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(8)

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光学学报 第36卷 第8期

作者单位
摘要
成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室, 四川 成都 610225
对不同湿度条件下消光系数序列演变特性的正确认知是构建大气颗粒物湿度订正模型的前提和基础。利用成都市人民南路4段环境监测站所提供的2013年6月到2014年5月逐时(降雨天除外)细颗粒物(PM2.5)浓度监测数据以及相应的地面能见度、相对湿度观测数据,反演得该区域相应时段单位质量消光系数时间序列。简要论述了消光系数吸湿过程中的复杂演变性及已有湿度订正模型的非普适性;基于相空间重构理论确定该时间序列的最佳延迟时间f和最佳嵌入维数m,据此计算出饱和关联维数、最大Lyapunov指数以及Kolmogorov熵特征量,其结果显示该序列具有低维混沌的特征;应用Cao方法排除其为非线性序列的可能性;结合替代数据法论证得成都市单位质量消光系数时间序列为随机序列。该研究结论不仅明晰了单位质量消光系数序列的特性,还为大气颗粒物湿度订正模型的改进奠定理论基础。
大气光学 随机特性 消光系数 相空间重构 替代数据法 
光学学报
2016, 36(8): 0801001
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
为了研究湍流对水下成像系统的影响,搭建了一套光学成像实验系统,利用水泵和水槽制造流速可控的湍流实验区域,使用CCD对正弦条纹目标成像,并分析图像质量。通过对实验环境的控制,得到不同浑浊度和不同流速下的成像结果,并提取调制传递函数(MTF)对结果进行分析。结果表明,悬浮颗粒散射在整个空间频率上造成调制对比度下降;而湍流散射更容易造成高空间频率域的MTF下降;随着进水口处流速的增加以及水体衰减系数的增大,其MTF曲线加快衰减;在湍流环境下的成像,图像失真和分辨率下降由颗粒散射和湍流散射共同造成。
海洋光学 调制传递函数 正弦条纹法 悬浮颗粒散射 湍流散射 
光学学报
2016, 36(8): 0801002
陈小威 1,2,*李学彬 1刘庆 1孙刚 1[ ... ]翁宁泉 1,3
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 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
基于大气相干长度和等晕角综合测量系统在中国西部地区的长期测量资料,分析了大气相干长度和等晕角的时间变化和统计分布特征,给出了白天、夜间、傍晚转换时刻三个时段大气相干长度和等晕角的平均值和标准差。对原始数据的概率分布统计表明,不同地区不同月份大气相干长度和等晕角近似满足对数正态分布,并采用样本偏度和样本峰度描述样本分布同正态分布的偏离程度。分析了大气相干长度和等晕角月平均值的相关性,定性评估了不同时段高层湍流和近地湍流对大气相干长度和等晕角的贡献。
大气光学 大气相干长度 等晕角 对数正态分布 相关性分析 
光学学报
2016, 36(8): 0801003
作者单位
摘要
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200072
提出了一种基于偏振分集的相干光正交频分复用(OFDM)链路。然而相干检测对相位噪声比较敏感,偏振分集接收过程又会产生额外的乘性相位噪声,因此基于偏振分集相干光OFDM系统,提出了基于数字信号处理的相位噪声消除方案。在100 km单模光纤中,以8 Gbit/s的传输速率零误码传输16进制正交振幅调制OFDM信号,经相干检测之后,基于数字信号处理,对相干光OFDM信号完成了相位噪声消除,并对相位噪声消除后的信号星座图进行了实验结果分析。另外,还将经过相位噪声消除后的偏振分集相干光OFDM链路与其他相干光OFDM链路方案进行了性能对比,从而验证了此方案的优越性。
光纤光学 相干接收机 偏振分集 正交频分复用 数字信号处理 相位噪声 
光学学报
2016, 36(8): 0806001
作者单位
摘要
西南交通大学信息光子与通信研究中心, 四川 成都 611756
鉴于布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统中空间分辨率和传感距离存在相互制约的关系,提出了一种结合格雷(Golay)编码技术与差分脉冲对(DPP)技术的混合编码方法。该方法结合了Golay编码可提高系统信噪比以及DPP可改善系统空间分辨率的优点,相对于Golay-BOTDA的DPP方法能进一步提高系统信噪比,理论上在相同采样次数下信噪比可提升6 dB。实验结果表明,采用改进的混合编码可以在25 km光纤末端获得1.6 m的空间分辨率。同时,与基于Golay-BOTDA的DPP方法相比,在相同的采样次数下系统信噪比提升了4.08 dB。
光通信 布里渊光时域分析 差分脉冲对 Golay编码 光脉冲编码 
光学学报
2016, 36(8): 0806002
作者单位
摘要
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 长春 132012
通过深入分析光纤陀螺敏感环的特点,提出了一种工艺简单的双柱型(D-CYL)绕法。通过有限元方法仿真分析了双柱型绕法环圈瞬态传热性能,对比分析了在相同变温条件下双柱型绕法与交叉绕法对陀螺性能的影响。结果表明,在对称的温度环境下,双柱型绕法在抑制陀螺温度漂移方面的效果与交叉绕法相当,两者漂移误差均低于0.01 (°)/h,与理论分析相符。
光纤光学 双柱型绕法 有限元法 光纤环 隔热腔体 热致漂移 
光学学报
2016, 36(8): 0806003
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 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
水下激光通信由于受水体吸收和散射的影响,信号传输过程中能量衰减严重。基于光子计数的激光通信具有极高的探测灵敏度,是抑制信号衰减、提高通信距离的有效方法。传统的光子计数通信是通过检测单光子探测器有无电脉冲输出来实现通信数据还原的,通信误码率容易受到背景光噪声的影响。针对这一问题,提出并研究了一种改进方法,首先在通信接收端利用单光子探测器将光子转换为电脉冲,然后通过统计单位比特时间内的电脉冲数目来还原通信数据。实验结果表明:提出的方法能够在通信波长为532 nm、通信速率为50 kb/s、信噪比为5.14的情况下,实现84.24 bit-1的探测灵敏度。所提出方法能够为高灵敏度水下激光通信提供一种新的技术思路。
光通信 水下通信 无线光通信 光子计数 
光学学报
2016, 36(8): 0806004
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
报道了基于充气负曲率空芯光纤的红绿蓝色拉曼激光实验。利用1064 nm亚纳秒微片脉冲激光器抽运一段充高压氢气的Ice-cream型负曲率空芯光纤,通过氢气分子的级联受激拉曼散射,同时获得了波长分别为737.6,564.2,457.1 nm的一阶、二阶、三阶振动反斯托克斯激光输出。通过调节抽运激光功率和气体气压,可以控制红、绿、蓝三色激光的相对强度和输出模式。
光纤光学 空芯光纤 蓝色激光 光纤激光器 气体激光器 受激拉曼散射 
光学学报
2016, 36(8): 0806005
作者单位
摘要
重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065
针对深空光脉冲位置调制(PPM)通信,基于最大期望(EM)定时误差估计原理,研究了一种基于串行级联脉冲位置调制(SCPPM)码辅助的光PPM时隙同步的解决方案。由于标准的SCPPM译码方法无法获得EM估计时所需的期望值,因此提出一种将SCPPM译码输出的软信息转换为PPM各时隙期望值的方法。由SCPPM译码输出先进行硬判决,再通过累加模块获得累加器状态;根据该状态选择下一个PPM映射方式,进而获得各PPM时隙的概率及期望;最后利用EM算法预测时钟偏差值从而获得最佳采样点。仿真结果表明,对于2倍PPM时隙频率的异步采样信号,当时钟误差在-0.5~0.5个PPM时隙范围内时,此方法能有效实现PPM时隙同步。
光通信 时隙同步 脉冲位置调制 串行级联脉冲位置调制 
光学学报
2016, 36(8): 0806006
作者单位
摘要
1 南京邮电大学通信与信息工程学院, 江苏 南京 210003
2 香港理工大学电子与信息工程系, 香港 999077
提出相干光通信系统的弹性判决辅助式最大似然(DAML)相位估计算法,将弹性DAML相位估计算法从相移键控(PSK)系统扩展到正交幅度调制(QAM)系统,并进行相位估计误差推导。仿真结果表明,弹性DAML在不同块长度条件下存在误比特率(BER)下界,能消除传统DAML的块长度效应,可有效降低符号检测过程对信号相位波动的要求,进而放宽相干光系统对激光器线宽的限制。
光通信 弹性判决辅助式最大似然 载波相位估计 激光器相位噪声 正交幅度调制 
光学学报
2016, 36(8): 0806007
作者单位
摘要
1 兰州理工大学计算机与通信学院, 甘肃 兰州 730050
2 中国移动通信集团甘肃有限公司省网络管理中心, 甘肃 兰州 730070
根据光通信的特点,提出一种基于脉冲位置调制(PPM)的低复杂度光空时网格码。该方案在发射端利用延迟分集思想,建立了信号在时间和空间上的关联性。在接收端采用反馈干扰抵消算法(FICA),并对消除干扰后的信号进行最大似然判决来完成译码。该方案以牺牲发射分集的性能来换取译码复杂度的降低,从而降低了对系统计算能力的要求。以天线数为2和3为例,分析了该算法与Viterbi译码算法的计算复杂度。仿真结果表明,当分集增益相同时,相对于采用Viterbi译码算法的系统,所提方案的译码复杂度分别降低了93.75%和95.84%,而其误码性能的恶化仅为3 dB和4.77 dB。
光通信 强度调制 光空时网格码 反馈干扰抵消算法 复杂度 
光学学报
2016, 36(8): 0806008
杨朝兴 1,2,*李思坤 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
提出了一种基于多染色体遗传算法(GA)的像素化光源掩模优化(SMO)方法。该方法使用多染色体遗传算法,实现了像素化光源和像素化掩模的联合优化。与采用矩形掩模优化的单染色体GASMO方法相比,多染色体GASMO方法具有更高的优化自由度,可以获得更优的光刻成像质量和更快的优化收敛速度。典型逻辑图形的仿真实验表明,多染色体方法得到的最优光源和最优掩模的适应度值比单染色体方法小7.6%,提高了光刻成像质量。仿真实验还表明,多染色体方法仅需132代进化即可得到适应度值为5200的最优解,比单染色体方法少127代,加快了优化收敛速度。
成像系统 光学制造 光刻 光源掩模优化 分辨率增强技术 遗传算法 多染色体 
光学学报
2016, 36(8): 0811001
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在单光束照明3PIE(Ptychographic Iterative Engine)方法中,照明光垂直照射在待测样品表面,没有考虑照明光倾斜对重构结果的影响。在单光束照明3PIE方法的基础上提出了双光束照明3PIE方法,同时模拟分析了初始猜测照明光中相位倾斜因子对成像质量的影响。双光束照明3PIE方法在迭代恢复样品的过程中,两束照明光均用于更新同一样品的复振幅分布,理论分析和实验结果均表明,双光束照明3PIE方法能够提高算法的收敛速度,有效减弱恢复样品不同层次之间的串扰,适用于三维层析成像。
成像系统 相干光学 相干衍射成像 层析 迭代算法 相位恢复 
光学学报
2016, 36(8): 0811002
沈丽娜 1,2,3,*王向朝 1,2李思坤 1,2闫观勇 4[ ... ]张恒 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成像系统
3 新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆, 乌鲁木齐 830000
4 中芯国际集成电路制造有限公司, 上海 201203
提出一种基于交替相移掩模空间像的光刻机投影物镜偏振像差检测方法。采用泡利-泽尼克系数表征偏振像差,结合X和Y两种线性偏振照明方式,用像传感器测量不同照明条件下掩模空间像的成像位置偏移与最佳焦面偏移,利用标定的偏振像差灵敏度矩阵计算获得泡利-泽尼克系数。采用光刻仿真软件对本文方法的有效性进行了验证,结果表明其检测精度优于3.07 mλ。
成像系统 光学制造 光刻 偏振像差 泡利-泽尼克系数 偏振像差测量 
光学学报
2016, 36(8): 0811003
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着半导体制造步入1x nm技术节点时代,光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内,硅片上的集成电路(IC)工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理,建立工艺相关性误差模型。研究表明,工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现,不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同,随测量光入射角(45°~85°)的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片,实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6 nm。结果表明,光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度,同时提高光刻胶的涂胶均匀性,以减少工艺相关性误差。
测量 调焦调平 工艺相关性 纳米光刻 
光学学报
2016, 36(8): 0812001
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, 吉林 长春 130033
为实现空间飞行器在高目标星等、像移和光学系统像差等因素影响下的高精度星点定位,提出了一种自适应加权质心细分定位算法。基于最大似然估计推导、建立数学模型并进行仿真实验。结果表明,与质心法、加权质心法及高斯拟合法等传统星点定位算法相比,提出的算法定位精度提高了50%以上,且具有良好的收敛速度,经过5次迭代后,质心定位误差相对较稳定,可以满足实际应用中对实时性的要求。
测量 空间飞行器 自适应加权质心算法 最大似然估计 星点定位 
光学学报
2016, 36(8): 0812002
刘强 1,2,3,*徐晨 1,2李新南 1,2
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 中国科学院大学, 北京 100049
封窗经常使用在望远镜和大口径平行光管等光学系统中,置于整个系统最前端,其透射波前误差将影响整个系统的成像质量。检测手段决定加工精度,当封窗口径大于目前商用平面干涉仪的最大口径Φ800 mm时,则无法进行全口径检测。针对这一问题,提出了1种新型的封窗全口径透射检验方法,将待测封窗置于由球面干涉仪和大口径、长焦距的标准凹球面镜组成的光路中进行透射检验。利用该检测方法成功检测了一块口径为Φ856 mm、厚度为35 mm、材料为熔融石英的封窗,检测结果均方根(RMS)值为0.0191λ(λ=632.8 nm),满足设计要求。实验结果验证了该检测方法对于大口径封窗透射检验的可行性。
测量 光学检测 干涉测量 波前检测 封窗 
光学学报
2016, 36(8): 0812003
王宏博 1,2,*胡秀清 3张璐 3张崇丙 1[ ... ]危峻 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
光栅色散型成像光谱仪工作在可见近红外波段,主要用于海洋水色遥感。仪器采用推扫式成像,共设置15个光谱通道,穿轨方向由1024个像元组成,总视场宽度为14.2°。成像仪的各光谱通道对入射光的偏振状态敏感,为了提高大气顶入瞳辐射的测量精度,需要了解仪器的偏振响应特性,包括偏振灵敏度和相位角。发射前搭建了偏振测试系统,测量仪器的偏振灵敏度和相位角,它们是光谱通道和视场像元的函数。其中980 nm波段的偏振灵敏度最高,平均值约为4.69%,443 nm波段的偏振灵敏度最低,平均值约为1.81%。随着视场的变化,灵敏度呈现中间低,两边高的变化规律。提出成像仪偏振响应校正方法,利用偏振状态已知的入射光进行实验验证,结果表明该方法可将成像光谱仪偏振响应引入的辐射测量不确定度降低1%~6%。
测量 成像光谱仪 辐射定标 偏振校正 可见近红外波段 
光学学报
2016, 36(8): 0812004
赵立伟 1,2,*达飞鹏 1,2郑东亮 1,2
作者单位
摘要
1 东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
2 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
投影仪离焦技术克服了光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题,但二值光栅存在的高次谐波会降低生成光栅的正弦性,从而引入相位误差。提出一种二值光栅图像生成方法,基于正弦光栅图像所具有的对称性和周期性,选取了尺寸较小的二值块。然后对所选块进行随机初始化,再采用多像素跳变方法对二值块进行优化,根据优化所得的二值块生成整幅二值光栅图像。最后结合相移算法,在投影仪离焦测量环境下,计算得到三维测量所需的相位信息。相较于传统二值光栅图像生成方法,所提方法能够保证高质量相位信息获取,且适用于不同程度的离焦测量环境。仿真及实验验证了所提方法更加适用于离焦投影三维测量。
测量 三维测量 离焦投影 二值光栅 条纹分析 
光学学报
2016, 36(8): 0812005
师途 1,*臧仲明 1刘东 1杨甬英 1[ ... ]黄玮 2
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 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
光学非球面面形的非零位检测较零位检测而言具有更强的通用性。详细分析了非球面非零位检测中回程误差的产生机理,结合校正方法将其分为可预知回程误差和不可预知回程误差两部分,分析其对最终检测结果的影响。然后介绍了实际检测中常用的回程误差校正方法的原理,通过仿真实验对比各种方法对不同非球面度、不同面形误差大小的被测非球面的校正效果,并结合方法原理和仿真结果分析了不同方法的回程误差校正能力,总结其适用范围。
测量 干涉 非球面检测 非零位 回程误差 校正方法 
光学学报
2016, 36(8): 0812006
作者单位
摘要
1 中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室, 广西 桂林 541004
3 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐标重构以及对称偏移补偿的点衍射干涉波前测量中结构误差的高精度校正方法,以实现对大数值孔径及大横向偏移点衍射球面波前无镜头成像测量中的结构误差校正。该方法首先采用三坐标重构方法对系统误差进行预校正,再针对干涉中点源横向偏移引入误差存在的对称性,采用对称横向偏移补偿对由三坐标重构误差而引入的残余结构误差进一步校正。分别进行了数值仿真和测量实验对所提出方法的可行性进行了验证。结果表明,该方法达到了λ/10000的校正精度,对于点衍射球面波前高精度测量标定以及非镜头成像干涉检测中结构误差的高精度校正具有重要的应用意义。
测量 点衍射波前 结构误差 无镜头成像 
光学学报
2016, 36(8): 0812007
作者单位
摘要
上海理工大学能源与动力工程学院, 上海 200093
采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的传热过程进行了模拟研究,利用序参数法对固相原子和液相原子进行了区分并获取了固液界面的位置及温度随时间的变化规律。在此基础上探究了激光能流密度对熔化过程的影响。结果表明,随着激光能量的吸收及传递,金原子逐渐由面心立方的规则排列变为无序的松散排列,固液界面随时间逐步向金箔底部移动,金箔体积不断变大。当激光能流密度较小时,金箔未完全熔化,且熔化发生时刻较晚。激光能流密度越大,金箔熔化越早越快,熔化深度也越大,固液界面处温度也越高。
激光光学 飞秒激光 分子动力学 相变 
光学学报
2016, 36(8): 0814001
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
为了保证工业机器人磨抛的加工质量,利用激光扫描技术对机器人夹持工件的形状误差以及装夹误差进行测量和评估,包括点云数据的获取和去噪。采用条纹式激光扫描仪配合直线匀速运动对机器人末端夹持工件进行扫描,通过调节测量和运动参数,获取近似网格点云。为了去除点云中存在的大尺度噪点,在K近邻均值滤波(KNNMF)算法基础上,提出了基于局部均值的K近邻均值滤波(LMKMF)算法对偏大的数据点进行局部预先滤波,并建立相关数学模型。以峰值信噪比作为评价标准,以实际测量点云样本为测试对象进行去噪测试。结果表明,相比标准的KNNMF算法,结合LMKMF预先滤波的KNNMF算法在30%噪点密度下去噪能力提升了53.78%,证实了其在高密度噪点下具有更好的去噪能力和特征保持能力。
激光器 条纹式激光扫描仪 点云去噪 K邻近均值滤波算法 磨抛机器人 
光学学报
2016, 36(8): 0814002
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
采用激光冲击强化(LSP)处理方法研究了激光冲击强化对AM50铸造镁合金深度方向的晶粒结构、显微硬度和残余应力的影响。结果表明,经过单次冲击强化后, 合金表层的显微硬度值、残余压应力值均有明显改善;在冲击强化层,原始粗晶明显细化,表层显微硬度值提高了19%,残余压应力达到-225 MPa,且显微硬度提高区、晶粒细化层及残余压应力层的深度明显增大;当冲击次数增加到2次时,显微硬度、晶粒尺寸和残余应力得到进一步改善。
激光技术 激光冲击强化 AM50镁合金 显微硬度 残余应力 晶粒分布 
光学学报
2016, 36(8): 0814003
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
建立了微瓦量级的激光功率自动稳定实验装置,通过自动反馈控制声光调制器的衍射效率,实现了激光功率的自动稳定。激光功率稳定后,激光相对强度噪声得到有效抑制,接近散弹噪声极限,激光功率的长期稳定度优于2×10-5(1000 s)。推导了功率自动稳定系统的环路方程,分析了激光功率稳定环路对相对强度噪声的抑制作用。稳定后的激光应用于积分球冷原子钟的钟跃迁探测,对原子钟稳定度的影响小于1×10-13τ-1/2,积分球原子钟的频率稳定度优于5×10-13τ-1/2(τ为取样时间)。
激光光学 激光稳定 冷原子钟 激光冷却 
光学学报
2016, 36(8): 0814004
作者单位
摘要
1 东北大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110819
2 燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
针对空气中极线几何不再适用于水下双目图像匹配以及尺度不变特征转换(SIFT)算法只能实现稀疏匹配的问题,提出了基于色彩分割的水下立体匹配算法。获取双目摄像机标定参数、参考图和待匹配图;推导参考图的特征点在待匹配图上对应的曲线表达式,同时利用均值漂移算法对参考图进行图像分割;用像素灰度差的绝对误差和算法进行匹配,根据图像分割结果对窗口内像素分配不同权重,并将搜索范围改为在对应曲线上,提高匹配精度。实验结果表明,该算法优于特征匹配SIFT算法,匹配精度有所提高,成功将区域匹配算法应用于水下图像稠密匹配。
机器视觉 稠密匹配 曲线约束 色彩分割 水下图像 水下折射 
光学学报
2016, 36(8): 0815001
作者单位
摘要
1 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对室外光照条件下阴影的快速高效检测问题,提出了基于正交分解的阴影检测算法。利用室外场景图像中阴影区域内外的线性模型建立线性方程组,对该线性方程组的解空间进行正交分解,得到一幅彩色光照不变图像和一幅光照变化图像。通过K-means算法将彩色光照不变图像分类为几个区域,每个区域具有一致的反照率。根据分类结果,对光照变化图像采用EM算法进行高斯混合建模,提取阴影区域。最后采用形态学算子对提取的阴影区域进行优化。该算法不需要复杂的特征算子学习过程,大大降低了计算的时间复杂度,而且不需要任何先验知识,可以直接应用到实时场景处理中。
机器视觉 阴影检测 正交分解 期望最大化算法 高斯混合模型 
光学学报
2016, 36(8): 0815002
作者单位
摘要
山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250000
以谷胱甘肽(GSH)为硫源,氯化锌(ZnCl2)为锌源,溴化十六烷基三甲铵(CTAB)为表面活性剂,乙二胺为反应媒介,采用水热法在较低温度(160 ℃)下成功地合成六方相纤锌矿硫化锌(ZnS)纳米微球。采用扫描电子显微镜观察纳米微球的形貌,利用X射线衍射仪分析其物相,借助荧光光谱仪和紫外分光光度计分析不同条件下合成的硫化锌纳米微球的光学性能。实验结果表明,CTAB能够促进空心微球的形成,以CTAB为致孔剂能够在相对较低的温度条件下得到由纳米粒子组成的微米量级的单分散六方相纤锌矿结构的硫化锌微球。通过改变其他反应参数可以得到不同壳厚的硫化锌微球,测试其发光性能发现空心球的荧光效果明显好于实心球。
材料 六方相纤锌矿硫化锌 水热法 空心微球 光学性能 
光学学报
2016, 36(8): 0816001
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学建筑学院, 陕西 西安 710055
2 中国科学院福建物质结构研究所国家光电子晶体材料工程技术研究中心, 福建 福州 350002
提出了利用一种新型的高透气薄膜元件实现连续液面成型3D打印技术的方案并进行了实验验证。连续液面成型3D打印技术采用下入光结构,在光源与打印平台之间引入一个透明的透气薄膜元件,氧气可以通过薄膜元件渗透进入光固化成型表面,由于氧阻聚效应在光固化成型表面与透气薄膜之间产生一层液态未固化层。利用这一未固化层,3D打印平台可以连续不间断上移,实现了高速的连续光固化3D打印,纵向打印速度超过650 mm/h。由于连续液面成型3D打印技术较高的打印精度和效率,利用该技术进行建筑模型的制作,并将其应用于建筑模型的风洞测试研究。
材料 3D打印 光固化 连续液面成型 透气薄膜 
光学学报
2016, 36(8): 0816002
作者单位
摘要
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决光片显微镜成像视场范围小的问题,通过光束波前相位调制与图像拼接技术实现了光片显微镜对样本的宽视场成像。数值模拟了照明光束在波前相位调制后物镜聚焦面处的光强分布。搭建了光片显微镜光路系统,并对荧光微球、菊花花粉进行成像实验。采用片状照明光束对不同聚焦位置处的样本进行成像,再将图像进行剪裁、拼接得到宽视场成像结果。实验结果表明,488 nm激发光通过数值孔径为0.3的物镜照明样本成像,可在保持光片厚度为0.81 μm的情况下达到31.93 μm的成像视场,视场扩展到原视场的3倍以上。仿真和实验表明,采用光束波前相位调制与图像拼接技术可在不损失层切能力的前提下扩展光片显微镜的成像视场。
显微 荧光显微镜 视场扩展 波前相位调制 空间光调制器 
光学学报
2016, 36(8): 0818001
林飞 1,2,*张闻文 2范瑶 1,2左超 1,2陈钱 2
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
莱茵伯格照明是显微成像中光学染色的一种方式,照明光源通过特殊的滤色片使样品与背景产生色差,有效提高无色透明样品的对比度。基于可编程液晶显示器(LCD)的莱茵伯格照明显微系统将传统显微镜中聚光镜光阑替换成低成本的薄膜晶体管液晶显示器只需改变其照明图案,就能够实现明场、暗场、相位差、倾斜成像以及莱茵伯格照明等多种显微成像功能。并且由于LCD面板的颜色与光强灵活可调,系统可以衍生出彩虹暗场、彩虹相差等全新的光学染色方法。采用该系统对未染色的肺癌细胞、纺织纤维、小鼠肾脏切片等无色透明样品进行显微观察,验证了系统的多样性与可靠性。
显微 莱茵伯格照明 可编程液晶显示器 光学系统 
光学学报
2016, 36(8): 0818002
作者单位
摘要
长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
搭建了一台用于研究石英单模光纤中非线性光谱特性的实验系统。利用磷酸钛氧钾(KTP)晶体倍频电光调Q脉冲Nd3+∶YAG固体激光器,将输出脉宽为10 ns,最大峰值功率达到50 MW,波长为 531.81 nm±0.26 nm的激光作为抽运光源,抽运长度分别为250 m和500 m的石英单模光纤。根据马吕斯定律使用偏振片调节抽运光的输出能量。在实验系统稳定工作的条件下,调节抽运光输出能量分别为220.6 kW和170 kW时,获得了可见光范围内250 m和500 m石英单模光纤的多级非线性光谱。基于石英单模光纤中的三阶非线性理论,分析了实验中所获得非线性光谱的特性。理论分析和实验数据均表明:石英单模光纤长度越长,非线性光谱强度、耦合增益系数越大,能量阈值越低,而石英单模光纤长度越短,非线性谱线的展宽和散射附加峰的产生越容易。
非线性光学 单模光纤 光谱频移 受激拉曼散射 
光学学报
2016, 36(8): 0819001
作者单位
摘要
1 装备学院航天指挥系, 北京 101416
2 装备学院研究生管理大队, 北京 101416
3 中国人民解放军93575部队, 河北 承德 067001
4 中国人民解放军94362部队, 山东 威海 264309
针对光度曲线的特点将光谱领域曲线匹配算法应用至光度学领域,解决了基于光度曲线特征规律卫星形状反演方法的算法需求。介绍了反演方法的主要原理,通过融合角匹配(SAM)算法和信息散度(SID)算法,设计了联合信息匹配(SAM-SID)算法,确定了阈值,使曲线匹配的成功率大于93%。最后利用兴隆观测站的实测数据验证了算法的适用性与稳健性。实验结果表明,SAM-SID算法成功匹配出了SAM算法和SID算法都未能匹配出的圆柱体卫星,适用于球体、圆柱体以及立方体卫星的形状反演,且较SAM算法和SID算法结果更加直观,适用性和稳健性更强。
光计算 匹配算法 光度曲线 视星等 卫星平台 
光学学报
2016, 36(8): 0820001
作者单位
摘要
1 西南医科大学生物医学工程系, 四川 泸州 646000
2 宜宾学院计算物理重点实验室, 四川 宜宾 644000
光场的相位奇异特性是奇点光学研究的重要内容。运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导得到异常空心光束通过像散透镜后的光场分布表达式和相位奇点分布表达式,并研究了其在几何焦平面的相位奇异特性。结果表明,异常空心光束通过像散透镜后,在几何焦平面上存在相位奇点,且相位奇点受到透镜的像散系数和光束束腰宽度等参数控制。在一定条件下,几何焦平面上会出现椭圆或圆刃型位错线、光涡旋。当像散系数或束腰宽度改变时,椭圆或圆刃型位错线发生变化,光涡旋也会发生移动、湮灭和产生。
物理光学 奇点光学 异常空心光束 像散透镜 相位奇点 
光学学报
2016, 36(8): 0826001
作者单位
摘要
曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
利用热膨胀系数张量推导出光学方解石晶体(OCC)的任意方向热膨胀系数的表达式,确定了晶体的零膨胀方向;推导出晶体任意方向双折射率的温度变化量的表达式,并给出晶体中任意方向光程差随温度的变化关系。结果表明,对应方位角为65.35°或114.65°的方向是OCC的零膨胀方向;温度对晶体中光程差的影响随方位角的变化而变化,在垂直于晶体光轴的方向这种影响最大。
物理光学 温度特性 光学方解石晶体 光程差 相位差 
光学学报
2016, 36(8): 0826002
张宁 1,2,*卢智勇 1孙建锋 1周煜 1[ ... ]刘立人 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
用15 m的平行光管模拟远场条件对直视合成孔径激光成像雷达(SAIL)的滑动聚束模式进行了研究。基于单点目标回波收集方程,分析了滑动聚束的信噪比特性,理论和实验证实滑动聚束模式可以通过延长有效采集时间长度的方式提高信噪比。
成像系统 合成孔径激光成像雷达 滑动聚束模式 信噪比 
光学学报
2016, 36(8): 0828001
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
稀疏表示是一种有潜力的图像信息表示方法,已应用于图像目标检测。正交匹配追踪算法(OMP)求解稀疏系数过程计算复杂,不能满足快速处理的要求,因此引入Kalman滤波器的递归思想,提出了一种计算稀疏系数的快速OMP(FastOMP)算法。利用Hermitian引理,从上一时刻的状态更新当前信息,避免了高维矩阵数据的重复计算。为提高算法的执行效率,提出了基于GPU/CUDA(图形处理器/统一计算设备架构)的并行计算方法,充分利用GPU的并行计算能力,提高了FastOMP算法的计算速度。实验结果表明,与传统OMP算法相比,FastOMP算法可大幅度缩短计算时间并提高检测精度。
遥感 高光谱遥感图像 正交匹配追踪算法 目标检测 并行处理 稀疏理论 
光学学报
2016, 36(8): 0828002
作者单位
摘要
南京信息工程大学大气物理学院中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 江苏 南京 210044
利用离散偶极子近似法研究了旋转椭球体沙尘气溶胶粒子模型在尺度参数变化范围为0.1~23时(波长0.55 μm对应有效半径为0.01~2 μm)的线退偏比特性。通过分析比较不同轴半径比时线退偏比特性的差别,研究了粒子非球形性程度对单分散和多分散沙尘气溶胶粒子退偏比特性的影响。对单分散系,旋转椭球体沙尘气溶胶的线退偏比在瑞利散射区和米散射区随散射角的变化有不同的分布特征;在瑞利散射区,散射角分别为0°和180°的前后向散射方向,线退偏比较小,其值在1%的量级,而在散射角为90°附近的侧向,线退偏比有最大值,可达100%;在米散射区,线退偏比则无明显的极值分布,但有明显的后向增强;单分散沙尘粒子明显的非球形性特征,会增加在瑞利散射区的线退偏比,但却不会明显增加米散射区的线退偏比。而对多分散系,除了出现线退偏比最大值的侧向附近(80°~100°)之外,沙尘粒子非球形性特征越明显,其线退偏比越大。
散射 沙尘气溶胶 线退偏比 旋转椭球体 
光学学报
2016, 36(8): 0829001
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
分析了两种光学波导结构对光波导视场及其尺寸的影响,并对光波导结构和薄膜进行了优化。通过TFCalc软件对波导中的p偏振光分光膜进行设计,选择H4和MgF2分别作为高、低折射率材料,并结合Needle法和Variable Metric法对膜系进行了优化。在450~600 nm波段,制备的p偏振光分光膜在25°入射角下的平均反射率为30.1%,50°~ 80°入射角下的平均反射率小于5%。该分光膜满足牢固度测试要求。
薄膜 光波导 膜系设计 大视场 小型化 
光学学报
2016, 36(8): 0831001
作者单位
摘要
上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200070
为提高照明光源质量, 采用三基色的混光方法,实现了白光动态相关色温精确可调。根据色度学光色设计,建立了RGB三基色混光数学模型。选取合适光色参数的三基色光源进行3000~7500 K不同相关色温的白光混光实验分析,实验结果与理论白光色温偏差较大。分析可知,结温是影响色温偏差的主要因素。通过调节占空比来修正三基色光通量的输出,从而确定了占空比和目标相关色温的关系。实验结果表明,修正后的色温偏差在50 K以内,合成白光光源的参数与理论白光的性能指标参数吻合,实现了不同相关色温变化的白光光源,并通过调节三基色光通量实现了温度补偿。
视觉光学 动态色温 三基色混光 脉冲宽度调制 占空比 
光学学报
2016, 36(8): 0833001
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 杭州市质量技术监督检测院建材电器中心, 浙江 杭州 310019
基于相机的成像原理,建立了不同拍摄参数下响应值之间的转换方程,提出了一种基于齐次多项式回归的色度特征化模型,克服了传统多项式模型非线性外插造成的误差。 对Nikon D3x数码相机进行了拍摄参数变化的色度特征化实验,分析了不同项数对特征化精度的影响。实验结果表明,齐次多项式模型适用于描述拍摄参数可变的相机色度特征化,且项数以6、7项为宜;在4种色温和7种照度构成的28种LED光源下的实验中,在色温不变、照度变化的光照下其颜色预测精度优于1.5 CIELAB色差单位,与固定参数、固定光照下多项式模型的精度相当,而在色温和照度同时变化的情况下其平均色差小于2.0 CIELAB单位,可以满足相机应用的色度精度的性能要求。
视觉光学 色度学 色度特征化 齐次多项式 数码相机 
光学学报
2016, 36(8): 0833002
作者单位
摘要
1 解放军信息工程大学信息系统工程学院, 河南 郑州 450002
2 北京大学重离子物理研究所, 北京 100871
针对双能计算机断层成像(DECT)图像重建算法中的非线性投影分解问题,提出一种基于等值线拟合的快速投影分解算法。建立高、低能投影线性近似的等值线拟合模型;基于泰勒级数展开,采用粗粒度正向计算、细粒度反向求解方法,获得高精度的解析解,生成等值线方程;将高、低能投影非线性联合求解问题转化为求解高、低能等值线的交点问题,从而实现双能投影的快速分解。实验结果表明,该方法避免了非线性迭代求解和投影查表匹配,在减小投影分解噪声波动的同时,显著提高了投影分解速度,与投影匹配方法相比分解速度提高约两个数量级。
X射线光学 投影分解 等值线拟合 双能计算机断层成像 泰勒级数展开 
光学学报
2016, 36(8): 0834001
刘舵 1,2,*强鹏飞 1李林森 1,2刘哲 1[ ... ]赵宝升 1
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子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 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14 mm,X射线焦斑直径为20 mm,在10 m真空管道中测得光子能量为1.5 keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400 mm2。
X射线光学 X射线聚焦光学器件 X射线掠入射 X射线脉冲星导航 有效面积 聚焦效率 
光学学报
2016, 36(8): 0834002
王飞翔 1,2,*邓彪 1王玉丹 1任玉琦 1[ ... ]肖体乔 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京师范大学核科学与技术学院, 北京 100875
建立了一种基于同步辐射X射线的立体成像系统用于上海光源成像线站(BL13W)。该系统使用两个弯曲毛细管将同步辐射光引出并分为交叉的两束光,实验样品置于两束X射线交叉的位置,在其后一定距离处用成像探测器记录样品的两个投影。根据视差方程和相应算法计算出样品各组分的深度信息,得到样品的伪三维图像。与X射线计算机断层扫描技术相比,该方法成像的时间分辨率大大提升甚至接近单次曝光的时间,可以进行实时成像,并降低了样品受辐射的剂量。选用老鼠肝脏毛细血管的投影图像进行数值模拟,得到了理想的模拟效果。选取螺旋形金属丝在搭建的实验平台上进行立体成像,得到了初步的实验结果。螺旋形金属丝的立体信息可以清楚辨认。
X射线光学 同步辐射 X射线立体成像 立体匹配 毛细管 
光学学报
2016, 36(8): 0834004