1 江苏海洋大学电子工程学院，江苏 连云港 222005
2 金陵科技学院网络与通信工程学院，江苏 南京 211169
随机并行梯度下降（SPGD）算法是无波前探测自适应光学（AO）系统最常用的控制算法，这种方法一般以变形镜的驱动电压作为控制参数。但随着变形镜单元数的增加，以变形镜驱动电压作为控制参数的AO系统的收敛速度将会大大降低，常采用模式法来降低控制参数的维度。对比分析了不同单元数的变形镜对K?L模式和Zernike模式各阶像差的拟合能力，并以大气湍流影响下的光波波前像差作为校正对象，分别考察了K?L模式和Zernike模式系数作为控制参数时的AO系统的收敛速度和校正效果。结果表明：以常规SPGD控制算法（以驱动器电压作为控制参数）的收敛情况作为参考指标时，基于K?L模式的SPGD控制算法和基于Zernike模式的SPGD控制算法的收敛速度相较于常规SPGD控制算法分别提升了47.5%和29.4%。当大气湍流强度分别为10、15、20时，以K?L模式系数作为控制参数时的校正效果和收敛速度均优于以Zernike模式系数作为控制参数时的情况。以上研究结果为基于K?L模式的SPGD控制算法的实际应用提供了参考。
光通信 自适应光学 随机并行梯度下降 变形镜 K‑L模式 波前校正 中国激光
2023, 50(14): 1405001
1 江苏海洋大学 电子工程学院，江苏 连云港 222005
2 江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港 222005
FPGA（field programmable gate array）具有可重复编程、算法实现灵活等优势，以97单元变形镜为原型，提出基于FPGA的SPGD（stochastic parallel gradient descent algorithm）控制算法通用快速实现方案。采用TimeGen软件对SPGD算法进行时序分析，并采用Vivado软件分别对SPGD算法随机扰动电压生成、性能指标计算和控制电压的计算与输出进行FPGA配置和编程，将每个模块的计算结果与Matlab结果进行对比、分析。研究结果证明了该文所提方案的合理性和可行性，为下一步基于FPGA的SPGD算法硬件实现和应用提供基础。
自适应光学系统 SPGD控制算法 FPGA 变形镜 adaptive optics system SPGD control algorithm FPGA deformable mirror
江苏海洋大学 电子工程学院，江苏 连云港 222005
近年来自适应光学（AO）系统向着小型化和低成本化趋势发展，无波前探测自适应光学（WFSless AO）系统由于结构简单、应用范围广，成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后，系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。新兴的深度学习及人工神经网络为WFSless AO系统控制算法注入了新的活力，进一步推动了WFSless AO系统的理论发展与应用发展。在回顾前期WFSless AO系统控制算法的基础上，全面介绍了近年来卷积神经网络（CNN）、长短期记忆神经网络（LSTM）、深度强化学习在WFSless AO系统控制中的应用，并对WFSless AO系统中各种深度学习模型的特点进行了总结。概述了WFSless AO技术在天文观测、显微成像、眼底成像、激光通信等领域的应用。
自适应光学 无波前探测 深度学习 人工神经网络 adaptive optics wavefront sensorless deep learning artificial neural networks 强激光与粒子束
2021, 33(8): 081004
宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室, 宁夏 银川 750021
有机-无机杂化钙钛矿发光二极管(PeLED)作为一种新型发光器件,具有原料来源广、器件制备简单和载流子迁移率高等优点,使其成为显示与发光领域的研究热点之一。由于PeLED存在发光稳定性差和器件均匀发光区域小的缺点,并且对于PeLED量子效率的测试没有统一的测量方法。鉴于此,提出一种新型的PeLED量子转化效率测量系统。首先采用小尺寸积分球并结合光谱测量系统对PeLED发射光进行收集,最终得到其量子转化效率。然后采用GaN发光二极管的数据作为标准数据,并对该系统的中心波长、亮度及辐射亮度进行校准。最后使用该测量系统测量PeLED器件的性能。实验结果表明,当电压为3.2V时,PeLED的外量子效率最高,值为0.089%,与参考值的误差不超过6%。
光学设计 测量 钙钛矿发光二极管 外量子效率 积分球 光谱仪 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 212201
1 河北工程大学 机械与装备工程学院, 邯郸 056038
2 中节能天融科技有限公司, 北京 100085
为了适应当下网格化大气监测中低体积分数的SO2气体检测需要，针对紫外荧光法模块化应用的光路关键性问题，将物远心光学系统与双平凸组合光学系统相结合，应用于SO2检测模块的激发光路和采集光路上。采用多光学系统优势互补的方法，进行了理论分析和实验验证。通过模型的建立，分析了光路系统对反应室信噪比的影响，结合ZEMAX软件仿真、蒙特卡洛法公差评价分析与整个光学系统的间接实验验证，取得了该优化光路系统应用。结果表明，其仪器线性度的相关系数的平方能够达到0.9999。该光学系统具有较强的应用价值，能够为紫外荧光法模块化光路系统设计提供理论依据与实验数据支持。
光学设计 光路研究 光路建模 ZEMAX仿真 实验分析 optical design light path research optical path modeling ZEMAX simulation experimental analysis
河北工程大学机械与装备工程学院, 河北 邯郸 056038
大气中二氧化硫(SO2)浓度很低,发出的荧光信号很弱,直接影响了SO2浓度的检测精度,并且传统荧光采集光路长,这阻碍了仪器的微型化发展。为提高荧光信号的采集效率以及仪器的检测精度,缩短传统光路,针对荧光随机性发散分布特征,利用ZEMAX软件进行痕量SO2荧光信号采集光路的设计,并与传统荧光采集光路进行对比仿真分析。仿真结果表明:优化后的荧光采集光路对荧光的采集效率约为22.6%,比传统荧光采集光路的采集效率高4倍,透镜组的像方主点到最佳采集点的距离减少了29.17%。优化后的光路有利于进一步实现已有大气痕量硫检测仪器的小型化改进与检测精度的提高。
测量 痕量二氧化硫气体 荧光采集光路 ZEMAX软件仿真 效率 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 051203
山东大学 控制科学与工程学院 生物医学工程系, 山东 济南 250061
连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提, 无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来, 随着测量精度的不断提高, 基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力, 有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法, 重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析, 对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。
无创血糖检测 医用光学 偏振旋光法 光学成像 光谱分析 noninvasive blood glucose detection medical optics polarized optical rotation optical imaging spectral analysis
1 宁夏大学光伏材料重点实验室, 宁夏 银川 750021
2 宁夏巨源新材料科技有限公司, 宁夏 银川 750021
针对钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD层氧化不足或氧化过度而导致器件性能较低的问题,研究了空穴层Spiro-OMeTAD氧化对器件光电性能的影响。采用4种不同的方式对空穴层进行氧化,对氧化前后空穴层薄膜的光电性能进行研究,以确定最佳的氧化方式及条件。制备了结构为ITO/SnO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Ag的平面型器件,对氧化前后器件的光电性能进行表征及对比分析。结果表明:有效的氧化方式可减少Spiro-OMeTAD膜表面的针孔,使Spiro-OMeTAD膜层更加致密,提高钙钛矿太阳能电池的填充因子;氧化处理同时也降低了Spiro-OMeTAD膜层对光的寄生吸收,提升了钙钛矿太阳能电池的有效光学吸收率。此外,氧气氧化Spiro-OMeTAD前驱液的方式,优于其他三种氧化方式,由此得到的器件相比于空气氧化器件,正扫模式下填充因子由0.43增加至0.63,光电转化效率由9.06%提升至14.19%。
薄膜 钙钛矿太阳能电池 Spiro-OMeTAD空穴传输层 氧化 光学吸收 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 183101
