上海电力大学电子与信息工程学院, 上海 200090
为了实现高分辨率的三维温度测量技术, 提出了一种基于光学相干层析的三维温度测量技术。根据气相火焰的散射特点, 建立相干测量火焰温度场的数学模型, 通过数值模拟两种雷诺数(Re=10 000, 20 000)下的Sandia Flame D三维温度场, 以及光学相干层析在上述两种工况下测量的三维温度场。模拟结果表明：在设定的模拟条件下, 对于低湍流程度火焰, 光学相干层析相干长度小于火焰最小尺度, 三维温度场测量具有一定的可行性。这将为光学相干层析测量三维温度场分布提供理论依据。
气相火焰 三维温度测量 光学相干层析 Rayleigh散射 高空间分辨率 gas phase flame three-dimensional temperature measurement optical coherence tomography Rayleigh scattering high spatial resolution
1 复旦大学材料科学系，上海 200433
2 西湖大学未来产业研究中心，浙江 杭州 310030
3 西湖大学工学院，浙江 杭州 310030
高分辨光学成像技术对生物学、生命科学以及材料科学的发展都有重要意义。主流的高分辨光学成像技术依赖荧光成像，但是荧光高分辨成像不能揭示分子特异性信息且极易导致细胞毒性。而光热显微成像技术是一种兼具成分分辨和非侵入性的新兴技术，能够填补高分辨荧光成像的缺陷，具有极大的应用前景。对光热显微镜技术的实现原理、技术发展进行简要介绍，并总结提高中红外光热显微成像的探测极限和分辨率的措施，旨在为进一步推动高灵敏度和超分辨光热成像技术的发展提供借鉴思路。
光热成像 红外成像 高灵敏度 高空间分辨率 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2200001
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工信部重点实验室，江苏 南京 211106
2 常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏 常熟215506
为了提高分布式光纤温度传感的空间分辨率，提出了一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射（BOCDR）新技术。笔者发现了外调制BOCDR系统中的拍频谱噪声，分析了该噪声的起因以及其对被测信号混叠的影响，并据此发现使用较大的调制中心频率可以抑制拍频谱噪声对布里渊散射信号混叠的影响，从而获得较高的空间分辨率及较大的温度测量范围。利用所提出的基于大调制中心频率的BOCDR新技术，在一个验证实验中，使用一段长为17.2 m的G657光纤实现了连续分布式测量。实验结果表明，外调制BOCDR系统的空间分辨率为11.6 cm，温度的测量不确定度为0.26 ℃，测量不确定度比同类系统低一个数量级。
光纤光学 光纤传感器 分布式传感 温度传感 布里渊光相关域反射 高空间分辨率 中国激光
2023, 50(13): 1306005
1 安徽职业技术学院机电工程学院, 安徽 合肥 230011
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230031
发展了一种余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术。首先通过构造多个低空间分辨率的余弦编码散斑复用为高空间分辨率调制散斑对目标进行调制照明, 单像素探测器收集调制光与目标相互作用后产生的散射光强, 由迭代算法复原出目标的混叠图像。进而鉴于余弦编码所特有的确定性频谱结构, 利用数字图像处理方法高效解码重构出多个低空间分辨率物体图像, 最终拼接为高空间分辨率目标图像。理论分析了余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术实现方法, 并仿真验证了该方法的有效性。本方法大幅降低了传统高空间分辨率关联成像所需的调制散斑, 减少了在线采样时间与离线图像重构时间, 提高了高空间分辨率关联成像的成像效率。
量子光学 关联成像 傅里叶变换 余弦编码复用 高空间分辨率成像 quantum optics ghost imaging Fourier transform cosine encoded multiplexing high spatial resolution imaging
1 安徽职业技术学院机电工程学院, 安徽 合肥 230011
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验 室, 安徽 合肥 230031
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230031
关联成像受限于成像机制, 其空间分辨率与时间分辨率相互制约。成像空间分辨率越高, 所需的调制散斑越多, 对应的采集时间越长。针对此瓶颈, 提出采用多个低空间分辨率散斑同时对高空间分辨率物体调制的关联成像方法, 利用单像素探测器接收被调制物体信号, 并基于迭代算法与压缩感知算法重构高空间分辨率成像物体图像。利用数值仿真验证了所提方法的有效性。研究结果表明, 所实现的高空间分辨率关联成像技术大幅降低了调制散斑数量, 减少了在线采样时间, 在生物医学等要求高空间分辨率且对采样时间苛刻的领域具有重要的应用价值。
量子光学 关联成像 压缩感知 迭代算法 高空间分辨率成像 quantum optics ghost imaging compressed sensing iterative algorithms high spatial resolution imaging
谭奋利 1,2,3曾晨欣 1,2,3冯安伟 1,2,3赵世家 1,2,3季轶群 1,2,3,*
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
快照式光谱成像系统可实时获取运动目标的光谱图像,在动态目标跟踪和识别等领域有着迫切的应用需求。快照式光谱成像系统的光谱分辨率与空间分辨率相互制约,针对现有快照式分光成像系统数值孔径小、难以同时实现高光谱分辨率和高空间分辨率的问题,提出了一种基于Dyson同心结构的新型快照式分光成像系统,它具有数值孔径大、成像性能优和结构紧凑等优点;视场离轴和复杂化设计可在保持光学成像性能的同时,增大机械装调空间,具有很好的工程可实施性。优化设计得到的新型快照式分光成像系统的数值孔径达到了0.3,光谱分辨率优于0.54 nm,空间采样点数为112×24。这种高光谱分辨率和高空间分辨率的快照式分光成像系统可为研究对大视场内快速运动目标进行精确探测识别的快照式光谱成像系统提供重要的理论基础。
光学设计 快照式分光成像系统 Dyson同心结构 高光谱分辨率 高空间分辨率 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210127
1 中国科学院合肥物质科学研究院 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
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 北京市遥感信息研究所，北京 100085
海洋背景的仿真是海面目标场景仿真的关键环节，是海洋目标-背景耦合作用模拟的重要基础，决定了仿真图像中目标与背景差异特征的正确性和真实性。高分辨率遥感成像下，海面细节特征突显，以往视海表为均匀辐射面的处理方法给高分辨率海洋场景仿真造成较大误差。重点研究了海面三维形态、多组分分布与海水方向反射特性的耦合作用和辐射模型，提出了海面高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型，根据海面组分分布的不同及不同位置海面法向的不同，修正了低分辨率下的海洋BRDF模型，使其满足高分辨率卫星图像的仿真应用，计算出不同组分的海面的方向反射数据，并将其与海面三维模型关联，构建了亚米级海面三维辐射模型，通过光线追踪方法建立海面零视距辐射场，并经过大气影响和传感器效应，模拟不同海况条件下卫星遥感图像。结果表明：将ZY3-02卫星实测海面图像与相同成像条件下的仿真图像对比，图像均值的误差为3.7%，标准差误差为9.9%，可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋背景。
高空间分辨率 海洋背景 三维海浪 海面辐射 遥感成像仿真 high spatial resolution ocean background 3D waves sea surface radiation remote sensing imaging simulation 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200514
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
分布式光纤传感技术已广泛应用于基础设施的健康监测、****安全等领域，长距离高空间分辨率的混沌布里渊光相关域分析（chaotic BOCDA）技术具有广阔的发展和应用前景。Chaotic BOCDA以类噪声、宽频带、宽光谱的混沌激光为探测信号，分别利用其类δ函数特性拓展传感距离、利用自相关特性提高空间分辨率以及利用高斯型光谱特性获得本征展宽的布里渊增益谱。基于上述特性，分别综述了10.2 km长传感距离、3.5 mm高空间分辨率和1200 με大范围动态应变监测的chaotic BOCDA系统。此外，还分析讨论了chaotic BOCDA技术的优缺点，并对其发展前景进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306011
北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
针对复杂形貌样品微区化学成分难以表征的难题,研制了一套激光共焦诱导击穿光谱(LIBS)显微成像系统。该系统利用反射的连续激光构建高空间分辨的激光共焦显微系统,实现样品的精准定焦及三维形貌测量;利用共光路脉冲激光诱导激发等离子体光谱信号,实现样品微区全元素探测,进而实现具有高空间分辨、抗漂移特性的三维LIBS显微元素成像。实验表明,该系统可以实现横向分辨率为10 μm的多元素图谱成像,系统光谱探测的合成不确定度为2.24%。该系统结合形貌信息和LIBS光谱信息实现三维图谱成像,为生物组织、微纳材料等复杂形貌样品的化学表征提供了新的有效途径。
光谱学 共焦 激光诱导击穿光谱学 高空间分辨 多元素图谱 光学学报
2020, 40(24): 2430002
