Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Dynamic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China
2 School of Information & Communication Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China
3 School of Instrument & Electronics, North University of China, Taiyuan 030051, China
Sensors based on optical resonators often have their measurement range limited by their cavity linewidth, particularly in the measurement of time-varying signals. This paper introduces a method for optical frequency shift detection using multiple harmonics to expand the dynamic range of sensors based on optical resonators. The proposed method expands the measurement range of optical frequency shift beyond the cavity linewidth while maintaining measurement accuracy. The theoretical derivation of this method is carried out based on the equation of motion for an optical resonator and the recursive relationship of the Bessel function. Experimental results show that the dynamic range is expanded to 4 times greater than the conventional first harmonic method while still maintaining accuracy. Furthermore, we present an objective analysis of the correlation between the expansion factor of the method and the linewidth and free spectrum of the optical resonator.
optical resonator optical frequency shift multiple harmonics dynamic range expansion Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041201
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of EMW Information (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Department of Communication Science and Engineering, Shanghai ERC of LEO Satellite Communication and Applications, Shanghai CIC of LEO Satellite Communication Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
3 Department of Electronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
4 School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Increasing bandwidth requirements have posed significant challenges for traditional access networks. It is difficult for intensity modulation/direct detection to meet the power budget and flexibility requirements of the next-generation passive optical network (PON) at 100G and beyond considering the new requirements. This is driving researchers to develop novel optical access technologies. Low-cost, wide-coverage, and high-flexibility coherent PON is emerging as a strong contender in the competition. In this article, we will review technologies that reduce the complexity of coherent PON (CPON), enabling it to meet the commercial requirements. Also, advanced algorithms and architectures that can enhance system coverage and flexibility are also discussed.
access network coherent optics flexible data rate low complexity wide dynamic range Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040604
1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室,湖北 武汉 430074
2 光谷实验室,湖北 武汉 430074
衍射场作为叠层衍射成像技术(ptychography)的重要约束,其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围(ML-HDR)叠层衍射成像方法,即在探测器线性响应假设下,构建复合高斯噪声模型,根据极大似然估计求解最优权重函数,由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明:相比单次曝光,ML-HDR能将动态范围拓宽8位,重构分辨率提升至2.83倍;相比传统HDR,ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度,且无需额外标定硬件参数。
计算成像 叠层衍射成像术 高动态范围 相位恢复 极大似然估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811011
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230561
1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室,安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川 自贡 643000
4 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026
为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题,提出一种改进的多曝光融合方法,利用自适应曝光代替手动曝光,并对图像融合过程进行优化。首先,将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析,将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组,分别计算出每个组别的最佳曝光时间;在此基础上,拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像,并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域,再将投射白光处理后的图像制作成掩模图,与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘,进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合;最后,通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度,并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明:文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性,U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%,测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm,相对误差仅为0.69%,该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题,提高了三维轮廓的测量精度。
高动态范围表面物体 自适应曝光时间 多曝光融合技术 三维轮廓检测 high dynamic range surface objects adaptive exposure time multi-exposure fusion technology 3D contour detection 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230370
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院,河北 秦皇岛 066004
2 苏州中科行智智能科技有限公司,江苏 苏州 215000
针对合成波长方法动态范围较小的问题,提出一种用于相敏谱域光学相干层析(PSSD-OCT)的大动态范围合成波长相位解包裹方法,解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题,实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱,计算合成相位缺失的周期数;利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合,消除易受噪声影响的相位周期数跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验,证明该方法可以用于大动态范围(毫米级)的高灵敏度位移解调。
相干光学 相敏谱域光学相干层析 合成波长 相位解包裹 动态范围
苏州科技大学电子与信息工程学院,江苏 苏州 215009
为进一步提升高动态范围图像在普通显示器上的呈现效果,提出了一种基于改进拉普拉斯金字塔的高动态范围图像色调映射算法。该算法将预处理后的图像分解为高频层和低频层,分别输入2个特征提取子网络,将2个包含不同特征的输出图像融合后再输入微调网络,最终得到感知效果优越的低动态范围图像。此外,该算法设计了自适应分组卷积模块以增强子网络提取局部和全局特征的能力。测试结果表明:与现有的先进算法相比,所提算法可以更好地压缩高动态范围图像的亮度,保留更多图像细节,拥有更加优越的客观质量指标和主观感知效果。
图像处理 高动态范围图像 色调映射 拉普拉斯金字塔 深度学习 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437009
河南工业大学信息科学与工程学院,河南 郑州 450001
相移轮廓术由于其高测量精度和高鲁棒性已广泛应用于各个领域。然而,由于需投射多幅条纹图到物体表面,因此要求物体在测量过程中保持静止。另一方面,当重建高反光运动物体时,不仅出现过曝光现象,过曝光位置还将随着物体运动而变化,对测量提出了挑战。基于此,提出一种测量高反光运动物体的算法。过曝光位置随着物体运动变化意味着并非所有条纹图都存在过曝光。首先,投射双频率条纹图到运动物体表面并拍摄。其次,识别所有条纹图中的过曝光区域,并记录物体上每一点的非过曝光条纹图。再次,基于非等间隔相移的非过曝光条纹图进行相位提取,获得双频率相位分布。最后,对双频率相位分布进行运动补偿,并基于双频率解包裹算法实现正确解包裹,完成高反光运动物体三维重构。实验结果表明,该算法能有效减小高反光运动物体引起的测量误差,具有较高的工业应用价值。
条纹分析 三维重构 相移轮廓术 高动态范围 过曝光 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412005