1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高精度光程控制是宽谱激光相干合成中的关键技术之一，是在一定光谱宽度条件下保持多路激光相干性的重要手段。为了保持各路激光之间的时间相干性，对于光谱宽度为10 nm量级的激光，光程差一般要控制在十几个波长以内。因此，为了实现宽谱激光的相干合成，除了对多束激光进行相位控制，还需要同步地对各路激光之间的光程差进行有效控制。本文研究了基于光谱滤波的相位与光程同步控制技术，利用放大自发辐射光源和中心波长为1064 nm的光纤带通滤波器产生光谱宽度为10 nm的光纤激光，通过光谱滤波的方式实现相位和光程的同步探测与控制，光程控制范围优于0.1 ps，相位控制残差<λ/16。该方法在高平均功率光纤激光相干合成中具有重要的应用价值。
相干合成 超短脉冲 光谱滤波 光程控制 光学学报
2023, 43(17): 1714008
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(4): s12200
1 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
2 中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京 102206
3 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
以石油天然气为代表的工业气体已深入到人们生活和生产过程中，工业气体泄漏成为当前工业生产、交通运输等领域发生重大灾害的现象之一，同时甲烷排放也成为我国“碳排放”达标战略目标的主要指标，快速有效的气体泄漏检测技术和仪器成为当今国内外研究的重点。随着近年来非制冷红外焦平面探测器性能的提高，其低成本、长寿命和高可靠性能满足工业气体泄漏红外成像检测昼夜连续工作的应用需要，并发展出多种气体泄漏红外成像检测模式。在分析不同工业气体泄漏红外成像检测模式的基础上，设计并研制了基于差分光谱滤波的工业气体泄漏红外成像检测实验系统，分析提出了五个需要重点研究的视频图像处理方法，给出了相关的处理模型或典型处理示例。试验结果表明该成像检测模式具有较高的灵敏度，是一种有效的气体泄漏红外成像检测技术。
工业气体泄漏 红外光谱成像 非制冷IRFPA 差分光谱滤波 图像处理 industrial gas leakage infrared spectral imaging uncooled IRFPA differential spectral filtering image processing 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210714
光子学报
2022, 51(11): 1114003
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
提出了一种基于分束棱镜分光的共路离轴数字全息光路系统，该系统不仅能任意调节物光光强与参考光光强的比值，还可以灵活调节全息图频谱三项分离的距离，解决了传统针孔滤波共路离轴数字全息系统记录的全息图条纹对比度不高和记录器件的空间带宽积利用率不充分的问题。在理论和实验上分析了系统调试条纹对比度和频谱三项距离的可行性，介绍了相应的调节方法，并通过实验分析验证了该系统的成像性能。
全息 数字全息技术 显微术 定量相位测量 频谱滤波 中国激光
2022, 49(13): 1309002
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于维纳-辛钦定理计算光学相干层析成像(OCT)系统轴向分辨率δz的通用方法:对光源的功率谱密度分布进行傅里叶逆变换,得到其自相干函数,由其半峰全宽值来获得δz。利用该方法计算了高斯和非高斯分布光谱光源OCT系统的δz,通过与厂商给出的产品标称值相比较,验证了本方法对于高斯和非高斯分布光谱光源的正确性。以超宽带白光光源为例,使用滤光片滤除边缘部分光谱后形成非高斯分布光谱,搭建实验系统,实测δz,所得结果与本方法的计算结果较为接近,实验验证了本方法的正确性。本方法对于非高斯分布光谱光源OCT系统δz的计算结果,能为系统设计时的参数考虑与器件选择等提供依据。
成像系统 光学相干层析成像 非高斯分布光谱 轴向分辨率 光谱滤波 超宽带光源
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
在强背景下的窄线宽激光回光探测研究中, 采用光谱滤波的方式可以滤除背景光, 提高探测系统的信噪比; 对于光栅滤波系统而言, 考虑到信号光经过大气信道传输后会引起波前相位畸变, 而这会对系统的滤波性能产生一定影响, 故而有必要对其进行深入研究。针对光栅光谱滤波在激光大气传输探测方向的应用, 从激光大气传输理论和光栅衍射原理出发, 建立了光栅在入射光场为大气扰动光场时的光谱光强分布仿真模型, 分析了大气相干长度以及系统结构参数对系统性能的影响, 给出了光栅光谱滤波技术系统及大气适用条件, 当大气相干长度r0>0.05 m时, 得到了亚纳米级的光谱滤波线宽(半峰全宽FWHM为0.3 nm), 有效光谱的透射率也超过了0.90, 并通过大量仿真实验进行了验证。
光栅 光谱滤波 窄线宽 高效率 双光栅 大气湍流 中国激光
2018, 45(10): 1005002
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
基于双多层介质膜衍射(MLD)光栅的超窄带光谱滤波系统可以获得普通窄带滤光片无法实现的亚纳米级超窄光谱滤波宽度, 利用该系统有望极大地提高激光回光探测系统的信噪比和抗干扰能力。设计了一套基于双MLD色散补偿光栅的超窄带光谱滤波系统, 使用CODE V软件对系统像差进行理论仿真, 发现系统像差可忽略不计; 使用Matlab软件对系统的滤波线宽和有效能量透过率进行理论仿真, 为解决实际滤波问题时, 根据实际需求选择最优系统结构参数提供了较完整的理论基础。最后, 在实验室采用国产多层介质膜光栅, 在1064 nm中心波长段, 成功将光谱半峰全宽(FWHM)为0.3 nm的入射激光转换为光谱FWHM为0.03 nm的出射激光。
光谱学 光谱滤波 窄线宽 双光栅 无像差
1 山西医科大学物理教研室, 山西 太原 030001
2 山西大学理论物理研究所, 山西 太原 030006
3 山西大学计算机中心, 山西 太原 030006
基于非线性薛定谔方程的Kuznetsov-Ma孤子解，得出零背景的Kuznetsov-Ma孤子形式，给出零背景的Kuznetsov-Ma孤子与准基态孤子之间的关系。利用谱过滤的方法研究单模光纤中Kuznetsov-Ma孤子到准基态孤子转化的动力学行为。结果表明：在Kuznetsov-Ma孤子的最大压缩位置处获取的零背景脉冲能够以准基态孤子的形式在光纤中稳定地传输，并且随着Kuznetsov-Ma孤子物理行为控制参数的增大，更加接近于基态孤子的形式。通过稳定性分析发现，在小的初始白噪声扰动下，准基态孤子会以一定速度稳定传输。
非线性光学 非线性薛定谔方程 Kuznetsov-Ma孤子 谱过滤方法 准基态孤子
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
以10 km观测高度探测4.5等星为例, 分析星点在600~1100nm谱段的辐射特性, 使用Modtran软件计算同谱段的天空背景辐射亮度以及大气透过率, 在信噪比阈值为5的情况下, 选择一组典型的光学系统参量.采用一块平面反射镜和石英球面镜系统设计了轻、小型化的光学系统, 该系统在600~1 100 nm宽光谱范围内全视场光斑形状接近圆形、调制传递函数接近衍射极限, 色差很小, 具有良好的成像质量.计算了地面环境下星敏感器的昼夜探测信噪比, 以信噪比阈值5对星敏感器的探测能力评估, 结果表明在白昼地面环境下可以实现2.5等G型恒星的探测, 在夜间地面环境下可以实现6等G型恒星的探测.
光学设计 星敏感器 全天时 光谱滤波 信噪比 参量选择 Geometrical optics Atompheric optics Optical design Star sensor All-day Spectral filtering SNR Parameter selection
