Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Aiming at coherence degradation during target detection, a suppressing method based on frequency-modulated continuous wave coherent lidar is proposed. Combined with a random iteration algorithm, a long-pulse echo signal with coherent degradation is matched with random phase noise of a certain frequency and achieves coherence restoration. Simulation and field experiment results show that this proposed method can recover the intrapulse coherence in long-pulse echo signals. In addition, for the real target echo signal at 4.2 and 19.8 km, the peak signal-to-noise ratio processed by this method is increased by 0.35 times and 4 times after pulse compression, respectively.
coherent lidar long-pulse signal coherent degradation frequency modulation continuous wave Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071201
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题，提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后，指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad，平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad，并且当俯仰角较小时，修正效果较好；在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后，最大指向偏差变为1.51 mrad，平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度，对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。
光通信 自由空间激光通信 旋转双棱镜 Levenberg-Marquardt算法 最小二乘法 误差校正
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
随机并行梯度下降（SPGD）算法是一种应用广泛的最优化算法，在光学相控阵的多光束相位调控中具有重要作用。常规的SPGD算法在光学相控阵单元数目较大的应用场景下存在着迭代步数多、收敛速度慢等缺陷。为此提出了一种分级SPGD算法，将多光束进行分级，通过在多级使用SPGD算法对光束的调控来实现快速收敛和稳定维持。介绍了该算法的理论模型和流程，运用数值仿真的方式与传统算法进行了性能比较，结果表明，分级SPGD算法能够在大规模光学相控阵中显著提高收敛速度。搭建了光学相控阵实验系统进行分级SPGD算法的原理和可行性验证，在不同光束数目条件下实现了分级SPGD算法的闭环锁相，验证了算法的优越性，结果显示分级算法在32路光束时可以将迭代次数降低到常规算法的59.6%。
激光光学 光学相控阵 分级随机并行梯度下降算法 相位调控
1 南京林业大学机械电子工程学院, 江苏 南京 210037
2 南京农业大学工学院, 江苏 南京 210031
比较分析空间分辨光谱和单点可见/近红外光谱(可见/短波近红外光谱和中波近红外光谱)对番茄颜色的识别能力。 根据番茄表面和内部颜色将600个样品分为6个等级(green, breaker, turning, pink, light red和red)。 分别利用新型空间分辨光谱系统(550~1 650 nm), 可见/短波近红外光谱仪(400~1 100 nm)和中波近红外光谱仪(900~1 700 nm)采集番茄的空间分辨(spatially-resolved, SR)光谱和单点可见/近红外(SP Vis/NIR)光谱, 建立番茄等级的偏最小二乘判别(PLSDA)模型, 比较其对番茄颜色等级的预测效果。 结果表明, SR光谱组合可在最佳单一SR光谱基础上进一步提高番茄颜色的识别能力, 对番茄表面颜色和内部颜色的识别率可分别达到98.8%和84.6%。 光源-检测器距离较近的SR光谱对番茄表面颜色的识别有帮助, 而光源-检测器距离较远的SR光谱能较好的判别番茄内部颜色。 SP NIR光谱在对番茄表面颜色判别中与SR光谱具有一定可比性, 其分类准确率可达到95%, 但SP Vis/NIR光谱在对番茄内部颜色识别中具有较低的分类准确率, 分类结果远不如SR光谱, 说明SR光谱比SP Vis/NIR光谱对番茄颜色的判别更具潜力。
空间分辨光谱 单点可见/近红外光谱 空间分辨光谱组合 番茄颜色 判别分析 Spatially resolved spectra Visible and near infrared spectra Combination of SR spectra Tomato color Discrimination analysis 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3585
北京工业大学 国家产学研激光技术中心，北京 100022
激光焊接过程中，为了保护聚焦镜和保证焊接质量，通常在聚焦镜下布置一横向气帘喷嘴。根据气体动力学原理设计了一种超音速非对称拉法尔腔体结构的喷嘴，并建立了喷嘴内部拉法尔曲线方程。喷嘴的气流纹影试验表明，得到的气帘的发散角较小，同时对周围区域的扰动也很小。实际的焊接试验证明这种结构的喷嘴可以有效吹除飞溅，保护聚焦透镜。
激光焊接 横向气帘 拉法尔喷嘴 纹影试验 laser welding crossjet Laval-cavity nozzle schlieren trial
决定光与物质相互作用的激光束的波长、入射角、偏振特性以及时间和空间特性是激光材料加工的主要光束特性。激光束的光束质量是其空间特性的量化反映。通过对两种不同激光加工系统输出激光光束质量进行测量和计算，根据多模激光束的聚焦理论，以及对激光深熔焊接实验结果的分析，研究了光束质量对深熔焊接焊缝成形的影响。结果表明，光束质量对聚焦光束的焦斑、聚焦角和焦深的影响不仅体现了激光源的可聚焦性，而且也标志了激光源的可加工能力，这是聚焦系统和焦点位置在选择过程中应该考虑的重要因素。
激光加工 光束特性 光束质量 深熔焊接 聚焦系统 离焦量 laser processing beam characteristics beam quality laser welding focus system defocus
1 北京工业大学激光工程研究院 北京 100022
2 国家产学研激光技术中心, 北京 100022
采用理论和实验两种方法研究了光束聚焦特性对激光焊接的影响。结果表明,获得足够高的功率密度是实现激光深熔焊接的前提条件,焊缝形状和深度、宽度取决于焊接能量的输入。在相同工艺参量条件下,焦斑大小决定了可以获得的功率密度;焦深决定了聚焦光束准直的范围;聚焦角影响到小孔壁的菲涅耳吸收。可以说,光束聚焦特性反映了聚焦光束不同横截面处光束束宽,导致了可以获得的功率密度的不同,进而对激光焊接结果产生影响。实际应用中,应根据需求选择合适激光器、聚焦系统以及焦点位置,得到最优的聚焦状态,获得理想的加工质量。
激光技术 激光制造 光束质量 聚焦 激光焊接
