强激光与粒子束
2023, 35(10): 105003
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
衍射光学元件（DOE）因其轻型化、小型化和多功能化等特点，在现代光学系统中得到了越来越广泛的应用。针对不同应用场景下DOE的性能需求，研究人员需要灵活运用DOE的设计方法进行设计。通过回顾DOE设计的基本原理简述了现有基于衍射原理和干涉原理的DOE设计方法，通过几种典型应用中的最新进展阐述了具体的DOE设计方法及其适用性，并对DOE设计中的难点及其在未来科技中的可能应用方向进行了展望。
光学设计 衍射光学元件 设计 适用性 应用
1 安徽理工大学 机械工程学院，安徽淮南23200
2 安徽理工大学 安徽省矿山智能装备与技术重点实验室，安徽淮南3001
为研究面向不同测量对象且具有普适性的数控机床在机测量系统最佳测量区确定方法，选择球作为测量对象，分析了在机测量系统的工作原理及误差来源，利用BAS-BP神经网络建立了单项几何误差白化模型，同时建立了测量系统综合误差模型和球测量误差模型。研究了用于确定最佳测量区搜索寻优的差分优化布谷鸟（DE-CS）算法，进行了不同算法搜索性能对比，确定了算法最优性能参数。搭建了确定球最佳测量区的实验装置，进行了相应实验，对比了利用算法确定和实际测量得到的最佳测量位置的一致性。实验结果表明，利用上述方法搜索计算确定的面向球最佳测量区位置与实验测量确定的最佳测量区位置一致，最佳测量区为：
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和
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，实测最大误差最小值为3.1 μm，算法求解的误差也为整个测量空间的最小值0.710 7 μm，且可用于面向点、面等其他测量对象的最佳测量区确定，具有普适性，可用于确定在机测量系统的最佳测量区。
1 成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都 610225
2 高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225
3 成都市气象局，四川 成都 611130
利用2020年1月至2020年7月成都市温江区气象站L波段探空雷达资料，基于风场和大气折射率结构常数（）的比对分析，探究了风廓线雷达产品在成都地区的适用性。结果表明：风廓线雷达反演的水平风场与对应时刻L波段探空雷达测风资料在各高度层均呈显著正相关（p<0.05）。在低层（<2.5 km），风廓线雷达反演的水平风速较L波段探空雷达偏小，约0~1 m·s-1，各高度层水平风速有效样本率在90%~100%波动；在高层（>2.5 km），风廓线雷达反演的水平风速较L波段探空雷达偏小，约0.5~2 m·s-1，各高度层水平风速有效样本率在70%~90%波动。另外，风廓线雷达水平风向的有效样本率随高度上升呈波动增长趋势。在大气处于中等不稳定、弱不稳定、中性或弱稳定条件下，风廓线雷达廓线与对应时刻L波段探空雷达反演得到廓线具有较好的一致性；在大气处于极不稳定或中等稳定条件下，风廓线雷达廓线与对应时刻L波段探空雷达反演得到廓线虽呈现显著的正相关（p<0.05），但二者在数值上却存在较大的差异。降水是影响风廓线雷达反演精度的另一重要因子，降水条件下所测量水平风速的误差显著增大。
风廓线雷达 L波段探空雷达 大气稳定度 适用性 成都 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1601003
1 成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都 610225
2 高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225
3 成都市气象局，四川 成都 611130
大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容，也是利用卫星气溶胶光学厚度（AOD）产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节。基于成都市2016年1月至12月的逐时PM2.5质量浓度、大气能见度、相对湿度（RH）观测数据，首先，深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征，发现在RH小于90%时，单位质量大气消光系数均服从对数正态分布，并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长。其次，以干燥环境条件下（RH小于等于40%）单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准，通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响，据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程。最后，对该原理的适用性进行研究，结果表明，订正后大气消光系数反演得到的PM2.5质量浓度与实际PM2.5质量浓度相关系数为0.90，显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果。
大气光学 大气消光系数 对数正态分布 概率分布参数 湿度订正 适用性 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1901005
国防科学技术大学 航天科学与工程学院, 长沙 410073
光学传递函数是评价像质的重要指标, 是光学系统设计的重要辅助参数.基于背景纹影技术获取光线通过折射率场的位移场数据, 结合马吕斯定理, 获取了对应的波前梯度数据.结合光学传递函数计算方法, 实现对光学传递函数的获取.利用上述思路完成了对某平凸透镜光学传递函数的测量, 并将其与ZEMAX计算得到的光学传递函数进行比较.对比了低频处的实验结果和理论结果, 其误差不超过4.0%.分析了误差产生原因并验证了基于背景纹影技术对低通系统进行光学传递函数测量的可行性和有效性.
背景纹影 测量 几何光学 光学传递函数 适用性 Background oriented schlieren Measurement Geometric optics Optical transfer function Applicability
研究了光纤的辐照损伤机理, 对纯硅芯光纤与传统芯层掺杂光纤的结构特点进行了系统地分析, 从结构组成特点上分析了两者的抗辐照性能差异。研究了国内外关于光纤的抗辐照试验标准, 对各标准中剂量率、总剂量等试验条件差异进行了对比, 并对不同剂量率对光纤辐照试验结果的影响进行了分析, 给出了光纤在空间辐照环境条件下应用的γ辐照试验条件的选择原则。最后, 采用0.1 rad(Si)/s剂量率对某国产纯硅芯光纤的抗辐照性能进行了试验评估, 光纤在20 k rad(Si)总剂量辐照后光纤损耗为1.934 dB/km。空间辐照性能评估结果满足该项目的宇航型号的空间环境使用需求, 辐照评估结论为可用。
光纤 纯硅芯 辐照 适应性 optical fibers pure silicon-core radiation applicability 红外与激光工程
2017, 46(8): 0822002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一种适用于空间环境的变形镜装置, 以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则, 确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合, 并设计了柔性结构.仿真结果表明, 该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2 nm, 4℃温升时的RMS值仅为3.7 nm, 且一阶频率为1 015 Hz, 各模拟空间工况下的反射面经主动展平后, 均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面, 残留误差较小, 不仅具有良好的力学性能和热稳定性, 还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥, 从而满足空间相机的使用需求.
空间光学 变形镜 空间环境适应性 柔性结构 基元波面 Space optics Deformable mirror Space environmental applicability Flexible structure Wave element
1 中国科学院核能安全技术研究所, 安徽 合肥 230031
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院, 安徽 合肥 230601
为了快速准确地复原湍流退化图像，采用了一种基于时域相关特性的频域多帧迭代解卷积算法。算法将时域特性和Tichonov正则化引入到代价函数，同时对点扩展函数(PSF)施加非负支持域约束、带宽约束和能量约束。采用二阶共轭梯度交替迭代解卷积频域代价函数快速估计PSF和恢复图像。通过各向异性的结构自适应调节滤波处理，达到提升图像细节和消除噪声的目的。实验结果表明，提出的算法能够有效地复原湍流退化图像，具有较高的抗噪能力。
大气光学 图像处理 迭代盲反卷积 时域特性 Tichonov正则化 结构自适应调节滤波器 激光与光电子学进展
2013, 50(12): 120101
