1 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212100
2 山东大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
叠层成像的成像分辨率会受到数值孔径和电荷耦合器件（CCD）像素尺寸的限制。CCD靶面有限则数值孔径有限，采集大光斑图像时，易丢失CCD靶面边缘的部分高频信息。此外，像素尺寸较大会导致成像时采样率不足，也会丢失部分细节高频信息。提出了一种高分辨率叠层成像方法，可同时处理数值孔径和CCD像素尺寸的分辨率限制问题。首先，利用外推法补充因数值孔径有限丢失的高阶衍射信息，之后将外推法重建的图像代入基于多权重损失函数的生成对抗网络中，即可快速解决像素尺寸受限问题，提高成像分辨率。多权重损失函数为均方误差、特征图误差和对抗误差的加权和。通过设置合理的权重，可以实现像素和视觉层面的均衡处理。仿真及实验结果表明，该方法在提高叠层成像系统分辨率上具有显著效果，且运算效率高。
超分辨率 叠层成像 外推法 生成对抗网络 多权重损失函数 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811003
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optoelectronic Information of Science and Engineering, School of Science, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212100, China
2 Key Laboratory of Ferro and Piezoelectric Materials and Devices of Hubei Province, Faculty of Physics and Electronic Science, Hubei University, Wuhan 430062, China
3 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
We reporte and demonstrate a solid-state laser to achieve controlled generation of order-switchable cylindrical vector beams (CVBs). In the cavity, a group of vortex wave plates (VWPs) with two quarter-wave plates between the VWPs was utilized to achieve mode conversion and order-switch of CVBs. By utilizing two VWPs of first and third orders, the second and fourth order CVBs were obtained, with mode purities of 96.8% and 94.8%, and sloping efficiencies of 4.45% and 3.06%, respectively. Furthermore, by applying three VWPs of first, second, and third orders, the mode-switchable Gaussian beam, second, fourth, and sixth order CVBs were generated.
cylindrical vector beams order-switchable beams vortex wave plates solid-state laser Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101401
1 江苏科技大学理学院光电信息科学与工程系, 江苏 镇江 212100
2 江苏科技大学应用光学研究中心, 江苏 镇江 212100
建立了一种新型拉盖尔-高斯幂指数相位涡旋光束(PEPVB)理论模型,并基于广义柯林斯公式建立了拉盖尔-高斯PEPVB在傍轴近似下的传输理论模型。采用MATLAB数值计算软件仿真了拉盖尔-高斯PEPVB的自由空间传输特性和聚焦特性与径向阶数、拓扑荷数、幂指数和传输距离的关系。研究结果表明拉盖尔-高斯PEPVB及其传输特性不仅与幂指数和拓扑荷数有关,还与拉盖尔-高斯多项式的径向阶数有关,且在传输过程中光束能量沿着环形旋转聚集。这为光学操控微粒沿弯曲路径移动并避开障碍物打下了基础,对促进新型光场调控的理论及应用研究具有重要的意义。
物理光学 涡旋光束 光场调控 幂指数相位涡旋光束 拉盖尔-高斯光束 光场传输
1 江苏科技大学理学院, 江苏 镇江 212003
2 江苏金海创科技有限公司, 江苏 镇江 212132
光纤模式耦合器因其较宽的波长带宽、高效率的模式耦合成为全光纤超短脉冲涡旋光束产生的首选。首先研究了单模光纤、少模光纤以及空心光纤的矢量模式特性, 并分别设计了用于掺镱光纤激光器的单模-少模光纤(SMF-FMF)模式耦合器和单模-空心光纤(SMF-HCF)模式耦合器。然后, 采用数值仿真软件研究了模式耦合器的耦合特性, 分析纤芯间距与耦合效率的关系。仿真结果表明：SMF-FMF模式耦合器可以将LP01模式转化为LP11/LP21模, 且耦合效率大于96％; 而SMF-HCF模式耦合器可以将HE11转化为HE21/HE31模, 其耦合效率超过82%。SMF-FMF模式耦合器和SMF-HCF模式耦合器的设计为掺镱锁模光纤激光器获得大拓扑荷超短脉冲涡旋光束奠定了基础。
涡旋光束 光纤模式耦合器 少模光纤 空心光纤 vortex beam fiber mode coupler few mode fiber hollow core fiber
1 江苏科技大学理学院, 江苏 镇江 212100
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
扩展叠层成像方法(ePIE)到达收敛条件时需消耗大量迭代次数及计算时间,计算负担大。为提高ePIE的收敛速度,提出了一种基于非全局轴向多光强限制的快速收敛ePIE。该方法要求经样品调制的衍射光强由分光棱镜分束后用两个相同型号但轴向距离不同的CCD接收,在成像算法上分为2次轴向多光强限制和ePIE重建阶段。轴向多光强限制阶段在ePIE中加入了两个CCD平面之间的往返迭代及强度限制,可约束物函数和照明光场函数向有效方向更新,进而提高收敛速度;ePIE重建阶段使用常规ePIE算法,既能保持轴向多光强限制阶段带来的有效收敛速度,又能减少两个CCD多次往返的衍射计算,提高时间效率。仿真及实验结果表明,本方法在收敛速度和时间效率方面均具有优越的性能。
信息处理 相位复原 叠层成像 快速收敛 非全局轴向多光强限制 中国激光
2021, 48(21): 2109002
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
在传统多波长迭代算法的基础上, 引入角谱传输理论和梯度加速函数, 提出一种快速收敛的相位恢复迭代算法--多波长梯度加速迭代算法。该算法利用不同波长的光源经过相同光路在固定位置处所探测的光场强度信息, 通过迭代逼近, 并在迭代过程中引入梯度加速方法, 提高收敛速度, 从而恢复出输入面的相位信息。构建仿真模型, 随机选取初始迭代值, 对已知相位分布的输入场进行相位恢复, 并与传统多波长迭代算法进行了比较, 该算法表征相位面复原精度的相对均方根值均达到10-3数量级, 收敛速率提高了两倍以上。在635~785 nm波段内选取多组不同波长数量的入射光利用该算法进行对比实验, 结果表明当波长数量为7、 8时该算法具有良好快速的收敛特性及高精度的相位恢复能力。
全息 迭代算法 相位恢复 多波长 角谱传输 梯度加速
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
计算全息元件(CGH)可实现光学非球面的零位干涉高精度检测，但深度非球面的非球面度以及非球面度梯度均较大，使检测所需CGH的局部空间频率偏大，加工困难。提出一种用组合CGH检测深度非球面的方法，该方法通过组合两个低空间频率CGH，实现深度非球面检测时所需的单个高空间频率CGH的功能。由一维线性光栅模型推导组合CGH与传统单个CGH空间频率的关系，并由此给出组合CGH初始相位，逐步优化可求得最佳相位。以最大非球面度193.434 μm、最大非球面度梯度75.788 μm/mm的深度非球面为测试样例，设计了单个CGH和组合CGH，残留波前误差均小于λ/250，组合CGH最大空间频率约为单个CGH的50%。设计了辅助装调CGH减小装调误差的影响，并分析了组合CGH之间俯仰倾斜偏差、中心偏差以及轴向定位偏差对检测精度的影响。
测量 干涉测量 计算全息 深度非球面 空间频率 光学学报
2016, 36(11): 1112004
1 金陵科技学院 视光工程系, 江苏 南京 211169
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
3 江苏北方湖光光电有限公司, 江苏 无锡 214035
为了完成全谱段成像光谱仪的地面辐射标定, 设计了一种大口径离轴反射式太阳模拟系统, 用于在实验室环境下模拟空间环境中的太阳辐射。阐述了太阳模拟系统的光学系统参数的计算过程, 并运用Lighttools软件完成了光学系统的建模和仿真, 根据光学系统的布局和系统的热负荷分布, 给出了风冷系统的设计方案, 并运用ICEPAK软件完成了散热系统的仿真验证。测试了太阳模拟系统的各项参数, 结果表明: 在满足系统散热要求的情况下, 最大辐照度达到1.17个太阳常数, 辐照不均匀度在辐照面Φ200 mm范围内为±1.61%, 在辐照面Φ400 mm范围内为±3.28%。
光学设计 太阳模拟系统 辐照度 不均匀度 optical design solar simulator irradiance non uniformity
