北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法，提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题，将蒙日-安培方程的解作为迭代初值，该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略，以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。
相位测量 相位恢复 蒙日-安培方程 迭代角谱算法 光强传输方程 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512004
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究，基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像，分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法，最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型，基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布，完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比，所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好，在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下，所测得的光强相对误差小于8.38%，0配光曲线匹配指数高达98.33%，验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。
测量 分布光度计 近场分布式光度测量 成像式亮度计 光强 配光曲线
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家实验室；吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提升激光等离子体极紫外光刻机光源中高重复频率、短脉冲CO2主振荡功率放大系统能量提取效率，需开展种子光光强截面分布与激光放大器增益分布的耦合匹配特性研究。基于欧拉-拉格朗日公式与Frantz-Nodvik方程，采用变分法求解了特定增益分布下最优种子光光强分布函数，研究了种子光半径、种子光光强分布与放大器增益分布对功率提取效率的影响。数值模拟表明：当脉冲种子光功率为500 W时，基模高斯光束的最优光束半径为0.54 cm，低功率种子光的最优光束半径与放大器增益宽度不相等；当脉冲种子光功率为2000 W时，高阶超高斯光束的最优光束半径接近增益区域半径，8阶超高斯光束对应的最佳光束半径为0.9 cm，功率提取值为3409 W，采用高阶的增益分布和与之匹配的超高斯光束能够极大提升放大器的能量提取值。该研究结果将为脉冲CO2主振荡功率放大系统的设计提供理论指导。
极紫外光源 CO2激光 脉冲放大 增益-光强匹配 变分法 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314008
哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院，山东 威海 264209
针对水下光通信受湍流、生物活动等影响引起链路失准，或通信距离改变导致接收光强变化较大的问题，结合直流偏置正交频分复用光信号的特点，提出了一种自适应光强探测电路。该电路通过自动增益控制技术调整对接收信号的放大倍数，输出稳定的电信号。首先对自适应光强探测电路的相关参数进行理论分析和仿真验证，然后设计研制该电路并进行空气信道和水下信道的实验测试。结果表明，该电路能够实现对不同强度光信号的自适应调节，输出电信号峰峰值基本稳定在600 mV左右，波动范围为-3.3%~3.3%。
水下光通信 自适应光强探测 自动增益控制 对数放大电路 光学学报
2023, 43(24): 2406002
1 中国西南电子技术研究所,成都 610036
2 山东师范大学,济南 250014
对于机载激光通信的传输信道，分析了大气信道中的衰减、光强闪烁、光束漂移及气动光学效应等复合效应，并推导了接收光束尺寸、链路中断概率和误码率等传输性能。仿真分析表明：一方面，接收光束尺寸受光束漂移及气动光学效应的影响而增大，且在低空条件下的光束尺寸主要受到大气湍流的影响而导致其大于高空条件的；另一方面，长距离的机载激光通信链路需考虑光束漂移的影响，并可通过优化发射光束大小进行抑制。
机载激光通信 大气湍流 光强闪烁 光束漂移 气动光学 airborne laser communication link atmospheric turbulence intensity scintillation beam-wandering aero-optic
1 北方民族大学电气信息工程学院，宁夏 银川 750021
2 合肥工业大学机械工程学院，安徽 合肥 230009
尽可能地增大出射光强，提高光通量利用率，是准直照明系统二次光学设计的研究目标。分别针对纯折射型和全内反射型的准直照明系统，研究了光源参数对其照明性能的影响，从理论上推导了系统出射光强、光通量利用率与光源出射度和配光曲线指数之间关系的表达式，并进行了实验验证。研究结果表明，系统出射光强与光源出射度成正比。光源配光曲线指数较小时，相比纯折射型准直照明系统，全内反射型准直照明系统的光通量利用率更高、出射光强更大、照明范围更广；但当光源配光曲线指数较大时，纯折射型准直照明系统具有更大的出射光强和更优的光斑陡边性。该结论可为准直照明系统二次光学设计中光源参数与配光元件结构的匹配优化提供理论依据。
准直照明 二次光学设计 光源参数 出射光强 光通量利用率 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122001
1 西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院，浙江 宁波 310022
针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题，将角谱迭代算法、光强传输方程（TIE）和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先，采集光学元件表面的光场分布，分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布，通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度；然后，从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价；最后，通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明，与角谱迭代算法相比，TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小，重建效果更好，重建精度更高。
测量 散射法 散射分布 划痕深度 相位重建 角谱迭代算法 光强传输方程 光学学报
2023, 43(14): 1412002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
基于异形孔径光阑的成像系统像方光强分布计算对显微系统自动对焦、景深扩展等成像技术领域发展有极其重要的理论价值，而传统的菲涅耳衍射光强分布计算公式仅适用于轴对称孔径光阑，且在焦平面处光强分布的问题。利用标量衍射理论，通过结合频谱变换与正交分离，推导出适用于异形孔径形状、任意离焦量的像方空间光场强度分布数理关系式；并利用离散傅里叶变换原理，获得了基于异形孔径光阑的光学成像系统像方空间光强分布的数值计算表达式。在圆形孔径光阑、焦平面处，对获得的表达式与传统计算公式进行了对比计算与分析，两组计算结果完全一致。针对半圆形孔径光阑，在相同的系统参数下，在离焦量分别为0，4，8 μm三个像方位置处，数理模型理论计算的结果与实验测试结果基本一致。从而证明所推导数理模型的准确性，其可适用于任意形状的孔径光阑。
异形孔径光阑 光学成像系统 像方空间 傅里叶变换 光强分布 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611006
1 华东理工大学 物理学院，上海 200237
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
传统的显示器由于滤色器的存在，有较大的功耗且能量利用率不高。本文提出了一种利用液晶调制紫外光偏振态以实现对受到局域表面等离子体共振影响的荧光量子点光强调制的方法，所设想的显示设备由用于产生局域表面等离子体共振的金属纳米结构、附着于金属纳米结构电场热区的荧光量子点和基于液晶结构的光偏振调制模块组成。对单个像素的情况进行了理论模拟和原理分析，计算了若干金属纳米结构对不同偏振态的紫外光的响应。理论验证了特定金属纳米结构的表面等离子体光强放大效应，通过电子束刻蚀和半导体沉积等技术手段可在光强放大的电场热区植入荧光量子点，受到紫外光偏振态调制的金属表面等离子体产生可控的光强增强或减弱，进而激发或者抑制相应颜色的量子点发出不同颜色的光，使其可以用于显示。提出了一种新颖的显示模式，不同于传统显示，其具有较高的能量利用率和较大的色域，虽然其存在色彩对比度较低、分辨率不够高等问题，但提议确实为人们日常的信息显示提供了一种新的思路和一种潜在可能，相信随着技术的进步和设计结构的优化，这种光偏振态调制受表面等离子体激励的荧光量子点的方法可以在显示以及非显示领域获得应用。
等离子体共振 荧光量子点 液晶 光的偏振态 光强增强 plasma resonance fluorescent quantum dot liquid crystal polarization states of light light intensity enhancement
