张鹏 1,*刘传 1董冰 1张刚强 2[ ... ]佟首峰 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
2 水声对抗技术重点实验室,上海 201108
3 海南师范大学物理与电子工程学院,海南 海口 570100
将Lambert-Beer定律引入双向反射分布函数,推导出一种适用于球形合作目标后向激光雷达散射截面的数学计算模型,并以此为理论基依据,建立了用于测量微珠合作目标后向激光雷达散射截面的实验系统,利用该实验系统,开展了对不同材料球形合作目标回波信号相对强度的光谱数据测量,同时采集50 mW、80 mW和300 mW这三个典型发射光功率所对应球形合作目标处的光斑图像。根据光谱数据分析,计算得到不同材料微珠合作目标的后向激光雷达散射截面。研究结果表明,折射率为1.46、1.51、1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面均随着激光功率的增加而呈现出线性增长的趋势;当激光功率一定时,折射率为1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面要明显大于折射率为1.46和1.51球形合作目标的激光雷达散射截面,该研究结论为激光雷达散射截面的理论研究和实验测量提供一定的理论依据和数据参考。
激光光学 合作目标 激光雷达散射截面 光谱数据分析 
激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0712002
作者单位
摘要
天津津航技术物理研究所,天津 300308
激光制导是当今最常用的制导方式之一,激光半主动光学系统性能的优劣直接影响其制导精度。提出了一种激光半主动光学系统像差优化设计方法,通过赋予不同的球差与离焦量实现激光半主动光学系统初始结构设计,通过对非对称像差优化实现光斑均匀化设计,设计并研制了折射式激光半主动光学镜头,光学系统工作波段1064 nm,视场为±9.2°,光斑大小5 mm,能量分布均匀;为解决激光半主动镜头不能单独检测的问题,提出了利用色差特性实现镜头低成本可视化检测的原理,并搭建了激光半主动光学镜头的可视化检测系统。镜头的测试结果表明,光斑大小满足设计要求,低成本可视化检测系统大幅提高了镜头检测效率,并易于工程化,批量化生产。
激光半主动寻的制导 光学设计 可视化检测 像差 laser semi-active seeking guidance optical design visual testing aberration 
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210265
作者单位
摘要
长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
在清澈海水中,透射窗口在蓝绿光波段,蓝光在海水中具有很好的传输特性。为了满足深海观测网络及平台间的高速率、大容量的通信需求,本文提出了一种水下无线可见光通信系统。该系统采用470 nm LED阵列拼接结构,增大束散角,并且提出采用菲涅尔透镜作为光学天线,实现大视场接收。在20 m的水下通信距离下,成功实现了5 Mbit/s通信速率,误码率低至10−6的可靠通信,并完整地组装出了工程样机,为后续的水下动态激光通信系统奠定了基础。
无线光通信 水下光通信 可见光通信 蓝光LED wireless communication underwater optical communication visible light communication blue LED 
中国光学
2021, 14(6): 1451
作者单位
摘要
1 西安应用光学研究所,陕西西安 710065
2 北京理工大学光电学院,北京 100081
夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器。本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克 -哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的实时波前处理机结构及波前斜率计算方法。该方法利用核心处理模块重复利用的方式完成子孔径内光斑质心的计算,并通过 USB3.0将处理后的质心数据实时传输给 PC机。处理机以一片 XILINX公司 Kintex7-XC7K325T的 FPGA作为处理芯片进行了设计,结果表明:该算法可对 560帧/s的 1020×1020图像(580 MB/s数据量),56×56子孔径哈特曼传感器,进行低延时实时光斑质心计算,提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制速度。
夏克-哈特曼探测器 实时波前处理机 Shack-Hartmann sensor,real-time wavefront detecto FPGA 
红外技术
2021, 43(8): 717
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
计算鬼成像利用光场的二阶相干性进行成像。当探测光经历未知扰动(如大气湍流)时,无法通过计算获得实际到达物体的光场,此时按无扰动的计算光场进行图像重构时会产生图像模糊。提出一种基于深度学习的图像分类-复原方法,用于消除大气湍流对计算鬼成像的影响。该方法的基本思想是先用基于卷积神经网络的分类网络对图像按模糊程度进行分类;然后对每个分类下的图像,分别采用基于生成对抗网络的复原网络进行复原。通过仿真建立了包含大气湍流的压缩感知计算鬼成像模型,得到了不同强度的大气湍流引起的模糊图像,给出了采用深度学习方法对模糊图像进行分类和复原的结果。仿真表明,采用分类-复原网络可以有效提升计算鬼成像的像质,复原后的图像结构相似度和峰值信噪比均有明显提升,并且该网络对不同类型目标具有一定的泛化能力。
成像系统 计算成像 鬼成像 深度学习 大气湍流 图像复原 压缩感知 
光学学报
2021, 41(11): 1111001
韩妍娜 1胡新奇 1,2,*董冰 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院, 北京100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)通常要求每个子透镜的对应光斑必须在其相应的子孔径范围内,以方便确认光斑与子孔径间的对应关系。提出了一种基于软件的识别方法即迭代外推法,可以在光斑跑出其对应子孔径范围时,仍能确认每一个光斑对应的子孔径,使SHWS具有更大的动态范围。该方法首先找到一个可排序的3×3光斑阵列,并建立关于光斑质心坐标与其行列序号间关系的多项式函数,以预估和搜索相邻光斑;然后利用已搜索光斑区边缘处的3×3光斑阵列,继续向外搜索,直到找到所有光斑,完成所有光斑的行列排序;最后通过调整光斑行列序号的整体偏移,确认光斑与子孔径间的对应关系。仿真研究了该迭代外推法的性能,并通过实验进一步验证了该方法的实用性。
成像系统 自适应光学 夏克-哈特曼波前传感器 动态范围 迭代外推法 
光学学报
2020, 40(16): 1611004
作者单位
摘要
北京理工大学 光电学院, 北京 100081
相位恢复法是一种利用多个离焦面光强分布采用基于傅里叶变换的迭代变换恢复瞳面相位分布的波前传感方法。采用改进的傅里叶迭代变换算法, 当波前传感范围超过1个波长时, 需要在迭代过程中采用相位解包裹算法。针对18块正六边形拼接的复杂光瞳, 提出采用路径无关和最小二乘相结合的混合相位解包裹算法, 提高了波前传感精度和动态范围。通过仿真比较了所提方法与单独采用一种相位解包裹方法时的波前传感性能, 分析了所提方法的动态范围及噪声对算法精度的影响。仿真结果表明, 当波前PV值为3.5λ时, 算法的精度为λ/43; 当噪声RMS值为10(图像为12Bit量化)时, 算法的精度优于λ/40。
相位恢复 波前传感 相位解包裹 复杂光瞳 phase retrieval wavefront sensing phase unwrapping complex pupil 
光学技术
2018, 44(5): 519
Author Affiliations
Abstract
School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
An improved model-based wavefront sensorless adaptive optics algorithm is proposed for laser beam cleanup. Deformable mirror (DM) eigenmodes are used to replace traditional Lukosz modes in order to avoid DM fitting errors. The traditional method is based on a sophisticated calibration process and solving linear equations. In our method, coefficients of DM eigenmodes are estimated by adding bidirectional modal biases into the system and then solving parabolic equations. The calibration process is omitted in our method, which makes it more feasible. From simulation and experimental results, the corrective accuracy of the improved method is higher than the traditional one.
140.3300 Laser beam shaping 220.1080 Active or adoptive optics 
Chinese Optics Letters
2016, 14(3): 031406
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院,北京 100081
针对点目标提出了基于变形镜(DM)本征模式的无波前传感器自适应光学校正方法并进行了仿真和实验研究。由DM 的影响函数矩阵推导出一组符合导数正交关系的DM 本征模式代替传统的Lukosz模式。基于远场光斑的均方半径建立评价函数,利用DM 本征模式系数与评价函数之间的关系求解出各阶模式所需的校正量。通过仿真比较了上述两种模式的校正精度,分析了模式偏置系数对校正精度的影响,给出了算法对不同大小像差的闭环校正结果。基于37单元DM 搭建了实验系统,实验结果表明算法可以有效校正低阶像差,且采用DM 本征模式的校正精度优于Lukosz模式。
自适应光学 无波前传感器自适应光学 变形镜本征模式 Lukosz模式 
中国激光
2016, 43(2): 0212001
Author Affiliations
Abstract
School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
The stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm is widely used in wavefront sensor-less adaptive optics (WSAO) systems. However, the convergence is relatively slow. Modal-based algorithms usually provide much faster convergence than SPGD; however, the limited actuator stroke of the deformable mirror (DM) often prohibits the sensing of higher-order modes or renders a closed-loop correction inapplicable. Based on a comparative analysis of SPGD and the DM-modal-based algorithm, a hybrid approach involving both algorithms is proposed for extended image-based WSAO, and is demonstrated in this experiment. The hybrid approach can achieve similar correction results to pure SPGD, but with a dramatically decreased iteration number.
110.1080 Active or adoptive optics 110.3010 Image reconstruction techniques 
Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 041101

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