1 浙江工业大学理学院，浙江 杭州 310023
2 杭州心海光联科技有限公司，浙江 杭州 310005
采用基于梯度和形状因子的网格优化方法适配能量分布并提升映射关系的可积性，在光源投影单位圆和目标面内分别进行等量初始四边形网格划分，使节点一一对应，并构建网格面积和映射关系可积性的权重评价函数。在保证所有节点位置拓扑关系不变的条件下，通过面积差场梯度和形状因子迭代调整网格分布，使映射关系满足能量分布要求同时优化可积性。基于网格优化的映射关系求解自由曲面并生成透镜，仿真所得非均匀光斑满足设计要求。该方法简化了平滑映射关系的求解过程，可以作为一种高效设计方法用于非均匀自由曲面透镜设计。
光学设计 非成像光学 可积映射关系 拓扑守恒 等面保形
西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所，陕西 西安 710021
针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题，提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件，建立合理的优化目标函数，以光学结构参数作为遗传变量，利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构，筛选最优结构输入到光学仿真软件中，经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统，系统成像波段为0.4~1.2 μm，焦距为40 mm，视场角均为，波段范围内焦距差异小于0.03 mm，且宽光谱范围内成像质量良好。
宽谱段 遗传算法 等焦距 光学设计方法
1 南京航空航天大学金城学院，江苏 南京 211156
2 盐城市质量技术监督综合检验检测中心，江苏 盐城 224056
3 盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051
提出了一种基于傅里叶变换频谱分析技术的数字化、高精度、便携式液体折射率实时干涉测量系统。该系统以劈尖形液体容器构成的等厚干涉测量光路为基础，搭建了以CCD（charge coupled device）相机记录的共路干涉测量系统。以树莓派硬件系统为平台，Python语言为编程基础，通过傅里叶变换频谱分析和三次样条插值实现记录窗口内干涉条纹数的精确提取。设计了图形操作界面，实现了测量过程的动态可视，测量过程只需提前标定未注入液体时的初始干涉条纹数，无需额外预设参数即可实现流动液体折射率的实时测量。实验中分别测定了3种液体的折射率，并验证了测量系统的时间稳定性。结果表明，当初始干涉条纹数大于180条时，测量系统有较好的时间稳定性，且测量的相对误差均在0.754%以内。
干涉测量 等厚干涉 傅里叶变换 折射率 树莓派 interferometry equal-thickness interference Fourier transform refractive index Raspberry Pi
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
光学相控阵激光雷达系统具有体积小、扫描速度快等特点，但栅瓣问题很大程度上限制了它的性能。采用不等间距光学相控阵方法破坏光学相控阵周期性从而抑制栅瓣的生成。提出一种改进的粒子群算法，引入自适应参数优化、扰动策略和最优保留策略改善传统粒子群算法寻优效果，不断优化光学相控阵最优阵元分布，最终得到使栅瓣降至低水平的阵元间距值。对所提基于改进粒子群算法的栅瓣优化算法进行模拟实验，测试结果表明最大栅瓣值降低至0.0968，有效改善了栅瓣问题。最后使用所提算法对二维矩阵平面阵列进行研究，提出了二维非均匀光学相控阵的优化设计方法。
遥感 激光雷达 光学相控阵 粒子群算法 栅瓣抑制 非均匀间隔 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2028003
1 郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
2 郑州大学物理(微电子)学院，郑州 450001
3 麦斯克电子材料股份有限公司，洛阳 471000
针对目测法无法及时发现直拉单晶硅在等径生长阶段发生的掉苞问题，本文提出一种基于ISOMAP-DE-SVM的掉苞预测模型，可以在掉苞现象发生之前发出警告。首先剔除方差较小的参数，采用斯皮尔曼相关系数法剔除冗余参数，采用最大互信息法检验剩余参数的非线性相关性；然后将关键参数的均值和标准差作为等度量映射和多维放缩的输入，得到两份样本数据；最后将这两份样本数据分别输入到经过差分算法、遗传算法优化的支持向量机预测模型,得到4份预测结果。预测结果表明：基于ISOMAP-DE-SVM的预测模型具有收敛速度快、准确度高的特点，平均预测准确率可以达到96%；同时，所使用的方法揭示了单晶硅等径阶段的数据具有非线性特点。通过实际应用验证表明模型具有一定的工程实用价值。
直拉法 单晶硅 等径生长 支持向量机 等度量映射 掉苞 预测 Czochralski method single crystal silicon equal-diameter growth support vector machine isometric mapping broken edge prediction
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
光频扫描干涉绝对距离测量系统需校正光频扫描非线性、细化信号距离谱，因此系统的数据采集及处理效率低，难以满足大尺度数字化制造场景中长度测量需求。本文设计的数据采集与处理系统，引入辅助干涉信号作为数字信号采集系统时钟，在信号采集过程中，同时校正等光频采样的光频扫描非线性，因此效率较高。并采用稀疏快速傅里叶变换确定距离谱细化区间，基于细化-快速傅里叶变换实现距离谱细化，有效提高距离的精密解算效率。实验结果表明：本文设计的系统，在数据处理速度方面，较使用线性调频Z变换的传统系统提高10倍以上；与商用干涉仪比对，在15.4~16.1 m等效空间距离范围内，测量结果误差保持在10 μm以下，测量重复性优于6 μm。
信号处理 绝对距离测量 光频扫描干涉 等光频采样 频谱细化 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0107003
苏州热工研究院有限公司, 江苏 苏州 215004
针对光纤光栅应变计无法同时准确测量结构表面多个方向应变的问题, 该文设计了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)的三向应变计。三向应变计采用圆环状基底结构, 并在基底上封装了3根互成角度的FBG, 适用于结构表面3个方向应变的同步测量。对封装后的应变计进行性能测试, 并进行了同电阻应变片的对比实验。结果表明, 应变计具有良好的线性, 最大迟滞误差为6.1%, 应变灵敏度在0°和90°方向分别提高约2.3倍和1.4倍。随着载荷的增加, 应变计的测量误差逐渐减小, 载荷大于1.5 kg后测量误差控制在±5%。
光纤布喇格光栅 三向应变计 应变测量 等强度梁 fiber Bragg grating(FBG) three-way strain gauge strain measurement equal strength beam
苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215000
分析了光纤传感器应变传递率的影响因素，进行了粘贴式光纤传感器等强度梁试验。光纤传感器监测结构材料中应变分布的能力取决于材料与光纤之间的键合特性。取粘贴长度和胶体剪切模量两个参数，研究了分布式光纤传感器应变传递的顶端效应。结果表明：延长粘贴的光纤长度或提高胶体的剪切模量，可以使高应变传递段加长。工程应用中应选用剪切模量高的胶黏剂，粘贴长度应在粘贴测量段两端多粘贴5 cm，以保证测量段可以得到相对精确的应变结果。
光纤光学 光纤测量 光纤传感器 瑞利散射 光频域反射技术 应变传递率 等强度梁 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1906005
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 上海交通大学电子信息与电气工程学院先进光通信系统与网络国家重点实验室, 上海 200240
偏振探测的重构矩阵校准影响着偏振态再现的准确性。针对基于超表面透镜的偏振探测系统的重构矩阵校准进行了详细的理论分析,对校准基准态的选取进行了讨论,提出采用条件数与等加权方差两个准则来选择校准基准态。通过对比仿真模拟和偏振探测还原实验,均证明了选取正八面体基准态进行校准能够得到更加精准的重构矩阵,且具备更好的抗噪声能力。
测量 超表面透镜 校准 等加权方差 偏振探测 光学学报
2021, 41(20): 2012006
