1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求，开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶（FFT）频谱分析仪在低频段0.1 mHz~100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz~0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试，本底噪声低于-99 dBc/Hz，同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz~100 kHz的相对强度噪声，本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz~0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔（NPRO）激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估，并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求，同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。
单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 快速傅里叶变换 空间引力波探测 中国激光
2023, 50(23): 2301009
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声（RIN）的需求，开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响，然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法，实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试，频谱分析频段可达到40 GHz，测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统，更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征，清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性，证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。
激光器 单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 高速光通信 微波光子 中国激光
2023, 50(22): 2201003
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528436
3 光驰科技（上海）有限公司，上海 200444
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
5 云南北方光学科技有限公司，云南 昆明 650216
为了满足5G光通信对细波分复用（LWDM）窄带滤光膜的要求，笔者采用电子束与离子辅助沉积技术，在K9基底上镀制了高质量光通信滤光膜。提出了一种高精度调试膜厚均匀性与光谱一致性的方法，该方法通过对特殊膜系镀膜结果进行反演分析，能快速分析出Ta2O5和SiO2两种材料光学厚度的误差，根据分析结果调节修正板，可以有效解决光学厚度匹配的问题，改善窄带滤光膜光谱。在镀制过程中采用光学直接监控法监控膜厚，对基板的实时光量值曲线进行拟合，根据拟合结果监控膜层厚度，同时采用晶控平均厚度法对耦合层与非规整膜层进行监控，提高了监控精度。最终制备的滤光膜在-0.2 dB处的带宽为4.1 nm，通带内最大插入损耗为0.14 dB，通带波纹为0.04 dB，-27 dB处带宽为6.0 nm，满足细波分复用窄带滤光膜的技术要求。
光通信 细波分复用 光学直接监控法 晶控平均厚度法 通带波纹 中国激光
2023, 50(19): 1903101
1 重庆大学 数学与统计学院，重庆4033
2 长春长光辰谱科技有限公司，吉林长春130000
光学影像精准定位是提高工业生产效率和质量的重要环节。传统图像处理定位方法由于光照、噪声等环境因素的影响，在复杂场景下定位精度低、易受干扰；而经典深度学习网络虽然在自然场景目标检测、工业安检、抓取、缺陷检测等得到了广泛应用，但是其海量数据的训练需求、复杂系统的深度学习大模型、检测框的冗余及不精确等问题，导致它不能直接应用于工业零部件像素级精准定位。针对以上问题，构建了一种零部件光学影像像素级精准定位的轻量化深度学习网络方法。网络总体选用Encoder-Decoder架构，Encoder使用三级bottleneck级联，在降低特征提取参变量的同时充分提升了网络的非线性；Encoder与Decoder对应特征层实施融合拼接，促使Encoder在上采样卷积后可以获得更多的高分辨率信息，进而更完备地重建出原始图像细节信息；最后，利用加权的Hausdorff距离构建了Decoder输出层与定位坐标点的关系。实验结果表明：轻量化深度学习定位网络模型参数为57.4 kB，定位精度小于等于5 pixel的识别率大于等于99.5%，基本满足工业零部件定位精度高、准确率高和抗干扰能力强等要求。
机器视觉 光学影像 深度学习 精准定位 轻量化 machine vision optical image deep learning precise localization lightweight 光学 精密工程
2023, 31(17): 2611
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
对于大型光学望远镜来说,主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求,由于主镜质量较大,因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构,其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。随着望远镜的口径不断增大,应用场景的不断发展,次镜调整机构不止要保证高精度,还要有高负载,其设计也越来越具有挑战性。为了寻找大口径望远镜次镜调整机构的可行方案,针对大型光学望远镜的次镜调整机构的发展需求和不同的应用情况,对不同的次镜调整机构进行了整理,分类和对比,最后对各种次镜调整机构的优势与不足进行了总结,对大口径望远镜未来的发展进行了展望。
大型光学望远镜 次镜系统 调整机构 large optical telescope secondary mirror system adjustment mechanism
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
望远镜分辨率和集光能力与其口径成正比。随着人类对于望远镜分辨力要求的日渐严格，望远镜的镜面尺寸也在不断的增加。镜面尺寸的不断加大，使镜面视宁度变得越来越重要。镜面视宁度主要是指由于镜面表面的湍流所导致的像质下降。当镜面尺寸超过当地大气湍流尺度时，就不得不考虑这一因素对于成像或者加工的影响。系统的工作环境在一定程度上会影响镜面视宁度，所以镜面视宁度对于集成检测过程也有重要的意义。因此，为了提高镜面加工的面形精度，检测系统的集成效果，必须精确测量仪器的镜面视宁度，从而为其加工检测和应用集成提供判断。文中从原理、研究现状以及在镜面视宁度上的应用三个方面出发，阐述了一维检测（自准直仪法等）、二维检测（斜率/曲率法、全息波前传感法和剪切干涉法等）、三维检测（全息粒子测速法与温度场法等）。通过介绍面向不同场景与检测要求的检测方法，对镜面视宁度的检测具有很好的指导意义。
镜面视宁度 湍流 检测方法 应用 mirror seeing turbulence test method application 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220488
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息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 张江实验室，上海 201210
光子学报
2022, 51(12): 1216001
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
基于半主动光学技术的半主动支撑，通过力矩促动器(Warping Harness, WH)弹簧叶片将校正力转换为校正力矩，对由重力、温度等误差源引入的镜面低阶像差进行校正。针对利用传统经验设计反射镜时存在的设计缺陷，提出一种反射镜支撑系统优化设计新方法，即结合结构尺寸优化和经验设计的镜面支撑系统综合设计优化方法，并建立一套基于WH 的半主动镜面支撑系统。首先，按照经验公式设计了支撑系统初始结构；设计了一款L形镂空式WH弹簧叶片，并对其开展了非线性分析及疲劳分析，确定叶片厚度为2 mm、寿命为1.2×106次。然后，通过优化镜面支撑点位置、三角板柔节位置、支撑系统柔性件关键尺寸参数，将光轴竖直及水平状态下镜面RMS值由119 nm和106 nm分别降至13.3 nm和4.8 nm；1 °C温差状态下镜面面形差由2.8 nm降至1.9 nm；一阶谐振频率由80 Hz提升至130 Hz。最后，采用提出的方法对半主动支撑系统的校正能力进行验证。结果表明：本套半主动支撑系统对镜面离焦、初级像散、初级慧差、初级球差的校正率最高可达99%，且校正后各像差幅值均小于1 nm；室温自重状态下对镜面面形RMS值校正率最高可达46.5%；温升10°C情况下的校正率为31.28%。
支撑系统 集成优化 半主动光学 力矩促动器 低阶像差 support system integration optimization semi-active optics Warping Harness low-order aberrations
