1 广东海洋大学 电子与信息工程学院， 广东 湛江 524088
2 新加坡南洋理工大学 电子与电气工程学院， 新加坡 639798
3 湘潭大学 数学与计算科学学院， 湖南 湘潭 411105
提出了一种解决无人机（Unmanned aerial vehicle，UAV）在可见光通信（Visible?light communication， VLC）中光源定位不准确的方法，该方法基于扩大及规律缩小搜索路径的方法，最终找到光源以及最佳通信位置。为了提高本方法的搜索成功率（），本文针对通信光源的光分布对、搜索总路程的影响，以及光电探测器的探测位置、探测接收角对接收光功率、的影响作出了分析。得到了在满足UAV探测功率阈值的条件下，光源提供的三维覆盖范围随光源朗伯系数的变化情况，可用于预估UAV在不同发光条件下的。以等边六边形搜索路径为例，在理想朗伯体条件下，UAV在光源覆盖半径最大为0.78 m时，最高可高达0.74。本方法理论上避免了UAV定位不准确导致的无法实现可见光通信的问题，并提出通过优化搜索路径和光源的出光设计提高光源搜索成功率的方案，为UAV可见光通信的实现提出了解决方案。
可见光通信 无人机 光分布 优化方法 visible light communication unmanned aerial vehicles light distribution optimization method
1 苏州科技大学电子与信息工程学院，江苏 苏州 215009
2 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
为了更为深入地研究各种因素对流光溢彩感知效果的影响，构建了一套基于LED光分布模型的流光溢彩光效模拟系统。测试对比结果表明，模拟系统可以准确地模拟真实流光溢彩的光分布和色彩融合效果。基于该模拟系统设计和完成了一系列视觉感知实验，以研究各因素对流光溢彩系统光效感知的影响。视觉感知实验结果表明，LED光强大小及其分布范围相关影响因素对流光溢彩整体光效的视觉体验具有显著性（p<0.01）影响，而其他因素包括LED层数、LED分组方法及相关显示内容选择宽度对流光溢彩光效感知并无显著（p>0.05）影响。所提出的模拟系统及初步研究结果可以为实际电视流光溢彩系统的设计和生产提供理论参考。
视觉光学 流光溢彩 模拟系统 LED光分布 沉浸式观看体验 光学学报
2022, 42(21): 2133001
阜阳师范大学信息工程学院，安徽 阜阳 236041
从隧道照明亮度均匀度出发，以《公路隧道照明设计细则》的评价标准为约束条件，利用逐点法优化建立了一种基于隧道结构参数的灯具配光模型。通过DIALUX光学软件构建仿真隧道场景，将隧道结构参数代入该灯具配光模型计算出适配的灯具配光曲线，并对设计灯具的照明性能进行了实验验证。结果表明，采用该模型设计的照明灯具，可以保证隧道环境的平均照度、平均亮度、亮度均匀度和纵向亮度均匀度均满足国家评价标准。此外，在实验中通过调节多项隧道参数（布灯方式、灯具安装仰角和安装间距），对照明质量进行对比分析，得出设计灯具在初始隧道参数下照明质量和节能性均最佳的结论，验证了隧道灯具配光模型的高效性，并证明了该模型在隧道灯具设计领域具有很好的应用推广价值。
表面光学 亮度均匀度 配光曲线 逐点法 照明质量 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2124001
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212000
2 常州星宇车灯股份有限公司, 江苏 常州 213000
为使汽车在夜间行驶时能够被别的车辆识别, 避免交通事故的发生, 设计了聚光器带有花纹的新型后位置灯光学系统。基于非成像光学理论, 采用照度优化方法, 利用公式计算自由曲面反射镜各个点的坐标值。根据法规对后位置灯的配光要求, 合理划分反射面, 使其达到配光要求。通过蒙特卡洛方法对光线进行追迹, 实验模拟结果显示: 配光效果达到国家标准GB5920-2008对后位置灯各个测试点的照度要求, 设计的新型结构使光型出光更加均匀, 避免了亮斑的产生。
光源 聚光器 自由曲面反射面 后位置灯 亮斑 配光标准 light source concentrator free-form reflective surface rear position light bright spot light distribution standard
在激光投影、结构光和光束整形等特种照明或光电应用中,常需要一个非成像光学系统来实现特定的配光设计。建立一个配光方程来描述该光学系统,并通过对光束、光学面和目标面的离散化处理,利用子面光程K与目标点能量E之间的映射关系得到程能映射下的配光方程。尽管程能映射中相邻子面光程之间存在复杂的非线性竞争,但K与E之间存在良好的单调映射关系,这为引入深度神经网络来拟合程能映射提供基础。利用深度学习实现配光方程逆问题的求解,获得所需要的自由光学曲面。以英文字母和阿拉伯数字为训练集,输入点阵规模为28×28,通过对三层神经网络进行多维度调参和训练,实现了相应字符照度分布的光学曲面设计。光学仿真结果的结构相似度达到了99.97%,这表明深度神经网络通过学习可以记住(或存储)各个字符的光学曲面,相当于建立了一个高效且可扩容的智能光学字符库。基于复杂介质建立的基础配光方程可为现有配光方法提供一个基础理论框架,有助于形成非成像光学理论的系统性表述。
光学设计 非成像光学设计 配光方程 自由曲面 深度学习 程能映射 光学学报
2022, 42(10): 1022003
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 北京盛想科技有限公司 北京 100085
为了获得高均匀性、对称性及一些特殊形状强度分布的白光发光二极管(LED)光束以满足某些特定的需求, 基于白光LED光源为朗伯光源的特性, 运用自由曲面透镜的方法对LED光束进行了光束整形, 分别采用单一自由曲面透镜以及全内反射(TIR)透镜与微透镜阵列组合两种不同的整形结构, 进行了加工工艺和原理理论分析, 并通过了实验验证。结果表明, 实验得到的圆形均匀光斑, 其总光线利用率高达96%, 有效面积光线利用率为88.4%; 得到的矩形均匀光斑, 总光线利用率为91%, 有效面积光线利用率为78.7%, 光束均匀度均在60%以上;通过自由曲面透镜方法进行白光LED光束整形效果极佳。该整形方法为白光LED光源的进一步广泛应用提供了重要的指导。
光学设计 白光发光二极管 光束整形 二次配光 自由曲面透镜 微透镜阵列 optical fabrication white light-emiitting diode beam shaping secondary light distribution free-form lens microlens array
中国人民武装警察部队工程大学装备管理与保障学院, 陕西 西安, 710086
光热、光化及光机械等多种激光-生物组织相互作用研究的基础都是对激光辐照下生物组织内部光分布的准确描述,而准确描述组织内部光分布的有效手段是采用各类数学模型及模拟方法。主要概述了目前国内外描述组织内部光分布的主要理论、研究模型及定量分析方法,对各方法模型的适用范围、优势及局限等进行了横向对比分析,同时对大多数仿真及实验的理论基础进行了纵向回顾,并将重点聚焦于总结国内外学者在理论上的最新突破及对实际问题的解决,以方便读者快速、全面地追踪前沿。最后总结了目前该领域研究中所面临的几个主要问题,并对今后的发展方向进行了展望。
生物光学 生物组织 光分布 一阶散射 蒙特卡罗 漫射近似 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0600003
1 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心, 北京 100094
2 中国科学院大学光电学院, 北京 100049
3 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
红外热辐射光源在光声光谱检测等领域具有重要的应用价值,明确其配光特性是后续光学系统设计的基础。根据水冷散热下红外热辐射光源辐射通量的变化规律,提出快速获取高功率红外热辐射光源配光特性的方法并对其进行相关验证。实验结果表明,光源辐射通量的最大值在80°的角度处,两侧的辐射通量缓慢减小,能量分散在0°~130°的角度范围内,其中54.5%的能量集中在50°~110°的角度范围内。在长时间稳定的辐射状态下对配光特性进行对比实验,验证快速测量方法的准确性和有效性。在ZEMAX软件中突破光源角度的限制,使用测得的数据建立模型并模拟实验流程进行验证。在缺少高功率红外热辐射光源配光曲线的情况下,所提方法可以简单快速地获取配光特性,为光学设计提供初始条件。
测量 配光曲线 红外热辐射光源 光学建模 配光特性
1 中国科学院空天信息创新研究院 半导体泵浦激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
3 中国科学院软件研究所 天基综合信息系统重点实验室, 北京 100190
阐述了一种激光二极管叠阵以zigzag方式侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片放大器的模拟研究, 建模对Nd∶YAG晶体内泵浦光的吸收情况进行了深入的数值模拟与分析, 研究了晶体的Nd3+掺杂浓度对泵浦光分布均匀性的影响。研究表明, 采用多个方向泵浦和zigzag泵浦方式易于实现介质内泵浦光的均匀分布, 在晶体的Nd3+离子掺杂浓度为0.25at.%时, 仿真得到的泵浦光吸收分布为平顶型, 分布的均匀性均为0.0505。对侧面泵浦多边形薄片激光放大器的进一步研究提供了参考。
薄片激光器 激光二极管叠阵 侧面泵浦 泵浦分布 thin-disk laser laser diode array side-pumped pump light distribution
1 江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏亿诺车辆部件有限公司，江苏 丹阳 212300
挡光板是近代投射式汽车前照灯用于调节近光灯配光性能的重要部件。采用聚焦法调整挡光板拐点的位置可以有效地抑制投射式前照灯近光照射时光型截止线上的色差和梯度问题，具有提高驾驶员视觉舒适度和行车安全指标的功能。采用一种基于有延展反射面的挡光板的多曲面LED前照灯的光学设计，使用NX10.0建立结构模型，LucidShape软件进行仿真，配光屏幕最大照度值为51.9 lx。研究基于有延展反射面的挡光板的光学设计与常规挡光板的光学设计的配光差异，以及两者在吉利汽车2017年提出的近光路照标准下两者数据对比情况。结果表明：具有延展反射面的挡光板可以有效提高配光Ⅲ区各点的基础数值，进一步提高行车时道路前方40 m～50 m处的视觉亮度，利于辨清道路前方及行人情况。
延展反射面 近光 光线分布 extended reflectors low beam LucidShape LucidShape light distribution
