马榕 1,2,3高铎瑞 1,2,3,**魏森涛 1,2谢壮 1,2,3[ ... ]谢小平 1,2,3,*
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光子网络技术研究室，陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
利用啁啾管理激光器的啁啾效应实现了光信号的直接相位调制，无需差分编码，也无需外部调制器。分析了利用频率啁啾产生归零差分相移键控(RZ-DPSK)光信号的原理，搭建了基于啁啾管理激光器的2.5 Gb/s RZ-DPSK激光通信系统，同时将该系统与基于LiNbO3外调制的通信系统进行了性能对比。实验结果表明：当前向纠错极限误码率为10－3时，直接调制RZ-DPSK系统的接收灵敏度为－48.1 dBm，与传统外调制方式的灵敏度相当，而且该系统可以有效降低发射端的体积和功耗，结构也更加简单紧凑。
光通信 啁啾管理激光器 啁啾效应 相位调制 归零差分相移键控 中国激光
2022, 49(13): 1306001
中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
空间激光通信凭借其带宽优势, 成为未来高速空间通信不可或缺的有效手段, 是近年来国际上的研究热点。本文详细介绍了美国、欧洲和日本在空间激光通信技术领域的最新研究进展和未来发展规划, 总结了国内外空间激光通信演示计划的主要参数指标。通过对空间激光通信最新研究计划的分析, 归纳出空间激光通信高速化、深空化、集成化、网络化、一体化5个发展趋势, 以及需要突破的高阶调制、高灵敏度探测、多制式兼容、“一对多”通信等关键技术。为我国激光通信设备及相关研究提供借鉴和参考。
空间激光通信 激光通信终端 深空光通信 相干光通信 卫星通信 free-space laser communication laser communication terminal deep space optical communications coherent optical communication satellite communications
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度，提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜，即用一块镜面实现两镜的设计，这既能够降低光学加工的复杂度，同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论，推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式，得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm，F 数为10，全视场2°×0.4°，无中心遮拦的离轴两镜三反射系统，两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出，系统成像质量好，能量比较集中。整体系统体积小、结构简单，重量轻。
光学设计 三反系统 离轴 二次非球面
1 长春理工大学 空间光电技术研究所， 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院， 吉林 长春 130022
由于分布反馈式(DFB)激光器输出光功率受其激射电流的影响，为了保证其稳定的光功率输出，研制了基于位移式数字PID算法的高稳定性DFB激光器驱动电源。在硬件设计方面，该驱动电源主要由控制器模块、恒流源模块和保护电路模块组成。采用模拟PI深度负反馈环节有效地提高了驱动电流的稳定性。在软件方面，采用位置式数字PID算法，消除了实际驱动电流值与理论值之间的微小差异。利用该驱动电源，对中心波长为1 563.01 nm的DFB激光器做了驱动测试。实验表明，长期稳定性(>220 h)优于4×10-5，中心波长未出现漂移，为其在红外气体检测中提供了优越性能保障。
分布反馈式激光器 驱动电源 模拟PI深度负反馈 位置式数字PID算法 distributed feedback lasers driver power analog proportion-integral deep negative feedback positional digital PID algorithm 1 563.01 nm 1 563.01 nm
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
为了寻找求解多组元全动型变焦系统更加简单而有效的方法，采用程序法的形式，通过给定初始参数(各组元倍率、间隔)，对目标系统进行初始数据计算；然后通过给定其限制条件(正切差、变焦曲线曲率、视场角和系统总长)作为控制指令对数据进行优化；最终给出满足条件的光焦度分配，并计算出系统各组元数据参数。为了验证该方法的可行性，以四组元全动型变焦物镜为例，计算出了满足条件的系统参数，通过程序给出的初始数据在光学设计软件Zemax 上完成光学系统仿真设计。将程序给出的光焦度分配与Zemax 给出的焦距结果进行了对比，结果表明两者数据非常接近，从而证实了该方法的可行性。
光学设计 全动型变焦 光焦度分配 变焦曲线 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 122202
1 长春理工大学 光电工程学院,长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所,长春 130022
设计了基于AOTF 器件的中波红外光谱相机前置变焦系统,针对AOTF 器件和探测器的特性,系统采用折/衍射混合设计,用6 片透镜即实现了25~300 mm 连续12×变焦,并用ZEMAX 软件对则汇集结果进行优化和像质评价。结果表明,该光学系统各个波段上在空间频率14 lp/mm 处调制传递函数(MTF)值接近衍射极限,能量集中度大于90%。可用于大多情况下中红外光谱成像分析以及中红外的目标探测及识别。
光学设计 变焦距光学系统 声光可调谐滤波器 光谱相机 红外光学系统 optical design zoom optical system acousto-optic tunable filter spectrum camera infrared optical system
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
3 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
基于声光可调谐(AOTF)光谱相机的技术指标和性能要求, 采用机械正组补偿方式, 实现了10×可见光波段连续变焦光学系统的设计。详细介绍各组元的光焦度分配和初始结构的计算过程, 并用Zemax光学软件进行设计, 对设计结果进行了像质评价和像差分析, 并对凸轮曲线进行求解。设计和分析结果表明: 该系统在0.38 μm~0.7 μm波段实现了30 mm~300 mm连续变焦, 在空间频率50 lp/mm处调制传递函数(MTF)值最大达到0.7。该系统可工作在可见光波段, 具有变倍比大、变焦曲线平滑的特点, 能够满足光谱相机的成像要求。
光学设计 变焦距光学系统 初始结构参数 声光可调谐滤波器 optical design zoom optical system initial structure parameter acousto-optic tunable filter
1 长春理工大学 光电工程学院，长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所，长春 130022
为获得红外目标的空间信息和光谱信息，设计了一种用于中波红外声光可调谐光谱相机的光学系统.设计中引入折/衍射混合透镜，在用6片透镜的情况下达到了12×变倍，在长焦处时能识别2 000 m远的目标.采用ZEMAX光学设计软件模拟声光晶体的衍射，在晶体出射面上优化设计了4°的楔角，使-1级衍射光能共轴出射.该光学系统在空间频率17 lp/mm处调制传递函数值最大达到0.7，能量集中度大于90%，能够满足光谱相机用于识别/跟踪目标的要求.
光学设计 红外光学系统 光谱相机 变焦距光学系统 声光可调谐滤波器 目标识别 Optical design Infrared optical system Spectrum camera Zoom system AcoustoOptic Tunable Filter Target identify
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
声光可调谐滤波器（AOTF）是一种新型的色散元件，被广泛应用到光谱成像领域，但由于其在调谐时，衍射角会随着波长的变化而变化，造成图像漂移。为了解决AOTF 光谱相机晶体色散引起的图像漂移问题，采用了在晶体出射面外添加棱镜的方法。通过分析晶体旋光性对介质外衍射角的影响，比较发现当入射光极角很大时，必须考虑晶体的旋光性对介质外衍射角的影响，在此基础之上分析棱镜偏折角与棱镜顶角和材料的关系，当入射光极角为28°时，添加顶角为10.1°的棱镜可得到0.0007°的消色散偏差。由此说明，在光路中添加材料和顶角合适的棱镜，可以很好地消除AOTF 光谱相机中晶体的色散。
光谱学 光谱成像 声光可调谐滤波器 介质外衍射角 色散 棱镜 激光与光电子学进展
2014, 51(6): 062301
1 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
以部分相干高斯-谢尔模型（GSM）光束为例，对湍流引起的漂移方差和扩展角进行模拟，综合考虑由光束漂移引起的瞄准误差和光束扩展引起的接收光功率密度的整体下降，对激光通信链路中接收端光功率进行数值计算和分析，找出激光通信系统中最佳发射光束的参数。研究结果表明，湍流大气中激光通信系统最佳发射光束的参数与光束的束腰半径、空间相干长度、波长、传播距离和湍流强度有关。部分相干GSM 光束接收端光功率随着波长、光束束腰、空间相干长度和传输距离的变化存在一最优值。
激光通信 功率损耗 大气湍流 光束漂移 光束扩展 激光与光电子学进展
2014, 51(5): 050601
