1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）系统的重要器件之一，激光器输出波长的稳定性直接决定系统测量的准确性和稳定性，而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激光器驱动控制电路，并利用PID控制实现激光器工作温度的恒温控制，不仅能提供高精度低噪声的注入电流，而且对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析，随后将设计的电路应用于中心波长为1512 nm的激光器，开展了测试分析，对激光器的温度、电流调谐特性进行研究，并对激光器输出波长的稳定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002，满足TDLAS系统对激光器恒流恒温控制的要求，表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。
光电子学 可调谐半导体激光器 电流驱动 TEC恒温控制 optoelectronics tunable semiconductor laser current drive TEC temperature control
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
光学合成孔径成像系统是利用多个小口径望远镜排列成稀疏孔径阵列来增大系统等效口径, 从而实现大口径光学系统的高分辨成像效果。子孔径间的共相误差探测是实现合成孔径系统高分辨率成像的重要前提, 该技术一直是该领域研究人员关注的焦点之一。新兴的人工智能及大数据技术为合成孔径成像系统共相误差探测提供了新思路和开辟了新方向。本文在简要回顾合成孔径成像系统共相误差探测方法的基础上, 介绍和分析了近年来深度学习技术在合成孔径成像系统共相误差探测方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了总结和展望。
大气光学 合成孔径 共相误差检测 深度学习 卷积神经网络 atmospheric optics synthetic aperture co-phasing error detection deep learning convolutional neural network
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
能见度一般为人眼视觉能够观测目标物的最大估计水平距离。 能见度的观测和预报已经广泛的应用于气象预报、 环境污染分析、 交通运输等各个领域。 现有的能见度观测方法主要分为散射式与透射式。 其中数字摄像式能见度观测方法最贴近能见度定义, 随着数字摄像技术的发展, 加快了数字图像能见度的测量方法的研究与应用。 但在利用数字摄像进行夜间能见度观测量过程中不可避免的受到不同天气背景光、 光源灰度等影响从而造成能见度测量不稳定, 观测结果精度低、 观测范围较小。 已知利用双光源的稳定性可以保证能见度的测量精度, 大多数研究都是通过使用白光源的角度来解决能见度的测量不稳定问题。 本文从准单色光源的角度出发, 通过不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 在可见光范围内对不同频段光源的穿透能力进行特性分析。 在已有的双光源基础上, 提出了一种改进的恒温双色光源夜间能见度观测方法, 实现在不同天气状况下, 对能见度的高精度、 大范围观测。 通过设计恒温双光源, 消除了环境温度变化对光强的影响; 恒压恒流模块保证双光源光强一致性; 利用积分球保证光强的均匀性; 根据不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 选用双色光源实现高精度、 大范围能见度的有效测量。 在恒温双色光源的能见度观测系统中进行一系列的实验验证, 实验结果表明两个光源的一致性达到0.99, 能见度不好时, 蓝光到达相机的光强弱, 红光的测量结果接近真值; 晴天时夜间能见度良好, 蓝光透射率差值大, 有利于提高信噪比, 双光源为蓝光的标准差36.90, 蓝光的测量结果接近真值。 当观测极限为15 000 m时, 进行1个月的实验观测, 通过与真实值进行比较, 所提出的改进恒温双色光源夜间能见度观测方法能够很好的在能见度观测极限范围内进行准确的测量。
恒温 夜间可见度 两色光源 传输速率 遥感 Constant temperature Nighttime visibility Two-color light sources Transmission rate Remote sensing
安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230031
基于深度学习的波前复原方法是利用训练好的卷积神经网络(CNN)模型并直接根据输入的光强图像得到波前像差的Zernike系数,不需要进行迭代计算,方法简单易于实现,便于快速获取相位。CNN的训练是通过对大量畸变远场光强图像和其对应的Zernike波前系数数据进行训练,自动提取光强图像特征,学习光强和Zernike系数的关系。本研究基于35阶Zernike大气湍流像差,建立了基于CNN的波前复原模型,通过分析该方法对静态波前畸变的复原能力,验证了基于CNN的波前复原方法的可行性及复原能力。
成像系统 自适应光学 波前复原 深度学习 卷积神经网络 非迭代复原方法 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081103
1 安徽农业大学 信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
相邻两片成像传感器的拼接区能够形成具有相同目标景物的图像, 是提炼像移信息的关键, 具有相同目标景物的图像并非贯穿于每次成像任务全程, 无相同目标景物期间的像移估计问题仍然存在。提出基于遥感图像及工程参数的全局像移探测算法, 试图对包含无相同目标景物期间在内的像移进行全覆盖探测。根据拼接区成像特点, 将成像过程分为无相同目标景物和有相同目标景物两个阶段: 在无相同目标景物阶段, 利用工程参数计算像移的低频分量, 建立基于拼接区图像和像移低频分量的目标函数, 衡量像移曲线与低频分量之间的偏离程度; 采用最速下降法搜索偏离度最小值点, 作为无相同目标景物期间像移的最优估计; 推导有相同目标景物期间的像移计算公式, 利用无相同目标景物期间的估计值求解像移。以XX-1号空间光学遥感器为实验对象, 检测到0.133 Hz、7 pixels左右的像移, 可探测的时间范围包含最初226 ms的无相同目标景物阶段, 且显著削弱了盲点处的像移测量偏差。实验结果证明, 提出的算法能够对包含无相同目标景物期间的全局像移进行有效测量。
遥感图像 工程参数 全局像移 像移探测 remote image engineering parameters global image motion image motion detection
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
为获取远程、高速目标的距离信息,研制了一种基于合作目标的高重频人眼安全激光测距仪,该测距仪采用重频达80 Hz的1 550 nm激光器作为激光光源。经外场试验验证,在能见度10 km的情况下,对合作目标(角反射器),人眼安全激光测距仪的作用距离为20 km,同时,测距仪重频达30 Hz,测距精度2 m(RMS)。该测距仪满足了系统的技术要求。
激光测距仪 合作目标 高重频 人眼安全 作用距离 laser rangefinder laser cooperative target high repetition frequency eye-safe operating range
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
研究氨近红外光谱特性并建立浓度反演算法模型, 重点优化相关性分析和温度修正功能.利用开放式激光吸收光谱技术建立氨区域监测系统, 于2015年在安徽涡阳秸秆还田示范区开展监测实验, 研究玉米和小麦种植情况下的土壤氨挥发特征.研究结果表明, 氨浓度具有日变化趋势: 白天浓度上升在正午达到最高值, 逐步降低到夜间至最小值.夏、秋季典型小时浓度变化范围为0.6×10-3 ~1.34×10-3 mmol/mol和1.14×10-3~1.82×10-3 mmol/mol, 秋季玉米和夏季小麦秸秆还田的最大氨日均浓度为4.6×10-4 mmol/mol和1.7×10-3 mmol/mol, 还田一个多月后氨浓度明显上升, 并存在一定季节性差异.近红外光谱技术为明晰土壤氨排放规律提供了技术支持.
近红外激光吸收光谱 氨挥发 秸秆还田 开放式监测 浓度反演算法 infrared laser absorption spectroscopy ammonia volatilization straw returning to the field open-path monitoring quantitative inversion algorithm
1 湖北久之洋红外系统股份有限公司, 湖北 武汉 430223
2 华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
为了研究Ho3+,Tm3+共掺引起的能量传递效应对光学制冷效果的加强作用,采用中心波长为2 069 nm的π偏振激光负调谐泵浦Ho3+∶LuLiF4晶体和Ho3+,Tm3+∶LuLiF4晶体,通过收集负泵浦产生的荧光,并分析计算得出Tm3+,Ho3+共掺晶体较单掺Ho3+的晶体光学制冷中效率提高3.47倍,Ho3+,Tm3+共掺晶体的能量传递作用对光学制冷效率有一定的加强作用。
光学制冷 反斯托克斯 荧光光谱 能量传递 LuLiF4晶体 Ho3+掺杂 optical cooling anti-stocks the fluorescence spectrum energy transform the LuLiF4 crystal Ho3+ doped
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
机动车尾气检测在防治机动车尾气污染中起到十分重要的作用, 非分散红外法(NDIR)气体传感器作为测量尾气 CO、CO2的核心部件, 其性能指标必须满足国家相关标准的要求。为了在设计的初始阶段实现对设计方案的优化和性能评估, 本文提出了一种 NDIR气体传感器的性能仿真分析方法, 通过计算和分析 NDIR气体传感器的响应函数来估算传感器可以达到的测量精度。将该方法应用于机动车尾气 NDIR气体传感器的设计中, 证明该方法具有一定应用价值。
机动车尾气 非分散红外 性能仿真分析 响应函数 vehicle exhaust NDIR performance simulation analysis response function
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
氟化氢（HF）是变电站气体绝缘开关进行故障诊断的重要特征气体之一, 因此HF气体的高测量精度, 快速响应, 实时在线检测的方法是工业和环境领域的研究重点之一。 结合激光吸收光谱技术和蒙乃尔钢材加工的耐腐蚀多次反射池搭建HF检测实验系统; 分析了HF气体在不同温度下的激光吸收光谱特性, 根据HITRAN数据库的HF气体配分函数系数得到配分函数曲线和吸收线强曲线; 在研究工作中重点设计了结合激光光谱解析和温度参数修正的浓度反演算法以实现气体浓度的准确检测; 结合多次反射吸收池的温度特性利用不同浓度配比的HF样气得到连续实验结果。 多次反射池加热后并稳定工作在313和323 K时, 温度修正前浓度反演的最大相对误差分别为5.33%和5.87%, 温度修正后浓度反演的最大相对误差分别为1.20%和1.47%。 通过连续检测和计算, 系统在323K时HF检出限为8.7×10-5 mmol·mol-1, 高于290K时的检出限6.3×10-5 mmol·mol-1(20 m光程)。 尽管高温环境下温度修正后的检测误差大于室温情况, 但是同一高温下温度修正后的检测误差仍低于未经过温度修正的值。 通过该研究证明了本浓度反演算法工作稳定、 可靠, 可以满足化工生产现场HF实时监测的需求, 对于我国工业HF气体的安全排放监管和环境保护起有效的技术支持。
激光吸收光谱 温度修正 浓度反演算法 多次反射池 氟化氢 Laser absorption spectroscopy Temperature correction Concentration inversion algorithm Multiple reflection cell Hydrogen fluoride
