色散镜头设计方案可用于构建快照式光谱共焦测量系统并实现高精度和高效率的3D形貌测量。
光学设计 光谱共焦 快照式 宽视场轴向色散 光学学报
2023, 43(20): 2022001
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
为提高和扩大光谱共焦位移传感器的测量精度和测量范围，并解决像方测量大数值孔径和物方光纤小数值孔径匹配下镜头过长的问题，设计一种紧凑型长轴向色散光谱共焦镜头。色散镜头用5个球面镜片，在工作波长450~700 nm内轴向色散范围达3.5 mm，波长和焦移线性拟合相关系数为0.97，像方数值孔径为0.48，光学长度为135 mm。在相同的镜头参数下，该色散镜头的轴向长度相比普通色散镜头减少了约35%。最后利用设计的色散镜头搭建光谱共焦位移测量系统，并进行性能评估实验。实验结果表明，该系统的最大测量标准差为0.05 μm，最大平均绝对误差为0.04 μm，实际轴向分辨率优于0.5 μm，对被测物的最大测量角约为28.5°。
光学设计 光谱共焦 轴向色散 反摄远结构 光学学报
2023, 43(14): 1422001
1 School of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou25006, China
2 KeyLab. of Modern Optical Technologies of Education Ministry of China & Key Lab. of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province, Soochow University, Suzhou15006, China
为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度，提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元，每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的，可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率，以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况，设计了以熔石英为基底，工作波段为0.6~0.8 μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31 μm和0.473 μm。仿真结果表明，在参考波长0.7 μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%，0.6~0.8 μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%，偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比，二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计，可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。
二元闪耀光栅 消偏振 二维结构 衍射效率 binary blazed grating polarization-independent two-dimensional structure diffraction efficiency
1 苏州大学物理与光电·能源学部 光电信息科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
鬼像是逆光照明下影响光学镜头成像清晰度、对比度的主要原因，为减少其影响，研究典型匹兹万镜头的消鬼像问题。运用近轴矩阵光学理论，详细分析讨论匹兹万镜头的鬼像特性，给出抑制方法。根据使用要求，优化设计和研制了消鬼像光学镜头，像质评价结果表明鬼像能量低且分布均匀，具有接近衍射极限的成像性能。逆光照明下的成像结果表明，研制的镜头具有优异的鬼像抑制性能，验证了设计和分析的正确性。给出的鬼像抑制方法可用于其他光学系统。
光学设计 匹兹万镜头 近轴矩阵光学 鬼像
陈宇恒 1,2,3,*季轶群 1,2,3周建康 1,2,3陈新华 1,2,3沈为民 1,2,3
1 苏州大学物理与光电·能源学部, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
光学压缩光谱成像方法通过拍摄所得的压缩图像重建景物的三维数据立方体，具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄以及提高成像信噪比等优点。受压缩成像方法的限制，由单帧压缩图像重建数据的保真度有限，限制了压缩光谱成像的图像质量和应用发展。基于压缩感知理论，拓展空间编码光学压缩光谱成像物理模型，在变编码空间光调制作用下实施多帧拍摄，经由多帧压缩图像采用最优化算法高保真的重建数据立方体。以AVIRIS成像数据构建模拟场景，开展多帧拍摄空间编码光学压缩光谱成像仿真，采用全波段图像均方根误差定量评价重建数据保真度。实验结果表明，多帧拍摄成像重建数据的保真度提高，图像清晰度提升，光谱曲线的偏差减小。
成像系统 压缩感知 空间编码 数据重建 多帧拍摄 图像质量 中国激光
2014, 41(s1): s109001
陈宇恒 1,2,3,4,*周建康 1,2,3,4陈新华 1,2,3,4季轶群 1,2,3,4沈为民 1,2,3,4
1 苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
4 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
光学压缩光谱成像是融合了压缩感知原理的新型光谱成像技术，具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄、提高信噪比等优点。考虑到采样质量对最终成像质量的影响，在现有成像系统中均采用采样间隔与调制间隔匹配的方法，但此方法降低了系统的采样率，损耗了原始光谱分辨率。针对上述成像方法缺陷，克服采样间隔和调制间隔匹配的成像系统设计要求，所设计实验装置使其光谱分辨率理论值提高至原先方法的3倍以上，并对最优化方法进行改进，在正则化函数中增加表征数据光谱维连续性的变差项，增强数据重建可控性及可靠性。实验结果表明，新方法下实验装置的光谱维通道数提升，各波段图像和特定位置光谱曲线能精确反映目标物的空间特性和光谱特性。
光谱成像 压缩感知 最优化方法 采样率 光谱分辨率
苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
详细介绍了分孔径光学系统初始结构参数确定和光学设计方法。分孔径光学系统是一种偏心系统，可分解为多个同轴子系统的组合，在给出其初级像差表达式的基础上，利用PW法及最小二乘法计算其初始结构参数。优化设计得到了适用于偏振成像的、焦距为40 mm、F数为4.5的和工作波长范围为450~650 nm的四孔径光学系统。该系统采用普通光学玻璃，光学总长为120 mm。镜头的成像性能接近于衍射极限，能够满足应用和指标要求。
光学设计 多通道成像 偏心光学系统 PW法
陈宇恒 1,2,3,4,*陈新华 1,2,3,4周建康 1,2,3,4季轶群 1,2,3,4沈为民 1,2,3,4
1 苏州大学现代光学技术研究所， 江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室， 江苏 苏州 215006
3 苏州大学江苏省现代光学技术重点实验室， 江苏 苏州 215006
4 苏州大学教育部/江苏省现代光学技术重点实验室， 江苏 苏州 215006
空间光调制过程是空间编码压缩光谱成像方法中影响光谱成像数据保真度的重要环节。为拓展现有压缩光谱成像空间光调制的编码种类，揭示其与成像数据保真度的关联规律，针对压缩光谱成像中的编码调制效应展开研究。基于成像系统物理模型，拓展现有二值化编码振幅调制方法，开展非二值化连续型编码振幅调制研究，进而验证相位型调制方法的施用方法，以全波段图像均方根差作为评价成像数据保真度的参数，量化各类编码调制方法与成像数据保真度的关联。构建具有特定空间特征和谱线特征的仿真场景，实施压缩光谱成像仿真实验，比对六类空间编码调制效应下的成像效果，验证非二值化振幅编码调制的施用可行性及相位型空间光调制对提高此类成像方法数据保真度的有效性。
光谱学 光学压缩 编码优化 数据保真度 相位调制 中国激光
2012, 39(10): 1015001
1 苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
提出一种基于保留最佳主成分的主元分析法(PCA)和整数小波变换相结合的超光谱图像压缩新方法, PCA能够有效地消除超光谱图像的谱间相关性, 而整数小波变换在去除空间相关性方面具有长处。对超光谱图像的空间进行等份分割, 进行PCA和小波变换编码, 能够有效地减少运行时间, 通过建立压缩比与保留主成分(PC)个数之间的非线性关系模型, 快速求出任意压缩比下保留PC的最佳个数。通过对AVIRIS光谱成像仪和研制的超光谱成像仪的光谱图像压缩分析表明, 这种改进的主元分析和整数小波变换相结合的算法在压缩效果和运行速度方面有明显提高, 更易于硬件实现。
图像处理 超光谱图像压缩 主元分析 小波变换 主成分
苏州大学现代光学技术研究所江苏省现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
微小卫星与传统大卫星相比具有研制周期短、机动性高和成本低等特点而成为遥感领域的热点。研制的CCD相机是微小卫星的重要载荷之一, 在取得低成本的同时能够实现0.98/0.5年的可靠度。CCD相机的光学系统采用折反结构而且具有较大的温度适用范围; 光学元件全部采用球面使加工装调易于实现; 对光学系统进行杂光抑制和环境适应性设计进一步保证成像性能。电路系统采用帧转移CCD, 现场可编程门阵列(FPGA), 双相关采样(CDS), 低压差传输(LVDS)和buck/boost电压变换等技术, 使相机具有低成本、低功耗和性能稳定等优点。CCD相机研制中采取了合理的可靠性保障措施, 选用的现有商用器件经过了破坏性物理分析(DPA)、筛选、板级试验等手段的考验。通过环境试验、积分定标试验和成像性能测试表明研制的微小卫星CCD相机成像性能良好。
遥感 微小卫星CCD相机 折反光学系统 现有商用器件 可靠性
