1 北京工业大学理学部物理与光电工程系，北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
3 深圳大学物理与光电子工程学院，广东 深圳 518000
4 深圳市微纳光子信息技术重点实验室，广东 深圳 518000
太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波，可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型，通过记录不同投影角度下的强度数据，采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展，已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法，并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理，并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。
太赫兹成像 计算层析 三维成像 照明光场调控 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211012
1 沈阳飞机设计研究所, 沈阳 110000
2 北京航空航天大学,自动化科学与电气工程学院.飞行器控制一体化技术重点实验室
3 沈元学院, 北京 100000
4 北京航空航天大学,自动化科学与电气工程学院，飞行器控制一体化技术重点实验室
针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题, 基于Lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先, 建立了无人机编队模型, 包括通信拓扑模型和编队几何模型, 并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量; 接着, 设计了期望的加油轨迹, 并基于Lyapunov导航向量场方法设计了加油机(编队参考点)的飞行控制律; 然后, 根据加油机的位置、速度信息, 基于一致性理论设计了加、受油机会合编队控制方法, 并分析了该方法的稳定性; 最后, 进行了数字仿真,表明了所提方法的有效性。
自主空中加油 无人机编队 Lyapunov导航向量场 一致性理论 automated aerial refueling UAV formation Lyapunov guidance vector field consensus theory
1 北京工业大学理学部，北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
太赫兹同轴数字全息是一种全场、无透镜、定量相衬成像方法，具有简单且稳健的光路结构，适合太赫兹波应用，然而其固有的孪生像问题会严重降低再现像的质量。提出一种将物理模型和卷积神经网络相结合的迭代相位复原方法，在无需施加约束以及准备预训练的标记数据集情况下，可从单幅同轴数字全息图中高保真度地恢复出样品的复振幅分布，并充分抑制孪生像干扰。仿真和实验结果表明了该方法的可行性，再现像质量优于目前主流方法，即基于物理增强神经网络的方法可以进一步拓展太赫兹数字全息成像的应用范围。
连续太赫兹波 同轴数字全息 神经网络 相位复原 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811002
1 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
2 北京工业大学理学部，北京 100124
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
三维显微测振仪可用于测量微结构的三维振动，其两条离轴光路用于接收包含面内振动信息的信号光，系统的机械形变会直接影响光纤的耦合效率，从而影响系统的测振精度。结合衍射传播理论和光纤耦合原理，建立了离轴光路的信号光传输耦合模型，针对信号光平面与光纤平面存在倾角的问题，利用频域坐标旋转变换法将倾斜的物面信号光场投影到平行的参考平面上，再基于菲涅耳衍射传播计算得到光纤平面的光场分布，进而结合光纤的模场分布可计算得到光纤耦合效率。研究了耦合透镜、光纤等元件的机械形变对光纤耦合效率的影响，阐明了光纤耦合效率和各个机械变形量的关系，为三维激光多普勒显微测振系统的设计和装调工作提供了理论指导。
测量 干涉测量 三维显微测振 机械形变 光纤耦合 衍射传播理论 光学学报
2023, 43(10): 1012002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Optoelectronics Engineering, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
The converging lens is one of the key components in high-resolution terahertz imaging. In this Letter, a binary diffractive lens is proposed for the scanning imaging system working at 278.6 GHz, in which a convergent beam with a waist diameter of 0.65 mm is generated, and 1 mm lateral imaging resolution is realized. This low-cost terahertz lens, constituted by concentric rings with different radii, is optimized by stimulated annealing algorithm and fabricated by three-dimensional printing. Compared with the conventional transmissive convex lens, higher resolution and enhanced imaging quality are achieved via smaller focal spot of the illumination beam. This type of lens would promote terahertz imaging closer to practical applications such as nondestructive testing and other scenarios.
terahertz imaging binary diffractive lens phase modulation three-dimensional printing Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 030501
1 中国电子科技集团公司第九研究所, 四川 绵阳 621000
2 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
针对基于环球耦合谐振的钇铁石榴石(YIG)小球陷波器装配调试工艺复杂、不利于多通道集成的问题, 提出了一种采用静磁波技术来实现YIG单晶薄膜陷波器结构与设计方法。该文通过对单晶薄膜陷波器工作原理的分析, 静磁反向体波的角频率与波数(ω-k)色散特性与微带激励谐振换能器的静磁波激励特性的数值计算及器件仿真优化, 设计了调谐工作频段为6~8 GHz的实用化YIG单晶薄膜陷波器。设计仿真与实验结果表明, 在6~8 GHz内调谐频段陷波器均能保证良好的通带插损、阻带深度及30 dB阻带带宽等技术指标。
陷波器 钇铁石榴石(YIG)单晶薄膜 静磁反向体波 色散 辐射电阻 notch filter YIG single crystal thin film magneto-static backward bulk wave dispersion radiation resistance
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
3 Beijing-Dublin International College, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
Three-dimensional (3D) refractive index (RI) distribution is important to reveal the object’s inner structure. We implemented terahertz (THz) diffraction tomography with a continuous-wave single-frequency THz source for measuring 3D RI maps. The off-axis holographic interference configuration was employed to obtain the quantitative scattered field of the object under each rotation angle. The 3D reconstruction algorithm adopted the filtered backpropagation method, which can theoretically calculate the exact scattering potential from the measured scattered field. Based on the Rytov approximation, the 3D RI distribution of polystyrene foam spheres was achieved with high fidelity, which verified the feasibility of the proposed method.
diffraction tomography three-dimensional terahertz imaging three-dimensional reconstruction algorithm refractive index measurement Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123701
1 北京工业大学应用数理学院，北京 100124
2 北京工业大学应用数理学院，北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
太赫兹波具有独特的低能性、高穿透性、惧水性等成像特性，将其应用于相衬成像能够反映物体的内部结构和更加丰富全面的生物信息，在生物医学检测等领域具有重要的应用。其中，太赫兹波数字全息成像是一种可以给出定量的振幅和相位信息的非接触、全场相衬成像方法，是太赫兹成像技术领域的重要研究方向之一。本文基于连续太赫兹源，从离轴式和同轴式数字全息成像的相衬成像原理、光路系统和再现算法多个方面，介绍了相关技术的研究现状，分析了太赫兹源、再现算法等因素对成像分辨率的影响，并对太赫兹数字全息的发展趋势进行了展望。
太赫兹成像 数字全息 分辨率 相衬成像 terahertz imaging digital holography resolution phase contrast imaging
