1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
在空间引力波探测的超长臂干涉测量过程中，杂散光问题长期以来受到广泛关注。一方面，本地干涉仪发出的激光通过望远镜时会产生后向相干杂散光。另一方面，在轨情况下，来自空间的环境辐射入射到航天器还会产生前向非相干杂散光。一直以来，前向非相干杂散光受到的关注较少，然而却是空间引力波望远镜设计必须要考虑的因素。因此，本文对空间引力波探测望远镜在轨情况下产生的杂散光进行测量与抑制。首先，根据太极计划三星卫星编队的轨道数据对全年太阳角进行计算，对1064 nm波段附近的太阳辐射进行评估，推导了遮光罩投影函数，最终给出遮光罩设计指标。然后，对望远镜进行光学与机械建模，并对关键光学元件进行散射测量。最后，根据入射太阳光能量对到达望远镜出瞳的杂散光进行计算。结果表明：当入射光与光轴夹角为60°时，出瞳处的杂散辐射可达到3.9×10−12 W，对应点源透射比为8.7×10−9，满足空间引力波探测超低杂散光的需求。
空间引力波探测 杂散光 散射光学 spaceborne gravitational wave detection optical scattering stray light
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江 杭州 310024
本文研究了引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL（tilt-to-length，角度抖动与光程读出之间的）耦合噪声的影响。保持其他参量不变，仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值，仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响，进而计算出激光干涉信号经过全玻璃激光干涉仪最终在四象限光电探测器上进行干涉时，由于引力波望远镜的装调公差的存在导致的TTL耦合噪声的变化情况。通过对比发现，引力波望远镜的主镜与次镜的距离公差，对引力波望远镜的TTL耦合噪声的影响大于其他光学元件之间的距离公差对TTL耦合噪声的影响。主镜和次镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化与次镜和三镜之间的距离公差、三镜和四镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化符号相反；光阑和主镜之间的距离装调公差对TTL耦合噪声的变化影响很小，可以忽略不计。各个光学元件的距离装调公差导致的TTL耦合噪声的变化量与抖动角度之间呈抛物线规律分布。在装调空间引力波望远镜时，应着重控制主镜与次镜之间的距离误差。并且可以使用次镜和三镜之间的距离装调误差、三镜和四镜之间的距离装调误差导致的TTL耦合噪声来抵消由装调主镜和次镜之间的距离误差导致的TTL耦合噪声。
仪器，测量与计量 引力波 干涉测量 望远镜 装调公差 光学学报
2023, 43(19): 1912001
1 重庆工商大学机械工程学院制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室, 重庆 400067
2 重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心, 重庆 400067
为增强红外与可见光图像融合可视性, 克服红外与可见光图像融合结果中细节丢失、 目标不显著和对比度低等问题, 提出一种基于二尺度分解和显著性提取的红外与可见光图像融合方法。 首先, 以人类视觉感知理论为基础, 针对人眼对图像不同区域敏感性不同特性, 在跨模态融合任务中需要对源图像进行不同层次分解, 避免高频分量和低频分量混合减少光晕效应, 采用二尺度分解方法对源红外与可见光图像进行分解, 分别获取各自的基本层和细节层, 该分解方法能够很好的表达图像并具有很好的实时性; 然后, 针对基本层的融合提出一种基于视觉显著图(VSM)的加权平均融合规则, VSM方法能够很好提取源图像中的显著结构和目标。 采用基于VSM的加权平均融合规则对基本层融合, 能够有效避免直接使用加权平均策略而导致对比度损失, 使融合图像可视性更好; 针对细节层的融合, 采用Kirsch算子对源图像分别提取得到显著图, 然后通过VGG-19网络对显著图进行特征提取获取权值图, 并与细节层进行融合, 得到融合的细节层; Kirsch算子能在八个方向上快速提取图像边缘, 显著图中将包含更多边缘信息和更少噪声, 且VGG-19网络能够提取到图像更深层特征信息, 获取的权值图中将包含更多有用信息; 最后, 将融合后的基本层和细节层图像进行叠加, 获取最终融合结果。 在实验部分, 选取了四组典型的红外与可见光图像来进行测试, 并与其他六种目前主流方法进行对比。 结果表明, 该方法在主观质量上具有高对比度、 目标突出、 细节信息丰富和图像边缘特征保持较好等优势。 在信息熵、 互信息、 标准差、 多尺度结构相似度测量和差异相关和等客观指标上也展现出比较好的结果。
红外与可见光融合 二尺度分解 Kirsch算子 权值图 特征提取 Infrared and visible image fusion Two-scale decomposition Kirsch operator Weight map Feature extraction
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为满足星敏镜头的标准化设计需求，建立了基于参数化建模的星敏镜头辅助设计系统，以缩短产品设计周期及提高镜头设计的工艺质量和可靠性。首先，梳理了光学定心取边工艺的星敏镜头结构设计参数及其相互关系，然后基于光学设计输入对镜片设计进行参数化建模，通过实时计算镜片的设计工艺性指标，辅助设计者合理调整透镜设计，将工艺保障落实到设计的全过程；对镜片结构部分进行基于尺寸链的回转体多段线参数化建模，对镜片组件的镜片安装方式、方位、结构尺寸等进行自动设计和图形呈现，替代了人工重复性的设计操作，通过装配图全局设计与镜片组件设计相结合，并实时反馈镜头重量等信息，辅助设计者合理设计空间布局、评估设计结果，从而快速迭代镜头设计。使用结果表明：9片透镜的星敏镜头的装配图设计用时从原来的约15小时降低到约3小时，极大地提高了设计效率，设计的工艺性和可靠性得到保障。本文设计方案满足星敏镜头的标准化设计需求，并为其他精密仪器的参数化建模提供思路。
参数化建模 计算机辅助工艺 星敏感器 优化设计 parametric modeling computer-aided technology star sensor optimization design
1 合肥工业大学,a.电气与自动化工程学院
2 合肥工业大学,b.计算机与信息学院, 合肥 230009
雨天会大幅度降低图像质量, 对图像的后续处理产生阻碍。为了实现含雨图像的雨滴去除, 提出一种基于条件生成对抗网络的单图像去雨滴方法。该方法采用条件生成对抗网络（CGAN)基本架构, 以雨滴图像作为附加条件信息, 并且添加Lipschitz约束条件;采用条件对抗损失、内容损失以及感知损失相结合的方式来训练网络模型, 以修复有雨滴的区域, 并重建图像。实验结果表明, 提出的方法相较于现有算法雨滴去除效果更好, 并且在保证雨滴去除效果的基础上避免图像模糊。
雨滴去除 条件生成对抗网络 Lipschitz约束条件 网络模型 raindrop removal conditional generative adversarial network Lipschitz constraint network model
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
本文提出了一种全玻璃材料的光纤耦合器以实现高精度, 高稳定的干涉测量。首先, 介绍了干涉测量系统的工作原理以及光纤耦合器的系统设计, 然后通过理论分析选取了非球面透镜, 并根据具体的透镜参数进行了数值分析以及软件分析。接着进行了光束参数匹配度以及光束矢量匹配度的容差分析以及结构的热分析。最后结合理论分析以及精密的装调手段完成了光纤耦合器的制作。实验结果表明: 光斑尺寸相对于仿真结果的误差约为34%, 两光斑尺寸差异为09%, 偏心距离低于40 μm, 夹角约为60 μrad, 基本满足干涉测量系统的使用要求。
空间引力波探测 干涉测量 光纤耦合器 光斑 space gravitational wave detection interferometry measurement fiber-optic coupler spot
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京100124
2 中国科学院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
4 特种焊接技术安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232000
采用超窄间隙激光焊对100 mm厚304奥氏体不锈钢进行了焊接试验,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明,超窄间隙激光焊可以实现百毫米级及以上厚板的有效连接且焊缝的成形良好。接头的显微组织由奥氏体和少量铁素体组成,晶粒呈胞状和等轴状。接头的拉伸强度为658 MPa。拉伸断裂位于焊缝的胞状晶区,断裂形式为典型的延性断裂,断口形貌为细小均匀的韧窝和撕裂棱。焊缝组织中等轴晶区的显微硬度大于胞状晶区。
激光技术 超窄间隙激光焊 厚板焊接 显微组织 力学性能
1 中国科学院等离子体物理研究所， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学， 安徽 合肥 230026
3 特种焊接技术安徽省重点实验室， 安徽 淮南 232000
4 北京工业大学激光工程研究院， 北京 100124
5 南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室 ，江西 南昌 330036
利用激光焊工艺焊接了IC10单晶高温合金，分析了焊接速度对接头焊缝成形、横截面形貌以及显微组织的影响。结果表明，随着焊接速度的减小，焊缝的表面和背面宽度增大。不同焊接速度下焊缝的横截面均呈典型的“酒杯”状。焊缝主要由细晶区和胞状晶以及柱状晶组成。不同焊接速度下的焊缝中均存在沿晶界扩展的焊接裂纹。接头中晶粒的生长方向趋于一致，从而增大了接头裂纹的敏感性。
激光技术 激光焊 IC10单晶高温合金 显微组织 裂纹
1 中国科学院等离子体物理研究所装置总体研究室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院等离子体物理研究所特种焊接技术安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232000
采用20 kW超高功率光纤激光器单道焊接了20 mm厚316LN奥氏体不锈钢, 研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响, 并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明, 采用负离焦可以得到成形良好的焊缝；焊缝组织为单一的奥氏体组织, 焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒, 焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下, 焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa, 与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处, 为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。
激光技术 激光自熔焊 厚板 显微组织 力学性能
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为降低传统光栅横向剪切干涉仪中双方孔空间滤波器带来的加工和装调难度, 设计了一种基于9步式零级相位误差标定的光栅横向剪切干涉测量方法, 只需采用可变空间滤波器即可抑制零级串扰对相移相位复原的影响。针对数值孔径为0.125的投影光刻物镜, 完成了参数设计和原理验证系统的搭建。通过剪切相位复原和波前重构, 实现了该物镜的波像差检测。结果表明：其波像差小于20.32 nm。最后对该光栅横向剪切干涉仪进行重复精度实验, 其重复精度的方均根值为0.1303 nm, 系统性能良好。
测量 光栅 相位 干涉 串扰 重复精度
