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 2016, 36(11)

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光学学报 第36卷 第11期

作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用拉曼激光雷达系统测量了合肥西郊低对流层(2 km以下)大气二氧化碳浓度的垂直分布,并对获得的数据进行系统定标和滑动平均处理,反演出大气二氧化碳的垂直浓度廓线。对2014年7月到2015年12月激光雷达观测数据进行反演和统计分析,初步得到了合肥地区低对流层大气二氧化碳垂直浓度廓线的变化规律。结果表明:1) 低对流层大气二氧化碳浓度垂直分布随高度增加而减小,在近地面150 m以下浓度较高,变化较剧烈,300 m以上大气二氧化碳的浓度廓线趋于平稳;2) 低对流层大气二氧化碳垂直浓度廓线呈明显的季节性分布特征,夏季廓线的整体浓度最小,冬季廓线的整体浓度最大;3) 低对流层大气二氧化碳垂直分布与月份有一定的相关性,整体廓线约以每年2×10-6增长。通过实验发现,二氧化碳垂直浓度随着高度增加非单调递减,在大约300~700 m高度区间存在二氧化碳富集区,随着天空渐渐变亮,此区间大气二氧化碳浓度有减小的趋势。
大气光学 拉曼激光雷达 二氧化碳垂直廓线 低对流层 统计分析 
光学学报
2016, 36(11): 1101001
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学通信工程学院, 浙江 杭州 310018
2 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
基于侧向散射激光雷达方程和Mie散射理论,建立了PM2.5浓度与侧向散射光强的关系模型,提出了一种基于电荷耦合器件(CCD)实时监测近地面PM2.5浓度的方法。设计了以波长532 nm激光器为光源、CCD为接收器的侧向散射激光雷达装置,利用该装置测量了散射角在15°~45°之间的侧向散射回波信号图,从回波信号图提取灰度值矩阵并分析其光强分布。与赛默飞世尔科技公司PM2.5监测仪(SHARP)提供的测量结果对比,拟合了PM2.5浓度与3个灰度等级光总能量的关系式,拟合度均在0.97以上。该装置具有操作便利、移动便捷、监测实时、成本较低的特点,在近地面比后向散射激光雷达具有更高的精度与实用性,有助于建立PM2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图。
大气光学 电荷耦合器件 侧向散射激光雷达 
光学学报
2016, 36(11): 1101002
作者单位
摘要
江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
研究了原子相干及量子相干对混合原子光机械系统输出特性的影响。应用微扰方法及光腔的输入输出理论求解Langevin方程,得到了混合原子光机械系统对弱探测场的响应函数。分析了腔模与原子系统的耦合强度、量子干涉效应对混合原子光机械系统输出特性的影响。研究发现,控制原子系统的量子干涉效应,即可控制混合原子光机械系统的输出特性;改变原子系统的控制场强度,便可改变混合原子光机械系统的透明窗口宽度,从而得到由原子吸收谱调制的光机械系统的吸收谱;在光机械系统透明窗口中心区域可实现探测场的放大;改变原子系统中控制场或耦合场的失谐量,可以控制混合原子光机械系统的透明窗口位置。
原子与分子物理学 光机械系统 量子相干控制 电磁诱导透明 
光学学报
2016, 36(11): 1102001
作者单位
摘要
西北工业大学电子信息学院, 陕西 西安 710129
结合离散正弦变换(DST)和离散余弦变换(DCT),提出一种新的DST/DCT直流偏置-离散多音频(DC-DMT)调制方案。在不增加系统复杂度的情况下,该方案可拓展独立子载波的个数,有望提高可见光系统的传输速率。通过推导该调制方案下的误码率表达式及该调制信号峰均功率比(PAPR)的互补累积分布,分析了限幅噪声对离散多音频(DMT)、直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)及非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)可见光系统误码率的影响。研究结果表明,理论分析的误码率与仿真结果一致,在相同的传输速率下所提方案误码率更低;PAPR的互补累积分布与调制阶数无关,但随子载波数N增加而增大,在N较大时理论分析与仿真结果吻合。误码率仿真结果表明,相同传输速率下DST/DCT DC-DMT与DCO-OFDM在低信噪比时误码率性能相当,均优于脉冲幅度调制-离散多音频(PAM-DMT)、DC-DMT及ACO-OFDM;在高信噪比时,限幅噪声会使系统误码率增大。
光通信 直流偏置-离散多音频 离散正弦变换 离散余弦变换 
光学学报
2016, 36(11): 1106001
韩建 1,2,*肖东 1,2叶慧琪 1,2吴元杰 1,2徐韦佳 3
作者单位
摘要
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国人民解放军理工大学理学院基础实验室, 江苏 南京 211101
天文探测中,要求类地行星探测中视向速度的测量精度达到10 cm/s。圆形光纤扰模引起的谱线漂移成为影响视向速度测量精度的一个主要因素。提出了圆形结合多边形光纤的分段式光纤传输系统,以改善圆形光纤的扰模特性。利用搭建的测试光纤远近场光斑质量的光学系统,评价光纤出射场的光斑质量;分别研究了圆形光纤、圆形结合正方形光纤、圆形结合八边形光纤的分段式光纤传输系统在不同耦合条件下的远近场分布;分析了系统的扰模增益及能量变化。结果表明,圆形结合多边形光纤的分段式光纤传输系统提高了系统的扰模特性和稳定性。当多边形光纤芯径小于圆形光纤时,较大的入射偏移量引起耦合能量损失;当多边形光纤芯径大于圆形光纤芯径时,能量守恒。圆形结合八边形光纤传输系统的近场质心偏移较小,扰模系数较高,可有效减小耦合误差引起的谱线漂移,从而提高视向速度的测量精度。
光纤光学 视向速度测量 扰模特性 分段式光纤传输系统 谱线漂移 
光学学报
2016, 36(11): 1106002
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空间三部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
相干激光通信系统中,光学系统的偏振像差会改变信号光的偏振态,降低信号光与本振光的混频效率。为了定量分析和研究光学系统的偏振特性,提出了三维偏振光线追迹算法。针对大口径相干激光通信检测平台系统,利用该算法对平台的通信系统进行偏振光线追迹,并根据追迹计算所得的偏振变换矩阵,分析了偏振像差对圆偏振信号光偏振态的影响。通过搭建实验平台,验证了平台通信系统的偏振特性。
光通信 相干通信 偏振像差 三维偏振光线追迹 保偏 
光学学报
2016, 36(11): 1106003
作者单位
摘要
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
大气分子和气溶胶颗粒对紫外光具有强烈的散射作用,以紫外光作为信息载体可实现非直视通信。研究紫外光通信中的脉冲展宽效应对于减小码间干扰、提高系统传输速率具有重要意义。基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外光在非共面通信系统中的多次散射传播模型,利用此模型模拟了发射端出射的紫外光经多次散射到达接收端的全过程。结果表明,非直视紫外光在非共面通信系统中的脉冲响应的半峰全宽随着发射端和接收端仰角、接收端偏转角的增大而增大;多次散射对脉冲展宽的贡献随着发射端和接收端仰角增大而增大;采用开关键控调制方式,系统可传输的最大码速率随发射端和接收端仰角的增大而减小。
光通信 紫外光散射 蒙特卡罗方法 脉冲展宽效应 非直视 
光学学报
2016, 36(11): 1106004
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院, 北京 100081
根据全光纤激光雷达特性设计与优化发射和接收光学系统。针对全光纤激光雷达光学系统中的激光高斯传输特性、扩展目标特性和光纤收发特性,修正激光雷达方程中的发射天线增益和目标反射截面,引入光纤接收效率参数。修正后的发射天线增益与目标处光斑大小的平方成反比,漫反射目标的雷达反射截面取决于目标反射率和激光入射角。实验探究了回波功率与接收光纤芯径的关系,得到了最佳光纤芯径。修正后的激光雷达方程可准确计算光纤收发条件下激光的回波功率,为后续的信号处理提供精确的理论支持。
光纤光学 全光纤激光雷达 激光雷达方程 光纤接收效率 
光学学报
2016, 36(11): 1106005
作者单位
摘要
1 华南理工大学自动化科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
3 华南理工大学材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
多个参考点光源间的信号相互干扰,使得室内可见光通信定位系统的精度不高。为此提出一种基于码分多址(CDMA)调制的可见光定位算法,利用扩频码的正交性,对每个发光二极管(LED)所发出的身份识别(ID)信息进行扩频处理,在克服了码间干扰的同时,提升了信道的容量。接收端由自适应滤波器分辨出解扩后的ID信息以及对应的信号强度,根据ID信息确定定位的位置区域,根据衰减强度确定定位点与各LED的距离,利用接收信号强度(RSS)三角定位算法实现接收机的定位,并采用分集接收技术来提高接收增益以提升定位的精度。仿真结果表明,该定位系统最大误差为6.18 cm,超过88%的定位点的测量精度被控制在5 cm以内。该系统不仅实现了较高精度的定位,而且易于控制、稳定性好,具有广阔的应用前景。
光通信 码分多址 接收信号强度 三角定位算法 室内定位系统 
光学学报
2016, 36(11): 1106006
作者单位
摘要
燕山大学信息科学与工程学院,河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种可以用于曲率矢量测量的温度不敏感的错位熔接-粗锥型光子晶体光纤(PCF)曲率传感器,它由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段PCF组成,呈SMF-PCF-SMF结构。其中PCF的一端与SMF错位熔接导致传感器圆柱轴不对称,使得传输光谱在两个对称弯曲方向上出现明显的红移和蓝移现象;另一端与SMF通过过度熔接形成粗锥,最终形成马赫-曾德尔干涉仪。实验研究了传感器的曲率和温度特性,结果表明,在0.12~1.06 m-1的曲率范围内,凹向弯曲时的光谱发生红移,其灵敏度为11.22 nm/m-1,凸向弯曲时的光谱发生蓝移,其灵敏度为-13.62 nm/m-1,且凹向弯曲时和凸向弯曲时均具有较好的线性度;在20~80 ℃的温度范围内,此传感器的温度灵敏度仅为1.63 pm/℃,具有对温度不敏感的特性。该传感器与传统光纤传感器相比,能够避免温度与曲率同时测量时的交叉敏感问题,具有易于制备、结构简单、灵敏度高等优势,可用于工业生产、建筑监测、航天航空等领域。
光纤光学 曲率 光子晶体光纤 错位熔接 粗锥 
光学学报
2016, 36(11): 1106007
作者单位
摘要
中国人民解放军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
针对大气激光通信中多径散射效应产生的通信链路码间串扰问题,提出了一种基于退偏振比探测的大气激光通信传输方案。利用光子追迹和Stokes矢量变换进行了Monte Carlo仿真;通过设置不同的云层物理厚度和消光系数,得到接收光退偏振比与云层光学厚度的一一对应关系;基于Stotts公式,得到接收光退偏振比与平均脉冲时间展宽的对应关系。提出了在多径效应影响下的最佳通信传输速率方案,该方案在激光通信系统接收端直接进行退偏振比探测,可有效评估大气信道环境的多径强度,进而在保证激光通信传输质量的同时实现最大的通信传输速率。该研究在星地激光通信以及自适应激光通信的通信链路优化领域具有理论指导意义和应用价值。
光纤光学 大气激光通信 多径效应 码间串扰 退偏振比 
光学学报
2016, 36(11): 1106008
作者单位
摘要
1 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 秦皇岛视听机械研究所数字影像装备与数字视频技术秦皇岛重点实验室, 河北 秦皇岛 066000
为了找到更加精确的广角物镜系统像面相对照度计算方法,分析了现行像面照度公式成立条件的局限性,提出了基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法。通过矢量分析和推导,给出了孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式;依据朗伯体辐射条件和规律,从物镜系统物方着手,建立了两种共轭条件的物镜像面照度分析模型;针对具有物方大视场角特征的相似成像物镜系统和非相似成像物镜系统,分别推导出了像面照度及相对照度表达式;指出了光学设计过程中提高像面相对照度的基本策略。
几何光学 相对照度 空间光线 广角物镜 鱼眼物镜 孔径光阑 
光学学报
2016, 36(11): 1108001
作者单位
摘要
1 长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
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
为了提高测角分辨力,缩小码盘尺寸,并克服传统图像式编码器译码速度慢等缺点,提出了一种单圈绝对式高分辨力编码技术。通过分析码盘刻线与分辨力之间的关系,提出了绝对式单圈移位码编码方法;采用准直光源照射和线阵图像探测器识别的方法实现单圈码盘的译码方式;根据所提出的方法,设计了高分辨力码盘及译码电路。实验采用直径38 mm、刻划有10位编码的单圈码道,成功实现了10位编码的译码。该编码方式较传统采用面阵图像探测器的编码方法具有更快的响应频率。
测量 高分辨力 编码方式 图像识别 码盘 
光学学报
2016, 36(11): 1112001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于低振动低温恒温器,建立了一套用于冷冻靶参数测量的马赫-曾德尔激光干涉显微系统。考虑光折射效应,推导出了靶丸光程差随入射角变化的完整表达式。在低温环境中,当燃料固化或完全气化时,分别获取了靶丸中心存在条纹时的干涉图。基于干涉条纹形状分析法,利用光程差表达式分别计算了靶丸壁厚及靶丸内燃料气体浓度。同时,用非破坏性方法对气体浓度测量结果进行了实时标定。两种方法给出的结果之间的相对误差小于5%。
测量 干涉法测量 燃料气体浓度 条纹形状分析 靶丸 冷冻靶 
光学学报
2016, 36(11): 1112002
作者单位
摘要
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对航空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体实时的位姿测量需求,对现有基于面阵成像器件摄影测量系统的二维测角功能进行分解与重构,提出一种基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势,以正交柱面成像光路简化了相机结构,并采用非参数标定方法校正了柱面成像畸变。针对空间物体姿态测量的坐标同步问题,研究了基于扩展卡尔曼预测的实时识别跟踪方法,实现了多个目标并行测量,并通过基于Rodrigues参数的姿态解算模型实现了实时姿态测量。实验结果表明,该测量方法得到的空间点三维坐标测量精度优于0.5 mm,空间物体姿态解算在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°,0.12°,0.23°,具有较高的姿态测量精度。
测量 位姿测量 正交柱面成像 扩展卡尔曼预测 线阵CCD 多目标识别 
光学学报
2016, 36(11): 1112003
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
计算全息元件(CGH)可实现光学非球面的零位干涉高精度检测,但深度非球面的非球面度以及非球面度梯度均较大,使检测所需CGH的局部空间频率偏大,加工困难。提出一种用组合CGH检测深度非球面的方法,该方法通过组合两个低空间频率CGH,实现深度非球面检测时所需的单个高空间频率CGH的功能。由一维线性光栅模型推导组合CGH与传统单个CGH空间频率的关系,并由此给出组合CGH初始相位,逐步优化可求得最佳相位。以最大非球面度193.434 μm、最大非球面度梯度75.788 μm/mm的深度非球面为测试样例,设计了单个CGH和组合CGH,残留波前误差均小于λ/250,组合CGH最大空间频率约为单个CGH的50%。设计了辅助装调CGH减小装调误差的影响,并分析了组合CGH之间俯仰倾斜偏差、中心偏差以及轴向定位偏差对检测精度的影响。
测量 干涉测量 计算全息 深度非球面 空间频率 
光学学报
2016, 36(11): 1112004
陈玖朋 1,2,*高静 1焦东东 1白巍凯 1,2[ ... ]张首刚 1
作者单位
摘要
1 中国科学院国家授时中心中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种激光线宽测量新方法—系统参数不敏感型循环损耗补偿循环延迟自外差法(LC-RDSHI)。通过对系统输出功率谱密度函数进行推导以及拍频功率谱仿真,分析讨论了该方法对系统参数不敏感的特性。在此基础上,搭建相应实验装置,观测了系统参数对LC-RDSHI输出功率谱的影响,发现实验观测结果与理论分析相吻合。此外,基于不同的实验系统参数,将本方法与传统的LC-RDSHI进行了线宽测量比较。结果表明,系统参数不敏感型LC-RDSHI具有更高的线宽测量精度,并且测试过程更加简单,从而具有更好的应用前景。
激光器 线宽测量 循环延迟自外差法 功率谱 系统参数 不敏感 
光学学报
2016, 36(11): 1114001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
在基于光克尔效应的径向匀滑方案中,抽运光脉冲序列利用非线性介质的光克尔效应对激光束附加周期性的球面位相调制,从而使激光束远场焦斑内部散斑产生周期性的径向扫动,以改善远场焦斑均匀性。为了分析抽运光时间特性的改变对匀滑效果的影响,建立了径向匀滑方案的理论模型,并利用该模型对抽运光的时间特性参数进行了分析及优化。结果表明,在抽运光子脉冲之间的延迟时间一定时,子脉冲的脉宽过大或过小均会降低激光束远场的辐照均匀性,而随着子脉冲脉宽的增大,激光束远场的辐照均匀性随积分时间的波动相对趋于稳定,因而在避免产生明显“拍频”现象的前提下,选取较大的抽运光子脉冲脉宽更有利于实现稳定的匀滑效果。激光束与抽运光的时间同步精度对初期的匀滑效果有较大的影响,当抽运光提前1/5个周期左右时,可以在更短的积分时间内达到较好的径向匀滑效果。此外,不同的抽运光时间波形所获得的匀滑效果也有所不同,当抽运光的时间波形为三角波时,焦斑内部散斑的径向扫动速度较为稳定,可以使径向匀滑的整体效果及稳定性得到有效改善。
激光光学 惯性约束聚变 光克尔效应 径向匀滑 均匀性 
光学学报
2016, 36(11): 1114002
作者单位
摘要
华南理工大学机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
采用激光选区熔化(SLM)技术成型CoCrMo合金标准样件,并将SLM成型的CoCrMo合金和铸造CoCrMo合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)样件配副进行摩擦磨损实验。实验结果表明,在干摩擦、生理盐水、人工唾液和小牛血清4种润滑条件下,SLM成型的CoCrMo合金摩擦系数均小于铸造CoCrMo合金。另外,不同润滑条件下,SLM成型的CoCrMo/UHMWPE和铸造CoCrMo/UHMWPE的磨损机理不同。
激光技术 激光选区熔化 钴铬钼合金 润湿性能 金相组织 表面微观形貌 摩擦性能 
光学学报
2016, 36(11): 1114003
作者单位
摘要
重庆大学通信工程学院, 重庆 400030
行人检测是模式识别及机器学习领域的研究热点之一,广泛应用于智能监控、辅助驾驶等领域,而行人候选框的生成是识别及跟踪行人目标的一项重要的前期工作。针对静态监控场景以及特定情况下的车载监控场景,提出了一种基于在线高斯模型的行人检测候选框的快速生成方法(OL_GMPG)。该方法采用高斯模型拟合行人尺寸分布,可以通过生成较少数目的行人候选框达到较高的检测率;并可通过高斯模型的学习与更新过程,获取场景中行人频繁出现的位置以及对应的目标尺度信息,为后续的行人识别及跟踪过程提供辅助。
机器视觉 行人检测 高斯模型 检测率 尺度信息 
光学学报
2016, 36(11): 1115001
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对在姿态测量中摄像机成像的复杂畸变问题,提出了一种新型的摄像机校准方法。该方法不需要高精度的标定参照物,只需要利用标定靶标间的相互约束关系建立摄像机内参数与靶标特征的约束方程,从而线性求解摄像机内参数。通过非线性优化方法优化摄像机内参数,完成摄像机的标定。仿真和实验结果表明,所提出的算法对图像噪声不敏感。测量精度和可靠性都得到有效的改善,精度可达0.03 pixel,说明该算法在合作目标的姿态测量中具有方法易于实现、测量精度高、可靠的优点。
机器视觉 摄像机标定 正交隐消点 合作目标 
光学学报
2016, 36(11): 1115002
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种基于改进主动轮廓模型的海天线检测算法,检测全景海域图像中的椭圆海天线。通过全分辨率算法获取图像的视觉显著图,提取全景设备区在全景图像中的位置,以消除全景设备区干扰对海天线检测的不良影响。根据全景海天线为椭圆形这一特征,将构造的形状能量约束项加入主动轮廓模型中作为新的能量函数,使活动轮廓线的形状在收敛过程中受到限制,从而成功收敛到全景海天线上。实验结果表明,该算法对不同拍摄条件下的全景图像均适用,检测准确率达到96%,普适性和稳健性良好。
机器视觉 海天线检测 主动轮廓模型 全景图像 视觉显著图 
光学学报
2016, 36(11): 1115003
王向军 1,2,*邢峰 1,2刘峰 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对野外大视场、远距离、随机出现的特征相同多物体定位的实际需求,构建了基于双目立体视觉原理的三维坐标测量系统。为了高精度定位随机出现的特征相同多物体,需要正确匹配多物体同名点,因而提出了一种基于Delaunay三角剖分和仿射约束的立体匹配方法。利用具有抗仿射变换的仿射尺度不变特征变换(ASIFT)算法获得左右背景图像匹配点;通过Delaunay三角剖分算法对抽样后的匹配点生成三角网格,对左右图像每一对匹配三角形区域计算仿射矩阵;根据多物体同名点在不同匹配三角形内的分布,利用仿射约束实现对多物体同名点的匹配。实验结果表明,提出的方法对特征相同多物体同名点实现了快速高精度的匹配,多物体同名点提取以及实时匹配时间约为30 ms,满足相机25 frame/s的实时处理要求,较好地解决了超大三维空间中弧形坡面上随机出现的特征相同多物体同名点的匹配问题。
机器视觉 立体匹配 Delaunay三角剖分 仿射约束 仿射尺度不变特征变换算法 相同特征多物体 
光学学报
2016, 36(11): 1115004
作者单位
摘要
上海理工大学医疗器械与食品学院, 上海 200093
在搭建的窄瞬时线宽的扫频激光光源的基础上,通过实验和数值模型对影响激光瞬时线宽的主要因素进行了研究。研究结果发现,扫频激光的瞬时线宽会随着色散的增加而变宽,滤波器的带宽和加载给滤波器的信号都会影响瞬时线宽,同时腔内的模式竞争能够保证更窄的激光瞬时线宽。
医用光学 光学相干层析技术 扫频激光光源 窄瞬时线宽 傅里叶域锁模 
光学学报
2016, 36(11): 1117001
王兵元 1,*陈玮婷 1马文娟 2祁瑾 1,2[ ... ]高峰 1,3
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 天津医科大学肿瘤医院, 天津 300060
3 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
在乳腺扩散光学层析成像中,L1-范数正则化的引入大幅改善了重建图像的质量,但目标函数的不可导性使得最优化过程异常困难。提出了一种新的基于非负约束L1-范数正则化的重建方法。非负先验信息的引入使得目标函数的一阶梯度变得简单易求,最优化过程得以简化和加速。数值模拟和仿体实验均表明,相对于传统正则化重建方法,该方法可简单、快速地获得更高质量的重建图像。
医用光学 乳腺扩散光学层析成像 图像重建 正则化 非负先验信息 
光学学报
2016, 36(11): 1117002
作者单位
摘要
1 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
2 德克萨斯州农工大学生物医学工程学院光学生物传感实验室, 德克萨斯州 大学城 77843, 美国
光学旋光法是一种无创血糖检测技术,通过测量眼前房水内葡萄糖浓度来确定体内血糖浓度水平。人眼运动引起的实时变化的双折射是实现旋光法无创血糖测量的主要限制因素之一。设计了实时、闭环、双调制多波长偏振系统来测量人工前房内的葡萄糖浓度,人工前房由离体角膜固定在人工眼房上构成。采用眼耦合装置使光直线穿过眼前房从而避免了空气与角膜之间折射率不匹配引起的光线弯曲。存在运动引起的双折射时,采用双波长旋光系统测量眼模型内的葡萄糖浓度,两次预测葡萄糖浓度的标准差分别为18.9 mg/dL和15.2 mg/dL,表明该系统具有降低活体角膜实变双折射的潜力,有利于实现与血糖浓度相关的眼前房水内葡萄糖浓度的精确测量。
医用光学 双调制 无创检测 光学旋光法 血糖检测 
光学学报
2016, 36(11): 1117003
作者单位
摘要
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 吉林师范大学物理学院, 吉林 四平 136000
利用反馈技术实现了环形腔光折变振荡器的时空混沌控制。数值计算结果表明,定值反馈和变量反馈技术均可实现时空混沌控制。在振荡器系统参数确定的条件下,利用定值反馈实现了对时空混沌的控制,同时系统存在反馈系数的最小值和反馈光强度的最大值。反馈技术不仅可以实现一维的时空混沌控制,还可以实现二维的控制,而且两者控制结果相似。
非线性光学 光折变光学 混沌控制 反馈 光折变振荡器 时空混沌 
光学学报
2016, 36(11): 1119001
作者单位
摘要
中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
以提高弧光灯热流标定系统积分器出口的热流密度为目标,给出了新系统的设计方法。首先介绍了系统的原理和设计目标,其次对氙灯的选择和定位进行了分析,然后根据氙灯、椭球镜以及积分器三者间的制约关系,对椭球镜和积分器的相关参数进行了设计和优化。最后,得到了一个各项指标较优的标定系统。在不均匀度小于3%的前提下,新系统积分器出口的热流密度平均提高了33%。另外,椭球镜的截面直径和深度分别减小了约16%和18%,在同水平工艺条件下,这一结果可使椭球镜镜面的加工精度更高。
光学设计 氙灯光源 旋转椭球镜 反射式积分器 热流标定 
光学学报
2016, 36(11): 1122001
作者单位
摘要
中国科学院上海应用物理研究所上海光源, 上海 201204
对同步辐射红外光束线中由两个相同光学参数的超环面镜组成的对称式光学系统的像差和超环面镜缩放比之间的关系进行分析。计算结果表明,使用3倍压缩比的超环面镜可将上海光源同步辐射红外光束线站BL06B的500 μm波长的红外光在金刚石化学蒸汽沉积(CVD)窗上的透射率优化到50%左右;光学设计软件Zemax光线追迹结果表明,该对称式结构的像差不影响中红外光束的聚集性能。Synchrotron Radiation Workshop模拟计算结果表明,使用3倍压缩比的超环面镜和直径15 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量与使用1倍压缩比的超环面镜和直径45 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量相当,但前者的碳峰吸收约为后者的37%。由两个3倍压缩比的超环面镜组成的对称式光学结构在兼顾近中红外性能的同时,优化了同步辐射红外光束线在远红外波段的性能。
光学设计 同步辐射红外光束线 优化设计 像差 衍射损失 
光学学报
2016, 36(11): 1122002
作者单位
摘要
1 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 湘电集团太阳能事业部, 湖南 湘潭 411101
为实现碟式聚光器镜面单元调焦的定量指导,需要建立镜面单元空间位姿与聚焦光斑特征的唯一定量对应关系。提出以镜面单元旋转和平移运动的组合等效引入位姿误差,基于光线跟踪方法建立位姿误差工况的聚焦光斑分布模型,引入聚光比阈值来提取聚焦光斑的特征边界,并采用最小二乘法对特征边界进行椭圆拟合,用于表征聚焦光斑的分布特征。分析了太阳直射辐照值、边界提取阈值、镜面单元位姿误差等对聚焦光斑特征的影响。结果表明,镜面单元位姿误差工况不同时,聚焦光斑的椭圆几何特征具有明显可区分性,用于镜面单元位姿反演具有可行性,为镜面单元调焦系统的搭建提供了参考。
光学设计 太阳能 碟式聚光器 安装误差 位姿反演 能流密度分布 光线跟踪方法 
光学学报
2016, 36(11): 1122003
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提高光学系统分辨率的主要方法是增大光学系统的通光口径,而使用子镜拼接得到一块等效大口径主镜是增大通光口径的常用方法。拼接主镜光学系统入轨后子镜进行展开,展开位置与设计位置偏差大小决定光学系统成像质量好坏,因此需要对子镜展开位置的精度进行分析。使用光学软件对拼接主镜光学系统建模,调整子镜6个自由度的位置误差得到其与系统成像质量的关系曲线。结果表明,针对不同位置的子镜,相同位置误差产生的系统波前误差的均方根(RMS)值大小不同,中层子镜对沿着X轴方向的移动敏感,而外层子镜对沿着Y轴方向上的移动敏感。通过对每个子镜单独分配位置误差与每个子镜分配相同的位置误差两种方式对子镜的展开精度进行误差分配,结果表明在产生相同波前误差的情况下,单独对每个子镜位置误差进行定义的精度相对较为宽松。
光学设计 拼接主镜 波前误差 位移误差 倾斜误差 
光学学报
2016, 36(11): 1122005
施海亮 1,2,*李志伟 1,2罗海燕 1,2方雪静 1,2,3[ ... ]熊伟 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230022
空间外差光谱仪采用窄带滤光片限制仪器光谱范围,避免光谱混叠。滤光片透过率曲线随入射光角度的变化导致准直系统出射光场呈现随波长变化的非均匀现象。对光场非均匀性机理进行理论推导,证实滤光片调制作用造成复原光谱中卷积了与波长相关的调制函数,导致单色光光谱半峰全宽随波长变化。根据理论公式并结合实验室空间外差光谱仪参数进行了仿真分析,表明光场存在短波下凹和长波上凸的滤光片调制效应。开展了实验室单色光扫描实验,实验测量结果与理论分析和仿真结果一致。提出了一种包络线拟合校正方法,仪器线型函数半峰全宽变化量由校正前的16.7%下降为0.2%,有效去除了滤光片调制函数对仪器线型函数的影响。
光学器件 光场非均匀性校正 包络线拟合 仪器线型函数 空间外差光谱仪 
光学学报
2016, 36(11): 1123001
作者单位
摘要
西北核技术研究所, 陕西 西安 710024
角锥棱镜常被用作光电测距和光电跟踪的合作信标。在一些特殊应用场合中,要求被角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对远场不同位置处激光器和探测器的全覆盖。标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,但是可以利用角锥棱镜中光束出射点与入射点不同的特性,在标准角锥棱镜前加装平凹透镜来实现对反射光束的发散。采用理论分析方法和几何光学追迹模拟方法分析了利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的可行性,同时研究了反射光束发散半角与入射光束参数和平凹透镜几何参数的定量关系。理论和模拟结果都表明,当入射光束半径小于平凹透镜半径时,反射光束的发散半角随入射光束半径准线性增加;平凹透镜曲率半径越小,反射光束发散半角越大。
光学器件 棱镜 反射光束发散方法 平凹透镜 发散半角 光电跟踪 
光学学报
2016, 36(11): 1123002
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学能源科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
利用计算机断层扫描技术获取了泡沫镍的重建结构,将蒙特卡罗法与八叉树算法结合进行泡沫镍孔尺度辐射传递建模,分析了八叉树算法对辐射传递计算的加速作用。结果表明,采用八叉树算法的辐射特性计算值与未采用时相比,最大相对误差小于1‰。在最优空间深度范围内,空间深度越大和模型面元越多,计算的加速效果越明显。
表面光学 辐射 计算效率 八叉树算法 蒙特卡罗法 泡沫镍 孔尺度 
光学学报
2016, 36(11): 1124001
作者单位
摘要
华东理工大学理学院, 上海 200237
理论分析了腔内电磁诱导透明效应(EIT)对腔衰荡光谱(CRDS)的影响,提出了利用V型三能级EIT中的光泵效应提高探测光透过率从而改善CRDS性能的方案。实验中采用铷87原子的D2线构建了V型三能级EIT,在适当的控制光强度下实现了CRDS衰荡时间及其灵敏度的改善,使灵敏度增强至原有灵敏度的1.45倍。
量子光学 电磁诱导透明效应 腔衰荡光谱 衰荡时间 光泵效应 
光学学报
2016, 36(11): 1127001
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
为提高设计效率提出了一种空间光学遥感器柔性支撑参数化设计方法。分析了温度变化、装配误差两种工况下对柔性支撑形变的需求。并根据折衷规划理论设置柔性支撑的优化函数,以某空间光学遥感器主镜所用柔性支撑为例给出柔性支撑参数化设计的详细设计过程。经过参数化设计,主镜柔性支撑基频达到88.8 Hz,温度变化4 ℃,镜面的均方根(RMS)达到5.3 nm, 0.1 mm装配误差下的镜面RMS达到12.9 nm,光轴水平1 g重力镜面RMS达到5.0 nm。柔性支撑的性能显著提高并且所有设计满足指标。同时设计过程实现了计算机自动化设计,大大减少了人力投入,缩减了设计周期。
遥感 柔性支撑 参数化设计 折衷规划理论 
光学学报
2016, 36(11): 1128001
范城城 1,*王密 1杨博 2,3金淑英 1[ ... ]常学立 3
作者单位
摘要
1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
2 武汉大学计算机学院, 湖北 武汉 430079
3 武汉大学地球空间信息技术协同创新中心, 湖北 武汉 430079
卫星姿态精度是制约高分辨率光学影像几何定位精度的一个重要因素,针对当前卫星姿态数据处理精度不高且难以验证的问题,提出一种基于双向滤波整体加权平滑的高精度卫星姿态数据地面处理算法,实现了卫星姿态数据地面精细化处理,进一步采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。以2014年11月发射的遥感-24号高分辨率光学卫星为例,分析结果表明,本文设计的姿态数据处理模型是稳健可靠的,姿态数据相对精度可以达到0.8″,且基于地面处理姿态数据得到的全色相机无控制点条件下影像几何纠正精度可以达到15 m。
遥感 高分辨率卫星 几何定标场 星敏感器 陀螺 双向卡尔曼滤波 
光学学报
2016, 36(11): 1128002
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空间三部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足偏振遥感系统对探测精度的要求,采用多线阵分焦平面型偏振探测系统分析了消光比对偏振探测精度的影响,并构建了偏振辐射传递模型。介绍了分焦平面型偏振仪器的结构,结合国内外微型偏振片的加工技术,采用多线阵微型偏振片替代微偏振片马赛克阵列的探测方法分析了金属线栅微偏振片消光比对偏振探测的影响,推导了光学系统及非理想偏振片的偏振传递矩阵,根据偏振辐射传递理论构建了偏振探测系统的校正模型。基于校正模型制定了相应的参数标定方案,为实验室偏振辐射标定提供了理论基础。模拟及实验结果表明,在受限于设备稳定性的情况下,系统探测精度可达到0.5%,满足偏振探测精度要求。
遥感 分焦平面 微偏振片 系统定标 偏振辐射传递 
光学学报
2016, 36(11): 1128003
高冬阳 1,2,*胡友勃 1刘岩 1郭园园 1[ ... ]郑小兵 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学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 230031
基于相关光子的新定标技术,设计了一种自校准光谱辐射源原理样机,该原理样机兼有自校准和目标观测功能,其中观测通道光电探测效率的精确测量是目标观测精度的有效保证。搭建了两通道自校准光谱辐射源原理样机,通过相关光子定标原理实验测量了观测通道的光电探测效率,其测量不确定度优于0.35%。自校准光谱辐射源能够对观测通道的光电探测效率进行实时自校准,观测通道中的任一光学元件透射率的变化不会影响目标的辐亮度测量精度。在待定标通道探测器之前插入一片衰减片来模拟观测通道光电探测效率的改变,以及自校准光谱辐射源对观测通道衰变的敏感度。通过测量插入衰减片前后的光子计数或者符合计数,计算得到衰减片的实际透射率为20.12%,与插入衰减片前后观测通道光电探测效率20.11%的变化率一致, 两者相对偏差优于0.049%。实验结果表明,自校准机制下光谱辐射源能够精确监测观测通道光电探测效率的衰变情况。验证了自校准光谱辐射源设计的合理性与可行性,为后续的多通道自校准光谱辐射源原理样机的研制及辐射定标提供技术基础。
光谱学 自校准光谱辐射源 光电探测效率 相关光子 不确定度 
光学学报
2016, 36(11): 1130001
作者单位
摘要
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
为了进一步实现傅里叶变换红外光谱仪的微小型化,在基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪结构中引入空间光调制器与点探测器。利用多级微反射镜对入射光场进行相位调制,同时利用空间光调制器对各干涉级次进行分布式测量。将两个多级微反射镜作为两个相位衍射屏并将空间光调制器作为振幅衍射屏,分析光波与每一个衍射屏的作用,发现干涉光场受到空间光调制器和多级微反射镜边缘衍射光场的调制。多级微反射镜边缘对入射光的截止产生了衍射效应,为了抑制该衍射效应对系统的影响,提出了一种扩展多级微反射镜阶梯级数的方法。该方法通过扩大干涉区域,避免了边缘衍射效应对内部有效干涉级次的影响。计算表明,该方法可以消除干涉图序列的失真,有效实现信号光谱复原。
光谱学 空间光调制器 标量衍射 干涉 
光学学报
2016, 36(11): 1130002
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 重庆理工大学电子信息与自动化学院, 重庆 400054
3 西南技术物理研究所, 四川 成都 610000
4 国网重庆市电力公司电力科学研究院, 重庆 401123
介绍了宽波段成像光谱仪系统中一种工作波段为0.35~1.7 μm的消偏振分色片的设计与研制。根据成像光谱仪的工作特点,利用分色片将近紫外、可见波段和近红外波段光谱进行高效分离,分别进入各自焦面,并被不同探测器接收。选择两种光学薄膜材料,利用四个反射堆实现了近紫外到可见光波段的高效反射;通过调整反射堆的次序,解决了近紫外波段材料吸收造成的偏振灵敏度高的难题;通过非规整膜层的匹配平滑了透射波段的光谱。分色片反射波段和透射波段的光学效率分别达到了97%和91%以上,反射波段的偏振灵敏度控制在1.5%以内。
薄膜 宽波段 成像光谱仪 分色片 偏振灵敏度 
光学学报
2016, 36(11): 1131001
作者单位
摘要
1 合肥工业大学光电技术研究院现代显示技术省部共建国家重点实验室, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学科学技术研究院, 安徽 合肥 230009
基于聚合物稳定胆甾相液晶(PSCT)光阀的固态体积式真三维(3D)显示体,在状态转换瞬间其雾度和透射率的非线性变化会引起成像亮度变化,并引起深度图像间的串扰。通过分析PSCT光阀的光电响应特性和显示体驱动方式,推导出显示体成像亮度的变化函数,并据此计算出子帧亮度和灰度级偏差。通过调整光阀的驱动时序和重新分配数字微镜器件子帧,结合伽马校正,实现了灰度级的修正。给出了在真3D样机上显示的灰度级修正前后的3D成像,实验结果表明,该方法在亮度损失较小(约6%)的前提下,有效地修正了真三维成像的灰度级偏差,并基本消除了深度图像间的串扰,在一定程度上提高了3D显示的成像质量。
视觉光学 固态体积式真三维显示 灰度级修正 聚合物稳定胆甾相液晶光阀 子帧 伽马校正 
光学学报
2016, 36(11): 1133001