长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
相干激光通信具有高速率及传输距离长等优势，在星间激光通信中占有重要的地位。相干光通信系统充分利用了光的强度、相位、频率和偏振等信息，不仅能提高频带利用的效率，同时还能够延长光通信中继距离。四相相移键控（QPSK）调制与解调作为一种多进制调制方式，可以大幅度地提升频谱资源的利用率。本文针对相干光激光通信的QPSK调制与解调响应速率的问题，提出了一种改进型的科斯塔斯（Costas）环，实验验证了完整的QPSK调制与解调系统，同时验证了改进型Costas环的性能可行性。
相干光学与统计光学 现场可编程门阵列 四相相移键控 Costas环 解调 仿真 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0103001
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210826
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林长春30033
2 中国科学院大学， 北京100049
3 中国科学院 天基动态快速光学成像技术重点实验室， 吉林长春100
针对现有算法卫星姿态确定中模型参数估计不准确，系统存在外界干扰下稳定性差和跟踪精度不足的问题，提出一种自适应无迹卡尔曼滤波算法，对卫星三轴姿态进行估计。首先分析了陀螺和星敏组合定姿的工作原理，然后推导了以误差四元数为状态变量的卫星姿态运动学方程。滤波过程中，该算法引入自适应矩阵，对量测噪声协方差矩阵进行调整；依据滤波发散判别准则，对系统噪声协方差矩阵进行自适应修正，抑制滤波过程中可能的发散情形，获得了良好的自适应性能。实验结果表明，在参数估计不准确时，自适应无迹卡尔曼滤波相比鲁棒自适应UKF算法，三轴估计精度的均方根误差（RMSE）分别提升了30.0%，34.1%，22.4%。该算法基本满足卫星姿态确定的高精度、强鲁棒性等要求。
卫星姿态确定 自适应滤波 误差四元数 鲁棒性 satellite attitude determination adaptive filtering error quaternion robustness
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China
2 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
Quantum walks, a counterpart of classical random walks, have many applications due to their neoteric features. Since they were first proposed, quantum walks have been explored in many fields theoretically and have also been demonstrated experimentally in various physical systems. In this paper, we review the experimental realizations of discrete-time quantum walks in photonic systems with different physical structures, such as bulk optics and time-multiplexed framework. Then, some typical applications using quantum walks are introduced. Finally, the advantages and disadvantages of these physical systems are discussed.
quantum walk linear optics integrated photonics time-bin encoding single photon Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052701
西安建筑科技大学信息与控制工程学院， 陕西 西安 710055
现有盲道分割算法是通过提取颜色或纹理特征，采用聚类等方法来进行分割，易受盲道类型和外部环境影响。针对此问题，从盲道整体特征进行考虑，引入学习的方式，提出了一种基于显著性检测和改进投影字典对学习的盲道分割方法。该方法首先利用显著性检测，对盲道区域进行粗定位；然后以图像块作为处理单元，通过所提出的稳健字典对学习算法进行字典学习；接着将粗定位后的图像分块在该字典上进行稀疏重构；最后按照重构误差进行分类，以达到分割的目的。实验结果显示，在盲道分割中，该算法相对于现有算法，无论是准确性，还是普适性都表现更好。
图像处理 图像分析 盲道分割 稳健字典对学习 图像块 激光与光电子学进展
2017, 54(4): 041001
西安建筑科技大学信息与控制工程学院, 陕西 西安 710055
与以题款印鉴为主要依据的人工分类方法不同, 采用图像内容特征作为计算机分类的信息来源, 是数字化中国画管理的重要工作。针对数字化中国画存在的各种不规范问题和已有特征提取算法的一些不足, 提出了基于图像熵的分块筛选方法, 与复杂网络理论相结合来提取中国画的纹理特征, 并使用支持向量机进行分类。实验结果表明, 该方法能有效地提取中国画纹理特征并进行分类, 且在图像不规范的情况下依然有较好的表现。
图像处理 图像分析 纹理特征 复杂网络 图像熵 激光与光电子学进展
2017, 54(2): 021008
1 哈尔滨工业大学深圳研究院电子与信息工程学院, 广东 深圳 518055
2 深圳市大族激光科技股份有限公司精密切割事业部, 广东 深圳 518057
研究了亚克力导光板的CO2激光精密高速钻孔工艺。具体采用激光脉冲划线的方式在亚克力基材上高速蚀刻出盲孔作为导光点，旨在提高亚克力基材对光线的漫反射，并优化激光单点能量、脉宽、重复频率、离焦量、切割速度、加速度等工艺条件使导光点满足工业用户对盲孔直径、蚀刻深度和孔间距等参数的需求。实验在光学级亚克力基材上高速钻出微孔，并利用光学检测设备对产品的导光效果进行了测试。实验结果表明：采用实际输出功率为100 W的CO2激光器，波长为10.6 μm，重复频率为8 kHz，激光脉宽为10 μs，切割速度为2500 mm/s，加速度为40000 mm/s2，离焦量为0.6 mm，使用首尾抑制脉冲技术在幅面为422 mm×242 mm的亚克力导光板上高速蚀刻出直径为157 μm，深度为30 μm，间距为300 μm的盲孔阵列作为导光点，亚克力导光板对光线的漫反射的均匀性、亮度等均满足工业客户的要求，并且钻孔效率可以高达2000 s-1。
激光技术 亚克力 导光板 激光钻孔 盲孔 液晶显示 光学学报
2014, 34(s1): s114016
1 哈尔滨工业大学深圳研究院电子与信息工程学院, 广东 深圳 518055
2 深圳市大族激光科技股份有限公司精密切割事业部, 广东 深圳 518057
主要研究薄板陶瓷微孔的激光精密加工工艺。具体采用CO2、光纤激光器以脉冲打孔和切割技术，通过优化激光器功率、占空比、重复频率、离焦量、辅助气体类型、气压等工艺参数，旨在改善激光加工陶瓷微孔的热影响、锥度和提高激光加工效率满足工业应用的要求。实验结果表明：采用CO2激光能够加工出孔径为80~200 μm的微孔，其效率达18 hole/s，热影响也得到了明显改善；而采用光纤激光单脉冲方式打孔速度达300 hole/s，其微孔锥度可控；切割方式打孔速度达6~8 hole/s，且能够获得孔径为100 μm的直微孔的稳定激光微加工。
激光技术 陶瓷 激光微加工 激光钻孔 精密加工 光学学报
2014, 34(s1): s114012
1 第二炮兵工程大学, 西安 710025
2 中国人民解放军96263部队, 河南 洛阳 471003
3 中国人民解放军96656部队, 北京 102208
针对多子阵平板天线离散口径带来的高旁瓣问题, 分析了不同仰角下的峰值旁瓣电平成因, 提出了降低多子阵天线峰值旁瓣电平的方法。以降低工作范围内的峰值旁瓣为目标, 采用遗传算法研究了天线口径、阵元方向性、幅度衰减等因素对多子阵天线的影响, 实现了峰值旁瓣的最佳优化。仿真结果表明, 多子阵天线的方向图综合仅需考虑最小间距约束; 除子阵间距外, 阵元方向性和幅度衰减对多子阵天线的优化也有一定的影响, 在优化过程中需综合考虑, 本文方法与分析结果可为多子阵平板天线的设计提供参考。
多子阵平板天线 间距优化 峰值旁瓣 天线口径 幅度衰减 planar antenna with multiple subarrays spacing optimization peak sidelobe level antenna aperture amplitude attenuation
