浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器,有着高调制速度、高精度的优势,可对照明光进行振幅调制或相位调制,广泛应用于相位成像系统中。利用DMD对照明光振幅进行随机编码调制,通过数值仿真分析DMD加载随机编码图案时最小调制单元尺寸、开/关占比对相位成像的影响,利用差值映射迭代算法实现光场重建。通过实验验证了基于数值仿真分析所得的参数可以更快的迭代速度、更少的测量次数完成振幅与相位的恢复,本文方法对于视场为4.3 mm×4.3 mm的物体的重建分辨率可达6.9 μm。
成像系统 相位成像 随机编码 差值映射算法 数字微镜器件 光学学报
2020, 40(23): 2311001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 Research Center of Laser Fusion, CAEP, Mianyang 621900, China
There exist some shallow scratch defects on the super-smooth optical surface. Their detection has a low efficiency with the existing technologies. So a new detection method, dark-field detection of adaptive smoothing and morphological differencing (DFD-ASMD), is proposed. On one hand, the information of shallow scratches can be kept in dark-field images. On the other hand, their weak characteristics can be separated and protected from being overly reduced during the elimination of noise and background in the image. Experiments show the detection rate of shallow scratches is around 82%, and DFD-ASMD can lay a foundation for quality control of defects on the high-quality optical surface.
120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 120.4630 Optical inspection 150.1835 Defect understanding Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081202
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
双通道数据拼接技术能有效地增大激光雷达系统的动态探测范围, 改善大气回波信号的信噪比。提出了一种基于非支配排序遗传算法II(NSGA-II)与邻域粗糙集(NRS)的大气遥感激光雷达数据拼接智能算法, 即NRSWNSGA-II, 提高了数据拼接的准确性和稳定性。该算法以三个判断双通道数据拟合优度的评价函数为优化目标, 通过NSGA-II获得评价函数的Pareto最优解集, 进而利用NRS训练数据样本得到的权重进行线性规划, 实现了最优拟合范围内的全局随机搜索。实验结果表明, 所提算法拼接效果良好并在全天性数据拼接工作中有较好的稳定性。
大气光学 激光雷达 数据拼接 非支配排序遗传算法II 邻域粗糙集 评价函数
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
提出了一种新型的采用多纵模激光器作为发射光源的大气气溶胶遥感高光谱分辨率激光雷达(HSRL)技术。该技术将视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)作为光谱鉴频器，并在设计FWMI时使其周期鉴频特性与多纵模激光器的模式间隔相匹配，因而每个纵模的回波信号可被FWMI鉴频器进行效果一致的精细光谱分离。详细阐明了所提出的多纵模HSRL的原理和实现方式，定量讨论了制约多纵模HSRL中FWMI鉴频性能的主要因素。在1064 nm波段采用计算机仿真验证了所提技术的性能。多纵模HSRL技术可避免目前HSRL对单纵模激光器的依赖，既能减小HSRL中激光器的成本、体积和重量，又可以大幅提升了HSRL激光系统的稳定性，对我国机载和星载HSRL的研制具有一定的借鉴意义。
大气光学 激光雷达 高光谱分辨率 多纵模激光器 大气气溶胶探测
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
2 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
光学非球面面形的非零位检测较零位检测而言具有更强的通用性。详细分析了非球面非零位检测中回程误差的产生机理，结合校正方法将其分为可预知回程误差和不可预知回程误差两部分，分析其对最终检测结果的影响。然后介绍了实际检测中常用的回程误差校正方法的原理，通过仿真实验对比各种方法对不同非球面度、不同面形误差大小的被测非球面的校正效果，并结合方法原理和仿真结果分析了不同方法的回程误差校正能力，总结其适用范围。
测量 干涉 非球面检测 非零位 回程误差 校正方法
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)分子散射回波信号具有频谱展宽窄、能量弱等特点，相对于紫外和可见光HSRL 研发难度大大增加。光谱滤光器作为HSRL 的关键器件之一，与HSRL 系统的反演精度密切相关。根据光谱滤光器的信号透射率和光谱分离比与HSRL 系统反演精度的关系，通过分析1064 nm HSRL 散射回波的特点，对两种具有代表性的干涉光谱滤光器进行了建模和仿真分析。结果表明，在光束发散角较小时，Fabry-Perot干涉滤光器具有较好的滤光性能，但对面形精度要求较高，不易于加工和装调；视场展宽Michelson 干涉滤光器(FWMI)对光束的发散角不敏感，集光能力强，且对面形精度的要求相对较低，在实际应用中更适合用于近红外HSRL 系统光谱滤光器。
遥感 近红外高光谱分辨率激光雷达 干涉光谱滤光器 光谱分离比 光束发散角 面形精度
浙江大学光电信息工程学系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发，根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅，与改进的哈特曼模板(MHM)相比，其衍射场中只有四个级次，更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM 的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图，对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在，其四波横向剪切干涉图稳定，可以实现任意畸变的波前检测。
测量 随机编码混合光栅 夫琅禾费衍射 四波横向剪切干涉 中国激光
2015, 42(10): 1008006
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100094
3 中国工程物理研究院精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
分析了视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤光器时一个未引起广泛重视却又非常重要的问题：FWMI增透(AR)膜反射率容差评估。由于FWMI不同材料分界面的AR 膜无法做到100%透射，一旦光线经过该表面，将引起部分光被反射，且这部分光线将成为游离光线在干涉仪主体中不断被多次反射。分析了AR膜反射率导致的多次反射对FWMI滤光性能的影响机理，并采用光谱分离比(SDR)作为性能量化指标，提出了一种迭代算法来定量评估FWMI光谱分离特性与AR膜反射率的关系。分析结果表明，AR膜反射尽管对大气分子散射信号的透射率影响不大，但会较大的降低FWMI对气溶胶散射信号的抑制能力，最终总体上导致SDR 的降低。本方法对FWMI AR 膜反射率容差评估具有较大的参考价值，是保证FWMI良好设计性能的重要方面之一。
大气光学 激光雷达 高光谱分辨率 迈克耳孙干涉仪 增透膜 容差分析
浙江大学光电系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
对于精密光学元件表面微米亚微米量级的表面缺陷，光在缺陷处会产生强烈的衍射和散射效应，其在像面的分布情况不能简单地使用几何光学进行解释。采用时域有限差分方法(FDTD)建立了光学元件截面为三角形、矩形的表面缺陷的电磁理论模型，模拟仿真得到了缺陷附近区域及像面的散射光分布情况。并使用电子束曝光、反应离子束刻蚀工艺制作了矩形截面的缺陷样本板，对样本缺陷进行了散射成像实验，得到了暗场图像的灰度分布情况，并与理论仿真结果进行了比对。实验中得到的表面缺陷的像面光强分布情况与理论模拟基本吻合，为光学元件的加工制造和缺陷检测的尺度标定提供了理论依据和参考。
测量 表面光学 散射 表面缺陷 时域有限差分法
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演，在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展，并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。
高光谱分辨率激光雷达 气溶胶探测 温度测量 风速测量 高光谱分辨率滤光器 high spectral resolution lidar aerosol detection temperature measurement wind measurement high spectral resolution filter
