王健（武汉）   刘俊   赵一凡  

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结构光场是一类对光波空间结构进行剪裁的特殊光场。广义的结构光场包括空间变化的幅度、相位、偏振以及空间阵列。结构光场因其独特性在光学操控、显微成像、计量传感、非线性光学、天文学、量子科学和光通信等领域获得了广泛应用。基于结构光场的光通信技术包括复用通信和编译码通信。本文回顾了结构光场编译码通信的研究进展，全面综述了结构光场的产生方法以及不同模式基（轨道角动量、贝塞尔、线偏振、矢量模式、空间阵列）、不同编码方式（直接模式编码、高速映射）和不同应用场景（光子芯片、自由空间、光纤）的结构光场编译码通信，同时对未来发展趋势进行了分析和前景展望。结构光场编译码通信开发了光场空间域维度资源，有望为解决光通信新容量危机和实现光通信可持续扩容提供潜在解决方案。

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何业锋   杨红娟   王登   李东琪   宋畅  

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针对标记配对相干态光源下，量子密钥分配协议采用极化编码和相位编码会带来基的依赖性问题，研究了基于标记配对相干态和轨道角动量的非对称信道测量设备无关的量子密钥分配协议。分析了该协议在不同距离比率下平均光子数、误码率、密钥生成率与信道传输损耗的关系。在标记配对相干态和轨道角动量下，对比了对称信道和非对称信道测量设备无关的量子密钥协议的性能优劣。仿真结果表明：采用标记配对相干光源弥补了弱相干光源和指示单光子源的不足，大大减少了真空脉冲并增加了单光子脉冲。随着信道传输损耗的增加，密钥生成率和安全传输距离逐渐减小，但非对称信道的性能仍优于对称信道。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2019年第39卷第04期 pp.0427001      

刘元元   杨永斌   冯文帅   于海成  

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光纤陀螺作为一种高精密测量仪器，对温度、振动、磁场等环境因素的变化极为敏感。为避免误判光纤陀螺的精度水平，光纤陀螺必须在一个适宜的环境下测试。本文提出了一种基于傅里叶变换的自评估技术，用于评价光纤陀螺的测试环境。该方法的优点是无需增加任何传感器，只需将获得的测试数据进行频谱分析，根据频谱图的变化趋势进行环境评估，进而得到更适合光纤陀螺精度评定的测试环境。实验中，环境三相比环境四，傅里叶变换的频谱图更平缓。两次测试的结果显示：光纤陀螺零偏稳定性由0.0015°/h(100s,1σ)，降低到0.0019°/h(100s,1σ)；随机游走系数由2.1565×10-4(°)/h1/2，降低到2.8876×10-4(°)/h1/2。另外，对一只脉冲输出的陀螺进行了不同环境下的测试，其精度水平确实存在差距。由此可见，对光纤陀螺的精度进行评价时，需要对测试环境进行预评估。通过两只陀螺的实验验证了自评估技术的有效性，为高精度光纤陀螺的测试提供指导意义。

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姚荣彬   白雁力   高海英   王旬   刘达见  

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为探讨磁聚焦成像系统对大灵敏面脉冲展宽分幅相机时间性能的影响，模拟相机磁场分布和光电子运动轨迹，建立传输时间和距离二维分布，分析磁聚焦时间弥散和畸变的成因及其降低方法。研究结果显示，时间弥散和畸变与“物面”（阴极）沿轴磁场强度密切相关，并随“物点”离轴距离变大，通过适当提升轴对称磁场均匀性可降低其影响。当磁透镜漏磁缝隙由4 mm扩宽至40 mm时，轴上与离轴30 mm物点的沿轴磁场强度峰值比由0.82提高到0.89，时间弥散由127 fs和435 fs分别减小至120.6 fs和378.4 fs，离轴30 mm时间畸变由4.61 %下降至4.01 %。该研究对大灵敏面脉冲展宽分幅相机时间分辨性能的进一步提升，以及亚皮秒相机建模和研制具有重要的理论意义。

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王弦歌   焦凯   陈朋   田优梅   司念   赵浙明   王训四   戴世勋   聂秋华  

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摘要：在超低色散零点的红外硫系玻璃光纤的需求背景下，为了探究碘元素(I)对Ge-Se硫系玻璃的性能的影响，选择了两组Ge-Se基的硫系玻璃组分——（GeSe2）100-xIx与（GeSe3）100-x Ix（x=5,10,20,30,40）进行了对比实验研究。通过快速真空密封与传统的熔融-淬冷法制备出玻璃试样，采用傅里叶红外光谱仪测出试样的红外透过光谱和吸收光谱并进行直接光学带隙计算和杂质分析；采用红外椭偏仪测定了试样的折射率并计算出该玻璃的材料色散进而得到材料零色散点波长；通过热膨胀仪测试出该材料的热膨胀系数与玻璃转变温度Tg。通过比较各组分的特性参数选择出合适的玻璃组分进行光纤拉制并测试其相关光学性能。研究结果表明：随着这两组玻璃中I含量从5%到40%的增加，玻璃的红外透过性显著提高，近红外吸收的截止波长出现明显蓝移，光学带隙逐渐增大，折射率减小，色散零点波长蓝移，玻璃的Tg分别从348℃或206℃逐步降低至到238.4℃或137.7℃，热膨胀系数逐渐增大。在优化了玻璃组分和提纯工艺后，采用聚合物PPSU作为保护层对砷改良后的Ge-Se基硫卤玻璃进行光纤拉丝和性能测试，得到2.5μm到11.5μm的光谱范围内光纤损耗图谱，在5.9μm处的最小光学损耗为16.9dB/m，首次报道了Ge-Se基硫卤玻璃光纤。

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孔德明   李雨蒙   崔耀耀   张春祥   王书涛   吴希军  

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本文将三维荧光光谱技术、小波压缩和交替惩罚三线性分解(Alternating Penalty Trilinear Decomposition, APTLD)算法相结合，提出一种用于掺伪芝麻油鉴别的新方法。首先利用FS920荧光光谱仪测定纯芝麻油以及掺伪芝麻油样本的三维荧光光谱数据；其次通过激发校正、发射校正消除仪器所带来的误差，得到样本的真实三维荧光光谱数据；然后利用小波压缩对处理后的数据进行压缩以减少其冗余信息，其中压缩分数和数据恢复分数分别大于94.00%和98.00%；最后利用APTLD算法对压缩后的三维荧光光谱数据进行定性及定量分析，得到的回收率为97.0%-99.8%，预测均方根误差(RMSEP)小于等于0.120。研究结果表明，本文所述方法能够准确对纯芝麻油以及掺伪油样本的成分进行辨识及对其含量进行预测，达到对掺伪芝麻油鉴别的目的。

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赵铭明   何云涛   苏兴华   田震   牛芳  

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电光调制器(EOM)是用于毫米波光学上变频技术中的关键器件，一款高速率电光调制器具有更好的性能优势。W波段行波EOM结构具有多参数和设计复杂的特点，本文参考共面波导传输线理论和行波电光调制器理论，结合三维电磁仿真HFSS软件对调制器进行了有限元分析计算。针对电光调制器几何结构中关键参数，在四个维度上进行模型仿真计算，建立EOM多维度数学模型。根据理论和仿真模型得到EOM几何结构参数与主要性能的变化规律，确立EOM的模型结构。最后，进行结构优化，得到调制器速率和阻抗匹配，衰减较小的100GHz速率的EOM模型。

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朱晨俊   宋五洲   屈铭   高奎   杨敏君  

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针对金属纳米光镊结构进行捕获时存在的光热效应问题，设计了一种硅基双纳米球的光镊结构。采用基于三维频域有限元的数值算法，对比分析了硅基双纳米球与金基双纳米球结构的增强场以及在对聚苯乙烯颗粒捕获势能相同情况下的热效应，得到了硅基结构损耗低、发热小的优点。同时，模拟计算了所设计的硅基双纳米球光镊结构对于聚苯乙烯小球的捕获特性，在稳态场下通过对麦克斯韦应力张量进行积分，得到了不同直径小球在不同位置受到的捕获力情况。结果表明，硅基纳米光镊结构可以在对微粒进行稳定捕获的同时有效降低结构热效应带来的影响。

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蒋悦   黄宏光   舒勤   宋昭   唐志荣  

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为了解决三维点云在无序、数据存在遮挡以及噪声干扰情况下的配准问题，提出一种高维正交子空间映射的尺度点云配准算法（OrthS）。本文首先分别对目标点云与待配准点云中心化；然后，将中心化后两点云的正交化过程转化为对协方差矩阵的对角化表示过程，并根据矩阵正交化不改变特征值的特性，分别求出两组对角转化矩阵；最后，根据两组对角转化矩阵求解出两点云间的旋转矩阵和平移向量，从而实现点云配准。根据能量功率的比值，对待配准点云进行等比例放大，完成仿射配准。在仿真实验中，当点云无序、数据存在遮挡、缺失不完整、放缩以及有噪声干扰时，本文算法与经典ICP算法的配准精度相当。与经典ICP算法相比，本文算法对Bunny点云数据的配准效率提高了98%；对Dragon点云数据的配准速度至少提高了20倍。且在对大尺度Dragon点云数据的配准中，本文算法配准效率比经典ICP算法少了6210.4秒，配准精度也高于其他算法。本文算法不会陷入局部最小值，在快速精确配准和稳定性方面有明显的改进和提高。

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罗嗣佐   陈洲   李孝开   胡湛   丁大军  

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超快激光及其调控技术的发展使得原子分子量子态超快测控受到广泛关注，这些研究加深了对强激光与原子分子量子态相互作用的认识。本文回顾了相关领域研究进展，特别集中在对超快激光场及其调控在分子转动、解离以及原子分子电离的量子调控方面研究现状和未来发展做一介绍。

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季杭馨   朱永田   胡中文  

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天文学的发展对极大望远镜终端仪器的性能要求越来越高，宽波段、高通光效率的中低光谱仪能够获得更远、更暗的天体目标，可满足大部分天文用户开展前沿课题研究的需求。基于此，建立了一种基于边界限制的宽波段高效率多通道光谱仪快速设计的分析模型，讨论了多通道光谱仪各性能指标、结构参数和项目成本、风险的相互制约关系。该模型能够根据给定的系统指标快速计算出各子系统的结构参数，能够有效的在项目初期对方案可行性和项目预算给出合理的评估。以四米望远镜为平台，设计了基于VPHG光栅的多通道光谱仪，光谱范围为350~1000 nm，在中心波长处的分辨率为5000，光谱仪本体峰值效率大于53%，全波段单色像质RMS好于15μm,满足系统性能要求。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0330003      

王利镇   李林军   童利民  

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微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的纤维波导，纤芯和包层折射率差大，具有强光场约束、强倏逝场、低损耗、反常波导色散、表面均匀性好、机械性能高等特性。近年来，以纳米材料作为饱和吸收体的被动锁模激光器成为超短脉冲激光技术方向的研究热点。得益于微纳光纤的强光场约束能力及大比例倏逝场，纳米材料与微纳光纤的复合结构能显著增强光与物质的相互作用，进而降低该复合结构的饱和吸收阈值，为超短脉冲产生、非线性动力学研究等提供了一个新颖而灵活的平台。同时，微纳光纤本身具有反常波导色散、光谱滤波、饱和吸收、偏振敏感等特性，可在激光器的色散调控、偏振锁模等方面获得应用。本文介绍微纳光纤的制备及特性，在锁模激光方面的典型应用和最新进展，以及相关技术发展及展望。

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孟泽江   李思坤   王向朝   步扬   杨朝兴  

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本文提出了一种直接测量琼斯光瞳的光刻投影物镜偏振像差检测方法。首先推导了基于琼斯矩阵的检测方程，建立了光强矢量与琼斯矩阵克氏积的线性关系。然后利用该线性关系直接检测琼斯光瞳形式的偏振像差。以一个典型的光刻投影物镜的琼斯光瞳为检测对象进行了仿真验证，仿真中考虑了偏振元件与图像传感器的实际参数误差，并与传统穆勒矩阵椭偏法转换得到的琼斯光瞳进行了比较。对于同一种典型的偏振元件旋转角组合，与传统测量方法相比，本方法的偏振衰减和偏振相位延迟的误差均有明显降低。仿真结果表明，本文提出的光刻投影物镜琼斯光瞳检测方法在不增加现有测量装置复杂度的基础上，明显提高了琼斯光瞳形式偏振像差的测量精度。

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郭继锴   王治乐   陆敏  

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离轴三反系统具有成像质量接近衍射极限、无中心遮拦和使用波段范围宽的优势，由于其光学元件多、结构复杂，对光学装调有严格的要求。针对装调方案制定的复杂性，提出了一种基于主成分分析法(PCA)的装调方案制定方法。该方法通过对离轴三反系统理想的光学系统求解出的灵敏度矩阵进行处理，获得系统失调量对残余像差敏感度的权重值，去除敏感度低的调整量来制定合理装调方案。根据逆向优化法的计算机辅助装调技术的原理进行模拟装调及装调方案的验证。结果表明：逆向优化法装调精度达到了10的负7次方量级；采用主成分分析法制定的装调方案，可以以牺牲较小的像质来达到将调整量从11个减少到6个，简化系统的机械结构，降低装调难度及提高光机结构稳定性。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0322002      

毛珊   赵建林  

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镀制在多层衍射光学元件表面的光学增透膜会对入射光产生附加相位调制，从而降低实际设计波长处的衍射效率，影响混合光学系统像质。基于等效介质理论和多层衍射元件本体相位延迟，将增透膜的相位调制影响考虑到多层衍射光学元件的设计中，通过优化多层衍射光学元件表面微结构参数，实现设计波长位置100%衍射效率和宽波段内高带宽积分平均衍射效率。采用优化设计方法，对应用于可见光波段镀有增透膜的多层衍射光学元件进行分析。研究结果表明，采用优化设计方法能够在保证增透膜物理作用的前提下，实现设计波长处100%衍射效率和波段内高带宽积分平均衍射效率。该方法从原理上弥补了传统多层衍射光学元件的设计缺陷，完善了衍射光学元件的设计理论，能够指导混合成像系统的设计。

       PDF全文 (下载：8)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0305001      

张崇磊   辛自强   闵长俊   袁小聪  

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基于光学表面波的折射率传感由于具有免标记、无接触、灵敏度高等优势，被充分应用于生物医学的相关研究中。光学表面波的折射率传感成像作为一种免标记、非侵入式和无损于细胞的测量与成像手段，在特定的研究中将变得必不可少，受到研究人员的广泛关注。在本文中，我们从表面波的原理，测量技术分类，关键性技术等多方面论述，概括了基于全内反射，表面等离子体共振，石墨烯等多种光学表面波的折射率传感的历史发展，进一步探讨了表面波折射率传感成像的技术优点。充分表明波传感成像作为一种高精度定量化的无标记显微成像技术，在医学光学精准诊疗方面具有重要价值。

       PDF全文 (下载：10)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0126006      

高阳   李中梁   张建华   南楠   王瑄   王向朝  

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角膜厚度的精确测量可辅助角膜类疾病的诊断。光学相干层析成像（OCT）技术可非接触地获得角膜的断层图像。为了辅助医生对角膜类疾病的诊断，需要自动获取断层图像中的角膜厚度。本文提出了基于边界跟踪、轮廓定位和曲线拟合相结合的OCT图像角膜厚度自动测量方法。分别测量了高信噪比以及存在噪声和伪影的角膜OCT图像中的角膜厚度，验证了提出方法的有效性和实用性。实验结果表明，该方法不仅可以精确测量高信噪比角膜图像中的角膜厚度，而且对存在噪声和伪影的角膜OCT图像也有很好的测量效果。与已有角膜厚度测量方法相比，该方法具有抗干扰能力强和测量精度高的优点。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0311003      

孙永强   胡源   王月旗   王祺   付跃刚  

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目前数字微镜器件(digital micromirror device ,DMD)作为一种微光机电器件(micro-electro-mechanical system，MEMS)，已广泛应用在数字投影、动态场景模拟、数字光刻等照明投影系统及孔径编码光谱成像、医学成像等新型成像系统中。且DMD在照明投影系统中一般用于准直光路，其对光路并无影响。而DMD在成像系统中多用于会聚光路，由于DMD表面微镜绕各自旋转轴偏转运动,且微镜相对平面反射镜的非连续分布特性，导致经过DMD反射后的光束轴外视场主光线与轴上视场主光线存在光程差。本文依据几何光学和像差理论，给出了采用DMD会聚成像光路中，DMD面上的像高、光线入射角度、DMD像素大小及偏转角与最终光程差之间关系,探讨了对光学系统像质的影响及补偿方法，并通过软件仿真模拟和实验，验证了理论的正确性。该研究结果对采用DMD器件的光学系统设计和装调均具有重要意义。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0311001      

谢江荣   李范鸣   卫红   李冰  

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自从生成对抗网络提出以来，各领域涌现了大量的新型应用。本文提出一种应用于红外目标仿真的模型，旨在解决传统仿真方法步骤繁琐、参数众多、建模复杂的问题。首先，在条件生成对抗网络的基础上引入深度卷积神经网络，将其扩展成为条件深度卷积生成对抗网络；其次，将随机噪声向量作为模型输入，利用类别标签引导训练过程，完成模型参数的优化；最后，利用已训练的生成器自动产生预期类别的红外目标仿真图像。在MNSIT和红外数据集上分别训练模型参数，再进行自动生成实验，都能够产生高真实度的样本图像；进一步地将鉴别器提取的特征用于分类实验，以及将该方法合成的图像用于数据增强以提升分类器性能，结果都表明该方法能够有效模仿红外辐射特征。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0311002      

沐雯   沈伟东   杨陈楹   郑晓雯   王震   袁华新   袁文佳   章岳光  

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探究了基于自限制反应的原子层沉积技术在石英管表面沉积薄膜的均匀性分布以及尺寸的影响。以单波长减反射膜为研究对象，实验结果与设计结果一致，石英管表面最低反射率可降至0.17%。忽略夹具影响，石英管外壁与内壁非均匀性基本一致，在±1.69%范围内，内外壁表面沉积厚度也即中心波长相同，而且石英管尺寸变化对内外壁薄膜均匀性无明显影响。因此，原子层沉积（ALD）技术可以实现在不同尺寸大曲率元件的内外表面同时沉积厚度偏差小，均匀性分布相似的减反射薄膜，突破了物理气相沉积技术以及浸渍法在大曲率表面内外侧沉积薄膜的限制，可在成像、通信、探测等领域广泛应用。

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陈振华   李俊琴   赵子龙   桑卓成   邹鹰   王勇   邰仁忠  

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软X射线近边吸收谱在原子及电子结构表征，催化剂活性位点研究，以及原位测试等方面都发挥着极其重要的作用，是同步辐射技术中应用范围最广的表征手段之一。本研究基于上海同步辐射光源发展了软X射线荧光吸收谱测试方法，克服软X射线荧光产率低以及荧光自吸收效应的难题，实现了用部分荧光产额模式获得材料的软X射线近边吸收谱，并采用该模式对钙钛矿太阳能电池的埋藏元素，催化剂的低浓度元素，以及宽禁带半导体进行了软X射线近边吸收谱研究。相比全电子产额模式，基于荧光模式的软X射线近边吸收谱在材料深层体相信息研究，不良导体，以及低浓度样品测试中更具优势。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0330002      

陈宏刚   张博   马卫东   胡毅   梁雪瑞   胡蕾蕾   李凤   丁兰  

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本文描述了基于硅基的IQ光调制器自动偏压控制算法理论及实现方案，首先比较了基于硅光调制器跟传统铌酸理(LiNbO3)调制器调制特性的区别，结合硅基的IQ光调制器模型图推导出调制器输出光信号跟电场信号的函数关系式，根据此关系式提出了一种基于正弦dither信号注入调制器直流偏置，解析调制器内置低带宽MPD反馈信号频域参数的控制方案，并通过数值仿真验证了方案的可行性；搭建了自动偏压控制算法的测试平台，通过测试平台得出了I、Q、Phase在不同偏压条件下调制器内置MPD的反馈信号波形，并将测试结果跟仿真数据进行了对比，对比结果验证了本文假定的硅基IQ光调制器光电传递函数模型的准确性；最后测试了在128Gb/s双偏振正交相移键控(DP-QPSK)调制格式下偏压控制算法的精度并通过矢量幅度误差（EVM）指标得到了算法所引入的光信噪比（OSNR）代价.

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耿健   朱晓军   章国安   徐晨   季彦呈   金丽   曹娟  

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我们提出一种基于光纤布拉格光栅（FBG）拉锥具有带宽可调的微光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）梳状滤波器。通过对普通FBG进行氢氧焰熔融拉锥，实现了具有梳状滤波特性的新型微光纤MZI结构。通过对拉锥后光栅周期及折射率分布进行建模及仿真，得出微光纤MZI结构是由两端为关于中心束腰光纤对称的锥形微啁啾长周期光栅（CLPG）组成。利用NaCl溶液进行折射率测试，发现MZI透射光谱带宽的倒数与溶液折射率变化成线性关系，改变溶液折射率可以实现透射光谱带宽的可调谐。通过对透射光谱1550 nm处带宽进行测量，得出折射率调节带宽的精度为0.64318 nm-1/RIU。

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徐荟迪   林露璐   李征   黄梅珍   周征宇  

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软玉是珍贵的珠宝工艺品材料，不同产地的软玉在品质和价值上具有较大的差异，但是传统的珠宝玉石鉴别方法难以有效的对其进行产地区分与鉴别。采用自行研制的便携式拉曼光谱仪Hx-Spec研究分析甘肃、青海以及新疆三个产地的拉曼光谱特征,从物理层面对其光谱差异进行了解析，探讨了运用马氏距离判别分析方法及随机森林两种模式识别算法处理光谱数据实现对三种不同产地的软玉进行无损鉴别的可行性。实验测得来自甘肃、青海以及新疆三个产地的共37块软玉的拉曼光谱数据，数据经过预处理后分为训练集与预测集，建立两类判别模型，结果表明马氏距离判别模型以及随机森林判别模型可以对具有相同拉曼峰的不同产地软玉进行区分鉴别，区分准确率分别为87.5%和95.8%，比较了两种算法的优劣。拉曼光谱技术结合模式识别算法有望为无损区分不同产地的玉石提供一种新方法。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0330001      

谢俊峰   朱红   李品   莫凡   李响  

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恒星质心提取精度是影响星敏感器定姿精度的重要因素之一。针对全局阈值等传统去噪方法在处理APS星图时因残留部分噪声而影响质心提取精度的问题，本文提出一种基于动态背景噪声模板的APS星图序贯去噪方法。该方法通过短时静态背景噪声与随机噪声阈值构建动态序贯噪声模板，实现对APS星图数据进行去噪处理。本文以资源三号下传的APS原始星图作为试验数据，利用星对角距对不同去噪方法处理后的恒星质心定位精度进行分析对比。实验结果表明，本文方法能很好地剔除条带和边缘噪声，与传统图像处理方法相比，星图质心提取精度提升约为12.98″，与全局阈值分割法相比，星图质心提取精度提升约为2.16″，与静态背景噪声方法相比，星图质心提取精度提升约为9.64″，充分表明本文方法可以有效地提升APS恒星质心定位精度，可用于事后姿态处理中。

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林雯嫣   喻叶   彭雪康   金玉   吴志军   林薇  

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本文制备结构为ITO/HAT-CN(5 nm)/TAPC(50 nm)/TCTA(5 nm)/POAPF:PO-01(15%,15 nm)/Bphen(55 nm)/LiF(1 nm)/Al的黄色磷光器件，其效率滚降特性符合三重态-极化子淬灭模型。为了研究器件内载流子传输情况，设计了一组单电子和单空穴器件，实验证明，发光层内空穴是多子且PO-01俘获空穴，被俘获的多余空穴对形成激子的淬灭是导致器件高电流密度下效率剧烈滚降的原因。接着，采用n掺杂的方法增加电子注入，实验证明，n掺杂减少了发光区内多余的空穴，改善了器件载流子平衡状况，缓解了多余空穴对激子的淬灭，从而改善了效率滚降。

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高飞   黄波   石冬晨   朱青松   张锐   汪丽   李仕春   华灯鑫  

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全天时大气温度的探测对于研究大气科学以及全球变暖与极端天气的关联性等具有非常重要的作用。本文提出一种全天时大气温度探测的纯转动拉曼激光雷达系统，选用Nd:YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0nm作为激励波长，从而使得发射光谱及其激励的纯转动拉曼光谱全部位于日盲紫外波段内，避开了强烈的太阳背景光对系统探测的影响。为分离提取对大气温度具有不同依赖特性的高低量子数通道转动拉曼光谱，设计了一种新型三次衍射式双光栅多色仪作为激光雷达的分光系统。该系统采用一个二次衍射式光栅光谱仪作为一级分光结构和一个一次衍射式光栅光谱仪作为二级分光结构所构成，Zemax光学仿真表明，双光栅多色仪可实现Stokes与Anti-Stokes高低量子数通道转动拉曼谱线的有效提取分离，以及对米-瑞利弹性散射信号高达60-70dB的抑制率。激光雷达系统仿真结果表明，在充分考虑臭氧吸收和荧光对系统探测性能的影响下，设计的日盲紫外域纯转动拉曼激光雷达可实现2.2km高度范围内大气温度的全天时探测。

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窦燕   康锦华   王丽盼  

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针对传统非经典感受野模型的建立大多是基于静态神经元、忽视了生物视觉在注视过程中眼球不停止运动这一原理，通过对眼球微动机理的研究，提出了一种结合静态、动态机理构造更贴近非经典感受野的模型。该模型首先设计感受野轴两侧的两个半椭圆环的非经典感受野抑制区，其次在其中设立子区域，判断其与中心感受野距离差值，对该区域置零。通过控制方向角度的抑制，模拟微动，最后计算出图像的亮度值，获取不同最优方向的响应对感受野中最优响应方向抑制权值与亮度特征结合，得到最后能量值。实验结果表明将该模型用于目标轮廓提取方面可以很好的抑制的背景纹理，轮廓保留相对多，相比于传统模型有较好的效果。

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王与烨   陈霖宇   徐德刚   陈图南   冯华   姚建铨  

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外伤性脑损伤（Traumatic brain injury, TBI）是最常见的致死致残疾病之一，脑创伤区域的精确检测技术对TBI的治疗诊断具有重要意义。本文采用改进的Feeney’s方法制备大鼠的脑创伤动物模型，利用太赫兹波透射式成像系统对鼠脑的组织切片进行成像检测。成像结果表明，鼠脑创伤区域相比于正常区域具有更低的透过率。通过对鼠脑不同深度进行切片成像，并采用一种三维重构技术实现了对鼠脑的三维建模，该三维重构成像清楚地反映了鼠脑内部创伤区域的空间分布。这项研究表明了基于太赫兹波多深度切片成像的三维重建技术在生物医学精确诊断方面的应用潜力。

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王晓青   王向军  

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针对现有基于深度卷积神经网络的目标识别算法需要依赖大型GPU计算平台，对计算资源消耗大，难以向嵌入式平台移植，无法适应工业界对于目标检测实时性和便携性的需求的问题，本文提出一种应用于嵌入式GPU计算平台的实时目标检测算法。本方法针对嵌入式平台计算单元较少，处理速度较慢的现状，提出一种基于YOLO-V3架构进行改进的轻量目标检测模型，针对汽车目标进行了离线训练，并在嵌入式平台上部署训练好的模型，实现在线检测。实验结果表明，应用本文提出的方法，在嵌入式平台上，对分辨率为640*480的视频图像的检测帧率为23帧/s以上，基本实现嵌入式平台上的实时目标检测。

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姚顺   程咏梅   田朝旭   代力   杨速  

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当前由特征点构成的合作信标，在视场及飞行器姿态变化下，存在信标不能始终有效进入视场、未考虑信标设计对引导精度影响的问题。本文利用透视模型的原理设计合作信标。通过信标成像对引导精度的敏感性分析，得到信标特征点间最小距离的设计方法；在无人机由远及近接近信标过程中，通过分析俯仰角、偏航角、高度和距离不同情况下无人机的视场范围变化，并进行视场边界的迭代计算，给出特征点布置范围的设计方法。搭建OpenGL视景仿真系统，在国际民航组织规定的二级引导精度要求，及多种无人机飞行位姿条件下，进行图像敏感性及信标捕获情况的分析，结果表明本文方法可保证合作信标设计满足图像敏感性要求，并且该信标始终可以被完整捕获。

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张红涛   常艳   谭联   裴震宇   李德伟  

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基于Micro-CT技术的麦粒内部虫害检测，其图像重建效果，直接决定了麦粒虫害检测准确性。为得到清晰的麦粒重建切片，利用共轭射线的思想来弥补Radon空间数据缺失,在FDK重建算法基础上引入z轴权重函数来优化麦粒切片图像的重建结果。针对三维头模型，Z-FDK算法重建结果的峰值信噪比较FDK算法的小3.6927，该算法大大抑制了FDK算法中的轴向强度下降。针对卵期、低龄幼虫、高龄幼虫等时期的麦粒投影图像，实验结果表明Z-FDK算法的平均梯度和对比度噪声比均大于FDK算法，该算法重建麦粒茸毛端和胚部端两个区域的灰度值增大，伪影得到改善。Z-FDK算法结构简单，易于实现，提高了麦粒切片的重建质量，重建结果可以精确地表征害虫的侵染情况，为进一步可视化分析粮虫虫态、虫道演变奠定基础。

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李润丰   施可彬  

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光学成像以其非侵入性的特点，被广泛应用于生物、医学、物理和化学等研究领域。通过对光场时域和空域参数的调控，可以有效调制光的时序、波前、振幅、相位、色散等特性，从而获得具有高时空分辨率的光学图像。本文以光场调控原理为主线，综述近年来高时空分辨成像技术的研究进展。

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常峻巍   许梦宁   王頔   朱瑞晗   奚婷婷   张兰芝   李东伟   郝作强  

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利用基于液晶空间光调制器的飞秒激光脉冲整形技术，对飞秒激光在熔融石英中形成等离子体丝进行了优化控制研究。实验结果表明，通过脉冲整形，可以实现在固体介质中指定位置产生等离子体丝，此外还实现了在熔融石英中等离子体成丝起点的长距离可控移动，最大移动量达到5.4 mm。进一步通过求解3D+1非线性薛定谔方程对整形脉冲在熔融石英中的成丝过程进行了理论模拟研究，得到了与实验相一致的结果。研究表明，等离子体成丝起始位置是由整形飞秒脉冲中心峰值强度和包络分布所决定的。

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胡俊涛   马海祥   李新忠   唐苗苗   李贺贺   台玉萍   王静鸽  

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完美涡旋光场模式的单一性难以满足其在多种领域的应用需求。为解决该问题，本文提出了一种同心矢量完美涡旋光束。其光强分布为一族同心的矢量完美涡旋，且各环矢量完美涡旋的性质得到了验证。研究发现，每个完美涡旋的光环大小、偏振阶数等特征参数相互独立。对同心矢量完美涡旋光束光环叠加的实验表明，与标量完美涡旋光束叠加不同，叠加产生的子涡旋会在特定位置消失，其原因是两光环在该位置偏振正交。该研究极大地丰富了完美涡旋的模式分布，拓宽了完美涡旋在微操纵、光通信等领域的潜在应用。

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王俊杰   刘劲   傅正义  

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本文阐述了一种制作在光纤端头超微型F-P(Fabry-Perot)腔水下激波压力传感器。首先，给出了传感器相关的基本理论，传感器制作工艺为：将外径为125um的空心石英玻璃毛细管熔接在切割好引导光纤端头，经过精密切割，形成F-P腔腔体；再在腔体端面熔接125um的单模光纤，经过切割、研磨、HF酸腐蚀毛化，就制作成直径为125um、全石英、全封闭F-P腔。采用三波长光源激励、任意确定性相位间隔的被动零差解调技术，对该光纤F-P腔在冲击压力波作用下的瞬态速变干涉相位进行解调，来实现动态压力的测量。接着，采用活塞式压力计和聚焦式电磁冲击波源，对该激波压力测试系统进行了静态和动态定标实验。当高速光电探测器的响应时间为0.72 uS 时，在60MPa压力量程范围内，水下激波压力传感系统的定标结果为：线性度3.26%FS、重复性0.01153%FS、回程误差0.07%FS、基本误差3.407%FS，动态响应时间小于0.75uS。最后，给出了该系统对PTS水开关等离子产生冲击波的实测数据，并指出该高频响动态压力传感器潜在的应用方向。

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张韵   王翔   赵尚弘  

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本文基于解码转发中继方式，研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型，RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型，利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数，进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。并对单输入单输出(SISO)中继与双输入双输出(DIDO)中继通信系统性能进行对比。通过仿真分析证明，孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO 传输系统的性能，DIDO通信系统性能明显优于SISO通信系统。

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谭伟   齐文雯   何红艳  

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遥感中雾霾影响大气透过率，造成雾霾区域的图像对比度和清晰度降低，影响图像判读和解译。去除雾霾影响是提高遥感图像质量和应用能力的重要途径之一。根据遥感多光谱图像中不同谱段对雾霾不同的探测能力，利用对雾霾敏感的蓝谱段构建雾霾图和非雾霾图；利用对雾霾不敏感的红谱段mean-shift分割来识别亮目标并对雾霾图进行修正和补偿，最后完成去雾霾处理。采用国产高分辨率遥感图像作为测试对象，基于常用高分辨率遥感图像质量参数对校正效果进行评价。结果表明：各谱段去雾霾处理后遥感图像质量参数较校正前均得到了提升，且非雾霾区域校正后的图像光谱色彩特征与校正前保持了良好的一致性，而雾霾区域校正后细节信息得到恢复，图像质量显著提升。

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王芳   寇添   寇人可   王海晏  

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为了研究阈噪比对探测概率的影响，本文首先基于机载IRST系统噪声源的特点建立了探测概率模型，分析了探测过程中阈噪比与探测概率、虚警概率的关系；其次基于作战背景，分析了探测距离、目标速度、传输环境对探测概率的影响；在此基础上，提出了在探测过程中动态设置阈噪比的思想，并给出了具体求解方法，基于此方法，仿真分析了不同任务需求下的阈噪比取值范围；最后，利用求解的阈噪值，仿真得出了变阈噪比情形下的探测概率包线。结果表明，与恒定阈噪比方法相比，采用变阈噪比求得的概率包线能够适应实时变化的空战条件，普适性更强，并且探测距离明显增大。这为实际应用中，改善机载IRST探测性能提供了参考依据。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0304002      

马银行   蒋汉阳   戴美玲   代祥俊   杨福俊  

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基于激光和光路的光波随机相位扰动，本文首先解释了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图形成的机理，并为快速准确测量模态频率与模态条纹图提出了振幅涨落测量技术。接着参照迈克尔孙干涉仪光路装置搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统，并依此对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明：实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其它方法，得到的前10阶试样模态条纹图与有限元计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法，测量模态空间导数的数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化或缺陷更敏感。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2019年第39卷第04期 pp.0403001      

杨美霞   孔哲   谭峭峰   任钢   薛亮平  

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在许多应用领域，需要进行不同的激光光斑形状设计，研究不同光斑形状带来的影响。本文通过一种改进的G-S算法，实现环形光束的衍射光学元件精确设计。本文的方法保证输出平面上有小的采样间隔，起到抑制散斑的作用，与未采用散斑抑制的改进GS算法设计结果比较，光束均匀性好。设计结果和实验结果一致。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0305002      

邵梦旗   张雷   李林   魏磊  

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摘要：针对某空间相机超轻和高热稳定性的要求，设计了一体化的背板结构，既是主反射镜的支撑背板也是相机的主承力板。采用具有高比刚度，高热稳定性的SiC作为背板的材料，通过施加最小尺寸约束的变密度拓扑优化，确定支撑板背部筋的布置；建立以非支配排序遗传方法NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)为优化算法的多目标优化模型，集成反射镜的面形和背板的质量，完成背板的尺寸优化设计，得到背板仅重0.591kg，最小筋厚为2.1mm。最后，利用有限元分析对优化结果进行动、静力学性能分析。分析结果表明，反射镜组件在5℃温升载荷下镜面面形均方根值RMS(Root Mean Square)值为0.158nm，具有良好的热稳定性；X向重力载荷下（与光轴垂直方向/面形检测方向）镜面面形RMS值为1.169nm，峰谷值PV(Peak to Valley)为5.403nm；反射镜组件的一阶固有频率达到397Hz，镜面边缘随机振动响应小于16grms，满足空间应用。

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陈海永   郄丽忠   刘坤  

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移动阴影检测在运动目标检测中是一个具有挑战性的任务，因为阴影与目标的运动状态、几何形状等特征有着很大的相似性。为了同时检测本影与半影区域，本文提出并证明了阴影区域辐射一致性属性。首先利用基于图的分割方法，获取了超像素区域轮廓内的点集合（PCC）。利用阴影区域辐射一致性属性及其统计参数指标，将PCC分为目标前景区域（PC-PCC）和阴影区域（PB-PCC）。然后，提出了一种基于区域生长的完整阴影检测与目标掩码增长算法，通过融合完整的阴影区域、完整的目标前景区域和Vibe掩码三个部分，实现了前景目标掩码反向增长。在公开数据集中的实验表明，所提出方法阴影检测的平均精度达到了82.5%，性能显著优于传统方法。同时，目标掩码的平均增长率达到了8.84%，其准确率达到了95%以上。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0315003      

马瑞浩   朱枫   吴清潇   鲁荣荣   魏景阳  

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针对立体匹配中匹配代价难以选择和物体边缘误匹配的问题，提出一种基于图像分割的稠密立体匹配算法。根据目前立体匹配代价计算方式的特点，提出将灰度加梯度算法与零均归一化互相关算法ZNCC（Zero-mean Normalized Cross-Correlation algorithm）相融合的方法，兼顾这两种算法各自的优势。利用SLIC(Simple Liner Iterative Cluster)算法对图像进行分割，根据图像像素是否在超像素边缘，赋予两种算法不同的权值，提高匹配代价的准确率。在匹配代价聚合阶段，提出基于视差图和超像素更新匹配代价的方法。在视差后处理阶段，采取左右一致性检验LRC (Left Right Check)、孔洞填充和十字交叉自适应窗口加权中值滤波的方法减小视差图的误匹配率。在Middlebury数据集的4组图像上进行测试，测试结果表明平均误匹配率为4.99%。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0315001      

陈建   詹其文  

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矢量光场强聚焦后的特殊性质使其在许多领域中发挥着重要作用，近年来，微纳加工技术的进步极大地提高了光场生成和表征的能力，使矢量光场特别是强聚焦场成为研究的前沿热点。本文概述了矢量光场的基本理论及常见生成方法，详细介绍了基于空间光调制器的矢量光场生成系统及性能改善方法。回顾了强聚焦下的矢量衍射理论，重点介绍了激光焦场强度分布、偏振指向及自旋指向的定制方法；同时介绍了定制焦场在显微成像、定向耦合等方面的应用。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0126011      

李建平   刘洁   高社成   余思远   李朝晖  

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复杂光场通常指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场，包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。本文介绍了通过光纤实现复杂光场的产生、调控、传输方法；简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度短距模式复用光纤通信系统中的应用；介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验；简要分析了光纤光栅耦合模式转换法，利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案；同时，介绍了一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。通过分析发现，光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素；而基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大挑战。不过，作为一种基于光纤本征模式的复用技术，与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0126005      

扎西巴毛   范伟如   胡显声   陈子阳   蒲继雄  

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相干光经过多模光纤（MMF）传输，在出射端会形成一个随机的散斑场。对于非保偏多模光纤，还将出现退偏现象，使得入射的线偏振光不再保持线偏振分布。因此，非保偏多模光纤的散斑场的随机性不仅表现在光强方面，也表现在偏振方面。本文基于反馈波前整形技术，实现了对多模光纤出射端无序散斑场的光强和偏振的调控，获得了光强集中的聚焦线，并且在可以有效控制聚焦线的偏振分布。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0303001      

汪权   朋汉林   汪平河   樊金宇   刘敬璇   史国华  

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摘要：眼底视网膜病变是大部分眼科疾病的来源，由于光学相干层析成像（optical coherence tomography，OCT）具有无创性、成像安全快速等特点，在临床上被广泛用于眼科疾病的诊断。针对OCT视网膜三维图像因抖动产生的扭曲变形问题，本文提出一种基于曲线拟合的OCT视网膜三维重建图像去抖动方法，通过预处理提取OCT视网膜图像边界，再利用最小二乘法曲线拟合来计算各帧切片图像的偏移量。实验结果表明本文方法针对OCT视网膜三维重建图像扭曲变形的问题有明显的校正作用。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0317001      

刘乐   王泽锋   王蒙   奚小明   赵国民  

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2μm波段光纤激光在传感、通信、医疗和国防等领域具有潜在的应用价值，但相应波段的光纤器件却一直缺乏系统的研究。本文采用CO2激光逐点刻写技术对2μm波段长周期光纤光栅的特性进行了实验研究，探索了光栅周期、折射率调制深度、光栅周期数等光栅刻写参数对光纤光栅在2μm波段特征损耗峰的影响。仿真和实验结果均表明，2μm波段长周期光纤光栅的谐振中心波长和谐振峰深度可分别通过光栅周期以及光栅长度进行调谐，激光扫描次数以及折射率调制都将增加光纤内模式的耦合强度，并导致中心谐振波长向短波方向漂移。本文还探索了长周期光纤光栅在温度传感方面的应用。该研究在解决2μm波段光纤激光器及其应用的核心器件有潜在的应用价值。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0306002      

李晓庆   曹建勇   丁洲林   季小玲  

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研究了热晕效应对相干合成和非相干合成的列阵平顶光束大气传输的影响。研究表明：列阵平顶光束在大气传输且存在横向风时光斑呈现为月牙状。相干合成时，光斑内存在多个光强峰值；非相干合成时，光斑内始终保持一个峰值。列阵平顶光束的非相干合成较相干合成受热晕影响要小。光束阶数N越大的列阵平顶光束受热晕影响越小，即列阵高斯光束(N=1)较列阵平顶光束受热晕影响更严重。光束传输效率在自由空间中随着N增大而减小；但是在大气中则随着N增大而增大。相同功率下，大气中列阵平顶光束的传输效率优于列阵高斯光束。另外，在大气中，列阵平顶光束存在最佳波长使得传输效率最大。本文所得结论具有重要的理论和实际应用意义。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0126018      

林嘉睿   徐鑫   任永杰   杨凌辉   邾继贵  

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室内空间测量定位系统wMPS是一种基于光电扫描交汇原理的并行大尺寸测量系统，系统中发射站扫描激光面作为传感信息的载体之一，其几何模型对于系统测量精度至关重要。本文针对wMPS交汇测量模型将发射站扫描激光面视为理想平面的现状，研究了一种基于高精度转台的激光面面型视觉评估方法，根据评估结果引入线性折面判断机制，优化重建wMPS扫描激光面数学模型，以减小交汇测量模型中的系统误差，结合大空间高精度坐标场对新模型进行评估，结果表明，新的wMPS扫描激光面的模型拟合实际光面效果较好，是一种复杂度有限但精度更高的模型，将有助于提升wMPS测量精度。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第03期 pp.0315002      

许西宁   陈雍君  

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提出并利用实验证明了一种新型的光纤曲率传感器，这种光纤传感器结构由七芯光纤（SCF）和少模光纤（FMF）组成，可以描述为FMF-SCF-FMF，两段少模光纤熔接在七芯光纤的两端，具有光纤模式的分束和合束的作用。当施加不同的曲率时，光纤会发生一定的形变，这种变化会导致光纤中干涉模式的变化，利用这种特殊的效应实现光纤曲率传感器。在实验中，分别制作了三种不同结构的传感器，利用快速傅里叶变换（FFT）的方法分析了其干涉模式的变化情况，并获得波长的传感灵敏度分别为6.33 nm/m-1、30.83 nm/m-1和15.96 nm/m-1，强度的传感灵敏度分别为8.57 dB/m-1、25.65 dB/m-1和1.96 dB/m-1。提出的这种曲率传感器制作结构简单，传感性能稳定，传感灵敏度高，在工业实际应用中具有很好的潜在应用前景。

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任永杰   赵显  

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针对大空间自动导引车（Automated Guided Vehicle，简称AGV）的高精度路径规划控制应用提出一种基于工作空间测量定位系统（workshop Measurement Positioning System，简称为wMPS）和模糊控制算法相结合的应用模式。事先规划好AGV路径，采用wMPS对AGV实时位姿进行精确测量并传入模糊控制系统，以AGV当前位置中心点同目标点的距离和当前姿态同目标姿态的偏离角度作为模糊控制算法的输入量，通过模糊控制算法输出实时调整AGV的前进和旋转速度参数，使AGV能按规划好的路径运动，并进行了算法仿真与实验验证，结果表明AGV的定位精度优于2.5mm，规划控制系统保证了AGV的动态导航和定位精度，使系统整体性能得到很大提升。

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邓华荣   张海峰   龙明亮   吴志波   汤凯   张忠萍  

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分析了上海天文台皮秒激光器系统实现方法，研究了其在不同重复率下的输出功率、输出波形等性能，实现了4kHz重复率、3W功率532nm波长激光稳定输出。对1kHz激光测距系统适应性改造，建立了4kHz重复频率卫星激光测距系统，实现了4kHz重复率卫星测距，测量数据量和标准点数据精度相比1kHz重复率分别提高了约2.62倍和1.62倍，提升了测距系统的卫星观测性能。对具有自转特征的Ajisai卫星进行4kHz重复率激光观测，结合该卫星角反射器阵列分布特点及卫星自转轴方向，采用lomb算法获得了Ajisai卫星自转频率(平均值0.4234Hz)以及自转频率准确度(0.0054Hz)，相比kHz重复激光观测，提升了卫星自转测定精度。

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曾军   陈亚红   刘显龙   蔡阳健  

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涡旋光束具有螺旋波前，携带有相位奇点和轨道角动量等物理特性，在粒子操控、量子信息、超分辨成像、光通信等领域具有重要的应用，并已成为学术界的研究热点。得益于相干光学理论的快速发展，研究人员将相干性作为新的自由度，引入到了涡旋光束中，提出新型涡旋光束即部分相干涡旋光束。相较于完全相干涡旋光束，部分相干涡旋光束具有独特的物理内涵和光学特性，尤其是对其相干性和拓扑荷的联合调控，引发了一系列奇特的新物理效应（如相干奇点，光束整形，偏振态转换，自修复等）。本文回顾了部分相干涡旋光束的基本理论及发展历程，结合我们的工作，着重对部分相干涡旋光束的理论模型、传输特性、实验产生、实验测量和应用基础研究进行阐述。

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张瑞   陈媛媛   景宁   王志斌   李克武   解琨阳  

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针对目前中红外波片相位延迟精确测量困难、测量精度低，且单个弹光调制器（Photoelastic-modulator，PEM）调制频率高、普通中红外探测器及面阵探测器无法有效探测等问题，提出一种基于双弹光差频调制的中红外相位延迟精确测量方法。采用两个硒化锌型PEM差频的方式来降低系统调制频率（相比于单个PEM的调制频率可降低3-4个数量级），从而对光进行差频调制并产生载有被测相位延迟的低频调制信号，对调制后的1倍和2倍差频幅值进行相除，进而可求得被测波片的相位延迟；且该方法可有效抑制光强波动及PEM相位延迟波动对测量的影响，进而可提高测量精度。对测量原理进行了理论推导，并设计硒化锌型PEM和实验系统，实验结果表明：相位延迟测量误差≤0.004%，灵敏度可达0.5×10-3 rad，该方法可为中红外、高精度、成像型相位延迟测量提供理论基础及技术方法。

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葛佳琪   秦应雄   刘晓东   唐霞辉  

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为满足不同材料不同厚度板材加工的需求，本文设计了一种光斑大小和焦点位置可变的激光切割光学系统。变斑变焦激光切割光学系统由复合准直镜组、变焦镜组、补偿镜组和聚焦镜组四部分组成。采用在普通光学聚焦系统的准直镜组和聚焦镜组中间放置可调倍率扩束系统，再将准直镜组和可调倍率扩束系统合并成一个复合准直镜组的方案，简化系统的设计。本文建立了四镜组可变斑变焦光学系统的物理模型，推导出了各镜组之间的移动规律，通过matlab仿真进行理论验证。本文在现有切割光学系统的基础上，设计了一种变斑变焦激光切割光学系统，并利用软件优化校正像差，通过移动变焦镜组和补偿镜组，得到了放缩比为1—3.75倍，焦点上下可调范围-20mm—+10mm的聚焦光斑，实现了焦斑大小和焦点位置的精准可调。

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乔玲玲   储蔚   王哲   程亚  

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飞秒激光脉冲加工具有热效应小、加工精度突破衍射极限、三维内部加工能力等特性，在微纳制备领域独具优势。本文综述了利用飞秒激光脉冲整形技术结合飞秒激光三维直写进行透明介质中微纳制备的最新进展，这些技术有望在新型集成光学和微纳光学中发挥重要的作用。

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郭太勇   张立木   任莹莹   蔡阳健   Carolina Romero   Javier R. Vázquez de Aldana  

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采用飞秒激光对氟化钙晶体表面进行加工。通过调控激光参数，采用静止聚焦和动态扫描两种方式在晶体表面生产一系列微结构（烧蚀孔和烧蚀线）。分别对两种加工方式烧蚀后的氟化钙晶体表面微结构进行系统研究，包括参数依赖关系、材料表面烧蚀阈值以及相应的累积因子等。研究表明飞秒激光加工过程中的脉冲累积效应以及热累积效应能够对晶体的烧蚀产生重要的影响。

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田杰文   薛庆生   鲁凤芹   李娜   宁红扬   王晓恒  

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摘要：光栅色散型光谱仪会受到自身偏振响应的影响，而大气及大气中的悬浮物质的反射光具有明显的偏振特性。因此星载光栅色散型光谱仪在大气中得到的精度与地面上辐射定标时的精度有着很大的差别。为了保证成像测量结果的相对准确性，需要消除光谱仪中光学器件的偏振响应,加入消偏器是一种常用的消偏方法。由于成像光谱仪探测性能要求，不仅需要消偏器在光谱仪的响应波段内具有良好的消偏效果，还要求尽可能小的影响光谱仪的成像质量。本文针对大气遥感探测临边成像光谱仪的消偏器，通过积分的方式对消偏器的楔角进行了计算分析，并通过MATLAB的优化仿真确定了影响消偏器性能的参数，并对其做出了相关的误差分析。

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龚希   吴亮   谢忠   陈占龙   刘袁缘   俞侃  

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高分辨率遥感影像场景的分类对影像解译有重要意义。传统场景分类方法仅可获取中低层局部特征或全局特征，造成信息的丢失，且中低层特征对高分辨率遥感场景语义信息表达不足。本文提出一种融合全局和局部深度特征的视觉词袋模型(Global and Local Deep Features based Bag-of-visual-words，GLDFB)，它同时顾及场景的局部和全局信息，通过视觉词袋模型将深度卷积神经网络提取的多个层次的高层特征进行重组编码并融合，并利用支持向量机对融合特征分类。该方法充分利用包含场景局部细节信息的卷积层特征和包含场景全局信息的全连接层特征，形成对遥感影像场景的高效表达，从而实现高分辨率遥感影像场景的准确分类。实验表明相比现有方法，本文方法在高层特征表达能力和分类精度方面都有显著提高。

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常宁   金立伟   高玮  

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通过分析螺旋相位调制型携带轨道角动量 (orbital angular momentum, OAM)光场的传播演化特性，提出以该光场演化波源为对象进行非线性效应研究的新途径。基于三波耦合模型和柯林斯路径积分理论，得到以OAM演化波源为基频光的二次谐波光场及衍射传播解析表达式。采用飞秒钛宝石激光器，基于4f相干成像系统，将OAM演化波源成像于倍频晶体处，实验研究了该波源产生的二次谐波传播特性，测量了不同阶数OAM波源的倍频输出功率，并与演化后的OAM模式倍频结果进行了比较。研究表明，以演化波源附近为非线性作用区有望解决高维OAM模式光斑过大、以及光场交叠性不好导致的非线性效率低下等问题，为高维OAM光场实现高效率非线性调控提供重要依据。

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孙福盛   韩燮  

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本文以LYTRO相机为例，提出一种精确色彩矢量约束下的光场图像超分辨率算法，主要研究内容分为两部分。第一部分，通过相机内部微透镜阵列按照六边形分布的特点，结合点扩散函数，及相机探测器阵列上滤光片的排列方式，计算出每单一像素点的RGB色彩分量值，精确恢复出每一个像素的颜色信息；同时，采用金字塔算法对色彩恢复的时效性进行优化。第二部分，提出一种基于相机子孔径图像序列颜色矢量约束下的超分辨率算法，以提高图像质量。本文提出的色彩恢复方法，可以用于多款光场相机；同时，以色彩矢量作为约束条件，彩色超分辨率图像恢复效果理想。

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王晨   张彪   曹丽霞   姚鸿熙   许传龙  

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在颗粒粒径分布的光学测量问题中，不适定问题的反演算法至关重要。本文综合奇异值截断法、奇异值修正法、Tikhonov正则化思想及Chahine迭代算法，提出了一种改进的病态问题求解算法测量颗粒系的粒径分布。结合BG折中准则与奇异值最小原则确定了奇异值截断值，并用L曲线法确定了最优正则化参数，同时利用联合迭代反演法（SIRT）实现解的非负约束。模拟及实验结果表明：该算法对单、双峰分布下的测量误差均低于3%，其抗噪性能、测量准确性、时效性及粒径测量范围相较其他反演算法都有着明显的优势。

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杨渤   程化   陈树琪   田建国  

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超表面是一种新型的二维人工微结构。由于其在亚波长尺度上对光场的调控具有灵活性与多元性，使得多维度、全方位的光场调控成为可能，近年来吸引了广泛的关注。本文基于傅里叶理论对胞间弱耦合超表面的设计进行了理论分析，并提出了收敛性条件，补全了超表面非连续相位设计中亚波长条件的不充分性。并且进一步将超表面中的相位调控与光场中的偏振，振幅，频率等物理性质相结合，介绍了超表面在多维光场调控上的发展与应用。超表面多维光场调控不仅增大了光场调控的自由度，而且推动了集成化光学设备的发展。

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范保华   徐鹏柏   董永康  

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本文基于布里渊光时域分析技术对镀金光纤进行了分布式应变测量，当应变量小于1300 με时，镀金光纤局部存在应变不敏感区域，这是由于镀金光纤涂覆层厚度的不均匀性导致的；当应变量大于1300 με时，整条镀金光纤的布里渊频移随应变线性增加。通过分布式测量选取涂覆层相对较均匀的镀金光纤，在8000 με范围内对其进行应变测量。镀金光纤在首次测量应变时先发生塑性变形，再发生弹性变形，这是由于镀金光纤在涂覆过程中产生的残余应力导致的。充分释放残余应力后，3次重复应变测量表明镀金光纤的应变系数变化范围小于0.5%，整条光纤的应变系数在4.85×10?2至5.05×10?2 MHz/με之间。

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沈志冈   王乐   毛钱萍   赵生妹  

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提出一种基于标记配对相干态和轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发方案，采用光子轨道角动量作为信息载体，使用L种不同拓扑荷的轨道角动量的叠加态进行循环差分相移量子密钥分发的信息编码，显著提高了密钥生成率。同时，使用标记配对相干态作为量子光源，有效地减少空脉冲和多光子脉冲的比例，提高密钥生成率。此外，还分析了在湍流大气信道中的传输特性，分别考虑了信道衰减和大气湍流对系统性能的影响。

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潘旺   朱枫   郝颖明   张丽敏  

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针对模板匹配方法用于三维目标位姿测量时，退化视图易出现误匹配导致位姿测量失败的问题，提出了一种基于多传感器的三维目标位姿测量方法。利用多传感器技术,充分发挥深度相机和高分辨率CCD相机各自的优势，两种成像技术形成互补，提高了测量的鲁棒性和效率。首先利用物体与其固定平面之间的关系，在点云中粗略定位出目标区域，然后通过预先标定信息将目标区域转换到灰度图像空间。在灰度图像中，利用LSD直线提取算法外加特征约束，筛选出四条目标直线，最终利用P4P算法求解出目标的六维位姿。实验验证了该算法的有效性，且测量效率远优于经典的模板匹配方法。

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蔡文娟   曹益平   付光凯   王亚品   万莹莹   李城梦   王璐  

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提出了一种新的非线性相位误差的全场补偿方法。在相位测量轮廓术中，参考面相位的准确度直接影响物体三维测量精度，投影仪Gamma非线性效应会导致相位中含有非线性相位误差。本文通过对参考面相位的多次测量，提高参考面本身的解相精度，并提取出一个逼近理想值的期望相位面，用该期望相位面检测出非线性相位误差。大量实验发现展开相位与非线性相位误差呈一一对应关系，因此可用参考面的全场展开相位建立对应的非线性相位误差查找表。重构待测物体时，可直接用物体展开相位值在查找表中查找对应的非线性相位误差，并以此对物体展开相位进行非线性相位误差的全场补偿。实验用所提方法重构已知具体高度的平面，平均绝对误差的最大值从0.48mm降低到0.06mm，均方根误差的最大值从0.55mm减小到0.07mm, 验证了该方法的可行性和有效性。

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张子鹏   丁建丽   王敬哲  

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土壤有机质(SOM)含量是评价土壤肥力的重要指标。本研究以新疆渭-库绿洲为研究区，基于室内获取的SOM含量及反射光谱数据，对其进行SG平滑和一阶微分 (FD)预处理。在此基础上，为了减少敏感波段遴选对建模精度的影响，本研究引入了谐波分析(HA)算法对全波段光谱数据进行谐波分解。并基于主成分分析(PCA)降维后的7个主分量对SOM含量进行了基于BP神经网络、GA-BP和多元线性回归(MLR) 3种方法的定量估算并进行精度比较。结果表明HA预处理后的光谱数据与SOM含量的相关性相较于FD数据有了明显的提高。非线性模型BP神经网络的估算精度明显高于线性模型MLR，而在非线性模型中，GA-BP模型的估算精度最高，其决定系数R2为0.92，预测集的均方根误差(RMSEP)为3.92 g·kg -1，相对分析误差(RPD)为1.93。本研究验证了HA算法深度挖掘光谱数据的有效性，且经过GA优化的BP神经网络模型可以提高SOM含量的估算精度，为土壤属性的光谱定量估算提供借鉴。

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刘媛媛   李康康   田晓梦   朱路  

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针对单一结构纳米天线吸收率不高和波段较窄的缺点，结合多缝隙结构和蝶形偶极子，提出了一种多缝隙蝶形偶极子纳米天线。多缝隙蝶形偶极子是由Au纳米蝶形偶极子刻蚀多条缝隙构成，该结构能同时实现尖端近场耦合、光栅耦合以及不同介质间的杂化耦合，这三种耦合共同作用可以在宽波段内有效提高吸收率。采用时域有限差分方法分析了宽波段下该纳米天线的吸收性能,数值分析表明：在400～1800nm波段，多缝隙蝶形偶极子纳米天线吸收特性曲线出现多个吸收波峰，吸收峰值最高达98.4%，平均吸收率为84.1%。其吸收性能明显优于蝶形偶极子纳米天线，并在不同偏振状态以及不同角度入射光下，均能在宽波段保持较好的吸收性能。

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陈双远   许方宇   王飞翔   袁晓伟   罗志远   陈骥   罗永芳  

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为研究大气背景辐射和仪器辐射规律，控制仪器热辐射和仪器精度，设计了一套大气背景辐射测量系统。分析了测量系统各组件和辐射定标等各类误差源对总测量误差的影响,还分析了定标精度的影响因素，最后确定了测量工作的改进方向。结果表明该系统在定标区间内的测量误差主要是定标误差和随机误差，两者分别为1.8312%、0.0729%；合成误差为1.8327%。当用该系统测量大气背景辐射时，对大多数优良的天文台站而言，大气辐射强度远低于定标时的辐射强度，不得已需要进行外推测量；对外推测量误差的估计结果表明，外推测量可能导致较高测量误差；因此，为提高大气背景辐射测量精度，更低辐射强度的标准辐射源不可或缺。通过对该大气背景辐射测量系统的研制及野外实测等工作，为大口径红外天文望远镜设备的研制并将其实际应用于红外天文观测积累经验。

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刘凯婷   刘鑫   葛悦禾   蒲继雄  

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应用高效传输型超表面，构造可控相位的传输透镜，以标准喇叭发出的准球面波照射，产生携带不同拓扑荷值的涡旋场波束。所用超表面在大于10%带宽范围内能实现大于90%的传输效率和进行三比特以上的相位调制。通过补偿相位公式的理论推导，对超表面进行设计，得到30GHz的高效率传输型超表面产生携带轨道角动量(OAM)的高阶涡旋波束。利用全波仿真对所提出的方案进行验证，得到了与理论相符合的结果。

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孙军华   刘畅   张洲  

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全景结构光视觉测量是一种重要的非接触的内表面检测方法。现有的结构光视觉测量系统中，相机和结构光投射器安装在玻璃管内部以实现全景测量，但玻璃管会产生折射而带来畸变。针对上述畸变，本文分析了光线在两个圆柱形表面折射的过程，研究了两个异面的折射平面所带来的畸变，建立了一种全景结构光视觉测量通用畸变校正模型。采用全景结构光视觉测量系统对内径为288.50mm的铝管进行测量，基于全景结构光视觉测量通用畸变校正模型计算铝管的内径。实验结果表明，系统的重复性精度为0.047mm，测量精度为0.23mm，系统具有较好的稳定性和可靠性，所提出的全景结构光视觉测量通用畸变校正模型具有较高的准确性。

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黄雅琴   李毅   李政鹏   裴江恒   田蓉   刘进   周建忠（上海理工）   方宝英   王晓华   肖寒  

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基于VO2的热致相变特性，仿真设计出一种W/VO2方形纳米柱阵列可调中红外宽频吸收器，通过时域有限差分法分析了结构参数对吸收性能的影响和结构内电磁场强度分布，以及吸收器在不同偏振态和入射角度下的吸收特性。结果表明，在最佳结构参数条件下，当VO2未发生相变时，入射到吸收器的红外光转变为热而消耗掉，在3-5μm谱段的平均吸收率高达96.2%。当VO2发生相变转变为金属相时，吸收器表现出强反射抑制吸收，高低温的平均吸收率差值可达74.1%。该吸收器的吸收率受不同偏振状态的入射光影响较小，具有广角吸收特性，有望在红外智能光电领域得到应用。

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成中豪   李云红   金圣杰   周小计  

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不同空间构型光晶格捕获的超冷原子在量子模拟和量子精密测量中具有重要的意义，而构成空间构型光晶格的不同光束之间的相位锁定对光晶格的稳定性非常关键。本文针对激光在空间或介质中传输的相位波动问题，设计了一套激光相位锁定系统，分析了数字相位锁定电路的工作原理并建立了一套锁相方法，将微波信号调制到激光上，通过激光拍频的方式进行激光解调，这样把激光作为数字锁相环的组成部分进行相位锁定。实验表明这套激光相位锁定系统对于激光的相位起了明显的稳定作用，符合了光晶格实验中激光相位稳定的基本要求，实现了超冷原子到三角型或者六角型光晶格的装载。

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王玉锋   全吉成   王宏伟   吴晨   刘宇   袁昱纬  

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自监督立体匹配算法能更好适用于各种新场景，但被遮挡区域对视差预测模型的训练会产生较大噪声，从而降低算法整体性能。为改善该问题，提出基于共同视域的自监督立体匹配算法，根据视差的左右一致性特性来确定双目图像的共同可视区域，从而抑制被遮挡区域产生的噪声，为网络模型的学习提供更加准确的反馈信号。实验表明：在没有任何监督信号的前提下，能够达到接近有监督立体匹配算法的性能，与现有的自监督立体匹配算法相比，预测误差降低11%-42%。

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王汝雯   徐晋   谢品华   李昂  

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水汽是最重要的自然温室气体，是温室效应的最大贡献者，也是云形成的重要驱动力,在许多化学反应中也发挥了重要作用。本文基于近红外差分吸收技术反演大气中水汽柱浓度。从Hirtran数据库中获取高分辨截面，利用Voigt线型进行不同温压条件下的线性展宽，获得不同反演吸收截面。以仰角为90o光谱作为参考谱，对光谱进行反演，获取垂直柱浓度。通过与CE-318对比，具有很好地趋势一致性，线性相关系数为0.99（R2），且IR-DOAS反演值与CE-318差值在IR-DOAS反演误差范围内。并应用于水汽空间分布获取，发现水汽随仰角变化呈现梯度变化。

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刘向阳  

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折射式微透镜可用于提高光电探测器的填充因子和外量子效率。为了进一步提高入射到光敏元上的光能，针对光刻胶热熔法制备的微透镜的非球面面形，提出了一种结合有限元光线追迹和拉格朗日乘子法的新方法。给定焦距，用该算法可以自动计算出所需的微透镜面形。为了验证算法的精度，对圆形孔径的焦斑RMS半径进行了模拟和理论计算，二者较为一致。对三阶有限元光线追迹的点列图误差进行了估计。做为算法的实际应用，计算了汇聚到320×256紫外探测器光敏元上的能量集中度，比较了具有不同导角半径的方形孔径蓝宝石微透镜的效率。结果表明，具有6 μm导角半径的方形孔径微透镜的能量集中度较高，为96％。

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高斐   杨荣草   贾鹤萍   田晋平  

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本文采用Hirota方法研究了描述超材料中电磁波传输的非线性薛定谔方程，解析得到了线性增益和非线性吸收平衡下两个精确的空间啁啾暗孤子解：暗孤子I（DSI）和暗孤子II（DSII）。基于Drude模型，研究了DSI和DSII在不同电和/或磁极化非线性超材料中的形成条件、存在区域和传输特性，并进行了数值验证。研究发现，存在于负折射区的DSI，传输过程中速度逐渐增加，而存在于正折射区的DSII，传输过程中速度逐渐减慢；DSI具有正的啁啾，而DSII具有负啁啾；DSII的波束宽度远小于DSI的波束宽度；DSI和DSII的背景幅度和半高全宽由其系统模型的参数决定，因此与入射波的频率直接相关，在每种非线性情况下DSI和DSII的传输特性都不同。这些研究结果表明，通过选择不同的非线性超材料和入射电磁波频率可以控制啁啾暗孤子的传输特性。

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王顺   张浩   李伟   李世欣   赵建波   郭清乾   王玲   商俊娟   李鑫   胡建东  

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本文构建了一套由宽带光源、多通道精确定位机构及光纤光谱仪等组成的光学局域表面等离子体共振分析装置。采用Savitzky-Golay平滑算法对原始光谱数据预处理并建立拟合曲线，研究了5 nm、13.5 nm、25.5 nm和41 nm 四种不同粒径的球形金纳米粒子局域表面等离子体共振波长在不同折射率介质环境下的响应关系。结果表明：在相同介质环境条件下，局域表面等离子体共振波长与粒径大小具有较好的正相关，且共振波长与环境介质的折射率密切相关。对于粒径为25.5 nm和41 nm 两种金纳米粒子，得到的折射率灵敏度分别为59.46 nm/RIU和70.38 nm/RIU。该装置将多通道定位机构与光纤光谱仪相结合，光谱信号的获取无需进行冗长的波长扫描过程，为开展局域表面等离子体共振研究提供了一种低成本、快速的光学检测系统。

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殷万周   张宾  

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生物发光断层成像(BLT)是一种非侵入、高灵敏度的光学分子影像技术,可以通过探测生物体表面的光信号重建出生物体内部光源的三维分布情况。由于光在组织中传播时，散射占据主导作用，导致BLT重建问题的病态性，给光源重建带来巨大的挑战。在BLT重建中，基于光源稀疏分布的特征，稀疏正则化方法相比于传统的L2范数正则化取得了显著进展。更进一步，由于生物发光光源的分布具有的空间聚集特征，利用该特征将有助于进一步提高BLT重建的准确性。相比于传统的针对求解域中所有未知量进行稀疏重建的算法，本文探索了利用块稀疏进行BLT重建的可行性，首先通过对系统矩阵进行相关系数分析将求解域划分成一系列数据块，然后利用块稀疏贝叶斯算法（BSBL）对生物发光光源的分布进行三维重建。通过仿真实验与小鼠活体实验，并与传统稀疏重建算法L1-LS进行了比较，结果表明该方法可以有效缓解BLT重建问题的病态性，抑制噪声，并且提高重建结果的准确性。

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张福才   孙晓刚   孙博君   梁美  

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对于多波长高温计的 个光谱通道来说，每一个光谱通道的测量数据满足一个数学方程，对于N个光谱通道可以构成一个欠定方程组。为了求解这个方程组，本文首次将优化的思想引入到了多光谱求解过程中，将多光谱真温的求解问题转化为多约束极值优化问题，实现了无需假设光谱发射率与其它物理量(波长或温度等)之间的模型即可求解真温的目的。与原来提出的二次测量法相比，新方法在反演精度上与二次测量法大体相同，但在反演速度上得到了较大幅度的提高。借助与以往火箭尾焰的真实测量数据，利用多约束极值优化法实现了火箭尾焰真温和光谱发射率的反演。

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汤海潮   李大海   李磊   陈鹏宇   王瑞阳   王琼华  

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数字图像相关是一种被广泛应用的非接触测量手段，通常用于测量漫反射面，而在镜面面形测量领域，使用正弦条纹的偏折术被普遍接受。文中将数字图像相关与偏折术结合，提出了一种散斑图形偏折术，将二维数字图像相关用于测量镜面的三维面形。用散斑的位移代替条纹的形变，使偏折术的测量过程变得简单高效，只需要拍摄两幅散斑图，面形检测精度可以达到微米量级。本文详细介绍了散斑图形偏折术的原理与方法，推导了相关公式，对散斑图进行了设计制作，实验测量了一块有机玻璃板面形，将实验结果与相位测量偏折术的结果对比，测量精度接近1μm，验证了本文方法的可行性。

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陈建军   崔继承   刘嘉楠   刘建利   姚雪峰   杨晋   孙慈  

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在短波红外成像光谱技术的应用背景下，对HgCdTe短波红外焦平面探测器进行了一套校正技术研究，包括坏像元校正和非均匀性校正，并提出了先进行坏像元校正后进行非均匀性校正的探测器校正原则。在标准辐射源下，对正常像元的输出值进行正态分布拟合，并通过三σ准则来设定正常像元输出值阈值的方法，确定探测器中坏像元的数量与位置，然后根据短波红外成像光谱技术的应用要求，对坏像元进行光谱二邻域均值替换。坏像元校正完成后再采用运算量小、实时性强的两点法对探测器进行非均匀性校正。综合校正结果显示，探测器坏像元得到有效剔除，坏像元输出值得到良好校正，且非均匀性校正效果明显，图像细节更加丰富。

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张文定   李鑫   白家浩   张录   梅霆   赵建林  

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光纤结构光场作为光场调控的一个重要分支，逐渐引起了研究者们的广泛关注。本文首先基于光纤矢量模式理论，讨论光纤中具有空间偏振/相位奇异特性的结构光场的产生机理；然后，介绍光纤结构光场的产生方法，如长周期光纤光栅耦合法、光纤端面微结构法、轨道角动量转换法等；最后，介绍光纤结构光场在超分辨成像、涡旋光通信、等离子针尖纳米聚焦及非线性频率转换等方面的一些典型应用。

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王佳   张玉虹   张维光  

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基于Mojette变换的层析技术能够实现稀疏投影条件下的层析重建，对于投影采集受限的三维物体测量具有重要的实用价值。为了提高重建算法的精度及其抗噪性能，本文提出了一种基于代数迭代的Mojette变换层析重建算法。该算法在确定最佳投影角度的基础上，结合传统层析技术中的乘性代数迭代算法（MART）进行重建。数值模拟表明，与基于角的重建算法（CBI）相比，该算法对噪声较大情况下的层析重建具有更好的质量。最后，利用该算法对轴对称火焰进行了层析重建。

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李密   尚建力   周唐建   汪丹   徐浏   邬映臣   唐淳  

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开展了零声子线(969nm)抽运Yb:YAG激光器的理论研究和数值模拟，建立了969nm抽运Yb:YAG的速率方程。在相同热负载状态下，通过数值模拟分别得到了969nm和941nm抽运时Yb:YAG板条放大器的光光转换效率和输出激光强度。模拟结果表明：在相同热负载状态下采用969nm和941nm抽运时Yb:YAG板条放大器的光光转换效率基本相当，由于采用969nm抽运时的抽运强度可以提高20%以上，因此采用969nm抽运时可以显著地提高输出激光强度。

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潘岳   丁剑平   王慧田  

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作为光的一个基本属性，偏振态提供的自由度对光场调控具有重要的作用。具有空间结构偏振态分布的矢量光场因其具有不同于传统标量光场的独特性质而被应用于诸多领域，但矢量光场的早期研究主要集中于柱对称的局域线偏振矢量光场。近年来，具有更加丰富偏振态分布的新型矢量光场逐渐获得了关注，这些新型矢量光场的出现丰富了矢量光场的种类并提供了新的调控自由度，因此被应用于焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光信息传输等领域。本文扼要地综述了近年来出现的新型矢量光场，包括柱坐标系中的杂化偏振矢量光场、庞加莱球相关的矢量光场、阵列矢量光场、多奇点矢量光场和其它非柱对称的矢量光场，介绍了其进展、设计方案、实验生成、性质研究和相关应用。

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付时尧   高春清  

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矢量涡旋光束是一种新型结构光束，其具有横截面各向异性分布的偏振态，同时携带有轨道角动量。矢量涡旋光束的这一独特性质使得其在光通信、光镊、激光加工等领域具有重要的应用价值。对于不同的应用，所需的矢量涡旋光束的偏振态、相位分布亦不同，因此偏振、相位模式连续可调的矢量涡旋光束生成系统，是矢量涡旋光束应用的重要基础。本文报道了本课题组在矢量涡旋光束的生成方面的工作，主要介绍了腔外模式连续可调的矢量涡旋光束生成方法，以及矢量涡旋光束阵列的生成方法。

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周红仙   朱礼达   赵玉倩   马振鹤   王毅  

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提出了一种应用于谱域相位显微成像的相位解包裹方法，首先利用合成波长相位计算方法得到具有较大噪声的非包裹相位，由非包裹相位的2π整数倍部分计算相位包裹次数，以此对具有较小噪声的包裹相位进行解包裹，该方法消除了现有方法引入的边界分段错误。建立了基于合成波长的谱域相位显微成像系统，对这种方法进行了实验验证，使用压电位移台定量验证了该方法可以用于大梯度边界的相位解包裹，进行了红细胞和倾斜镜面的相位成像，实验结果表明该方法可以用于亚纳米级大动态范围相位成像。

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丁珠玉   樊利   陈建军  

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本文基于自旋反转模型(SFM)，理论研究了由两个各自带有光反馈的主垂直腔面发射激光器(M-VCSELs)输出混沌光平行注入进另一个副VCSEL(S-VCSEL)的主副混沌系统所产生偏振混沌信号的带宽特性。结果表明，在合理的系统参数设置下，两个主VCSELs产生的双混沌光注入方式可使S-VCSEL的两正交偏振分量输出宽带宽的混沌信号。而且，较之单一主VCSEL产生的单混沌光注入方式，等效的双混沌光注入减弱了系统的注入锁定效应，S-VCSEL可在注入强度和频率失谐参数空间的更大范围内获得偏振宽带混沌。进一步研究还发现，对于给定的注入强度，当双混沌光注入的两个频率失谐绝对值同为较大值时，系统更易于产生宽带宽的偏振混沌；对于给定的频率失谐，系统可在两个注入强度参数空间的特定区域实现宽带宽混沌输出，且正的频率失谐条件更有利于此特定区域的扩展。

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朱红求   吴书君   李勇刚   阳春华  

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本文针对炼锌溶液中痕量铜离子光谱信号掩蔽、重叠、干扰严重以及铜离子非线性特性在高、低浓度区间差异显著等导致痕量铜离子浓度检测困难的问题，提出一种基于分区建模的锌液痕量铜离子光谱检测方法。该方法首先采用导数光谱结合小波去噪的方法对光谱信号进行预处理，重现待测铜离子谱峰；其后以相关系数-稳定性值作为变量的评价指标对波长变量排序，并结合支持向量回归（SVR）模型选取最佳波长变量；在此基础上，根据混合溶液中铜离子光谱信号非线性特性将浓度划分区间；最后分别针对每个区间建立粒子群优化支持向量回归（PSO-SVR）模型并计算出铜离子浓度。将所提方法与现有多种回归方法相比较，结果表明该方法将预测均方根误差降低至0.0678，模型决定系数提高到99.61%，最大相对误差为6.94%，平均相对误差为2.74%。

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朱峰   黄珂   陶波   黄超   李高鹏   沈炎龙   栾昆鹏  

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封闭循环的放电引发非链式HF激光器，在重频工作方式下激光脉冲能量会受到激光器内HF浓度以及工作介质消耗的影响。通过对激光器内HF分子浓度的测量和工作介质消耗的分析，研究了HF分子浓度以及工作介质消耗对激光脉冲能量的影响规律。受激光器内HF分子对激光的再吸收以及对激发态分子强弛豫的影响，激光脉冲能量随着激光器内HF分子浓度的升高明显下降，HF分子浓度每增加1×1015cm-3激光脉冲能量下降约1.15%。通过实验分析得到1个激发态HF分子约产生0.8个光子，放电区内SF6的分解率约为1%，单次放电消耗激光器内工作介质总量较少，约1/(2×105)。实验结果表明：HF分子浓度对激光脉冲能量的影响较大，介质消耗对激光脉冲能量影响较小。通过在激光器内加入分子筛，可以将HF浓度控制在1.8×1015cm-3的水平，在两个因素的共同影响下激光脉冲能量下降率约10%。

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郑婷月   唐晨   雷振坤  

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视网膜血管分割有助于眼底疾病的早期筛查，在医学诊断上具有重要意义。本文提出了一种基于多尺度特征融合的全卷积神经网络的视网膜血管分割方法，无需手工设计特征和后处理过程。首先，本文利用跳跃连接构建编码器—解码器结构全卷积神经网络，将高层语义信息和低层特征信息融合；其次，我们利用残差块进一步学习细节和纹理特征；同时，利用不同空洞率的空洞卷积构建多尺度空间金字塔池化结构，进一步扩大感受野，充分结合图像上下文信息。此外，采用类别平衡损失函数解决了正负样本不均衡问题。实验结果表明，DRIVE和STARE数据集的准确率分别为95.46%、96.84%；敏感性为80.53%、82.99%；特异性为97.67%、97.94%；ROC曲线下的面积(AUC)为97.71%、98.17%。本文提出的方法相较于其他方法性能更优。

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蒋晓东   于纪言   黄建森   朱立坤  

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为了解决坦克、装甲车等特种车辆现有观察技术中观察视场狭窄、观察方式不便、软硬件升级困难等问题，扩大载具观察系统的观察视场并提高其观察便捷性，提出了一种基于视角显示的特种车辆舱外观察系统。该系统以舱内900nm红外发光二极管发光点在位置敏感探测器敏感面上成像点作为定位基准，结合MPU9250九轴传感器测量驾驶人员头部姿态信息，推导出驾驶人员实时视角信息。利用Zynq SoC处理器实现硬件SIFT算法，对视角所对应的视频图像进行实时拼接，并送头盔透视显示器显示。同时针对人员视角起伏波动，提出一种基于图像特征的快速电子稳像算法。实验结果表明：该系统对视角解算误差不超过1°；电子稳像算法可以有效降低图像晃动；硬件SIFT算法可将图像特征拼接计算耗时加速至ms量级。该系统满足精度和实时性要求，可实现驾驶人员便捷、全面、连续地观察舱外环境，增强驾驶人员的态势感知能力。

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马红强   马时平   许悦雷   朱明明  

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针对低照度条件下图像降质严重的问题，提出了一种基于深度卷积神经网络的低照度图像增强方法。首先为克服样本数据不足，根据Retinex模型进行人工合成训练样本；其次将原始低照度图像从RGB空间转换到HSI颜色空间，保持色度分量H和饱和度分量S不变，利用深度卷积神经网络对亮度分量I进行增强，最后将HSI图像转回到RGB空间得到最终的增强图像。实验结果表明，与现有主流的图像增强算法相比，本文算法不仅能够有效提升亮度和对比度，改善过增强现象，还能够避免色彩失真，在主观视觉和客观评价指标上均得到了进一步提高。

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杨彪   李迎春   张廷华  

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为了提高光学系统对空间目标的探测能力和初轨确定的精度，常用的做法是增大光学系统的口径，虽然能够取得一定效果，但成本太高。为解决这一矛盾，研究将商业相机组成的相机阵列应用于空间目标的初轨确定。首先介绍了实验所使用的相机阵列系统概况，之后结合相机阵列的技术特点，从空间目标探测能力、空间目标定位精度、初轨确定算法改进三方面分析了将相机阵列应用于空间目标初轨确定的可行性，提供了主要流程，并进行了实验验证。实验结果初步展示了相机阵列系统在提高极限探测星等和初轨确定精度方面的能力，为下一步的研究提供了方向。

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宛雄丰   郝士琦   张岱   赵青松   徐晨露   唐进迎  

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针对星间激光通信系统易受瞄准误差影响的不足，当瞄准误差服从贝克曼分布时，利用三阶中心矩法将其等效为修正后的Rayleigh分布，并结合星间链路传输方程，给出了系统中断概率的闭合表达式，分别在中断概率一定和发射功率一定的假设下，建立了发射功率优化模型和中断概率优化模型，并计算出了两种假设条件下高斯光束经天线发射时的最优均方根宽度。通过数值仿真，给出了考虑瞄准误差时的系统中断概率、最小发射功率与最优均方根宽度之间的数值变化关系。利用该数值分析结果，可在明确瞄准误差分布规律的基础上，选择最优的高斯光束均方根宽度，以实现最优星间激光通信链路性能。

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韩帅涛   陈颖   许扬眉   曹景刚   高新贝   谢进朝   朱奇光  

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基于表面等离子亚波长结构的传输特性与光子局域特性，提出了一种单挡板金属-电介质-金属(Metal-Dielectric-Metal, MDM)波导耦合圆盘级联结构。由圆盘级联形成的孤立态与金属挡板形成较宽的连续态干涉相长相消，形成两种不同模式的Fano共振。结合耦合模理论，分析了该结构形成Fano共振的传输特性，用有限元分析法对结构进行模拟仿真，定量分析了该结构参数对折射率传感特性影响。最后根据折射率变化的物理机制，分析了温度、湿度在实际测量过程中对测量结果的影响，并采用差动传感的方法有效的消除了在传感过程中由于交叉敏感带来的问题。

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孙晗   陈同生  

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由于灵敏性高、无损伤和测量速度快等特性，基于3-cube的荧光能量共振转移(E-FRET)显微成像术是目前最流行的活细胞定量FRET成像技术。为了实现活细胞在线实时FRET定量成像，本文首先提出了一种细胞图像背景自动识别与图像阈值设定的方法：逐像素统计灰度值出现的次数，第一个峰处的灰度值确定为背景值;将背景值的β（经验常数）倍设为阈值，将扣除背景的IDD(供体激发供体探测通道图像)和IAA(受体激发受体探测通道图像)图像再次扣除阈值，负值置零后进行逻辑与运算制作数据筛选的布尔逻辑模板，用于FRET效率和供受体浓度比的数据筛选。利用本文建立的方法对转染了不同FRET质粒的细胞进行了活细胞在线动态定量E-FRET成像，得到了与期望值一致的测量结果。

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王胜春   王昊   赵鑫欣   黄雅平   刘宇鸣  

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列车运行环境下，激光三角测量技术面临的一个主要问题是由于轨道污损、光照变化和不均匀的反射而引入的噪声和模糊，该问题不可避免地对光条中心提取结果造成影响。本文重点研究行车环境下激光条纹图像中心线快速、准确、可靠的提取方法，首先基于ENet深度学习模型实现激光条纹的多区段快速分割；然后通过统计各区段内光条梯度方向的直方图来确定各分段光条的法线主方向，并构造相应的方向模板；最后利用分区域多模板匹配的灰度重心法实现光条中心的亚像素坐标提取。实验结果表明，该方法可以有效克服室外行车环境中各类干扰信息对光条中心提取的影响，单幅轨廓图像光条提取时间仅为2.1ms,误差均值约为0.082个像素且标准差控制在0.047个像素，同时兼顾了光条提取的时效性和准确率。

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王畅   舒勤   杨赟秀   邓世杰  

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三维激光扫描点云由于物体型号不同、扫描设备的角度和距离差异等原因，可能存在多个方向具有不同仿射变换情况。尤其,还伴随着点云排列乱序和随机丢失，使得配准更为复杂。为解决此类问题，本文结合点云统计学特性和形状特征提出带方差补偿的多向仿射配准算法。首先，将求解点云未知放缩因子问题转化为带方差的超定非线性方程组求解问题，并通过二次曲面拟合对噪声方差最小二乘无偏估计；然后，引入点云全局向量特征相似度，以相似度最大化求解放缩因子真解；最后，将多向仿射变换点云的配准转化为点云刚性配准，并以主方向法将点云配准。在仿真实验中表明，本文所提出的算法针对点云随机丢失和带噪声的点云配准情况，相比几种现有配准算法不仅能够成功完成配准，同时具备更高的配准精度和较少的配准时间。

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续贝贝   席丽霞   张晓光   唐先锋   张文博  

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无论是光纤制造商，还是通信运营商，都需要对光纤的色散参数进行准确测量。然而，目前国内尚无商用的色散测量仪，因此色散测量仪的国产化势在必行。本文完成了基于调制相移法的色散测量样机的设计，鉴相部分引入由90度移相器、0度功分和两个AD8302组成的双鉴相电路，实现了相位差的准确测量，克服了AD8302鉴相模糊的问题，并将测量范围由 扩大到了 ；应用最小二乘法对所接收的数据进行曲线拟合，得到了可靠的色散系数曲线；整体采用模块化的设计思想，使用基于F2812的DSP完成对各模块插板的控制以及数据的采集、处理；在LabVIEW开发平台上进行界面设计，可实现良好的人机交互。对样机的性能进行了实验验证，结果表明，对于不同长度的G.652 光纤，在波长1550nm处，累积色散测量的不确定度小于10ps/nm，结果与国外商用色散测试仪相近甚至超越。

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刘加庆   韩顺利   孟鑫   胡德信  

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针对研制的宽波段、高分辨率的渐变滤光片型红外光谱辐射计的标定需要，本文研究并提出了一种分区多点标定的辐射定标方法。原理如下：首先，将测量目标的温度区间分为n个子区间，测量并记录目标温度区间内n+1个不同温度黑体对应的红外光谱辐射计输出数据，并分别计算各个子区间的定标系数；其次，在红外光谱辐射测量时，比对红外光谱辐射计输出数据和记录数据，确定待测目标所属温度子区间；然后使用对应子区间的定标系数进行辐射定标，以提高测量精度。使用该方法对研制的渐变滤光片型红外光谱辐射计进行辐射定标，并根据定标结果反演测量黑体的等效亮温温差。实验结果表明，本方法的辐射定标精度优于1.5K，可应用于红外光谱辐射计的辐射定标。

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张国强   杨燕   岳辉  

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摘要：针对暗通道先验算法存在块状效应和明亮区域透射率估计过小的问题，提出一种基于高斯权重衰减的自适应补偿图像去雾算法，该方法利用边缘检测算子获取边缘信息构造高斯函数来逼近暗通道操作；然后用逼近结果与其高斯函数之间的比值关系，通过多尺度亮度分量自适应补偿估计明亮区域，从而得到粗透射率；其次,使用Kirsch和Laplacian算子构成的一组高阶滤波器进行迭代处理得到细化透射率；最后，结合大气散射模型复原无雾图像。实验结果表明，本文算法不仅能够消除块状效应，改善明亮区域色彩失真问题，而且复原的图像细节明显，明亮度适宜。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第02期 pp.0210005      

席志红   侯彩燕  

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针对目前卷积神经网络的超分辨率算法存在卷积层数少，模型简单，计算量大，收敛速度慢以及图像纹理模糊等问题，提出了一种多路径模式的局部残差网络模型，在提高图像超分辨率质量的同时又能加快收敛速度。首先，设计更深的卷积神经网络模型来提高精确度，通过残差学习并且使用Adam优化方法使网络模型加速收敛。第二，直接在原始低分辨率图像上进行特征映射，只在网络的末端引入子像素卷积层将像素进行重新排列得到与高分辨率图像同样的大小。实验结果表明，在Set5，Set14，BSD100测试集上，所提算法的PSNR和SSIM均高于现有的几种算法，能够恢复更多的图像细节，图像边缘也更加完整且收敛速度更快。

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陈欣   楼慈波   孟伟  

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基于超对称概念，在超对称光学波导对的基础上设计出超对称三波导结构。并引入了斜波导作为绝热耦合中间介质解决超对称波导器件的定向模式耦合问题。通过束传播方法数值模拟了耦合过程，讨论了斜波导倾斜角对耦合效率的影响，并得出最佳的耦合条件。最后设计了一种基于超对称波导结构的3通道模分复用器，为高速短程光复用/解复用交互技术提供新思路。

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李金瑜   陈友华   韩伟   尚禹   桂志国  

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多角度全内反射荧光显微镜层析成像技术是实现轴向超分辨的主要技术之一，其关键算法是基于交替方向乘子算法对逆问题模型的求解。为进一步提高交替方向乘子算法的迭代速度及收敛性，本文提出了一种基于松弛因子的改进型交替方向乘子算法，其核心思想是对拉格朗日函数的分解迭代过程进行过松弛求解。基于该算法，本文搭建了多角度全内反射荧光显微镜成像系统，采集了不同照明角度对应的不同穿透深度的图像堆栈，利用改进型算法重构了细胞微管的深度信息，给定了系统的轴向分辨率，并与传统交替方向乘子算法进行了收敛速度对比，给出了改进型算法达到最优收敛的松弛因子的取值范围，最后通过对线粒体样品进行长时程拍摄，重构了其三维信息并观测了其融合和裂变的连续过程。实验结果表明，改进型交替方向乘子算法可实现40nm轴向分辨率，并在保证图像重构质量的同时，迭代过程的收敛速度提升了20%以上。

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王霞   张为  

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视频监控中的室内人员检测，在安防等相关领域中具有十分重要的意义。针对目标检测任务，尤其是人的检测，现有方法基本都是针对室外开阔环境中的直立行人，并不适合视频监控条件下的室内人员检测这种应用场景。针对上述问题，本文建立了室内人员检测数据集(IHDD)，提出基于联合学习的多视角室内人员检测网络模型(MVNN)。该模型由输入数据层、特征提取层、可变形处理层、可见性估计层、分类判别层等组成，并加入区域建议模型和多视角模型提升算法的检测性能。在自建的IHDD数据集上的实验结果表明，与现有其他检测算法相比，MVNN算法的检测率更高，即使在面对人体目标呈现多视角、多姿态、存在遮挡等困难情况时仍有不错的检测效果，具有一定的理论研究价值和实际应用价值。

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张哲   孙瑾   杨刘涛  

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基于相关滤波的判别式目标跟踪技术以其稳定高效的跟踪效果成为目标跟踪领域的研究热门。然而在复杂的视频场景中，基于模型更新的相关滤波算法一旦跟踪失败，将很难再重新跟踪到目标。针对这个问题，本文提出一种融合支持相关滤波和关键点匹配的长期跟踪框架。利用多个支持相关滤波器分别对目标进行跟踪和验证，同时建立并实时更新一个目标和背景关键点数据库。在验证跟踪失败后，利用关键点匹配的方法对全局关键点进行分类，根据分类结果对目标关键点分析得到重检测结果。实验结果表明，本文算法在运动模糊、变形、目标遮挡、消失等复杂跟踪场景下具有更好的准确性和鲁棒性。

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江天润   张桂菊   延英  

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金属纳米球阵列结构具有良好的偏振和滤波等光学特性，在玻璃基体内形成有序的金属纳米阵列结构，可以获得具有高透过率、高偏振特性等综合性能良好的光学功能器件。金属介质的复介电常数虚部决定了入射光的散射吸收和消光特性。经典Drude模型在描述大块金属的复介电常数时不考虑局域表面等离子体振荡的影响，而当金属颗粒尺寸为纳米级且小于入射光波长，其影响不可忽略。本文对金属的复介电常数虚部进行Kawabata-Kubo修正，并定量描述表面等离子体产生的光学散射和吸收作用；利用米氏理论和电偶极子理论计算并分析了光入射到单个椭球形金属纳米微粒产生的消光特性；建立椭球纳米微粒周期阵列分布的光学偏振结构模型，采用COMSOL模拟计算可见光到近红外波段的偏振光输出特性。

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熊兴隆   张琬童   李猛   马愈昭  

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为了有效识别光纤周界预警系统振动信号，本文提出一种局部均值分解（LMD）和串行特征融合（SFF）相结合的振动信号识别方法。该方法首先采用LMD-ICA算法去除噪声影响，提取振动信号敏感信息。然后通过提取振动信号的峭度、短时平均过零率、LMD能量熵、近似熵，进行串行特征融合(SFF)构成具有准确描述能力的特征向量。最后采用概率神经网络（PNN）算法进行学习和分类，实现对不同振动信号的识别。现场实验采用四种振动信号对该方法进行验证，其结果表明，平均正确识别率达到96%。在敏感信息识别和特征提取方面明显优于传统LMD算法和SFF-PNN算法。

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金国君   徐恺   檀珺   王玲莉   孟彦龙  

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通过简单的电感耦合等离子体增强化学气相沉积工艺，在室温条件下制备了能够实现折射率渐变的SiO2材料。根据椭圆偏振光谱仪拟合得到的结果，模拟了基于此类材料封装的钙钛矿电池减反特性。通过优化，实现了基于折射率渐变材料封装的超低表面反射，最终在550nm处反射率达到最低值0.5%。该研究为兼顾光学特性的钙钛矿电池封装提供了一种可选的技术方案。

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申芳芳   苏鑫鑫   杨思成   武震林   赵明山   韩秀友  

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设计了面向Ka波段（30GHz）相控阵天线的4阵元子阵集成波导光延时网络。该光延时网络采用相位调制方式将射频信号转换至光域，波导微环处于反谐振状态以实现大带宽、连续可调延时，通过带通滤波仅对一个边带进行延时调控，最后基于差分平衡探测器还原出射频信号。优化设计了级联双波导微环的结构参数,使其每条路径的延时量在0-24.9ps范围内连续可调，延时带宽大于4GHz，实现了±30°的波束扫描功能。对光延时网络链路的增益和噪声系数进行了推导分析，评估了在实际应用中整个延时芯片系统的性能。

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杨书娟   邵永社   张珂殊  

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为解决复杂场景下城区点云分类精度不高的问题，本文提出了基于多尺度自适应特征的分类方法。首先提出了对经典几何统计特征和点直方图特征进行组合，将组合特征集作为分类依据；然后采用了随机森林评估特征重要性，并自适应选取重要特征集；最后基于多尺度自适应特征，实现了点云的分类。实验结果表明，该方法能实现城区点云的高精度分类，能适合任意尺度下不同分辨率的点云数据分类。

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贾科军   郝莉   张守琴  

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提出将码分多址（CDMA）和非对称限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）结合建立ACO-MC-CDMA系统。考虑LED线性工作区范围有限，引起信号限幅。在视线传播（LOS）和散射信道，采用正交恢复（ORC）、最大比（MRC）和等增益合并（EGC）算法，推导了系统信噪比，建立了误比特率（BER）仿真模型。结果表明，增大扩频序列长度，可以提高BER性能。随着用户数增大，MRC算法性能最差，而ORC保持了用户间的正交性，BER性能最好。ACO-MC-CDMA比反转OFDM和单极性OFDM与CDMA结合的Flip-MC-CDMA和U-MC-CDMA系统性能更好。

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孔维平   吴涛   聂玮   徐政   赖荣   何兴道   陈卫东   陈忠平  

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非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)凭借其高选择性、高灵敏度、高时空分辨率等优势逐渐成为NO3自由基的主要测量方法之一。然而由于其使用的光谱仪分辨率有限，不足以分辨水汽的精细吸收结构，导致水汽吸收非线性，进而影响NO3自由基浓度的准确反演。本文介绍了一种基于插值法获取水汽有效吸收截面的方法并用于消除IBBCEAS装置中水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰。利用不同浓度的水汽吸收谱结合插值法获得了水汽的有效吸收截面，使用该有效吸收截面来反演不同浓度的水汽，反演结果与商用湿度计线性相关系数为0.998。在此基础上测量并拟合了不同水汽浓度下NO3自由基和NO2气体的吸收，从拟合残差上未发现水汽残余结构，水汽反演结果与商用湿度计测量值线性相关系数为0.999。在积分时间30s内，NO3自由基和NO2的探测极限分别为5.8×10-12和3.6×10-9。将本装置应用于夜间大气中NO3自由基和NO2的测量，测得NO3自由基浓度在18.4?22.9×10-12之间，平均浓度为20.2×10-12，NO2浓度在0.6?16.0×10-9之间，平均浓度为9.9×10-9。实验结果表明，利用插值法获得的水汽有效吸收截面能够有效消除水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰，从而提高NO3自由基和NO2气体测量准确度。

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高琳   宋伟东   谭海   刘阳  

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针对资源三号卫星影像分辨率高，波段数量少的限制，本文提出一种新的多尺度膨胀卷积深层神经网络云识别方法。结合卫星影像特征，设计云识别卷积神经网络结构，网络结构包括为深度编码模块、多尺度膨胀感知模块以及云区预测解码模块。首先，编码模块中通过基础卷积层获取深度特征；其次，联合多尺度膨胀卷积和池化层共同感知，每层操作连接非线性函数，提升网络模型的表达能力；最后，云区预测解码模块中融合对应编码模块中的深度特征，再利用L1正则化上采样算法实现端对端的像素级云识别结果。选用典型云遮挡区域影像进行云识别实验，并与Otsu算法和FCN-8S算法进行对比。结果表明，本文所提网络的检测精度较高，kappa系数得到有效提升。

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黎志文   陆华   李扬武   焦晗   赵建林  

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提出了一种增强石墨烯光吸收率的布拉格光栅/石墨烯/金属薄膜光学结构。运用传输矩阵和时域有限差分法研究了其光传输特性，发现布拉格光栅与金属薄膜之间形成的塔姆等离激元局域场可有效增强光与石墨烯的相互作用，将单层石墨烯近红外光吸收率提高37倍（由2.3%提高到86.44%）。同时，探讨了布拉格光栅的周期、石墨烯位置、入射角度、布拉格光栅层厚度及石墨烯化学势与石墨烯光吸收的依赖关系，发现上述物理参数的变化可有效调控石墨烯光吸收波长及效率。研究结果为高性能石墨烯探测器等新型光电子器件的实现提供了新的途径。

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朱明明   许悦雷   马时平   李帅   马红强  

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为了提高遥感图像中飞机检测的准确性和速度，提出一种特征融合结合软判决的飞机检测方法。首先，舍弃以往手工设计特征加分类器的传统模式，以更快的区域卷积神经网络为基本框架。其次，为了提高网络对小目标的检测性能，依次采用L2范数归一化、特征连接、尺度缩放和特征降维来融合多层特征。最后，为了降低网络在目标高度重叠时的漏检率，引入软判决来改进传统的非极大值抑制方法。实验结果表明，所提方法能够准确快速地检测出飞机，得到检测率为94.25%、虚警率为5.5%、时间为0.16 s的实验结果，与现有的其他飞机检测方法相比，各项指标均得到显著提升。

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张英华   李昂  

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介绍了滤光片对非色散紫外可见成像系统获取污染气体柱浓度的影响。滤光片的中心波长和半高宽度是滤光片的主要性能指标，对污染气体柱浓度的获取起决定性作用。分析了滤光片的中心波长与入射角度之间的关系，发现滤光片中心波长随入射角度的增加向短波方向移动，入射角度40度，滤光片中心波长漂移17.4nm；探讨了半高宽度为2nm、10nm以及40nm，中心波长450nm左右的滤光片对信噪比、线性响应及灵敏性的影响，可通过曝光时间的增长或者图片叠加提高信噪比，灵敏性对比结果显示10nm半高宽滤光片具有较好的灵敏性，同时0.9以上的线性响应系数表明高达40nm的滤光片半高宽度仍然满足非色散成像系统解析污染气体柱浓度的理论条件；对比了半高宽2nm、10nm和40nm滤光片的检测下限，结果表明半高宽10nm的滤光片检测下限最好，约为17.9ppm.m，结果还表明获取污染气体柱浓度的滤光片最佳半高宽在2nm~40nm之间；基于半高宽10nm，中心波长450nm的滤光片对某钢铁厂烟囱的烟羽进行测量，成功获取了烟羽中NO2柱浓度的二维空间分布图。

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于文海   冯迪   梁日   宋凝芳  

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端面图像的保偏光纤偏振轴检测算法大多采用阈值分割方法来识别并定位应力区，进而计算出偏振轴角度。在更为一般的应用环境下，现有算法鲁棒性不强，检测效率较低。为此提出一种利用端面图像对称性特征的偏振轴检测算法，通过图像极坐标变换，实现图像的对称性检测，使用金字塔搜索快速寻找最优对称轴，确定偏振轴向。由于算法利用图像全局性特征而不依赖于应力区边缘点位置的精确定位，从而对图像清晰度要求大大降低。实验证明，所提算法在实现高准确性和精确性（±0.1°）的同时，鲁棒性大幅增强，并且算法速度提升近1.5倍。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第02期 pp.0211001      

吴敏杨   郭建军   蒋明  

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显微立体视觉系统中体视显微镜景深小，光路复杂，宏观标定方法无法适用。针对此问题，提出一种适用于显微立体视觉的定点旋转标定方法。通过体视显微镜放大倍数与景深的关系，建立数学模型，得到标定板与XY平面所成的最大角度，设计定点旋转平台对标定板进行旋转标定。通过系列实验对标定参数进行优化，得出使标定参数整体误差最小的旋转角度。标定结果表明，主点坐标误差不超过1.8个像素，z分量的相对平移向量最大偏差值小于0.012mm，姿态数为10或10以上时标定结果趋于稳定。

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李帅   张宇宁   王坚   李晓华  

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瞳孔于眼睛，就像光圈于相机，瞳孔可以随外界光线的强弱而缩小或变大，保证人眼在看清物体的同时不会接收到过量的光刺激。瞳孔大小作为光辐射安全计量的一个重要参量，直接影响入瞳光量的大小，同时也会影响人眼对周围光环境亮暗的感知结果。关于瞳孔直径与外界光环境亮度关系的研究自1926年起就有记录。但由于瞳孔的调节机制的复杂性和过去仪器设备的不足，目前还没有一个科学的瞳孔直径估算模型，不同研究人员在不同时期得到的计算模型也不尽相同。本文在对已有瞳孔直径估算模型研究分析的基础上，通过测量不同光环境设置下的受试者瞳孔直径的变化，利用实测数据对现有模型作了对比分析，之后以Stanley-Davies模型为基础，对原有计算模型做了优化修正，提高了模型的计算精度，并将模型适用的视场范围扩大到40度。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0133002      

李艳秋   刘岩   刘丽辉  

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16nm极紫外光刻（EUVL）物镜热变形是影响其高分辨成像的主要因素之一。为了给系统热管理提供可靠的技术依据，本文对数值孔径为0.33，满足16nm技术节点的典型EUVL物镜进行了热变形仿真研究。用有限元软件ANSYS仿真曝光过程中反射镜瞬态温度和变形分布。以Zernike多项式为接口拟合变形面，分析热变形对成像性能的影响。研究表明，物镜的最高温升和最大变形为3.9℃和10.2nm，物镜高温态的热变形引起最大波像差RMS和畸变为0.1λ和56nm，超出了合理范围。其中，M3和M4反射镜热变形累加引起的波像差和畸变占比88%和99%，对成像性能的影响起主导作用，需要重点温控。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0122001      

王红雨   汪梁   尹午荣   胡江颢   乔文超  

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为满足视觉跟踪算法对于跟踪精度与跟踪速度上的要求，提出一种结合目标检测的多尺度相关滤波视觉跟踪算法。首先，算法通过基于深度学习的目标检测算法找出图像中目标的位置和尺寸；然后，利用相关滤波算法对所给出目标特征进行视觉跟踪，并在多个尺度搜索最优响应；最后，当检测到相关滤波响应值异常，停止对模型更新；当连续数帧响应值异常时，则在全图范围搜索目标位置和尺寸。本算法通过对跟踪状态进行评估和模型更新率自适应调整，解决了传统相关滤波类算法跟踪误差随时间积累问题，且拥有较高的跟踪速度和精度。结果表明：在matlab平台下，平均定位精度0.593，平均交叠率精度为0.784，帧率为65.3FPS。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0115004      

潘庭婷   曹文   王鸣  

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本文提出了一种多圆孔复合周期性银膜阵列结构。利用时域有限差分算法对该结构的光学特性进行了探究。仿真结果表明，在线性偏振光入射时，由于结构表面激发的表面等离激元以及纳米孔间产生的局部表面等离激元，使得在透射谱中出现了明显的峰值，展现出异常透射增强现象。本文探究了中心孔与边孔所呈角度、入射光偏振角度对于这种光学透射属性的影响。同时，分析了结构参数（中心孔直径、边孔直径、结构厚度、边孔与中心孔的间距）对于这种光学透射属性的影响，结果表明可通过调节结构参数，来优化结构的光学透射属性。另外，该结构也展现出对于环境折射率的敏感性。以上结果表明，这种结构简单、紧凑、可控、加工工艺简单，在表面等离激元滤波器和传感器中具有潜在的应用前景。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0104001      

殷玉龙   孙晓兵   宋茂新   陈卫  

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摘要：分焦平面偏振成像系统具有高实时性、高稳定性、小型化等优点，但空间失调会引入虚假偏振，且微偏振片阵列制造难度大。四分束全Stokes同时偏振成像系统没有时间和空间的失调，具有实时性好、空间分辨率高、精度高、制造难度低等优点，具有很高的应用价值。四分束全Stokes同时偏振成像系统利用偏振分束器、1/2波片和1/4波片将入射光Stokes矢量调制在4幅强度图像中，可解析入射光Stokes矢量，1/2波片和1/4波片快轴装调误差直接影响Stokes矢量测量精度。建立了包含上述两种装调误差的Stokes矢量测量误差方程。分析了波片快轴装调误差对自然光、0°/45°线偏光、左旋圆偏光等七种典型基态入射光的Stokes矢量测量精度的影响，推导了任意入射光Stokes矢量测量误差的表征方法。在邦加球球面和球内选取不同偏振度的Stokes矢量作为入射光，仿真结果表明偏振度越大偏振测量误差越大，选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统。提出一种波片快轴装调误差优化方法，测量矩阵的条件数小于1.84时，选取分束比0.772/0.228可使波片快轴装调误差对系统偏振测量精度的影响最小。为满足2%的偏振测量精度，1/2波片快轴装调误差应在±0.15°内，1/4波片快轴装调误差应在±0.52°内。

       PDF全文 (下载：11)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0112002      

杨远洪   刘琳妮   陈东营   杨福铃   全伟   房建成  

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研究分析了极化碱金属气室的旋光特性，指出极化的原子气室宏观上可等效为一种法拉第旋光晶体， 其旋光系数与原子自旋进动相关。提出采用圆偏振探测光、测量通过气室的左右旋圆偏振光位相差实现原子自旋进动检测的思路。基于改进的全光纤反射型Sagnac干涉仪，搭建了光纤原子自旋进动检测系统，采用圆偏振探测光实现无自旋交换弛豫（SERF）态自旋进动信号的检测。在原子自旋陀螺仪实验平台上进行了验证实验并实现了陀螺效应，实验结果证明了提出理论的正确性。对陀螺性能进行了初步测试，零偏不稳定性为0.29°/h。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0112001      

王一霖   杨凌辉   林嘉睿   刘洋   邾继贵  

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高精度现场可溯源的绝对距离测量技术在大尺寸工业生产、航空航天和机械制造领域具有广泛应用。本文提出了一种基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对距离测量方法，通过检测测量信号与参考信号产生的相关条纹，实现绝对距离测量。本文研究了一阶相关函数的测量模型，建立了基于非平衡迈克尔逊干涉光路的测量系统，通过拟合一阶相关函数包络并提取其峰值精确判断脉冲重合位置，获得被测距离。设计并配合长导轨进行了3m的绝对距离测量实验，并与商用干涉仪进行实时比对。本文基于大量的实验数据，针对环境因素及系统误差的影响进行了分析，并进行了误差消除与补偿。实验结果表明，该方法在长期测量中，在3m的测量范围内，最大测量误差为5.85 μm，测量标准差2.20 μm。

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侯方   杨子晗   谷文青   于洋   赵敬柱   梁艳梅  

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为了在甲状腺手术中辅助医生对切除的颈部组织进行快速的组织学判断，使用自行搭建的光学相干层析（optical coherence tomography, OCT）系统，对行甲状腺切除术及淋巴结清扫术患者的切除组织进行三维成像，并与二维OCT图像以及病理切片进行了对比。实验对21个病例的切除组织分别采集获得了67幅1000×1000×630像素的高分辨三维OCT图像，对应于6×6×3.8mm^3的成像范围。三维OCT图像可以从不同角度和不同的内部切面进行观察，通过与临床病理切片进行对比，能够清楚地辨别成像范围中的甲状腺、甲状旁腺、淋巴结和脂肪组织，并能够清楚地分辨淋巴结转移病变。高速、高分辨的三维OCT成像为甲状腺手术提供了一种术中病理诊断的方式，在辅助医生进行手术决策方面具有一定的应用潜力。

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徐家乐   周建忠   谭文胜   黄舒   孟宪凯   何文渊  

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在激光熔覆制备钴基合金涂层过程中引入电磁搅拌，考察了有无磁场辅助涂层表面在750 ℃/100h混合盐Na2SO4/NaCl(质量比3:1)条件下的抗热腐蚀性能。试验结果表明，无磁场辅助涂层抗热腐蚀性能较差，热腐蚀60h 后涂层内部出现严重的内氧化和内硫化并产生严重失重现象。相比之下，经磁场辅助的熔覆层由于形成稳定性好的保护性Cr2O3及CoCr2O4尖晶石氧化膜，有效抑制了腐蚀液中S和Cl-离子的向内侵入，在整个腐蚀阶段并没有出现严重开裂剥落现象。电磁搅拌的加入有效细化与均化了熔覆层显微组织，同时也促进了热腐蚀过程中涂层表面保护性氧化膜的快速形成，阻止了熔盐的扩散，可进一步提高涂层的抗热腐蚀性能。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2019年第39卷第01期 pp.0114002      

卫壮志   薛文瑞   彭艳玲   程鑫   李昌勇  

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采用多极方法对涂覆石墨烯的三根轴心非共面的电介质纳米线波导进行了解析分析。计算表明，通过改变工作频率、中间纳米线半径、中间纳米线高度、水平方向上两纳米线之间的距离以及石墨烯的费米能，对这种波导所支持的5种低阶模的有效折射率的实部和传播长度进行详细分析。当工作频率从30 THz增加到40 THz时，所有模式的有效折射率的实部增大，传播长度减小。当中间纳米线的半径从20 nm增加到55 nm时，所有模式的有效折射率的实部增大，传播长度变化各不相同。当中间纳米线的高度从0 nm增加到100 nm时，所有模式的有效折射率的实部减小，除了模式5，其他模式的传播长度都增大。当水平方向上纳米线之间的间距从160 nm增加到200 nm时，除了模式 3和模式4基本不受影响，其他模式有效折射率的实部减小，传播长度增大。当石墨烯的费米能从0.4 eV增加到0.8 eV时，有效折射率的实部减小，传播长度增大。多极法得到的结果与有限元方法得到的结果完全一致。本文是涂覆石墨烯的三根轴心共面的电介质纳米线波导的推广，给出的结果更加普遍。本文的工作有助于涂覆石墨烯的电介质纳米线波导的设计、制作和应用。

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周瑜   刘超   王坤博   魏晓村  

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本文针对基于相位解调的双光束薄膜干涉型光纤传声器的特性展开了研究，仿真分析了三路信号的直流分项、交流分项以及相位差对双光束薄膜干涉型光纤传声器的输出性能的影响。通过采用对比法，实验研究基于相位解调的双光束薄膜干涉型光纤传声器的输出特性，实现了灵敏度为193mV/Pa@1kHz、频率响应为200Hz~4kHz@±3dB的声信号测量。本文的研究能够很好的应用于声探测、语音识别等领域。

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刘冬梅   常发亮  

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随着机器视觉和人工智能的大力发展，视觉注意机制作为机器视觉的重要组成部分,受到越来越多的关注。本文提出一种建立在非下采样轮廓波变换基础上的从粗到精的显著性检测方法。模型对输入图像进行非下采样轮廓波分解，对经过Retinex增强的低频分量进行粗糙显著性检测，增强的目的是改善图像亮度均匀性，抑制光照对显著性检测带来的影响；对高频分量进行非线性增强抑制噪声增强细节，随后重构得到高频特征图，在低频粗糙显著图的范围内对高频特征图进行全局和局部的显著性分析，最后经过融合得到精细显著图。在3个数据集上进行对比实验，结果验证了该算法的可行性和有效性。

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李珞茹   徐新   董浩   桂容   谢欣芳  

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针对高分辨率合成孔径雷达（Polarimetric SAR）影像中极化特征呈现的尖峰拖尾等复杂多样的统计特点，本文采用混合高斯模型（GMM）对极化特征建模，并提出了一种约束距离的混合多元高斯分布的参数估计算法。该参数估计算法在贪婪期望最大算法（Greedy EM）框架下设计约束距离函数，自动地估计混合分量个数和模型参数，进而在贝叶斯框架下实现极化SAR影像的地物分类。对RADARSAT-2旧金山等地区三组影像数据的分类结果表明，相比于经典的分类算法，本文的GMM分类算法在总体精度上提高了7%-10%，且对样本的依赖性更小，在城区和耕地区域等异质区域可以得到精度更高的分类结果。

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朱红求   陈俊名   阳春华   李勇刚   龚娟  

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针对锌溶液痕量铜钴离子同时检测存在的灵敏度低、有效波段窄、光谱信号覆盖严重的问题，本文提出了一种多目标优化分数阶微分预处理方法。首先，根据光谱特点确定影响铜钴杂质离子同时检测的覆盖度和失真度，并拟合微分阶次与指标的函数关系与约束条件；然后，基于多目标粒子群优化算法求解；最后，对多目标优化微分阶数方法进行结果验证。结果表明：该方法可重构完全被覆盖的低灵敏度、窄有效波段的离子波峰，解决光谱信号完全覆盖问题并最大程度降低求导滤波的失真度，降低铜钴离子光谱覆盖率。

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柯熙政   谢炎辰   张颖  

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摘要：涡旋光束的检测在信息传输和解码方面具有重要意义，本文利用光栅检测涡旋光束轨道角动量并进行性能改善，该方法相比于利用其它装置或器件而言，实现简单而且能降低通信系统成本。通过将涡旋光束照射到周期渐变光栅和环形光栅的合适位置，观察衍射图中光斑的分布规律便可对入射涡旋光束进行检测。实验结果表明可通过判断光斑中暗条纹数量和朝向便可判断入射涡旋光束的拓扑荷数大小及正负，同时利用相位校正技术或光束复制(fan-out)技术可以使衍射结果中条纹更加清晰，使用两种技术后可将检测到拓扑荷数最高提高到30，该研究也为轨道角动量复用通信中的解复用和涡旋光的产生提供了依据。

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黄敏   何瑞丽   郭春丽   习永惠   刘瑜  

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为了研究显示设备的原色光谱对色觉正常观察者的颜色分辨差异影响，选择了5台红绿蓝三原色光谱能量分布不同的显示设备，基于CIE推荐的5个颜色中心，组织了30名年龄分布在20-27岁的观察者基于5台显示设备开展颜色匹配实验。同时用108个颜色匹配函数对颜色匹配过程进行模拟计算，与颜色匹配实验结果进行比较，并用同色异谱指标量化不同显示设备对观察者差异性的影响，模拟计算和颜色匹配实验结果具有较好的一致性。基于实验选取的4台待匹配设备与目标设备进行颜色匹配实验采集到的285个色差数据，同色异谱指标的最大值为9.59，最小值为3.89。显示设备的原色光谱对观察者的同色异谱差异影响较大，红色受设备的影响低于黄色和蓝色。

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童星   曹丹华   吴裕斌   蒋兴儒  

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纽扣因其表面缺陷形态、大小、位置多变导致缺陷检测成为一个具有挑战性的问题。本文利用缺陷图像信息空间结构相关性，提出了一种基于低秩信息的纽扣图像重建方法。该方法采用低秩约束缺陷图像矩阵，通过回归的方式重构纽扣表面无缺陷图像，并利用差影法分离带有缺陷信息的残差图像,通过局部加权自适应阈值使缺陷有效显现。该方法将最小化残差矩阵的秩转化为最小化核范数，并通过交替方向乘子法求解回归系数，利用正样本实现图像重建。针对构建的纽扣样本测试集对算法性能进行测试，证明本文提出的方法对于多种不同类别的纽扣和不同大小形状缺陷都是有效的，算法准确率达99%，并且算法对于光照也具有一定适应性。

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秦小云   苏丹   贾新月   周玮   郭汉明  

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往复式逐行扫描是一种提高激光共焦扫描显微镜成像帧速的有效方式，然而随着帧速的提高，这种扫描方式在图像重构时会带来更严重的图像错位。本文根据高速振镜运动特性，分析了激光共焦高速扫描显微成像系统逐行扫描下的重构图像错位原理，设计了基于形态学梯度的重构图像错位评价算法，并且结合搜索错位评价最小点的单目标约束粒子群算法实现了重构图像错位校正。经实验验证，该算法适用于成像帧速高达300帧/秒的重构图像错位校正，与初始未进行错位校正的图像相比，经过错位校正后成像分辨率提高了62.93%，同时该算法能够适用于不同种类振镜搭配方式和不同扫描帧速的图像重构。

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刘心燕   孙林   杨以坤   周雪莹   王权   陈婷婷  

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高分四号卫星（GF4）是我国研制的首颗地球同步高分辨率光学成像卫星，具有高时间分辨率和较高的空间分辨率，开辟了我国高轨高分辨率对地观测的新领域。本文针对高分四号卫星数据的特点，提出一种光谱分析与几何算法相结合的云和云阴影检测算法。使用几何校正和辐射定标后的高分四号影像，基于云与典型地表的光谱特征采用光谱差异分析技术识别出潜在云像元，根据有云地物和无云地物的光谱变化率差异计算云概率，两个步骤结合用于检测影像中的云像元；由云和云阴影的几何关系，结合传感器参数识别出云阴影的投影带，然后根据阴影的光谱特征在投影带中设定基于影像的动态阈值，用于检测云阴影。该算法同时考虑了薄云的光谱特征，能较好的识别薄云，而且大大减少了云阴影的识别范围，提高了云阴影的检测精度。采用目视解译法进行了精度验证，发现不同区域类型的云像元识别位置准确，形状完整；将本文提出的动态光谱阈值检测云阴影的方法与云和云阴影匹配法对比，发现动态光谱阈值法识别的云阴影更为精确。

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马选选   陆宝乐   王凯乐   侯瑶   张凯龙   白晋涛  

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设计出一种集可调谐带通滤波器、高精度环形滤波器和光纤环形镜于一体的全光纤复合腔结构可调谐单频窄线宽光纤激光器。可调谐带通滤波器用来抑制纵模模式及波长的调谐，高精度环形滤波器对谐振腔内模式个数进行抑制，光纤环形镜实现对谐振腔内单纵模的选取。采用980 nm半导体激光器作为泵浦源，掺镱光纤在谐振腔内分别作为增益介质和可饱和吸收体，成功实现了1030 nm-1090 nm稳定的宽谱可调谐单频窄线宽激光输出。当泵浦功率300 mW时，1070 nm处得到最大的输出功率18.5 mW，斜率效率达到7.95%，持续一个小时内没有出现跳模现象，功率不稳定性小于1%。泵浦光200 mW时，利用延迟自外差法测量线宽，得到在波长调谐范围内平均线宽为8.7 kHz，驰豫振荡频率为64 kHz。

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徐秋宇   杨凌辉   牛志远   刘博文   张正吉   邾继贵  

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针对大尺寸测量、运动追踪、三维重建、视觉定位等视觉定位测量领域中的多相机定位系统中相机之间无公共视场或公共视场较小时，系统标定困难、方法繁琐、精度低等问题，提出了一种基于精密二轴转台的多相机定位系统一体化标定方法。本方法利用二轴转台提供角度基准，转台一次转过所有相机视场时使各个相机依次拍摄标定图片，求解出各个相机内参以及各相机到转台的外参，利用转台坐标系中转计算相机之间外参，整个标定过程由程序控制，实现了多相机系统采图标定集成化、自动化，大大降低了标定工作量。文章分析了多相机定位系统标定原理，并进行了实验验证，两相机内参重投影误差在0.17pixel，系统定位精度在1mm以内，结果表明，此方法切实可行，精度较高，可操作性强，可被应用于各种应用到无公共视场或公共视场较小的多相机定位系统标定过程中。

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李艳荻   徐熙平  

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提出一种基于超像素时空显著性的运动目标检测方法。该方法首先对图像进行超像素分割，然后提取颜色梯度和运动梯度特征构建超像素级时空梯度图；用平均加权测地距离来衡量一个超像素相对于其邻域的时空显著程度，构建时空显著图。之后根据时间域上目标的运动连续性，借助熵的概念来表征运动模式的一致程度，构建运动一致图。最后融合时空显著图和时间一致图，并通过自适应阈值处理定位运动目标。从可视化分析和定量评估两个方面与其他相关算法比较，实验结果表明所提方法具有较强的抗环境干扰能力，适用于背景纹理复杂或环境随机变化的视频中运动目标的检测, 检测准确率优于0.92。

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王煜   姜梦华   惠勇凌   雷訇   李强  

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报道了一种稳定的小时间抖动、高重复频率Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微型激光器。本文利用[001]切割Cr4+:YAG晶体在一定的入射光功率密度下的极化取向特性，采用偏振泵浦的方式，通过让泵浦光偏振方向与晶轴方向平行，Nd:YAG晶体吸收剩余的泵浦光全部用于Cr4+:YAG晶体该晶轴方向电偶极子的漂白，增加了每个脉冲期间Q开关的开关速度，实现了小时间抖动线偏振脉冲激光输出。激光器采用808 nm单管激光二极管作为泵浦源，在重复频率为100 kHz时，实现了输出脉冲时间抖动0.1 μs，即时间抖动不稳定度小于±0.5%，幅值不稳定度小于±0.67%，脉冲宽度为2.6 ns，单脉冲能量为4.8 μJ，光束质量M2为1.17，消光比为300:1的脉冲激光输出。实验结果表明，采用偏振泵浦的方式，通过优化[001]切割Cr4+:YAG晶体取向可以有效减小Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微型激光器输出脉冲时间抖动。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1014004      

王森   伍星   张印辉   陈庆  

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为实现复杂背景下裂纹目标的有效检测，将多尺度结构化森林引入表面裂纹检测领域，并从提高裂纹检测鲁棒性的角度出发提出一种融合小波边缘检测于多尺度结构化森林的裂纹检测方法。首先利用多幅裂纹图像和相应人工标注的标准结果进行裂纹图像特征通道提取和标准结果的离散化映射，其次利用滤波和降采样特征通道后形成的常规性、相关性候选特征以及离散化后的标签进行结构化森林分类器的训练和验证，最后利用结构化森林分类器对测试的裂纹图像进行多个尺度的裂纹检测。在776幅结构体裂纹图像数据集和600幅钢量裂纹图像数据集上对文中方法、多尺度结构化森林方法以及其他检测方法进行实验的结果表明，本文方法能够在较短的时间内获得最高的检测精度。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第09期 pp.0910003      

李康文   李享成   陈平安   程用志   朱伯铨  

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摘 要 本文研究设计了具有异质结构且适用于3~5 μm红外光区的一维光子晶体高反射镜。系统地分析了光波在一维周期性光子晶体中的反射特性，通过传输矩阵理论计算和仿真验证了λ/4介质膜系的反射率和最佳禁带宽度。在此基础上，选取Si和Y2O3两种材料，构造了24层一维光子晶体的双异质结构，仿真结果表明在3~5μm红外波段其反射率介于97.418%与99.999%之间。为了降低制备难度和成本，以金属银为衬底，设计了Si和Y2O3为介质层结构的一维金属增强型光子晶体，总层数为9层，仿真结果表明在3~5μm红外波段其反射率介于98.943%与99.979%之间。

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王卓   张云伟   喻勇   樊阳阳  

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针对管道内壁缺陷深度检测问题，建立了一种基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法。首先阐述了红外热成像管道缺陷深度检测机理，针对埋地管道检测对热激励的特殊要求，设计了参数可调控的电涡流热激励实验装置，按照管道内壁形状制作了检测试件，通过基于电涡流的主动热激励实验，分析了谐振频率、提离高度、输入电功率等3个重要参数对热激励效率的影响，得出其优化值。在此基础上，对预先设计带有不同深度缺陷的检测试件进行主动热激励并获取红外热图像，通过热图像数据分析发现，缺陷与非缺陷区域间灰度均值的差值随缺陷深度值的变化而变化，一定条件下二者呈单值对应关系，且具有较好的线性度。利用这一规律，通过实验数据拟合建立了槽形和圆形缺陷的缺陷深度检测模型，实验测试显示所建立的模型具有一定的检测精度。论文研究结果表明，在优化的电涡流主动热激励条件下，可以通过红外热图像计算出缺陷深度，所提出的基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法具有可行性。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0912003      

蒋芸   叶函函   王先华   段锋华   吴浩   吕松  

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大气CO2反演建立在光辐射量遥感基础上，准确地认识不同辐射源及其传输特性是高精度反演的基础。用于气候研究的大气CO2反演，是一种要求优于0.5％（2(10^-6)）的高精度反演，对光辐射量地准确把握尤为重要。作为最常用的全物理反演方法，利用的是O2 A的0.76μm与CO2的1.6μm、2.06μm光谱之间的关系。然而,O2 A吸收带的光辐射中存在的植物叶绿素荧光会在不同程度影响CO2的反演精度。由于叶绿素荧光信号较弱，在以往CO2反演中没有引起足够重视。本文在调研全球植被荧光分布的基础上，模拟分析了荧光对大气CO2柱含量（XCO2）的影响。模拟计算表明，当忽略荧光的影响时，在极端情况下可导致CO2 15(10^-6)的高估；但是同步反演0.755μm处的荧光时，可把反演误差校正到0.5(10^-6)以内。用TCCON (The Total Carbon Column Observing Network)站点Park Falls附近的GOSAT (Greenhouse Gases Observing Satellite)夏季的数据进行反演，发现同步反演荧光可以把误差从6(10^-6)校正到2(10^-6)以内。上述实验结果表明，在高精度需求情况下，植物叶绿素荧光是一个不可忽略的因素。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0901004      

郭艳城   刘艳格   王志   姚卓坤  

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本文报道了在少模光纤中写制的纤芯LP01向纤芯LP11模式耦合的长周期光纤光栅具有双谐振耦合现象，且该双谐振耦合峰表现出对温度或应变相反的响应特性，理论和实验上揭示了该现象产生的机理，并基于该现象及特性设计了温度、应变双参量传感器。该传感器与传统的基于纤芯基模与包层模耦合的长周期光纤光栅传感器相比，具有折射率不敏感、光谱稳定、灵敏度高等优势。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0906003      

许云鹏   吴婷   李之通   姜梦华   惠勇凌   雷訇   李强  

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空间光束在增益介质中相干涉，产生空间烧孔现象，形成增益光栅，通过四波混频作用形成的增益光栅具有自适应性，自调Q性和空间滤波能力，能够得到全息的共轭输出。但其都起始于腔内的自发辐射，自发辐射容易受到泵浦的影响，而且其带宽很宽，导致输出的频率会有一定的波动。本文通过实验得到了在基于增益光栅的自启动单频调Q激光器中，采用外部注入单频窄线宽的种子源引导形成增益光栅，获得锁定在种子光频谱范围内的稳定的单频的调Q脉冲输出，实验对比了在相同的观察时间内注入输出的频谱稳定程度远高于自启动输出的频谱稳定程度。这一现象也证明了通过外部种子注入形成光栅，利用增益光栅的自适应性能够得到稳频输出的可行性。

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项长铖   周常河  

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本文介绍了TE、TM偏振的布拉格角入射下光栅模式方程的分解，同时严格证明了分解得到的方程与光栅模式对称性的等价关系。光栅模式的对称性对阐释光栅内部衍射过程的物理图像起到重要的作用。本文还讨论了该方程的根的分布性质，这一性质有利于提高计算模式有效折射率的效率。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0905001      

白云波   周游   刘世杰   邵建达   徐隆波  

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摘要：为解决应用于高功率激光装置中大口径激光玻璃全口径光学非均匀性难以检测的问题，提出了基于Φ600mm干涉仪的一维子孔径拼接测量技术，基于像素错位误差模拟分析结果，设计并研制了一维大行程气浮型精密扫描拼接平台，实现了对角线接近1m的大口径激光玻璃的全口径光学非均匀性拼接检测，并且对该技术的拼接测量精度和重复性进行了验证。实验结果表明，拼接结果平滑无“接痕”，均匀性拼接测量与直接测量结果相对误差优于0.2×10-6，全口径均匀性重复性优于0.4×10-7，单口径均匀性测量结果与拼接后相同区域的均匀性结果最大差异为0.2×10-6。

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王鹏威   龚文林  

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照明方式对光学成像系统的分辨率有重大影响。本文从光场的相干性理论出发，研究了影响多帧散斑照明下一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像分辨率的主要因素，理论和数值模拟结果表明：辐照于物面上的散斑横向相干长度大小与一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像的分辨率呈非单调关系；此外，与传统非相干成像相比，一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像仅能轻微地提高成像分辨率，而强度涨落二阶自相关成像只是对一阶自相关成像的结果起锐化作用，并不能提高成像分辨率。

       PDF全文 (下载：10)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0911003      

王文锋   张焱鑫   陈瑜   丁伟利  

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针对现有光场深度重建算法只能获取单一视角深度信息，三维建模应用受限的问题，本文提出了大视野图像拼接算法。算法基于3D光场重建的深度图像序列，首先利用双边滤波及插值算法对图像进行去除噪声，然后提出了基于边缘曲率极值的角点检测算法，并通过最小曲率偏差的列间度量匹配实现了图像之间的精确配准，最后采用改进的加权平均方法对重叠区域进行融合操作，既保持了光的连续性和保留了图像中足够的细节，又拓展了图像的视野。实验结果表明，提出的算法有效地实现了光场深度图像序列的平滑拼接，有利于形成大视野深度数据，从而为大场景的三维重建奠定了基础。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0915003      

代亮亮   闫连山   易安林   盘艳   蒋林   葛军   潘炜   罗斌  

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本文针对偏振复用16QAM传输系统（PDM-16QAM）提出了一种更低复杂度，线宽容忍性更高的并行载波相位恢复算法，使用两个偏振态内环和外环的符号信息对两个偏振态同时进行相位噪声估计。仿真结果表明，在224 Gb/s传输速率下，本文提出的算法（最大线宽容忍2800 kHz）相比于单偏振卡尔曼滤波器算法（最大线宽容忍300 kHz）线宽的容忍性提高了9倍。此外，相比于传统算法，本文算法并行处理符号个数提升了4倍左右，复杂度更低。最后，在224 Gb/s PDM-16QAM传输实验中对本文算法进行了验证。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0906004      

何明芳   陈开鑫   胡哲峰  

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随着在微环谐振腔中观察到克尔光频梳实验的相继报道，相应的理论也逐步完善。目前微环产生光频梳的理论分析方法主要有两种：非线性耦合模理论和非线性LLE模型。在这些理论研究中，一般只考虑了色散和光学非线性效应，而忽略了强泵浦作用下微环谐振腔中热效应的影响。本文主要通过对微环热效应的分析，在非线性LLE方程的基础上加入热效应作用的相移对方程进行修正，仿真了在固定和调节初失谐量两种情况下耗散腔光孤子/光频梳在微环谐振腔内产生的整个过程，分析了两种不同方式产生克尔光频梳的机理，并对比分析了两种方式下克尔光频梳性能和造成性能差异的原因。

       PDF全文 (下载：12)        光学学报 ，2018年第55卷第9期 pp.091901      

刘峰   樊梦琦   王向军   陈晓昀  

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针对无人机在飞行过程中对飞行高度自主测量的需求，提出了一种借助于单个特征点的异步视觉自主测高方法。方法将内外参分离标定，即在无人机起飞前完成内参标定，外参标定则在透射成像模型的基础上，选取在高空不同位置对地面的同一目标进行拍摄，利用前后获得的图像信息，并结合飞参，最终求解出相对高度数据。该方法计算效率高，为应用型的机上自主、快速测高提供了一种新方法，并在构建的6自由度飞行模拟实验装置上进行了验证。实验结果表明：在测试高度2m以内时，测量的绝对误差小于0.02m，相对误差优于1.5%。该种算法对计算负载的要求低，特别适合于机上快速解算的应用场合，也可拓展至对地目标定位的测量应用中。

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郭志坚  

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利用基于Coulomb-Volkov近似的方法分析了长程势以及短程势在阈上电离能谱中的贡献，确定了能谱中低能结构的起因。同时，为了确定在计算电子与分子离子散射截面时用纯分子代替分子离子是否合理，估算了电子和原子离子弹性散射的微分散射截面，发现在入射电子能量较大时，长程势在激光诱导的电子离子大角度背向散射时的影响可以忽略，证明了在大角度散射时，将原子离子用纯原子来处理是合理的。

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茅正冲   陈强  

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针对AGV视觉引导过程中多分支路径识别与跟踪的实时性与鲁棒性要求，提出一种PCA-LDA与支持向量机相结合的路径识别算法.首先对AGV行驶过程中拍摄的图像进行预处理，并用PCA与LDA对处理后的图像进行降维和特征提取，再利用灰狼算法(GWO)优化后的SVM分类器对图像进行识别。在路径跟踪方面，利用最小二乘拟合方法计算横向偏差与航向偏差。实验表明，PCA-LDA与SVM相结合能够使路径识别率达到99.3%，并且满足实时性要求，路径跟踪误差在20mm以内，满足一般工业环境需求。

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严阳   华文深   崔子浩   伍锡山   刘恂  

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为求解高光谱图像中各物质的分布及含量，将高光谱分类引入端元提取，提出一种新的端元提取方法。首先利用虚拟维度评估端元数目；然后引入高光谱分类的思想，通过k-means聚类算法对高光谱图像进行非监督分类，将各类物质大致分类；在每类物质中提取出光谱值最大的像元，构成端元候选集；最后，依据单形体理论，高光谱图像像元点在高维空间中构成单形体，体积最大的单形体的顶点即是端元。通过模拟和真实高光谱数据证明，此端元提取方法相对传统方法具有高效、准确的优点。

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刘辉   彭力   闻继伟  

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当前行人检测的一个主要挑战是在复杂的场景中检测出不同尺度的行人，尤其是远尺度的行人。由于不同尺度的行人会表现出不同的视觉外观特征，因此本文提出了一种多尺度感知的行人检测算法。首先，通过在全卷积网络结构中引进可形变卷积层，扩大特征图的感受野；其次，通过级联RPN提取多尺度行人建议区域，引入多尺度判别策略，定义尺度判别层，判别行人建议区域的尺度类别；最后构建一个多尺度感知网络，引进Soft-NMS检测算法，融合每个网络输出的分类值和回归值，获取最终的行人检测结果。实验表明，本文的检测算法在基准数据集Caltech和ETH上产生较低的检测误差，优于当前数据集中所有检测算法的精度，并适用于检测远尺度的行人。

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童艳   李丹   李晶晶  

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全光逻辑信号处理是实现全光网的必要技术，而PPLN波导以其独特优势被广泛应用于全光数字信号处理领域。全光或门是全光逻辑信号处理中必不可少的一项基础技术，以往采用PPLN波导实现的全光或门的输出光波均是混频波。本文基于PPLN波导的和频+差频效应（SFG+DFG），在准相位匹配条件下，通过三个PPLN波导的级联设计并实现了单波长输出的全光或门。通过数值计算和仿真得到了信号波形和眼图，并通过计算消光比、脉冲宽度以及峰值功率的延迟时间分析了单波长全光或门的性能。结果表明，本方案能很好地实现单波长输出的全光或门，其输出光波能在光域上直接被使用，从而改善光逻辑器件的衔接，提高处理速度，并为研发新型全光逻辑器件提供了重要基础。

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刘一凡   蔡振江  

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目前常见的多角度融合三维重构算法主要包括ICP算法与SFM算法。针对两种算法的不足，并结合双目相机特点，本文提出了一种基于ICP与SMF结合的双目立体视觉多角度融合三维重构算法。首先采用SFM算法通过双目相机在目标周围拍摄n组图像对，并在每组双目图像对中手动选取目标的初始匹配特征点，并计算其三维坐标生成n组三维点云。接着通过ICP算法计算并优化n组三维点云之间的旋转矩阵与平移向量，完成融合并通过Delaunay三角剖分与插值恢复出目标的立体几何形状，通过纹理映射实现运动目标的信息可视化三维重构。实验结果表明：基于ICP与SMF算法的双目立体视觉多角度融合三维重构算法根据双目相机特点，结合ICP算法与SFM算法的优点，并最大程度克服了两种算法的不足，重构效果良好。

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尹明   粟荣涛   王小林   马阎星   马鹏飞  

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对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理，对基于随机并行梯度下降算法（SPGD）的偏振控制进行了理论仿真，分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动幅度等参数对偏振控制效果的影响。利用现场可编程门逻辑阵列（FPGA）执行SPGD算法，控制输出光的偏振态，获得了消光比大于11dB的激光输出。

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王小娟   刘丙才  

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针对股骨假体关节面复杂表面轮廓的检测问题，设计并实现了基于投影光刀的关节面三维轮廓旋转检测系统。本文采用摄像机针孔模型实现检测系统的快速标定；通过优化的重心算法，提取出投影光刀的中心线，并准确获取关节面的截面轮廓线；通过分析投影光刀平面与转轴之间的夹角，完成截面轮廓线的倾斜校正。通过实验，本文计算了检测系统的标定矩阵、截面轮廓线数据以及投影光刀平面与转轴的夹角，最终实现关节面三维轮廓数据的准确重建。实验表明该检测系统具有非接触、高精度等特点，可有效解决股骨假体关节面的轮廓检测问题。

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梅亮  

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沙氏大气激光雷达技术是近几年来发展起来的一种新型大气激光雷达技术。该技术以高功率连续光二极管激光器作为光源，图像传感器作为探测器，在满足沙氏成像原理的条件下实现了对大气回波信号的距离分辨探测。本文介绍了沙氏大气激光雷达技术的基本原理、技术特点、系统结构及其大气回波信号处理的一般方法。总结了近年来沙氏大气激光雷达技术在大气气溶胶及大气气体浓度分布探测等方面的研究进展，并分析了当前所面临的主要挑战。最后，对下一步研究工作及未来发展进行了展望。

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饶刚福   黄林   刘木华   陈添兵   陈金印   罗子奕   许方豪   何秀文   周华茂   林金龙   姚明印  

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为了对脐橙产地进行快速绿色鉴别，提出了LIBS全光学诊断方法。选取江西赣州四区县及湖北、四川等六省市共10产地纽荷尔脐橙清洗表皮后直接采集等离子体羽时间演变形貌图及LIBS光谱，定性分析了脐橙产地鉴别可行性；采用SM15R+MSC预处理脐橙LIBS光谱，分别运用PCA、PCA-MLP鉴别脐橙产地。试验结果显示采用一定的数据预处理方法结合PCA-MLP对全国7省市大地域范围脐橙产地鉴别训练集总准确率97.8%，预测集总准确率95.3%；对赣州4区县小地域范围脐橙产地鉴别训练集总准确率100.0%，预测集总准确率96.2%。试验表明采用合适的数据预处理及分类模型，对脐橙产地绿色快速鉴别具有一定可行性。

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陈高杨   马鹏   李杰   孙立朋   武创   关柏鸥  

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本文实现一种新型取样布拉格光纤光栅传感器，用于温度和轴向应变的传感。为了制作该传感器，我们首先利用特种光纤熔接机在单模光纤上制造出单螺旋扭转结构，然后在该单螺旋结构上利用紫外激光侧写和相位掩模板技术刻写布拉格光纤光栅。该取样光栅反射谱具有等间距、窄带宽的特点，并且可通过调整单螺旋扭转率，来自由改变取样周期。我们通过实验研究了这种传感器对温度和光纤轴向应变的响应，结果表明：当单螺旋扭转周期P=504.0m（扭转率=12.47 rad/mm），布拉格光栅周期=544.6nm，器件长度L=5.0mm时，温度和轴向应变灵敏度分别为10.12pm/℃和1.12pm/με。相较于之前报道过的同类型取样光栅传感器，该传感器具有制作简单、灵活性高、稳定性高、和低成本的优点，且在光纤激光器、传感器、光纤通讯领域展现出应用潜力。

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刘立新   孙罗庚   李梦珠   祝铭  

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激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种基于原子发射光谱和等离子体发射光谱的物质成分分析技术，具有无需预制样、快速实时、高灵敏度、无损检测等技术优势，在食品安全、环境监测、化学化工、新能源、生物医药等领域获得了广泛的应用。本文利用LIBS 技术对水中铅（Pb）污染进行检测，选择Pb元素的最强峰405.8 nm作为分析线，以Si（390.6 nm）为内标元素，经线性拟合得到Pb的检出限为7.40 ppm。建立了基于生物地理学优化（BBO）算法的定量分析模型，分别测定了不同Pb元素浓度的35份样品的LIBS谱线，其中30组数据被用来训练BBO定量分析模型，剩余5组数据作为测试集以评估模型的分析能力。结果表明，在利用BBO算法模型对水体中铅元素浓度进行预测时，模型的相对标准偏差（RSD）及平均绝对百分比误差（MAPE）指标都相当优异。

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时文俊  

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为了克服图像超分辨重建中四阶全变分正则化模型存在的“斑点”现象和稀疏正则化模型中最优解不唯一的缺点，结合红外遥感图像超分辨率重建的实际需求，提出了一种基于总广义变分正则化的红外遥感图像超分辨重建模型。利用零阶张量空间和松弛解的相关概念，分析了模型的优点和可行性。结合该模型的自身分裂性，采用交替方向乘数法将模型分裂为两个子问题，分别利用共轭梯度法和快速傅里叶变换方法进行数值求解。从测试结果分析，不论模拟图像还是真实图像，提出的模型重建后的图像分辨率有明显提升；客观评价中的不同指标值都优于最近文献中的方法，其中PSNR大约能够提高2dB，SNR大约能够提高1个单位，SSIM大约能够提高0.02个单位，信息熵大约能提高0.1个单位。

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朱磊磊   徐冰冰   金尚忠   刘开元   王杰  

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拉曼光谱分析技术在食品、医学、考古、宝石鉴定、刑事侦查、环境保护等众多领域已得到广泛应用。但拉曼光谱分析中，由于样品及污染物等常会产生强的荧光信号，严重影响样品拉曼光谱信号的检测，从而限制了该项技术的应用。近些年来，发展了多种解决荧光干扰问题的方法。本文综述了各种方法的原理、实现方式、性能特点，对几种常见的荧光抑制方法（荧光淬灭法、光漂白法、紫外/红外光激发法、移频激发法、小波变换法）在不同领域的应用进行具体分析。包括激发波长、荧光来源、荧光信号的变化、荧光抑制效果、对拉曼信号的影响等。不仅展现出每种方法的优势，也说明了其局限性。

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陈溶   陶传义  

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研究了一种通过在掺铒光纤中形成的动态粒子数光栅实现激光振动检测的方法。根据动态粒子数光栅形成机理，设计一种线性双波混频结构的光纤系统。此系统中1490 nm波长DFB光源发出的连续激光通过环形器进入一根3 m长掺铒光纤作为注入光，它被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光，掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场，通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时，环形器的反射端口输出的双波混频信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行了检测，结果表明：光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性，能够测量50 Hz~10 kHz 的振动信号，采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率吻合很好。

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叶旭辉   吴功平   黄乐  

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野外复杂环境下地线检测是高压输电线路巡检机器人自主越障的关键技术之一，而光照变化和地线表面新旧程度是影响架空地线检测准确率的关键因素，基于此提出了一种基于离线学习的野外架空地线检测算法。离线训练阶段首先采用自适应同态滤波器对输入样本进行光照补偿，然后提取样本的LBP直方图特征，结合离线学习算法SVM训练得到二类分类器；在线检测阶段首先对样本分块，对其分类得到候选地线样本块，然后采用RANSAC算法去除误检块，拟合得到地线在图像坐标系中的位置参数。野外新旧程度不同的试验线路上进行的大量实验表明，该方法对光照变化有良好的适应性，能较准地检测不同新旧程度的架空地线，为后续的地线空间定位与抓线控制奠定了基础。

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汪伟   张黎明   黄文薪   杨宝云   王戟翔   许和鱼   包诗薇  

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太阳漫反射板前端增加太阳光衰减屏的方式解决了定标的动态范围问题。为了实现高精度星上定标，发射前精确测量出太阳光衰减屏透过率是关键因素之一。本文介绍了一套测量太阳光衰减屏透过率的测量装置。该装置需要测量两组数据：安装太阳光衰减屏和不安装太阳光衰减屏透过的信号值，通过求两者在相同几何条件下的比值的方式得出了衰减屏的透过率。提出了采用多项式拟合插值的方式解决在轨角度密集的问题，并计算了拟合插值引入的不确定度优于0.04%。数据结果显示，衰减屏的平均透过率为13.3%，结果的总不确定性优于0.54%(k=2）。结果表明，该装置能够为太阳光衰减屏在轨使用提供数据支持。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0928001      

何西   刘诚   朱健强  

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本文提出一种分束调制技术来实现高精度单次曝光相位恢复成像，将待测光束用二维光栅分成由一组彼此相同的衍射光束簇，并同时入射到一个结构已知的调制板上，当调制板为弱衍射物体时，在探测器上形成一组彼此相分开的衍射斑阵列。通过将这些衍射光斑和弱衍射物体的透射函数联合使用，可通过一次曝光迭代计算出待测量光束的强度和相位信息，同时具有GS算法等单次曝光方法的成像速度快和PIE等扫描成像技术的高信噪比和高精度等优点，对ｘ射线成像和高功率激光光束在线监测等领域有重要的实用价值。

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段晨   宗明成   范伟   孟璐璐  

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随着大规模集成电路芯片制造步入1x nm技术节点时代，光刻机的对焦控制变得越来越困难，其精度需要达到几十纳米。本文基于实际的光刻机对焦控制系统架构和光刻对焦原理，开展了浸没光刻对焦控制统计分析方法研究。根据系统结构分析出一系列误差源，研究了这些误差对总离焦误差的贡献方式和关系。研究表明：（1）由于光刻对焦误差中存在非正态分布的误差贡献项，常规正态统计分布使用的3σ原则无法满足99.7%的对焦成功率要求；（2）在28nm、14nm、7nm技术节点集成电路芯片制造过程中，分别采用3σ和4σ原则，浸没光刻工艺总对焦成功率的差别分别高达28.4%、55.1%、62.9%。（3）为了达到99.7%的对焦成功率，浸没光刻机对焦控制应采用4σ原则。

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张小兵   刘海江  

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表面形貌测量是研究密封平面的加工工艺、加工质量及密封性的前提条件。为基于数字全息测量技术实现密封平面表面形貌的在线测量，并针对工业现场对测量结果的可视化显示及三维模型输出等特殊的技术需求，本文将结合数字全息测量技术与虚拟制造技术提出一种密封平面表面形貌的测量方法。首先基于数字全息技术测量密封平面的表面形貌并将测量结果转化为点云；再基于点云生成三维模型，最后利用平面度协同模型间距离分布的方法来评价测量及模型重建精度。此外，本文方法亦可间接测量装配后密封平面上表面形貌间的配合关系。为验证上述方法的可行性，本文分别以某法兰面和某发动机缸体缸盖结合面为例进行了实验，结果说明本文方法能够实现密封平面表面形貌的快速测量并将测量结果以三维模型的形式输出，这满足工业现场对密封平面表面形貌测量的需求。

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张元涛   柴孟阳   孙德新   刘银年  

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为实现高分辨率大动态范围的空间微光成像，提出了基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器数字域时间延迟积分（TDI）微光成像方法，推导了数字域TDI成像数据处理方法。然后分析并测试了数字域TDI成像系统信号与噪声传输特性，建立了系统信噪比（SNR）模型。最后开展了数字域TDI微光成像实验，结果表明，本文提出的方法能够明显提高微光成像质量，当数字域TDI积分级数为30时，系统信噪比由未积分的5.04dB提高到19.78dB，同时，所提出的数字域TDI信噪比模型也得到了验证。数字域TDI微光成像技术使得全局快门sCMOS图像传感器具备积分级数连续可调的TDI功能，可实现高分辨率大动态范围微光成像，为空间微光成像系统设计提供了新思路。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0911001      

任志君   胡海华   王彦强   李晓东   陈跃  

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提出了一种精确、高效的产生一簇无衍射马丢光束的方案。首先利用稳相技术，给出了振幅调制合并锥镜，能产生马丢光束的理论机制。随后，利用Propalette 8000胶片输出仪，制作了具有角向马丢函数分布的振幅调制胶片，通过胶片紧贴锥镜入瞳面，实验上精准产生了一簇马丢光束。理论和实验结果均表明，本文给出的基于“锥镜和振幅调制”产生马丢光束的方法，具有简单、高效、灵活等特点。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0926001      

蒋小波   陈丹平   邹雅   韩帅   杨秋红  

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测试研究了在还原气氛下制备的Sn2+掺杂的SiO2-B2O3-Gd2O3-La2O3玻璃的密度、吸收光谱、光致发光、荧光寿命和X射线激发下的辐照发光。在SiO2-B2O3-La2O3玻璃系统中，随着Sn2+浓度的增加，玻璃的紫外吸收截止波长发生红移，荧光强度增强，且在0.3 mol%时达到最大，随后由于浓度淬灭而降低。随着Gd2O3逐渐取代La2O3，玻璃的密度增大，Sn2+的荧光寿命变短，但没有发现Gd3+离子对Sn2+离子有敏化增强作用。而在X射线激发下，出现了与光致发光完全不同的组成相关性，Sn2+离子的辐照发光强度随着Gd2O3的增加而增强，光谱积分强度从相当于BGO晶体的22%增加到84%，并且不随着Gd3+离子浓度淬灭而减小，显示了在X射线激发下Gd3+和Sn2+之间可能存在能量传递。

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张苗苗   孟炳寰   骆冬根   杨本永   提汝芳   洪津  

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定标精度的检验是确定遥感器性能和开展定量化应用的基础。星载多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式的偏振传感器，可以获取目标的多角度偏振成像信息，探测精度是其重要的技术指标。为了检验仪器在自然目标下的偏振、辐射定标精度，设计了测量精度验证试验。通过在晴朗天气对天空成像，得到天空偏振度和辐亮度数据，与同时观测的CE318型太阳-天空偏振辐射计数据进行比对。初步比对结果显示：三个偏振波段平均偏振度差异小于0.02，满足多角度偏振成像仪偏振测量精度的指标要求；但辐亮度差异较大。分析了辐亮度测量结果偏差的影响因素，并校正了定标光源与测量目标间光谱非匹配的影响以及两台仪器观测波段、观测视场非一致性的影响。通过在实验室观测同一均匀稳定的积分球光源，发现两台仪器绝对辐亮度测量的系统偏差为4%~6%，可能与辐射标准不统一、标准传递的不确定度及仪器性能衰变有关。最后修正此系统偏差后，两台仪器490nm、670nm通道的平均辐亮度差异小于1%，865nm通道小于2%，此结果验证了多角度偏振成像仪定标数据的有效性和仪器的测量精度。

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何聪聪   吴雅婷   韩梦欣   孙彦赞   张倩武  

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如何抑制高峰均功率比（PAPR）是强度调制/直接检测（IM/DD）光正交频分复用（O-OFDM）系统面临的一个挑战，选择性映射（SLM）是能有效降低PAPR值的经典算法。本文提出一种改进的SLM方案，该方案利用离散多音调制（DMT），通过一次逆快速傅里叶变换（IFFT）和循环移位相加运算获得多个候选信号，达到降低计算复杂度的目的。仿真和实验结果表明，所提出的SLM方案在保证获得较好的PAPR抑制性能的前提下，显著地降低了计算复杂度，同时提高了系统接收灵敏度。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2018年第38卷第8期 pp.0806003      

安宁   陈煜丰   刘承志   范存波   刘源   宋清丽   温冠宇  

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作为评价卫星激光测距系统（Satellite Laser Ranging，SLR）的一个重要参数，系统的最大探测距离（Maximum Detection Range，MDR）代表着该系统测距能力的强弱，对SLR结构设计具有重要意义。基于激光在大气的传输特性，提出了利用斜程传输理论计算激光在大气的衰减程度，结合激光雷达公式，建立了SLR系统的斜程传输最大测距模型，通过分析数值仿真结果及长春站SLR系统MDR实测值，对SLR系统的最大传输距离进行了系统性研究。结果表明，在一定范围内，SLR系统的MDR值随着望远镜发射仰角的增大而增大。与其他常见的模型相比，利用斜程传输最大测距模型得到的MDR值更接近实验值，其误差率减小了一个数量级，仅为4.3%，表明了该模型可有效计算SLR系统的最大探测距离，这为研究SLR系统特性和结构设计提供了新的研究思路及方案。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第9期 pp.0901003      

陈艳   李中梁   南楠   步扬   王瑄   潘柳华   王向朝  

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偏振频域光学相干层析成像（OCT）中图像质量受散斑噪声影响较大，散斑噪声会使图像细节变模糊，降低图像清晰度。针对此问题，本文提出了一种分光谱降低偏振频域OCT散斑噪声的方法。该方法将系统的全光谱信号分为多个光谱信号，对每个分立的光谱信号进行窗函数滤波，单独进行常规数据处理，然后将处理后的各个分光谱进行平均合成，达到降低散斑噪声的目的。用Matlab对该方法进行了仿真，同时搭建了实验系统对离体生物样品鸡胸肉进行检测。仿真计算和鸡胸肉样品实验结果表明，该方法可有效降低散斑噪声，提高偏振图像质量。

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于志亮   姜晓明   王岩   李松   曹开锐  

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由于空间激光通信精瞄系统中压电式快速倾斜镜(FSM)存在着迟滞非线性特性，不仅降低精瞄系统定位精度，而且对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响，针对这一问题，本文通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性，提出一种基于PLAY迟滞算子改进Prandtl-Ishlinskii（P-I）数学模型及参数辨识方法，并利用该模型对迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。为进一步提高系统跟踪精度，在线性化的基础上，设计了静态输出反馈控制器，形成复合控制方法。并以已在轨运行的“实践十三号”卫星所搭载的激光通信终端精瞄系统为基础设计了实验，来验证该复合方法的有效性，对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号进行测试，实验结果表明，改进P-I模型最大拟合误差在1%之内，前馈模型逆补偿使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内，复合控制方法系统跟踪误差降低了80%。

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刘航   卢麟   朱勇   吴传信   张宝富  

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针对大气折射分布对双波长空间激光授时系统引入的授时偏差问题，利用实测气象数据建立了大气折射率分布对授时偏差的影响模型，以此为基础仿真研究了地面终端捕获模式和星上终端捕获模式下双向链路不对称时延差和收发终端位置偏差随不同地区、不同月份和不同天顶角的变化规律。结果表明：大气压强越低，大气温度越高，不对称时延差和位置偏差越小；星上终端捕获模式下的授时偏差达到百皮秒量级；地面终端捕获模式下的授时偏差达到纳秒量级，通过进一步的双向精密对准可将其减少到十皮秒量级。在卫星过顶时间内，不对称时延差和位置偏差随天顶角的变化而变化，并且存在地面终端地理位置差异，需利用模型实时校消不对称时延差和收发终端位置偏差。

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时家明   赵大鹏   刘瑞煌   董海龙  

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现代探测系统从单一工作模式向复合工作模式的转变，对隐身材料提出了某些特殊的要求，而传统材料尚难以实现新的突破。作为一种新型人工结构材料，光子晶体基于光子带隙的高反射特性可以实现热红外隐身。为了研究环境辐照对高反射红外隐身材料隐身效果的影响，本文采用传输矩阵法和蒸发镀膜工艺，设计并制备了中、远红外双波段兼容隐身的光子晶体薄膜。采用电子扫描透镜和傅立叶红外光谱仪分别测量出该光子晶体膜层的实际厚度和中、远红外光谱反射率，所得结果与理论设计相吻合。以该光子晶体薄膜、红外隐身涂层和常规迷彩布作为待测样品进行红外隐身实验，在内部热源和外部环境辐射的共同作用下，测试了这三种隐身材料的辐射温度。结果表明，光子晶体薄膜在中、远红外双波段抑制红外辐射的能力最强，室外环境辐照对光子晶体薄膜对远红外波段隐身效果的影响较小，以及在绝大部分角度范围内对光子晶体薄膜对中红外波段隐身效果的影响较小，其实际隐身效果仍然优于红外隐身涂层和常规迷彩布。

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张海娇   孔慧华   孙永刚  

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能谱CT在数据采集过程中可以区分光子能量，并同时得到多个能量通道的投影。由于单个能量通道只包含了总光子数的一小部分，且大多数光子计数探测器只能承受有限的计数率，所以多通道投影通常含有较大的噪声。为了从噪声投影中重建出高质量的能谱图像，利用不同能量通道下重建图像具有结构相似性，提出一种基于结构先验的加权NLTV（non-local total variation）重建算法。本文设计了简单和复杂两种模型进行仿真，通过比较TV（total-variation），NLTV，加权NLTV，基于结构先验的加权NLTV四种去噪算法的重建效果，表明本文提出的算法对复杂模型和高噪声模型具有明显优势。

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谢臣瑜   李健军   袁银麟   康晴   朱冰清   李孟凡   郑小兵  

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成像区域大气校正仪内部杂散辐射是光学设计以及性能评估的一项重要指标，尤其针对红外波段的光学系统，其内部的杂散辐射不可忽略。为定量测量仪器内部的杂散辐射输出，本文提出了一种基于辐射定标的方法来获取仪器内部的杂散辐射。通过控制变量得到仪器输入与输出之间的线性关系，建立辐射定标的模型，用实验的方法测量了仪器在不同环境温度下的本底信号值，并与理论计算的内部杂散辐射相比较，最大偏差为4.45%，验证了该方法的有效性。该方法可以计算大气校正仪在不同环境温度以及不同增益下的杂散辐射，不仅简化了实验过程，也可以对大气校正仪内部杂散辐射指标进行评估。

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陈琪   张华  

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本文基于新的多形状冰云参数化方案和BCC-RAD辐射传输模式，详细分析了在辐射传输算法中通常使用的HG (Henye-Greenstein)近似对冰云短波辐射传输过程的影响。对于单个冰晶粒子光学性质，HG近似对相函数勒让德展开式第3和第4项系数计算造成了较大误差，最大误差分别为-0.28和-0.33，最大相对误差分别为-55.7%和-73.8%。第4项系数的误差绝对值和相对值均高于第3项系数。进一步分析发现，HG近似在可见光区造成的误差高于近红外区。对于冰云体积光学性质，HG近似同样对第3和第4项系数造成了较大的误差，最大误差分别为-0.18和-0.22，最大相对误差分别为-27.9%和-37.1%。第4项系数的误差高于第3项系数,可见光区误差高于近红外区，与对单个冰晶粒子光学性质的影响一致。HG近似也对有云大气的辐射传输过程计算造成了较大的误差。对短波向下辐射通量造成的最大误差为-2.78W/m2，对短波向上辐射通量造成的最大误差为-1.06W/m2，对短波加热率造成的最大误差为0.27K/d。HG近似低估了短波辐射通量量，高估了云内加热率。因此，在冰云辐射传输计算中需精确描述相函数。

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吴金达   卢瑾   任宏亮   覃亚丽   郭淑琴   胡卫生  

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针对高阶正交幅度调制 (32QAM) 和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，提出了一种基于广义回归神经网络(GRNN)的非线性均衡算法。对接收端进行相位噪声恢复之后的一定样本的训练数据，进行训练学习得到GRNN网络的唯一参数平滑因子，然后对测试数据进行非线性均衡。基于传输速率50Gb/s，传输距离为100km的CO-OFDM系统进行了仿真验证。仿真结果表明，在大线宽下和高阶调制下，GRNN对系统的非线性损伤补偿效果优于相应BPNN网络，且其训练运行时间远远小于BPNN网络。该非线性均衡算法能极大促进CO-OFDM系统在中长距离光纤传输中的应用。

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李竺强   朱瑞飞   高放   孟祥玉   安源   钟兴  

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高光谱遥感影像分类通常基于地物光谱特征，但影像中同时还存在丰富的空间信息，许多研究表明空间信息的有效利用能够显著提高图像分类效果。卷积神经网络(CNN)已成功地应用在图像分类领域，因为卷积网络的特殊结构，对于二维图像分类具有很好的效果。那么如何将卷积网络应用到高光谱遥感影像中成为了技术关键。结合高光谱影像中的空间特征与光谱信息，我们提出一种适合于高光谱像素级分类的深度学习三维卷积神经网络模型（3D-CNN），并在初始分类的基础上利用多标签条件随机场进行优化。实验选取了三个通用公开高光谱数据集(Indian Pines数据集、Pavia University、Pavia Center数据集)进行测试。实验表明分类优化后精度上得到很大提升，总体精度可达98%，Kappa系数达到97.2%.

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王迪   李璇   皮浩洋   杨飞   叶青   蔡海文  

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理论分析了紫外准分子激光相位掩模法刻写光纤布拉格光栅时相位掩模板干涉场的形式以及对比度特征，并结合干涉光场对比度与光纤光栅折射率调制度的关系，通过实验测量证明了随着光纤与相位掩模板距离的增加，相位掩模板形成的干涉光场对比度会越来越低，这种对比度的降低导致了光纤布拉格光栅损耗的增加。进一步的分析显示非±1级衍射能量的增加、紫外光束斜入射角度增加、紫外激光时空相干性的恶化等因素也会导致干涉场对比度降低，因此实验上要尽量避免这些不利因素的影响。本文的研究结果为高功率FBG刻写装置的光源、相位掩模板的选择以及光路调试等具有重要的指导意义。

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胡佳洁   李素梅   常永莉   侯春萍  

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视差是影响立体内容视觉舒适度的主要因素之一。论文首次结合视觉显著特性，通过大量主观实验定量研究视差因素对立体图像舒适度的影响。首先利用立体显著区域提取算法获得显著立体图像，并用眼动仪验证其合理性；然后采用像素平移法对显著立体图像进行视差变换，得到实验素材并进行大量主观实验；处理实验数据，得到舒适视差的定量范围。实验结果表明：人眼对水平视差和对垂直视差的舒适度响应差异很大，水平视差舒适范围为（-0.394°，0.610°），可接受的垂直视差范围为（-0.09°，0.11°）。验证实验的正确率在90%以上，表明本文所得舒适视差范围很好地反映了立体图像的主观舒适度，能为制作立体内容提供更符合人眼视觉特性的定量标准。

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李小龙   王静鸽   张利平   李新忠  

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为研究半球形空腔对等离子体辐射的增强作用，利用不同直径的半球形空腔对激光烧蚀合金钢产生的等离子体进行约束，发现半球形空腔对等离子体辐射的最佳增强倍数随着半球形空腔直径的增大呈现先增大后减小再增大最后减小的规律，且最佳增强倍数对应的延迟时间与半球形空腔直径存在线性关系。分析结果表明最佳半球形空腔直径为10mm，延迟时间为10μs时采用该直径的半球形空腔对等离子体辐射具有最优增强效果；对无约束和半球空腔约束下的等离子体辐射光谱进行了空间分辨测量，研究发现无约束情况下随着膨胀扩张等离子体演变为尺寸较大且强度较低的辐射源，而半球形空腔约束情况下等离子体尺寸较小但是强度较高。研究结果表明，等离子体的辐射增强是半球形空腔对等离子体的三维空间压缩效应引起的，且增强效果受半球形空腔直径的影响。

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张文颖   劳达宝   周维虎   朱浩然  

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针对测角系统在线校准问题，提出了一种基于多读数头布局的自校准方法。通过多组传感器的测量数据，利用圆封闭原则和傅里叶级数的性质，建立测量值与误差之间的函数关系，并基于多读数头布局原理，对自校准读数头布局进行了优化，提高了校准方法对误差的抑制能力，实现单读数头测角传感器的自校准。设计了单轴转台，搭建了自校准测角系统，并进行了实验验证，实验结果表明，测角系统采用自校准方法后，单读数头测角传感器测角误差为6.10″，在相同测量环境下，其校准精度接近借助外部参考标准的传统谐波标定方法。研究表明自校准方法可有效抑制测角误差，提高测量精度效果明显。

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王健   钟哲强   张彬   孙年春  

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惯性约束聚变；复合型光栅；扫动速度；功率谱密度；成丝

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邓杨春   赵军磊   戴云   张雨东  

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在早期的研究中，研究者认为采用出入瞳直径相等的双通系统进行人眼像差测量时，由于两个通道的奇像差相互抵消，造成奇像差(例如：彗差)无法测量。本文建立全新的模拟眼模型进行实验，验证双通系统在波前测量时，是否存在人眼奇像差抵消的现象。采用典型双通系统——哈特曼波前探测系统进行实验，出瞳光阑大小固定为6mm，改变系统入瞳光阑大小（1mm-8mm）。实验表明，双通系统中，人眼奇像差在出入瞳直径相等时可测，且人眼奇像差测量与出入瞳直径差异无关，最终得到人眼奇像差测量在双通系统中不抵消的结论。

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郭凤霞   乌云   李滨   戚俊  

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亮光构件表面缺陷引起的微小形状突变能够通过反射条纹的畸变凸显，因此反射条纹技术可应用于反光物体的表面质量检测。本文提出了一种基于反射条纹图像的冷冲压阀片表面压痕机器视觉检测方法，通过该方法提取阀片条纹图像信息，并进行缺陷特征自动识别。采用滤波去噪和多尺度Retinex算法等系列预处理方法提高图像质量，通过条纹中心线、子窗口像素和及投影向量等特征参量的选择降低计算的复杂度并增加计算系统的鲁棒性。实验表明，基于反射条纹图像的阀片表面压痕检测方法具有高精度、高效率等特点，实现了阀片表面细微压痕的有效识别，识别精度可达0.1毫米，检测效率(单张检测目标耗时2s)满足阀片生产线的实际在线检测需求。

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宋牟平   尹聪   陆燕   朱伟基   吴媖   庄守望  

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相位敏感光时域反射计（φ-OTDR）使用相干性较好的窄线宽光源，传感光纤中激励光脉冲产生的散射光发生干涉，利用干涉光的变化对外界扰动进行检测，具有较高的灵敏度。但传统的幅度检测φ-OTDR的结果难以实现定量检测，需要进行相位解调。基于3×3迈克尔逊干涉仪的相位解调系统是一种较好的解调方案，但直接解调的结果存在空间分辨能力小于传统幅度检测φ-OTDR的问题。采用四路检测方法来保持φ-OTDR的空间分辨能力，只需在系统结构中增加一路检测。同时考虑到窄线宽光源产生的脉冲内干涉对解调造成的不利影响，在提出四路检测相位解调φ-OTDR的基础上，从瑞利后向散射光的角度对基于3×3迈克尔逊干涉仪的相位解调φ-OTDR进行分析,并通过实验进行验证。完成了对5km传感光纤上扰动信号的定量检测，检测线性度为0.9956，解调相位的幅度达到31.85rad，解调系统的空间分辨率与传统的幅度检测φ-OTDR相同。

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郑成林   何顶顶   费庆国  

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为了提高数字图像相关法的抗噪声能力，分析了灰度梯度计算误差对数字图像相关法测量精度的影响，提出了采用Tikhonov正则化方法计算图像灰度梯度，进而通过IC-GN法计算图像亚像素位移的改进算法。首先，基于数值仿真散斑图，研究了灰度梯度的相对计算误差。并分析了采用Tikhonov正则化方法计算图像灰度梯度后，改进数字图像相关法的测量精度。随后结合试验验证了本文方法在实际噪声环境中的抗噪声能力。数值仿真和试验结果表明：灰度梯度对数字图像相关法测量精度有较大影响，而采用Tikhonov正则化方法后，可以有效提高数字图像相关法的测量精度与抗噪声能力。

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张春悦   徐抒岩   许博谦   齐鑫   鞠国浩  

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色散条纹共相误差检测技术需要以一定的方法对采集的色散条纹图像进行处理、分析才能得到所对应平移误差值。与其他色散条纹分析方法相比，主峰位移提取法能够同时适用于大量程与一个波长以内小量程平移误差探测。但是，其探测精度容易受到条纹中心线标定误差的影响。为对该影响进行修正，本文首先通过分析平移误差对双孔衍射图样的影响，提出了一种色散中心线位置自适应提取办法；在此基础上，结合主峰位移提取法基本原理，提出了修正条纹中心线标定误差影响的办法。最后搭建实验光路，验证了所提出修正方法的有效性。实验结果表明，在存在中心线标定误差的情况下，能够取得小于30nm的测量精度，相比修正之前精度大大提高。本方法将有效提高主峰位移提取法的抗干扰能力与工程实用性，对于基于色散条纹图像的共相位误差检测技术具有重要意义。

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李雪艳   蒋燕义   姚远   毕志毅   马龙生  

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通过将光学腔与外围热屏蔽层之间的热传递模型等效为多级RC积分电路，计算得到光学腔的温度对外界环境温度变化的响应特性。用此方法探讨了当热屏蔽层的质量限定时，热屏蔽层与光学腔的距离、热屏蔽层的层数和厚度对光学腔的温度响应特性的影响。计算分析结果表明，热屏蔽层与光学腔的距离从40 mm减小至5 mm、可使光学腔的温度响应时间增加一倍；热屏蔽层的层数从一层增加至三层时，且增加光学腔的最内层热屏蔽层的厚度，可使光学腔的温度对快速环境温度变化的敏感度减小一个数量级以上。通过采取优化后的光学腔的热屏蔽层设计，有望提高锁定于光学腔的稳频激光的频率稳定度。

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王文秀   傅雨田   董峰   李锋  

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针对红外船只图像较模糊导致的目标准确率低、速度慢等问题，提出了一种基于深度卷积神经网络的分类算法。首先采用基于标记分水岭分割算法，提取红外船只图像中的连通区域，并对原图相应的目标位置进行标记和归一化处理，提取候选区域。然后，采用深度CNN网络（改进的AlexNet）进行船只目标识别，将提取的候选区域送入改进的AlexNet进行特征提取和预测，得到最终检测结果。分水岭方法可大大减少候选区域检测时间，减少深度CNN网络识别时间。利用实验室自制的红外成像系统获取近千张红外船只数据，并对其平移缩放形成的数据集进行仿真实验，结果表明，标记分水岭与深度CNN网络的结合，可有效识别船只目标，本文方法具有良好的性能，能够更加快速、准确地识别红外船只目标。

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杜虎兵   张少锋   宇建红   李军宁  

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相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术。但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性，本文提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。提出的方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定，运用三帧随机相移算法提取测量相位，从而大大简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于基于随机相移思想，假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知，提出的方法可以有效地降低相移器的应用要求。另外，提出的方法在相位解调过程中不受背景光影响，且对条纹图非正弦光强分布不敏感，具有精度高，应用容易的特点。实验表明，提出的方法精度高，速度快，优于现有的典型算法。

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武伟   王世刚   赵岩   钟诚  

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集成成像需从不同角度记录3D物体的空间信息，因此计算量大，时间长。针对这一问题，本文提出窗截取的立体元图像阵列快速生成方法。模拟真实透镜阵列的结构，建立采样模型，根据显示平台光学参数计算得出虚拟3D物体对应每个虚拟透镜元中的图像即立体元图像，然后采用窗截取的方式生成立体元图像阵列。改变采样点和窗函数可以生成任意孔径任意排列结构的立体元图像阵列。实验搭建基于LED的集成成像显示平台，设计了与LED匹配的方形、六边形、圆形孔径的透镜阵列，选取不同类型的3D模型对比立体元图像阵列的计算时间和立体显示效果，其结果表明：在不改变立体显示效果的前提下，当立体元图像的分辨率高于透镜阵列的采样率时，本文所提方法更快。

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吴嘉宝   张示城   胡依奇   林功伟   钮月萍   龚尚庆  

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基于腔内极化子的量子理论，本文从实验上研究了腔内电磁诱导透明现象。采用铷原子气体，通过升高铷气室温度，使原子数目大量增加。当集体强耦合满足时，弱的控制场也能实现腔内电磁诱导透明以及线宽的显著压窄。随着温度的继续升高，即耦合效应的增强，腔线宽被进一步压窄。

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常永莉   李素梅   胡佳洁   韩旭  

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对影响立体图像观看舒适度的因素进行研究是立体成像技术领域的关键问题之一。本文结合视觉注意机制特性，定量研究饱和度因素对立体图像舒适度的影响。首先，得到立体显著度图，利用模糊隶属度原理和掩膜对其优化获得最终的显著立体图像，并用眼动仪对所得立体图像显著区域的正确性进行验证；然后，采用改进的逐级逼近法进行主观实验，通过大量的实验数据得到显著立体图像的舒适饱和度匹配图和差异图。实验结果表明，双目视图舒适饱和度平均差异值最大可为0.29，即左右视图饱和度差异不能过大。验证实验表明本文所得舒适饱和度范围能够更好地反映立体图像的舒适与否，该成果不仅为立体图像舒适度的研究提供了新的依据而且为立体内容的制作商提供了技术标准。

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冯凤珍   白丽华   郑晓晓  

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使用经典系综模型研究了Mg原子在低于重碰撞阈值激光强度下的非序列双电离（NSDI）。周期量级线偏振激光脉冲条件下，当激光强度为1×1013 W/cm2时，末态关联电子动量谱（CMD）中的电子对主要分布在第二、四象限，这与之前实验上低强度激光脉冲驱动惰性气体原子NSDI中观察到的反关联情形一致。当激光强度为3×1013 W/cm2时，CMD中的电子对主要分布在第一、二、四象限，在第一象限出现的电子对呈现了明显的关联行为。分析重碰撞和双电离之间的延迟时间显示，不同的延迟时间对应着不同的电离过程。对于延迟时间小于半个周期的双电离事件，两个电子倾向于反方向出射。而对于延迟时间大于半个周期的双电离事件，存在同方向出射的电子。延迟时间在电子出射过程中扮演了重要的作用。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0702003      

侯立飞   杜华冰   车兴森   韦敏习   余波   杨国洪   刘慎业  

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本文在微带结构CVD探测器的基础上，利用同轴结构输出部件结合RC隔离直流电路，制作了单端连接同轴探测器。该探测器主要用于激光等离子体的X射线测量。探测器采用圆柱体CVD金刚石，直径为4mm。金刚石一个端面镀有网格状电极，另一端镀有圆盘状电极。网格状电极既可保证偏压正常施加，也可使X射线可直接照射至金刚石表面。探测器的时间响应特性实验是在短脉冲激光装置上开展的，实验结果显示探测器上升时间为61ps。CVD金刚石探测器的时间性能研究为探测器的优化改进提供了基础。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0704001      

朱冰青   袁银麟   康晴   张梦雅   郑小兵   方勇华   李健军   吴浩宇   丁蕾   李孟凡  

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带内相对光谱响应度是检测和评估偏振遥感器带内响应非一致性的基本参数。本文采用基于激光泵浦氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜，搭建了一套偏振遥感器相对光谱响应度测量装置。该装置采用消偏器消除单色仪输出的偏振特性，通过光谱偏振分析仪进行消偏精度测量和验证。采用分束镜同步测量的方法，降低光源的非稳定性影响，提高测量精度和效率。采用大气校正仪490nm和870nm偏振通道作为应用案例，开展了带内相对光谱响应度的整机测试实验。实验结果表明大气校正仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.25%以内，满足带内响应非一致性优于0.6%的定标要求。

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高岗   李俊   刘旭安   史博   汤玉泉   庞涛   郑青   孙礼明   董凤忠  

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本文针对水泥行业中袋式除尘器破袋检漏定位问题，提出了基于分布式光纤振动传感的检漏定位方法。分布式光纤振动传感系统灵敏度高，可以检测到布袋破损后粉尘气流对光纤产生的微振动信号，以此判断布袋是否破损，并通过时域差分法来定位破袋。搭建了一套相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR)，通过室内模拟实验得出该系统最大信噪比为10dB，实际空间分辨率23.7m，同时验证了该系统能够响应低频粉尘气流扰动信号。在现场平台实验基础上，结合支持向量机(SVM)算法对现场测试数据识别分类，平均破袋识别准确率可达97.8%。结合φ-OTDR分布式系统与SVM算法可以有效解决袋式除尘器破袋检漏定位问题。

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孙晶   黄普明   幺周石  

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大气湍流引起的光强闪烁使得空间光通信系统性能恶化，而分集接收技术可有效改善这一影响。为进一步分析其对相干接收系统性能的影响，基于BPSK调制、外差相干接收，建立了Gamma-Gamma湍流信道模型下自由空间光通信分集接收系统模型。分析了不同湍流强度和接收天线数下，分别采取最大比合并(maximum ratio combining, MRC)、选择合并(selection combing, SC)和等增益合并(equal gain combining, EGC)时对应的系统误码率和通信中断概率，并与相同接收口径下的传统单天线接收系统进行了性能比较。研究表明：MRC、EGC分集接收对大气湍流下的相干通信系统性能有明显改善，而SC分集接收仅当平均信噪比低于某一阈值时对系统性能有所优化。

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安喆   徐熙平   杨进华   刘洋  

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为了提高驾驶员在行驶车辆过程中的安全性，设计了一种结合图像语义分割的增强现实型平视显示系统（AR-HUD）。本文首先提出了一种改进的SSD网络对道路场景图像进行语义分割，网络前端采用VGG-16对图像进行特征提取，网络后端对获取的特征图进行上采样，从而对特征图进行像素分割。通过对网络的训练，得到了场景目标的像素级分类结果，即环境的语义内容信息。随后通过分析真实场景、光学显示系统、驾驶员之间的关系，将计算机产生的虚拟信息叠加到真实场景，并将显示内容注册到驾驶员视野中，从而提高了行车安全。实验结果表明，语义分割算法的准确率能达到77.8%，本文算法对每帧图像处理的时间平均为45ms，大约22fps。

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韩宇   张启灿   吴应山  

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在现有的各种先进的计量技术，如光学干涉测量、光学三维传感、卫星雷达干涉测量（SAR）以及核磁共振成像（MRI）中，二维相位展开是后期数据处理的关键步骤。本文通过仿真模拟存在噪声干扰的情况，比较了空间相位展开常用方法中的枝切法、最小不连续法、快速相位展开三种算法的抗噪性能。结果显示相对于另外两种算法，最小不连续法具有较好的抗噪性能，但其耗时却远大于其他两种算法。综合三种算法的优缺点，提出枝切法和快速相位展开算法分别与最小不连续法融合的两种算法。新算法既利用了枝切法与快速相位展开算法展开速度快的优点，又利用了最小不连续法抗噪性能强的优点，使得融合后的两种算法展开速度提升的同时，又保证了相位展开的准确性。仿真模拟和实际实验结果验证了新算法的有效性。

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朱斌   王国利   李小勇   周效信  

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采用精确的依赖角动量量子数的模型势，通过求解三维含时薛定谔方程，提出了实现He原子在激光脉冲驱动下从基态跃迁到较低激发态(n≤3)的途径。研究结果表明，通过优化可以获得合适的激光脉冲参数（如波长、峰值强度和脉宽等），利用这些激光脉冲驱动He原子可以制备得到布居数可控的激发态。对于2s、2p、3p激发态，激光脉冲结束时的布居可以达到100%。而对于3s、3d态来说，由于它们的能级差很小，最终的布居可分别达到0.8和0.86。本文研究结果为实验上制备低激发态He原子提供详细的激光参数，同时为研究He原子在强激光场中的高效发射高次谐波提供重要的参考。

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褚金金   崔桂华   柳耀武   徐婷   阮秀凯   蔡启博   谈燕花  

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针对传统多光谱成像颜色测量系统存在的光谱反射率重建算法复杂计算量大、操作繁琐耗时、成本高等缺点，本文提出一种采用LED主动照明光源和黑白高速相机构建多光谱成像颜色测量系统的新方法。与类似的多光谱成像颜色测量系统不同，该方法采用多个单色LED组合拟合出相对光谱功率分布与相机光谱灵敏度曲线成倒数关系的照明光源，并利用黑白相机的输出响应直接重建物体的光谱反射率。实验结果表明与分光光度计测量结果相比较，该方法测量Macbeth ColorChecker 24标准色卡的光谱反射率的平均误差在2.3个CIELAB色差左右。该系统具有原理简单可行、不需要滤光片，并且光谱反射率重建算法简单快速等优点。

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诸波尔   李思坤   王向朝   戴凤钊   唐锋   段立峰  

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提出了一种基于多偏振照明的浸没式光刻机投影物镜高阶波像差快速检测技术。通过采用一元线性采样方式，在不同偏振照明条件下采集浸没式光刻机投影物镜的空间像进行主成分分析，提升了建模速度，在快速建模的同时完成了高阶波像差的高精度检测。与基于Box-Behnken Design统计抽样方法的超高NA光刻投影物镜高阶波像差检测方法相比，本技术有效降低了采样数，提高了采样效率，提升了建模速度。采用光刻仿真软件PROLITH对本技术进行了仿真验证，并分析了照明方式对高阶波像差检测精度的影响。仿真结果表明，该技术对高阶波像差（Z5~Z64）的检测精度优于1.03mλ，同时将建模速度提升了约30倍。

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莫德林   张永生   王涛   张艳  

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成像仿真是相机研制必不可缺的关键步骤。航空线阵摆扫式相机远程、大倾角成像的特点，容易导致成像仿真过程中坐标投影计算迭代不收敛。针对这一问题，提出一种视向量分段迭代的坐标投影计算方法。首先将迭代窗口内的视向量进行分段，根据像点坐标和其所在扫描行的外方位元素计算各分段处的高程与对应的地面点的高程之差，寻找差值最小的分段；然后在该分段处继续构建迭代窗口进行计算，直至高程差值的最小值小于给定的阈值，得到像点坐标对应的地面点三维坐标；最后将该地面点对应的正射影像上的灰度值赋予模拟影像的像点，生成仿真影像。通过3组不同地形的实验数据成像仿真结果表明，该方法成像仿真的精度高于0.005像素，且其鲁棒性较高，能够适用于大倾角成像方式的成像仿真。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0728002      

陈兵   查宇飞   李运强   张胜杰   张园强   库涛  

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行人重识别的精确度主要取决于行人的特征描述，现有的基于卷积神经网络的方法，对图像的监督信息利用不充分，且容易过拟合。针对这些问题，本文提出了一种全批量学习的模型，通过充分利用图像监督信息和约束样本间的距离关系这两个方面的改进使网络得到判别性强的特征。本文首先通过利用批量内图像之间的距离关系来构造难分负样本对和设置距离门限防止网络过拟合来改进对比损失函数，以达到充分利用图片相似性信息和防止网络过拟合的目的。其次，通过结合分类模型和验证模型，利用了图像的类别信息，使批量内图像的所有监督信息都得到了充分利用。实验中，本文在Market1501、DukeMTMC-reID数据库上对算法的有效性进行验证，实验结果表明，本文算法得到的特征具有更强的判别性，而且本文算法的平均识别精确率优于大多数先进算法。

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梁凤超   李敏   吴东岷  

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本文利用定向耦合器代替Y形分支结构，在X-cut铌酸锂基底上设计了一款具有低驱动、高调制参数的M-Z型电光调制器。采用有限元法对定向耦合器的原理及影响因素进行了详细分析和精确计算，并对电光调制器的关键结构参数进行了优化。结果表明：（1）光波沿着定向耦合器传播时，能量在两波导中来回交替，呈正弦和余弦函数分布，并且耦合长度随着其间距的增大而快速增大。（2）在调制臂长为3cm，光波长为1550nm的情况下，单臂调制所获得的半波电压Vπ为2.22V,调制参数S21为-51.13dB；（3）通过对调制臂进行截面分析，给出了电场Ex分量、电位移矢量Dx分量和光模分布，并求得积分重叠因子为0.486；同时还表明脊形波导结构有利于提高电光作用效率。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0713001