1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
依靠算法提高光学测量精度的方法和应用越来越广泛，由于刀口法在光学非球面检测中的应用有其独特性，本文提出了在非焦点处采样，对应CCD像面上辅以虚拟光阑调制的刀口法环带，实现定量检测。以检测一个凹球面为例，将其与干涉仪标准方法的检测结果进行对比，其中主要环带位置偏差不超过1%，峰谷（PV）值和均方根（RMS）值误差均在7%左右，可以实现至少λ/15左右的检测灵敏度。该研究为光学车间检测提供了一种定量化检测的新思路，优化了光学加工与检测的效率，为自动化刀口仪的研制奠定了基础。
光学检测 刀口仪 自动化 光学仪器 光学学报
2023, 43(21): 2112005
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
为了解决自动化刀口仪面临的如何搜索并收敛到特征点的核心问题，提出一种基于刀口仪轴向移动的非球面检测技术，实现了在搜索过程中提取环带误差信息，一方面在搜索过程中动态获得波前特性，另一方面可以加速收敛找到特征点。利用所提方法对不同参数的镜面环带误差进行检测，所得带差位置与干涉仪检测结果的相对误差小于3.3%，验证了所提方法的有效性。所提方法为刀口仪的自动化测量提供了一个便捷的解决方案，为进一步提高非球面加工效率提供了技术支撑。
测量 刀口仪 自动化 光学检测 光学仪器 光学学报
2022, 42(23): 2312003
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
3 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai201800, China
4 Department of Physics, Shanghai Normal University, Shanghai200234, China
5 ShanghaiTech University, Shanghai201210, China
We report on experimental observation of non-laminar proton acceleration modulated by a strong magnetic field in laser irradiating micrometer aluminum targets. The results illustrate the coexistence of ring-like and filamentation structures. We implement the knife edge method into the radiochromic film detector to map the accelerated beams, measuring a source size of 30–110 μm for protons of more than 5 MeV. The diagnosis reveals that the ring-like profile originates from low-energy protons far off the axis whereas the filamentation is from the near-axis high-energy protons, exhibiting non-laminar features. Particle-in-cell simulations reproduced the experimental results, showing that the short-term magnetic turbulence via Weibel instability and the long-term quasi-static annular magnetic field by the streaming electric current account for the measured beam profile. Our work provides direct mapping of laser-driven proton sources in the space-energy domain and reveals the non-laminar beam evolution at featured time scales.
knife-edge technique laser–plasma interaction non-laminar proton source target normal sheath acceleration Weibel instability High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(1): 010000e2
光子学报
2021, 50(12): 1204002
1 河南大学物理与电子学院二维光电材料与器件物理研究中心，河南 开封 475004
2 河南省新能源材料与器件国际联合实验室，河南 开封 475004
3 河南大学物理与电子学院测控技术与仪器系，河南 开封 475004
拉盖尔-高斯（LG0l）涡旋光束携带光轨道角动量，提供了额外复用自由度，可以极大提高光通信容量，实现该涡旋光束光斑半径的精确测量对其应用具有重要意义。刀口法由于廉价、方便、精度高、适用于较大功率的测量等优势，是测量光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法。然而，以往刀口法的研究主要集中在基横模高斯光束上，尚缺少关于刀口法对LG0l涡旋光斑的测量研究。本文对基于刀口法的LG0l涡旋光斑尺寸测量进行了详细地理论分析和实验研究。理论分析中给出了刀口法测量LG0l涡旋光束的原理；实验上将螺旋相位板对基模高斯光束调制后产生的光束当作LG0l涡旋光束的近似，并采用刀口法测量了该LG0l（l=0，1和2）涡旋光的光斑；借助Mathematica程序数值拟合了实验测量的横向光场强度分布结果，得到了不同LG0l涡旋光束的光斑半径。根据光斑半径的特点可得出：经低涡旋阶数的螺旋相位板调制之后，基模高斯光束可变为相应涡旋阶数的LG0l涡旋光束，变换前后光斑半径基本保持不变。
测量 LG0l涡旋光束 刀口法 光斑半径 Mathematica程序 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912004
中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是光学卫星相机成像质量评价的重要参数之一,在轨MTF检测关系到遥感数据的应用和未来遥感相机的发展。针对目前对地观测中广泛应用的光电成像系统,以反射点源阵列、辐射状靶标和大面积刃边靶标等便于数学描述的特殊点线面目标作为参照,依据MTF的物理定义,通过亚像元位置检测与参数化模型拟合等,对卫星相机进行了在轨MTF检测。实验结果表明:点源法是最严密的检测方法,可以全面表征遥感相机的成像能力;方波法在大面积靶标配合下,能直接获取成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值;刃边法是光学相机常用的检测方法,但是仅能获取沿轨与垂轨方向的MTF。三种方法所得的在轨MTF的检测结果具有较好的一致性,最大相对误差优于6.00%。这些方法各有特点,其适用性存在一定差异。
遥感 调制传递函数 点源法 方波法 刃边法 光学学报
2020, 40(22): 2228001
1 中国气象局 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
2 中国气象局 国家卫星气象中心, 北京 100081
3 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF) 是客观评价遥感器光学系统在轨特性的主要指标之一。为了避免使用地面目标评估气象卫星在轨MTF时, 大气传输对计算结果的影响, 研究了使用月球目标来计算其在轨MTF的方法。选择由风云二号G星扫描辐射计(VISSR) 获取的不受大气传输影响的月球目标遥感图像, 作为刃边法的输入图像来计算VISSR的在轨MTF, 并且根据探测器的不同探元, 划分不同的子图像, 分别计算其MTF特性。实验结果表明, 使用月球目标得到的MTF结果为0.320 1, 而地球目标由于有大气影响MTF结果仅为0.216 4, 月球目标结果明显优于地球目标。且遥感器各探元结果一致性较好, 在连续时间内由同一子图像计算的不同探元的MTF结果的标准差仅为0.013 31, 表明使用该方法评估的MTF具有稳定性。
月球图像 遥感光学系统 调制传递函数 刃边法 knife-edge lunar limb image remoting optical system modulation transfer function 光学 精密工程
2018, 26(12): 3012
北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性, 提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function, MTF), 通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案, 并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF; 狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF, 两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。
色散型成像光谱仪 调制传递函数 动静态成像 狭缝法 刀口法 dispersive imaging spectrometer modulation transfer function static and dynamic imaging slit method knife-edge method
医用硬性内窥镜是一种常用的医疗器械,成像质量的好坏直接影响着内窥镜的检测效果,因此内窥镜光学传递函数测量是一个亟待解决的课题。设计了基于刀口法的内窥镜调制传递函数测量系统,利用CMOS相机分别对刀口移动时刀口像的灰度值进行连续采样和刀口静止时刀口像的灰度值进行单步采样,电子计算机将所得到的数据进行微分、傅里叶变换和滤波,就可以快速地得到内窥镜的调制传递函数。以0°鼻窦镜为测量模型,实验表明,在中心视场空间频率5 lp/mm处,刀口扫描法测得的MTF值比仿真值低0.03,空间频率10 lp/mm处,刀口扫描法测得的MTF值比仿真值低0.01,且刀口扫描法和刀口目标成像法都可以测量出稳定的MTF曲线。
医用硬性内窥镜 调制传递函数 刀口扫描法 刀口目标成像法 medical rigid endoscope modulation transfer function knife-edge scanning knife-edge imaging
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。
调制传递函数 刃边法 灰度值 滤波 图像复原 modulation transfer function knife-edge method gray value wave filtering image restoration
