期刊基本信息
创刊:
1981年 • 半月刊
名称:
光学学报
英文:
Acta Optica Sinica
主管单位:
中国科协
主办单位:
中国科学院上海光机所
中国光学学会
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
龚旗煌
执行主编:
赵建林
副主编:
邵建达 刘文清 华灯鑫 张旭苹 刘辉
ISSN:
0253-2239
刊号:
CN 31-1252/O4
电话:
021-69916837
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
150元/期

本期栏目 2013, 33(6)

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光学学报 第33卷 第6期

作者单位
摘要
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
为了满足天文望远镜自适应光学系统的需要,研制了一个961单元的变形镜及其控制系统。利用Zygo激光干涉仪对变形镜的性能进行测试,包括单个促动器的响应测试、相邻促动器间推拉测试、耦合测试;对于变形镜的校正能力,分别进行了Waffle模式测试、Zernike多项式拟合和展平测试。测试表明,961单元变形镜在单个促动器作用下的最大面形校正量为±2.5 μm;相邻促动器间推拉变形量为4 μm;相邻促动器间的耦合为23%;相对于之前的137单元变形镜,其对Zernike多项式的拟合能力有较大地提高;展平后的面形优于λ/70(λ=632.8 nm)。测试结果达到了天文望远镜自适应光学系统对变形镜的性能指标要求。
自适应光学 变形镜 性能测试 校正能力 
光学学报
2013, 33(6): 0601001
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
大气气溶胶特性包括气溶胶的物理、化学、光学特性,而气溶胶光学参数的确定是准确估算辐射强迫的前提条件。提出一种结合大气辐射传输模型,利用查表法反演气溶胶消光的方法,研究了单次散射反照率、非对称因子及地表反照率等输入参数对模拟氧的二聚体(O4)大气质量因子的影响。利用多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术在不同仰角下进行测量,将计算得到的O4的大气质量因子与辐射传输模型计算的大气质量因子做比较,通过最小化及线性插值过程反演出气溶胶的光学厚度、边界层高度及地面消光系数。建立查找表,以上海宝山监测点多轴差分吸收光谱仪测量为例,反演出气溶胶的消光,并与雷达监测数据做对比,两者具有较好的一致性。结果表明,查表法可以实现气溶胶特性的探测。
大气光学 查找表 气溶胶 二聚体 
光学学报
2013, 33(6): 0601002
魏安海 1,2,*赵卫 1韩彪 1谢小平 1,3[ ... ]苏玉龙 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西安通信学院, 陕西 西安 710106
结合Fournier-Forand和Henyey-Greenstein体积散射函数,利用Monte Carlo法建立水中激光脉冲传输特性分析模型。采用该模型分析了散射体相对折射率和尺寸分布对水中光脉冲传输特性的影响。研究表明:光脉冲在水中传输时,随着散射体相对折射率的增大和小尺度散射体相对含量的增加,脉冲展宽增加,光波前向散射减弱且空间分布扩展加剧,到达角分布更离散。与传统水中光脉冲传输仿真模型相比,此模型更加有效。
海洋光学 光脉冲 体积散射函数 Monte Carlo法 
光学学报
2013, 33(6): 0601003
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
2 陕西理工学院物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
基于簇团簇团凝聚(CCA)模型,利用蒙特卡罗法模拟了由不同半径球形基本粒子凝聚而成的多粒径气溶胶凝聚粒子。结合物质的电结构,将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子,利用离散偶极子近似方法,数值计算了不同波长入射情况下多粒径气溶胶凝聚粒子散射、吸收和消光效率因子等光学特征量的值,并将数值结果与等体积单一粒径气溶胶凝聚粒子和等体积球形气溶胶粒子的光学特征量进行了对比。结果表明,气溶胶粒子光学特征量的值取决于入射光的波长和气溶胶粒子的形状,并且单一粒径和多粒径气溶胶凝聚粒子的光学特性明显不同,其中多粒径凝聚粒子模型更接近实际气溶胶粒子。分析结果为理解和研究气溶胶粒子光学特性提供了一定的参考。
物理光学 气溶胶凝聚粒子 光学特性 数值计算 
光学学报
2013, 33(6): 0601004
作者单位
摘要
信阳师范学院物理电子工程学院, 河南 信阳 464000
利用经典系综模型,研究了少光周期的椭圆偏振激光脉冲驱动下的Xe原子非次序双电离(NSDI),使用的激光强度为2.5×1014 W/cm2,波长为780 nm。计算结果显示,在不同的载波包络相位(CEP)下,NSDI中得到的末态关联电子对沿激光偏振平面长轴方向的动量谱主要分布在一、三象限,呈现出强烈的正关联行为。关联电子对末态动量分布于一、三象限的总数量之比随CEP呈现先减小后增大的趋势。轨迹分析表明,在激光脉冲驱动下,NSDI是由于再碰撞而发生的,并且此过程以直接碰撞电离机制为主;另外,计算结果显示,再碰撞时刻对应的激光场相位强烈地依赖于CEP。
原子与分子物理学 非次序双电离 少光周期的椭圆偏振激光脉冲 再碰撞 时间延迟 
光学学报
2013, 33(6): 0602001
作者单位
摘要
合肥电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
为了定量研究复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算固体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型:使用Fluent软件计算固体火箭尾焰复燃流场;分别使用窄带模型和米氏散射理论计算气体和Al2O3的辐射参数;使用有限体积法(FVM)求解尾焰中的辐射传输方程(RTE)。利用上述模型,分别研究了复燃对无Al2O3粒子和含有Al2O3粒子两种固体火箭尾焰红外辐射特性的影响,并分析了对二者影响差异的原因。结果表明,复燃使无粒子尾焰光谱辐射强度增幅显著,在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了46.4%和58.4%;复燃使含粒子尾焰光谱辐射强度增幅较小,在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个波段平均辐射强度的增加比例分别为7.7%和8.4%。初步分析认为,复燃使两种尾焰温度增幅不同导致了辐射增幅的差异。
红外辐射 复燃的影响 有限体积法 固体火箭尾焰 
光学学报
2013, 33(6): 0604001
作者单位
摘要
上海师范大学数理学院光电材料与器件重点实验室,上海 200234
利用描述脉冲激光与体光栅相互作用的耦合波方程,系统研究了不同入射脉宽和啁啾参数的线性啁啾脉冲激光经体光栅衍射时,频域内衍射光谱的振幅和相位变化特性。计算结果表明,衍射啁啾脉冲振幅的光谱宽度受入射脉宽、啁啾参数和体光栅有效衍射谱宽的影响,在体光栅有效衍射谱宽一定时,随着入射脉宽的增大,衍射谱宽减小,衍射效率增大;随着啁啾参数的增大,衍射谱宽增大,衍射效率降低;对于衍射啁啾脉冲频谱的相位分布,随着入射脉宽的增加和啁啾参数的减小,相位变化幅度增大,而且相位分布曲线呈现不对称特性。研究还发现,适当选择体光栅的光栅矢量和入射角,可以利用体光栅的布拉格衍射实现对线性啁啾脉冲激光的整形,而且保持衍射脉冲的频率线性啁啾特性。
衍射 衍射光学 啁啾脉冲激光 耦合波理论 体光栅 
光学学报
2013, 33(6): 0605001
赵建宜 1,*陈鑫 1钱坤 2张玓 2[ ... ]刘文 1,3
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家实验室, 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 光迅科技股份有限公司, 湖北 武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院, 光纤通信技术和网络国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
设计制作了一种适合单片光子集成回路的InP基16通道,200 GHz通道间隔的阵列波导光栅(AWG)器件。采用偏振无关的深脊型波导以减小器件尺寸,提高光电子芯片的集成度。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD),光刻及感应耦合反应离子束(ICP)刻蚀技术,成功研制出芯片样品。测试结果显示,器件插入损耗约-10 dB,相邻通道串扰小于-15 dB。
光学器件 磷化铟 阵列波导光栅 波分复用器 单片光子集成 
光学学报
2013, 33(6): 0605002
作者单位
摘要
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
简要地叙述了厄米高斯模与拉盖尔高斯模的一些理论,画出了具有代表性的厄米高斯模与拉盖尔高斯模在z=0平面的三维图像。为了了解厄米高斯模与拉盖尔高斯模的各种模态的关系,分别画出了它们的模态从(0,0)到(2,2)的强度等高线,并从模阶数与峰值、峰值的变化、延伸面积和对称性得到了它们各自的特性,然后进行对比得到它们之间的相同点和不同点。另外通过图像和公式说明了厄米高斯与拉盖尔高斯最低阶模(0,0)是一致的,即高斯模。对比了它们之间的电(磁)场和平均坡印廷矢量,不同点与模态有很大关系。画出横截面中振幅强度随传输距离增加而变化的图像,从中得到了束宽和峰值强度与传输距离之间的关系。
物理光学 厄米高斯模 拉盖尔高斯模 图像比较 
光学学报
2013, 33(6): 0606001
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过研究不同大气湍流条件下的系统误码率(BER)来说明大气湍流引起的波前畸变给零差二进制相移键控(BPSK)相干光通信系统带来的恶劣影响。结果显示,大气湍流引起的像差可以独立于系统信噪比(SNR)作用于相干光通信系统,导致误码出现。即使在SNR无限大的情况下,当接收光信号的波面峰谷值(PV)大于一个波长后,就容易出现误码;并且随着SNR的降低,对波面PV的要求更加严格。另外,大气湍流引起的光强起伏和相位畸变会导致相干混频效率急剧下降,从而增加系统误码率。
光通信 零差二进制相移键控 大气湍流像差 误码率 相干混频效率 
光学学报
2013, 33(6): 0606002
作者单位
摘要
1 江南大学理学院光信息科学与技术系, 江苏 无锡 214122
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 联合实验室, 上海 201800
在研究电荷耦合器件(CCD)饱和效应对PIE成像质量影响的基础上,提出了一种改进的重建算法。该方法可以从发生部分饱和的数据重建出准确的再现像。和现有的方法相比,此方法可以在保证分辨率不受影响的条件下,大幅度缩短数据采集时间,因此可显著降低对实验装置和样品稳定性的要求,对PIE方法的推广应用有重要的实际意义。
成像系统 相干衍射成像 相位恢复 显微成像 
光学学报
2013, 33(6): 0611001
作者单位
摘要
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种基于全景环形透镜(PAL)的全景环带立体成像系统的立体信息提取方法。该成像系统由两组共轴PAL单元构成,其成像圆为两内外相接的圆环,能够实时提取360°水平视场角物体的立体信息。基于该系统的成像原理,针对非单视点成像系统特点建立相机模型对系统进行标定,并验证了标定结果。将尺度不变特征变换(SIFT)算法应用到对应点匹配上,充分利用本系统的共线约束来提高匹配的速度和准确度。应用三角测量原理从捕获的图像中提取有效深度信息。进行立体信息提取实验,给出了结果和误差分析。该系统能有效获取场景深度信息,3 m距离范围误差率在±5.2%内,证明了该系统的可行性。
成像系统 深度信息估计 全景立体成像系统 相机标定 对应点匹配 
光学学报
2013, 33(6): 0611002
作者单位
摘要
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
为仿真场景景物红外特征和红外高光现象,根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型,提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型,在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递,使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面,提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法,根据景物几何特征确定反射区域,由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量,实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。
机器视觉 红外辐照模型 红外场景仿真 几何特征 辐射能量 
光学学报
2013, 33(6): 0611003
朱硕 1,2,*张晓辉 1
作者单位
摘要
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
为进一步提高Ritchey-Common法的检测精度,分析了实验中Ritchey角精度对整体检测结果的影响。通过仿真模拟,分析并确定出最佳Ritchey角测试范围在20°~50°之间,此时面形误差检测结果精度可达0.01λ(λ=0.6328 μm)。仿真过程中模拟Ritchey角存在误差时对检测结果的影响,当Ritchey角误差控制在±1°时,拟合结果与原始面形的残差降至0.0007λ,能够满足测试要求。针对Ritchey角测量存在误差的问题,利用测得系统光瞳面的图像压缩比例来计算Ritchey角大小,此方法的计算误差可控制在0.2°以内。实验中选择3个角度来检测,在数据处理时将测得数据两两组合进行解算。29.6° & 47.8°组合拟合结果与Zygo干涉仪直接检测结果的残差的峰谷(PV)值为0.068λ、均方根(RMS)值为0.0105λ,证明Ritchey角的选择及其计算精度对检测整体精度具有一定影响。
测量 光学检测 大口径平面镜 检测精度 
光学学报
2013, 33(6): 0612001
作者单位
摘要
北京市太赫兹波谱与成像重点实验室,太赫兹光电子学教育部重点实验室,首都师范大学物理系,北京 100048
蜂窝结构在使用过程中,常见的缺陷有脱粘和积水。红外无损检测技术通过对试件主动加热,利用热像仪采集试件表面的红外辐射变化,从而检测出物体的缺陷信息。实验结果表明,蜂窝积水位置的温度要低于参考区域的温度。基于这一现象,利用Ansys有限元软件模拟了蜂窝结构的脉冲红外热成像检测过程,并与实际脉冲红外热成像用于表面下识别检测实验结果进行对比,验证了模拟结果的正确性。对蜂窝结构的积水、脱粘和积油缺陷模拟并进行对比识别,为实际实验提供理论基础。
测量 脉冲红外热成像 有限元分析 蜂窝结构 缺陷 
光学学报
2013, 33(6): 0612002
作者单位
摘要
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
计算全息图(CGH)作为零位补偿器,越来越广泛地应用于高精度非球面检测领域。CGH的设计、编码、加工和装调等误差,直接限制了非球面的检测精度。提出一种切实可行的检测非球面的流程与方法,完成了对CGH基底的标定、参考镜的绝对标定和CGH的畸变校正,实现对非球面的高精度检测。除了采用传统的平方根之和(RSS)误差合成分析方法外,还通过与无像差点法测量结果的对比,从实验上获得了此方法的测量精度。实验结果表明,利用CGH对非球面进行检测的精度可以达到3.9 nm[均方根(RMS)值]。
测量 非球面检测 计算全息图 绝对标定 
光学学报
2013, 33(6): 0612003
作者单位
摘要
1 南京农业大学工学院 江苏省智能化农业装备重点实验室, 江苏 南京 210031
2 淮阴工学院电子与电气工程学院, 江苏 淮安 223003
基于调频光谱原理,提出一种可用于在线测量的表面等离子体共振光纤传感器结构。理论分析、数值仿真和实测结果表明,基于表面等离子体共振效应的光纤传感头,相当于具有中心对称吸收谱的吸收介质,且吸收峰中心波长随待测折射率的增加而红移;基于此吸收谱函数,以微分光谱替代直接光谱测量,可有效克服吸收峰处一阶微分谱为零对测量灵敏度的消极影响;参考光路及闭环负反馈结构的引入,可有效抑制源于光源和光路中光强波动等的影响。以镀有50 nm厚金薄膜的多模石英光纤组成传感头,搭建相应的闭环系统,对折射率为1.33000~1.43000范围内不同液体进行折射率测量,并与阿贝折射率仪、光纤光谱仪及理论仿真结果进行比较。结果表明, 在1.33200~1.37580 RIU(RIU表示单位折射率)范围内,测量精度可达0.00016 RIU,与波长分辨率为0.4 nm的光谱仪测量结果精度相当;在1.37500~1.42640 RIU范围内,测量精度可达0.00071 RIU,优于0.00090 RIU的光谱仪测量结果,较好地验证了该方案用于在线测量的可行性和检测结果的可靠性。
测量 折射率 表面等离子共振 调频光谱 闭环 
光学学报
2013, 33(6): 0612004
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为了测量光学玻璃的全场应力延迟量,提出了一种基于移相算法和自准直光路系统的应力测量方案。测试光两次通过被测件使应力信息放大1倍。根据应力条纹图对比度选定移相步长,分析一组具有高对比度的移相应力条纹图实现方砖延迟量的全场分布测量。通过仿真得到该方法的测量精度达0.2 nm/cm,测量结果显示退火方砖的中间区域应力延迟量为3 nm/cm,边沿区域为9 nm/cm。采用该方法,可以快速实现应力延迟量的全场高精度测量。
测量 光学测量 应力延迟量 移相算法 光学玻璃 
光学学报
2013, 33(6): 0612005
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院, 北京 100081
波片通常用于测量光学系统的偏振效应。对于大入射角的超高数值孔径(NA)成像系统,待测光不再平行于系统光轴,而是与系统光轴有较大夹角的圆锥形光束,所以在高NA的成像系统中使用的波片不是传统的两片式零级1/4波片,而是正负晶体组合的四片式宽视场角(WVA)1/4波片。分析了WVA 1/4波片的装调角度误差(绕成像系统光轴的旋转误差和垂直于系统光轴的倾斜误差)、晶体的厚度和光轴加工误差所引起的附加相位差。分析结果显示,在NA为1.35的光刻系统中,当四片式WVA 1/4波片的装调角度误差和单片晶体光轴加工误差均为±2°时,后者比前者所引起的附加相位差大10倍以上。分析了WVA 1/4波片装调和加工误差引起的最大附加相位差对高NA光刻系统掩模面光偏振度(DOP)的影响。当WVA 1/4波片的附加相位差在±10°以内时,DOP的偏差可以控制在0.1%的范围内。
测量 波片 相位延迟 误差 光刻机 偏振检测技术 
光学学报
2013, 33(6): 0612006
许勇 1,2,*郭鹏宇 1,2龙古灿 1,2张小虎 1,2于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科学技术大学图像测量与视觉导航湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
提出了一种基于空间控制点的全自动标定方法,该方法只需知道控制点的空间坐标及其图像,通过自动提点、自动匹配以及高精度解算三个过程完成全自动标定。针对已知光心位置和已知光轴指向两种情况,对摄像机标定进行了理论推导,提出了焦距一致判据的自动匹配算法;针对不存在先验信息的情况,以计算残差和重投影残差为判据,根据最近邻原则提出了残差最小自动匹配算法。仿真和实验验证了提出的自动匹配算法和全自动标定模型的快速、正确性和高精度。
测量 机器视觉 全自动标定 残差最小自动匹配 焦距一致自动匹配 摄像测量 
光学学报
2013, 33(6): 0612007
作者单位
摘要
西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
基于椭偏仪实验测量的材料表面镜反射率谱数据,分析和结合了多种常用的光滑样片模型的优点,提出了适用于光滑样片的镜反射率谱模型。分析了多种光滑样片在多个波段下的参数值和均方根误差,证明了该模型可以用于拟合光滑样片的镜反射率谱数据。比较了该模型与五参数双向反射分布函数(BRDF)模型,通过对该函数模型的上半空间积分,与实验测量的材料表面半球反射率比较,验证了该反射率模型的正确性。结果表明,该模型不仅能满足能量守恒定律和互易性,而且对光滑样片,该模型是BRDF模型的理想替代。
物理光学 双向反射分布函数 椭偏仪 光滑样片 反射率谱 
光学学报
2013, 33(6): 0612008
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院光电科学技术系, 四川 成都 610064
S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点,是一种无损可逆的非平稳信号时频分析方法,具有线性、多分辨率、逆变换唯一,且与傅里叶变换保持着直接联系等特点。针对基于“脊”分析原理的S变换轮廓术中,相位采用一阶泰勒展开描述时存在的不足,提出了更为精确的二阶泰勒展式的相位描述方法。通过严格的理论分析,得到了更准确的相位场的计算公式,弥补了采用一阶泰勒展式描述相位的不足,大大提高了S变换“脊”方法重建三维面形的精度。完成了相应的计算机模拟和实验验证,并将S变换三维重建效果与以前的基于相位一阶展式的结果进行了对比。
测量 S变换 条纹分析 泰勒展开 三维面形重建 
光学学报
2013, 33(6): 0612009
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对已有单光弹调制器米勒矩阵测量技术缺乏定量误差分析的不足,提出了单光弹调制器米勒矩阵测量误差方程,给出了相对误差分析方法,并结合矩阵条件数得到了降低米勒矩阵各元素最大相对误差的两组1/4波片方位角优化组合。实验结果表明,该两组1/4波片方位角优化组合,测量得到的待测1/4波片米勒矩阵各元素的最大相对误差分别为0.12%和0.20%,相比传统1/4波片方位角优化组合{-90°,-45°,30°,60°}条件下得到的各元素最大相对误差为0.83%,分别降低了85.54%和75.90%。
测量 偏振 米勒矩阵 单光弹调制器 误差方程 条件数 
光学学报
2013, 33(6): 0612010
作者单位
摘要
上海交通大学激光等离子体教育部重点实验室, 上海 200240
对相位调制合束技术产生高重复频率短脉冲技术进行了研究,利用两个电光开关的错位削波技术对连续种子激光进行斩波、分束,并分别用相同的相位调制器调制,通过相干合束产生窄带脉冲。对多种相位调制信号调制光脉冲的过程进行了数值仿真,研究了不同相位调制函数调制引起的光脉冲特性变化规律,通过实验验证了本方法产生高重复频率短脉冲的科学性。利用2.5 GHz带宽的实验仪器压缩出了脉宽为60 ps、重复频率为1 GHz的高重复频率短脉冲。
激光器 高重复频率短脉冲 相位调制合束 错位削波 强度调制 
光学学报
2013, 33(6): 0614001
作者单位
摘要
中国人民解放军理工大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
选用不带内部隔离器的普通商用分布反馈式(DFB)半导体激光器作为从激光器,用一个经马赫曾德尔外调制器进行奇数阶边带抑制调制的光信号作为探测信号,通过测量不同失谐频率条件下从激光器输出光信号经光电探测器检测所得的射频信号的功率,对光注入条件下DFB激光器的放大特性进行了研究,得到了不同注入功率比条件下DFB激光器的放大特性曲线。同时研究了-2级边带得到最大放大时的最佳失谐频率以及不同注入功率比条件下探测光信号的载波和-2级边带分别得到的增益。利用DFB激光器对探测光-2级边带的放大作用,得到了高边带抑制比的单边带信号,产生了二倍频本地振荡信号的微波信号。这为用光学方式产生高频微波信号提供了一种新的方法。
激光器 放大 光注入 微波 
光学学报
2013, 33(6): 0614002
作者单位
摘要
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200072
理论仿真和实验研究了偏振反馈对基于半导体光放大器(SOA)的光纤环激光系统的动态响应的影响。在建立的各向同性SOA光纤环系统的速率方程基础上对系统的工作状态进行了稳态与混沌态的仿真研究。仿真结果表明,对各向同性的SOA光纤环系统,稳态下可通过环路偏振态的90\O扭转反馈,实现正交偏振的双稳态输出;而在非稳态下通过调节环路偏振态转换,可得到全偏振态遍历的偏振混沌输出。建立了基于SOA光纤环的偏振混沌的实验系统,通过调节光纤环路的偏振转换特性,实验观察到了系统稳态工作下的正交偏振调制输出,以及混沌态下动态偏振度小于1%的偏振混沌输出。实验结果与理论仿真结果一致。
光电子学 半导体光放大器 光纤环 偏振混沌 正交偏振调制 偏振度 
光学学报
2013, 33(6): 0614003
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
研究了掺钬光纤激光极限输出功率,综合考虑热效应、光纤损伤、抽运亮度以及非线性效应的影响,计算了硅基掺钬光纤激光两种常规的抽运方式(掺镱激光抽运和掺铥激光抽运)在连续运转情况下的极限功率。计算结果表明,在现有工艺条件下,两种抽运方式的极限功率分别是29.9 kW和70.2 kW。功率的受限因素主要包括抽运亮度、热透镜效应和受激拉曼散射(SRS),其中进一步提高抽运亮度是当前实现掺钬光纤激光高功率输出的主要有效途径。考虑了相应的单频激光输出以及受单模条件限制时的极限功率和受限因素。对两种抽运方案比较可得,掺铥激光抽运方案更具高功率输出优势。
激光器 掺钬光纤 功率提升 级联抽运 
光学学报
2013, 33(6): 0614004
作者单位
摘要
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
3 吉林大学通信工程学院, 吉林 长春 130033
针对点目标的抛物线运动,提出了一种使用已标定单目摄像机测量点目标三维坐标的新方法。算法分三个步骤:通过计算悬垂直线在摄像机平面上投影直线的交点得到重力方向的消失点;使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹的投影二次曲线,并利用抛物线的射影几何性质计算抛物线支撑平面的旋转矩阵;通过地平面的单应矩阵计算世界坐标系和摄像机坐标系之间的平移矢量,以得到抛物线支撑平面的单应矩阵,并确定抛物线运动点目标的三维坐标。通过仿真实验和真实实验证明了算法的正确性和可行性。实验结果表明:所给出的方法对点目标的抛物线运动测量具有易于实现、测量简便的优点。
机器视觉 单目测量 点目标 抛物线运动 
光学学报
2013, 33(6): 0615001
刘晓春 1,2,*钟涛 3于起峰 1,2张小虎 1,2[ ... ]尚洋 1,2
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科学技术大学图像测量与视觉导航湖南重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 海军装备部, 北京 100071
非均态灰度变化和局部景象变化是异源图像配准面临的主要挑战。基于平均局部相位角(MLPA)和频率展开相位一致(FSPC)两种局部频率表达实现了对异源图像的非均态灰度和对比度反转不变的描述,并通过FSPC提取了图像间的公共结构信息;通过目标函数综合MLPA和FSPC的优势,对图像间公共结构信息分配更大的置信度;通过调整单纯型模拟退火算法,避免算法陷于局部最优解。大量真实和仿真实验证明了该方法能有效容忍图像间较大几何变形、景物差异和非均态灰度变化,改善了传统方法的配准精度和稳定性。
机器视觉 图像配准 图像表达 异源图像 局部频率信息 单纯型模拟退火 
光学学报
2013, 33(6): 0615002
作者单位
摘要
武汉大学遥感信息工程学院, 湖北 武汉 430072
针对基于灭点的一维相机标定法在抑制径向畸变上的缺陷,提出了一种基于基础矩阵的一维标定法,该方法通过基础矩阵恢复投影意义下的相机矩阵,进而转换至欧式空间的方式来求解内方位元素矩阵。该标定方法中无需任何先验知识或计算灭点,一维标定物能做任意的刚体运动,可以对多个相机同时进行标定,适合于非实验室环境下的相机快速标定。模拟数据的相关对比实验证明,当径向畸变不可忽略时基于基础矩阵的标定法优于基于灭点的标定法,真实数据的相关对比实验验证了该方法的实用性。
机器视觉 相机标定 基础矩阵 一维标定 径向畸变 
光学学报
2013, 33(6): 0615003
作者单位
摘要
郑州航空工业管理学院数理系, 河南 郑州 450015
利用折射率椭球理论研究了各向异性晶体的平板负折射成像。研究结果表明:单轴晶体的负折射现象是由晶体的光学各向异性所引起的,属于单轴晶体的本质特性;单轴晶体的切角和双折射率是产生负折射的关键因素;各向异性晶体在一定的前提条件下可以实现平板负折射二次成像。最后通过钒酸钇(YVO4)和方解石(CaCO3)晶体对这套理论进行了实验验证。
物理光学 晶体光学 负折射成像 折射率椭球理论 负折射 各向异性 
光学学报
2013, 33(6): 0616001
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
为了获得乳腺诊断的功能影像信息,设计了一套面向乳腺肿瘤早期诊断的血氧扩散光学层析(DOT)成像系统。该时域测量系统采用时间相关单光子计数技术,获得溢出目标体表面的光子随时间变化的分布信息,为了兼顾测量时间和系统成本,采用了四通道并行测量模块与光开关相结合的架构,能够降低不同通道之间的性能差异,减少伪像对诊断的干扰。采用基于广义脉冲谱技术的特征数据算法实现了光学参数(吸收系数、约化散射系数)的同时重建。通过仿体实验和初步临床研究对所提出的时域血氧DOT方法进行了验证,结果表明,该方法可以有效重建乳腺组织中光学参数的空间分布,进而获得乳腺组织功能信息,用于乳腺肿瘤的早期检测。
医用光学 成像系统 乳腺肿瘤早期诊断 三维时域扩散光学层析 功能影像重建 
光学学报
2013, 33(6): 0617001
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
基于球谐函数参数化描述方法和组织器官光学特性分区均匀性假设,提出了一种稳态测量模式下形状扩散光学层析(DOT)成像方法,它能同时重建组织器官的形状及其内部光学参数。该方法中,正向模型采用扩散方程的边界元数值解法,图像反演则采用Levenberg-Marquardt优化算法。用不同噪声水平下的模拟数据和简化的仿体模型分别进行了模拟和实验验证。重建结果表明,所提出的算法具有较快的收敛速度和较好的全局收敛性,并能有效地恢复目标区域的形状参数和光学参数。
医用光学 形状扩散光学层析成像 边界元法 球谐函数参数化 逆问题 
光学学报
2013, 33(6): 0617002
王懋 1,2,3,*李春炎 1孙云飞 1,4李敏 1[ ... ]吴东岷 1
作者单位
摘要
1 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
4 苏州科技学院电子与信息工程学院, 江苏 苏州 215011
小动物活体荧光成像系统是研究现代生物医学的有力手段之一,但是现有的荧光成像系统穿透深度低、信噪比不高,严重制约了荧光成像技术在生物医学中的应用。利用近红外Ⅱ区光(1000~1350 nm)在生物组织中的穿透深和成像信噪比高的特点,研制出了一套高性能的近红外小动物活体荧光成像系统。模拟实验表明:该系统具有信噪比高(57 dB)和穿透深度深(大于10 mm)的特点。通过利用该近红外小动物活体荧光成像系统对静脉注射有Ag2S量子点(荧光发射波长为1200 nm)的小鼠进行观察,获得了小鼠全身血管网络及深层组织器官的高分辨率图像。
成像系统 荧光成像 近红外Ⅱ区 活体小动物 
光学学报
2013, 33(6): 0617003
作者单位
摘要
1 华东师范大学信息科学技术学院通信工程系, 上海 200241
2 上海电机学院电子信息学院通信工程系, 上海 200240
推导了同向传播但波长不同的两光波,在三、五阶非线性效应同时作用下、基于超常介质Drude色散模型的耦合非线性薛定谔方程组和交叉相位调制引起的调制不稳定性(XMI)的增益公式,分析了五阶非线性效应对交叉相位调制引起的不稳定增益谱的影响。结果表明,五阶非线性效应加强了调制不稳定性,使增益谱变宽,峰值变大,并且反常群速度色散(GVD)区域调制不稳定性的增益明显大于正常GVD区域。比较了考虑群速度矢配(GVM)与忽略GVM的两种情况,发现GVM对XMI起了重要的作用。当两列光脉冲同时在正折射率区域或在不同的折射率区域传播时XMI最严重。
非线性光学 超常介质 交叉相位调制 调制不稳定性 三、五阶非线性 增益谱 
光学学报
2013, 33(6): 0619001
吕博 1,2,*刘伟奇 1康玉思 1冯睿 1[ ... ]魏忠伦 1
作者单位
摘要
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
设计了一种采用全球面透镜并具有变焦距功能的光刻系统。系统具有4个机械变焦的位置,两片负透镜作为变倍组,两片正透镜作为移动补偿组,补偿在变焦过程中由于系统共轭距离变化造成的像面移动。该系统光学总长为653.67 mm,系统采用的22片透镜元件,全部采用球面设计,同时系统中没有使用特种光学玻璃。该系统工作在光刻常用波长405 nm下,其500 lp/mm调制函数值在4个变焦位置和所有视场内均大于0.40,绝对畸变小于六分之一特征尺寸。设计结果表明该系统成像效果良好,制作成本低,适用于工作在刻蚀微米量级分辨率、变焦距双远心光刻系统中。
光学设计 变焦距光学系统 光刻物镜 球面设计 
光学学报
2013, 33(6): 0622001
涂远莹 1,2,*王向朝 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于线性模型的光刻投影物镜偏振像差补偿方法。根据Hopkins矢量部分相干成像理论,推导了投影物镜含有偏振像差时交替型相移掩模(Alt-PSM)光栅图形的空间像光强分布以及偏振像差引起的光栅图形成像位置偏移(IPE)与最佳焦面偏移(BFS)的解析表达式。利用该解析表达式建立了偏振像差与光栅图形成像质量(IPE、BFS)的线性模型。通过该线性模型能快速计算偏振像差线性灵敏度,调整控制相应的标量像差补偿量,从而减小偏振像差对光栅图形成像质量的不利影响,实现偏振像差补偿。该方法的补偿效果主要与标量像差调整精度以及光栅图形对标量像差的灵敏度有关。仿真结果表明,该补偿方法能有效地减小偏振像差引起的IPE以及不同栅距的光栅图形的BFS差值,从而提高光栅图形成像质量。
光学制造 光刻投影物镜 偏振像差补偿 泡利泽尼克系数 线性模型 
光学学报
2013, 33(6): 0622002
作者单位
摘要
内蒙古工业大学机械学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
针对现有共光路径向剪切干涉仪所存在的干涉条纹对比度不可调、剪切相位差复原精度低或移相方式复杂、光学系统调整困难等缺点,提出一种对比度可调的共光路径向剪切移相干涉仪,利用偏振分束实现对比度连续可调,用偏振移相技术实现四步移相干涉。对波前重建精度的主要影响因素之一,即条纹对比度,进行深入的理论分析与实验验证;并对液晶空间光调制器(LC-SLM)生成的实际像差进行实验测试。结果表明,共光路径向剪切移相干涉仪可获得最高的条纹对比度,有关起偏角与条纹对比度之间关系的研究结果可为相关光学系统的设计与建立提供重要的理论依据。
光学设计 径向剪切 移相干涉仪 条纹对比度 波前重建 
光学学报
2013, 33(6): 0622003
作者单位
摘要
长春理工大学, 吉林 长春 130022
设计了工作于3~5 μm和8~12 μm双波段、F数为1.2的大相对孔径的红外消热差光学系统。该系统全视场角为22°,有效焦距为50 mm,系统总长78 mm。系统采用锗和AMTIR I(Ge、As、Se混合材料)两种材料,为三片镜结构。通过引入双层谐衍射元件,大大提高了衍射效率,减小了色差,并使系统重量减轻。系统在-40 ℃~60 ℃的温度范围内性能稳定,适用于像元尺寸为25 μm,像元数为640 pixel×480 pixel的凝视式双波段焦平面阵列探测器。设计结果表明:当探测器的尼奎斯特频率为20 lp/mm时,温度取不同值时的调制传递函数(MTF)值均大于0.5,成像质量良好,实现了消热差设计。可在作用距离为2 km时,分辨3 m范围的目标,满足**侦察的需求。
光学设计 双波段 大相对孔径 双层谐衍射 消热差光学系统 
光学学报
2013, 33(6): 0622004
作者单位
摘要
苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
详细介绍了分孔径光学系统初始结构参数确定和光学设计方法。分孔径光学系统是一种偏心系统,可分解为多个同轴子系统的组合,在给出其初级像差表达式的基础上,利用PW法及最小二乘法计算其初始结构参数。优化设计得到了适用于偏振成像的、焦距为40 mm、F数为4.5的和工作波长范围为450~650 nm的四孔径光学系统。该系统采用普通光学玻璃,光学总长为120 mm。镜头的成像性能接近于衍射极限,能够满足应用和指标要求。
光学设计 多通道成像 偏心光学系统 PW法 
光学学报
2013, 33(6): 0622005
作者单位
摘要
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471009
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
航空共形光学窗口的外表面形状由空气动力学要求确定,常常是某种非对称的自由曲面,它在光路中会引入大量像差。通过将窗口内表面面形优化设计成适当的自由曲面,可以实现对外表面引入像差的校正。研究了适用于共形窗口的自由曲面的特点。给出了自由曲面共形窗口的具体设计方法。分别针对在窗口后加入的不同光学设计参数的中波红外光学系统设计相应共形窗口,设计结果表明,使用这种方法设计完成的自由曲面共形窗口校正了窗口外表面引入的大量像差,且对其后相应光学系统的成像质量影响很小。
光学设计 共形窗口 自由曲面 像差校正 
光学学报
2013, 33(6): 0622006
作者单位
摘要
1 西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室, 陕西 西安 710072
2 西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
设计并加工制作了一种基于绝缘体上硅(SOI)制备工艺的新型静电驱动二维微型扫描镜,并对其工作原理进行了分析。为了有效预测该微型扫描镜的谐振频率及相应的振态,采用有限元分析软件ANSYS对其进行建模和前五阶模态的仿真,并从理论上分析了前两阶扭转模态谐振频率的计算方法。使用激光多普勒测振仪对该扫描镜的谐振频率进行了测量。测量结果表明,二维微型扫描镜前两阶扭转模态的谐振频率分别为402 Hz和1218 Hz。该测量结果与软件仿真结果基本吻合,少许差异是由于在仿真模态时未考虑梳齿结构、空气阻尼及环境温度等因素造成的。本研究对设计出结构更简单的静电驱动微型扫描镜有重要的参考价值。
光学器件 绝缘体上硅 微型扫描镜 模态仿真 谐振频率 
光学学报
2013, 33(6): 0623001
作者单位
摘要
1 华南师范大学光电子材料与技术研究所, 广东 广州 510631
2 广东省工业技术研究院, 广东 广州 510651
利用方波脉冲调制和正弦波调制方法对自生长台阶形的蓝光发光二极管(LED)进行脉冲响应特性及调制带宽的测量分析;并利用APSYS软件计算了此种台阶形蓝光LED的能带图,计算表明,台阶形导带带阶提高了43 meV,价带带阶下降了36 meV。这一结果说明:采用台阶形电子阻挡层(EBL)的结构设计,有利于提高LED的发光功率和响应特性,这一性能的提高主要是由于更高的有源区载流子注入密度,进而提升有源区的电子空穴辐射复合率。
光电子学 发光二极管 响应特性 调制带宽 有源区 
光学学报
2013, 33(6): 0623002
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在空间遥感中为了降低由仪器的偏振敏感性引起的误差,常用的方法是采用退偏器和在轨偏振修正。介绍了在轨偏振修正的理论,在此基础上推导了偏振修正所需的仪器缪勒矩阵元素的一种标定方法超定方程法,并利用该方法计算出紫外臭氧垂直探测仪的缪勒矩阵元素,对测量结果进行了误差分析及验证,结果表明了该方法的可行性及精度。
遥感 偏振 在轨 缪勒矩阵 超定方程 
光学学报
2013, 33(6): 0628001
作者单位
摘要
中国海洋大学海洋遥感研究所, 山东 青岛 266100
激光雷达通过接收微弱的回波信号进行大气探测,具有高时空分辨率等优点,但由于受到强烈太阳背景光的影响,激光雷达白天探测的信噪比提高受到限制,难以对大气物理参数及大气边界层进行全天时同等性能观测。针对此问题,研制了一种新波长、工作在夫琅禾费暗线下的光子计数激光雷达,进而利用夫琅禾费光子计数激光雷达对青岛市郊的大气边界层进行观测实验。发射激光选取太阳暗线波长,激光雷达白天探测的信噪比提高了2~3倍,昼夜探测性能相当。由探测数据反演得到的消光系数显示了2011年夏季青岛郊区大气边界层气溶胶的垂直分布结构特征。
遥感 激光雷达 夫琅禾费暗线 消光系数 Fernald方法 
光学学报
2013, 33(6): 0628002
作者单位
摘要
1 国防科技大学电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
视轴指向校正是红外监视系统目标高精度跟踪定位的重要前提,而扫描相机视轴指向校正又是其中的难点。在分析扫描相机成像模型及其特点的基础上,提出基于失配角估计的视轴指向校正原理模型。通过建立失配角状态转移模型和视轴指向观测模型,并采用无迹卡尔曼滤波器(UKF),实现了对失配角参数的实时估计和视轴指向的实时校正。仿真结果表明,所提算法对相机视轴指向的校正精度高、性能稳定,可有效提高红外监视系统目标跟踪处理的实时性能和精度。
遥感 视轴指向校正 失配角估计 红外监视系统 跟踪定位 
光学学报
2013, 33(6): 0628003
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 珠海欧美克仪器有限公司, 广东 珠海 519085
基于米氏散射原理的激光粒度仪是颗粒测量领域应用最广泛的仪器之一。通常情况下颗粒越小,散射角越大,激光粒度仪探测器阵列接收到的散射光能分布的主峰位置越靠外。但是,对特定相对折射率的颗粒,在某些粒径区间,散射光能分布的主峰位置会随着颗粒粒径的减小而向探测器阵列的内侧移动,称之为散射光能分布的反常移动。根据米氏散射原理,给出了反常移动的规律以及不同相对折射率下反常移动的粒径区间,分析了反常移动对粒度分析的影响,提出了降低该影响的方法,并对实际样品进行测试对比。结果表明,该方法可以降低反常移动对粒度分析的影响。
散射 激光粒度仪 光能分布反常移动 米氏散射 主峰位置 
光学学报
2013, 33(6): 0629001
刘辉 1,2,*任洁 1,2田晓 1,2常宏 1
作者单位
摘要
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室量子频标研究室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁自然线宽远窄于其单态间的(5s2)1S0-(5s5p)1P1偶极跃迁,在光频标中有着实际的应用。为获得该跃迁线的高质量光谱,从理论上分析了利用毛细管准直的热原子束中,锶原子(5s2)1S0-(5s5p)3P1互组跃迁荧光光谱的谱线增宽因素,包括多普勒增宽、激光线宽、饱和增宽和渡越增宽。利用不同准直度的原子束实验获得了该互组跃迁的荧光谱和饱和荧光谱,较高准直的原子束获得荧光谱线宽仅为6.5 MHz,与饱和荧光谱的兰姆凹陷线宽(1.7 MHz)在同一个数量级上,大大减小了谱线的一阶多普勒增宽。通过对频率直接调制将激光器锁定在该谱线上,锁定后激光的线宽约为0.72 MHz。
激光光谱 谱线增宽 互组跃迁 原子束准直 
光学学报
2013, 33(6): 0630001
作者单位
摘要
中国兵器工业集团第五三研究所, 山东 济南 250031
采用蒙特卡罗理论模拟加速电子在氮铝镓晶体薄膜中的运动轨迹,研究加速电压与高能电子所能达到样品深度的数学关系,并通过紫外可见光透射法获得晶体薄膜的光学厚度。根据理论模拟结果,选择合适于本样品的加速电压、电流与电子束直径等实验条件,电子探针波谱法测定AlxGa1-xN薄膜中铝元素含量,由两个电子探针实验室进行分析,每个实验室测量6个样品,共12个样品。从重复性测量、X射线强度、物理参数、校准用标准物质及仪器检测限等因素,对电子探针波谱法测量AlxGa1-xN薄膜材料中铝含量的测量不确定度进行分析。研究结果表明电子探针波谱法测量AlxGa1-xN晶体薄膜组分(x=0.8)的相对测量不确定度为2.7×10-2,包含因子k=2。
薄膜 氮铝镓 电子探针波谱法 测量不确定度 蒙特卡罗法 
光学学报
2013, 33(6): 0631001
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学纳米智能材料器件教育部重点实验室, 江苏 南京 210016
结合传统的混合酸腐蚀法与Ni辅助腐蚀法,在多晶硅表面制备了减反射复合结构。研究了Ni溅射时间对多晶硅表面反射率、形貌以及光致发光性能的影响。用分光光度计测量了多晶硅表面的反射率,用扫描电镜观察了表面形貌,并用光致发光仪测试了表面的光致发光谱。研究发现,经过混合酸腐蚀与Ni辅助腐蚀的共同作用后,在多晶硅表面形成了一种附有细小针柱状微结构的“U”形腐蚀坑的复合结构,理论和实验分析表明这种复合结构具有良好的陷光效果。当溅射Ni的时间为500 s时,双重腐蚀后的多晶硅表面在300~900 nm波长范围内的平均反射率最低,仅为10.1%。
薄膜 光电子学 多晶硅 Ni辅助腐蚀 复合结构 减反射 
光学学报
2013, 33(6): 0631002