胡杰   王奕斐   邢志坤   王震   闫志君   孙琪真   刘德明   刘陈  

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为实现低起振阈值、高转换效率的窄线宽随机激光输出，本文提出基于随机分布光栅阵列的窄线宽随机光纤激光器。基于随机分布光栅阵列的随机光栅可有效提升随机光纤激光器的起振阈值与泵浦效率。在满足光局域化的前提下，我们利用随机光纤光栅超窄反射峰，搭建环腔结构的随机光纤激光器，实现了1.33kHz的窄线宽随机激光输出，起振阈值为24.5mW，斜率效率约为10%，且激光输出功率与波长处于稳定状态。对比现有的窄线宽随机光纤激光器方案，其拥有更低的阈值、更高的斜率效率、更短的腔长以及相对简单的结构。 该窄线宽随机光纤激光器有望在光通信、高功率窄线宽光纤激光器、光纤传感等领域得到进一步应用。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1614002      

唐超影   叶鹏钊   肖飞   范蒙   冯华君  

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近红外与可见光融合技术在低照度场景中具有非常重要的实际应用价值，通过图像融合获得同时包含可见光的色彩和清晰红外图像信噪比的图像。本文提出一种基于卷积神经网络的双光融合算法，采用端到端网络实现图像融合。采集了真实场景并精确配准的近红外-可见光图像对作为训练集样本，提升了网络对实际数据的效果。通过对训练样本融合预处理，网络能够从红外图像中提取更多的细节纹理信息。各项测试表明，本文算法在主观感受和客观评价上均优于现有算法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1610001      

蒋勇   张远恒   刘昕宇   古廷威   周照明   张敦祥   陈世龙   刘娟   邱荣   王毕艺   官上洪   郭德成   王慧丽  

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针对激光诱导K9玻璃元件体损伤问题，利用在线成像技术，获得元件激光诱导体损伤时的侧面和正面图像对其损伤增长特性进行研究，并分析体损伤中成丝损伤的特点以及成丝损伤中成核损伤及裂纹对损伤增长的影响。结果表明，当激光辐照能量较大时，体损伤会以成丝损伤和成核损伤及损伤增长的形式出现，但只有最靠近入射激光方向的成核损伤点会在后续激光辐照下出现持续增长现象，成核损伤的损伤增长中的裂纹更多表现为向纵向和逆激光传播方向扩展。同时，在相同能量的激光辐照下，损伤面面积的增长强烈依赖于成丝损伤点的长度，且侧面方向观察到的损伤点的损伤增长系数大于从正面方向观察到的损伤点的增长系数。研究结果对于K9玻璃元件体损伤及其在后续激光辐照下的损伤增长规律及机理研究具有参考性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1614003      

郭春丽   黄敏   习永惠   潘洁  

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为研究基于不同原色光谱的显示设备对观察者颜色匹配精度和观察者间差异的影响，实验选取了6通道（R1R2G1G2B1B2）LED发光面板，并组合为4种RGB匹配原色光谱。组织了24名年龄分布在21岁～25岁的色觉正常观察者，以NEC-PA242W专业显示设备上呈现的6个颜色（包括白色和CIE推荐的5个颜色）为目标色开展颜色匹配实验，共采集到720个数据。用CIE1976 u’v’色品参数对颜色匹配精度进行分析，结果表明：不同观察者基于636-524-452nm组合得到的配色精度更高，△Eu’v’值为0.0062；基于636-524-472nm组合得到的配色准确性较差，△E u’v’值为0.0084。用观察者匹配颜色的u’v’值构建观察者协方差色度椭圆，基于636-524-452nm组合得到的椭圆平均尺寸最小，为0.0055；636-508-452组合最大，为0.0094。发现颜色匹配精度和观察者间的差异，受红通道影响较小，受蓝通道和绿通道的峰值波长位置影响较大。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1633001      

董震   孙林   刘喜荣   王永吉   梁天辰  

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GF-6 WFV传感器是搭载在高分六号卫星（GF-6）上的我国首颗具有红边谱段的多光谱卫星，该数据具有高空间分辨率、宽覆盖、数据质量高等特点。为提高该卫星数据的利用效率，本文研究了GF-6 WFV数据的云检测算法，主要是在自动阈值云检测算法（CDAG）的基础上针对GF-6 WFV数据的特点进行改进。CDAG是一种基于高光谱图像模拟来确定多波段卫星传感器云检测阈值的方法，因为对可见光、近红外波段云与典型地表光谱差异信息的充分挖掘，而使其在大多数卫星传感器的云检测上表现出较好的效果。然而，该方法在亮地表上空的云，特别是薄云的识别上仍然存在较大的问题。为提高该方法的云识别精度，本研究加入了标准差指数和亮地表指数，来进一步提高亮地表上空云识别的精度，特别是薄云识别的精度。应用表明，改进的CDAG并能更有效地去除亮地表的影响，并能以较高的精度识别出在GF-6 WFV上的薄云覆盖像元。使用目视解译的云识别结果对云检测结果进行精度评价，总体精度达到85.16%，漏分误差和错分误差分别控制在14.84%和2.39%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1628001      

孔令琴   吴育恒   赵跃进   董立泉   刘明   惠梅  

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基于成像式光电容积描记(Image photoplethysmography, IPPG)技术的活体皮肤检测算法克服了传统皮肤检测技术鲁棒性差且无法区分活体皮肤的缺点，已成为目标检测和临床生命体征信号监测领域的研究热点。然而，现有的IPPG活体皮肤检测算法往往对图像进行规则化子区域分割，忽略了皮肤的轮廓信息且算法过于复杂，限制了其检测精度和实时性。本文提出了一种基于超像素分割的IPPG活体皮肤检测算法SPASD（Super pixel alive-skin detection, SPASD）。该方法利用零参数简单线性迭代聚类算法(Simple linear iterative clustering-zero parameter, SLICO)实现了皮肤轮廓的精确分割，提高了活体皮肤的检测精度；并行地提取各超像素子块的脉搏波并利用SVM对脉搏波信号和背景噪声信号进行训练分类，简化了算法复杂度，有效提高了算法实时性。实验结果表明，SPASD可以精确分割图像中的活体皮肤，有效保留了皮肤原有轮廓信息，提高了活体皮肤的检测精度和实时性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1310001      

徐德刚   闫超   聂港   唐隆煌   陈锴   王与烨   姚建铨  

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摘要: 同成分铌酸锂晶体（CLN）是最常用的太赫兹参量增益晶体，基于该晶体的太赫兹波参量辐射源具有太赫兹波输出能量高、连续可调谐等优点，但是其调谐范围相对较窄，一般为0.6-3 THz，限制了其实际应用。本文提出基于5% mol MgO: CLN晶体的脉冲种子注入式太赫兹波参量产生器（ips-TPG）,其太赫兹波频率调谐范围为1-4 THz，在2.0 THz处获得最大输出能量1.02 μJ。输出太赫兹波的3dB带宽达1.94 THz，占调谐范围的64.67%。该太赫兹辐射源具有宽带、增益平坦的特性，在实际应用中具有更高的价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1519002      

颜平远   涂洁磊   艾尔肯·阿不都瓦衣提   张炜楠   李雷   胡凯   雷琪琪  

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为获得包含布拉格反射器的太阳电池电子辐照下的退化规律与机制，本文利用光学膜系软件Macleod，设计出适用于晶格失配GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的布拉格反射器结构，并对嵌入该结构的三结电池开展1MeV高能电子辐照实验，结合数值拟合方法对电池电学性能退化做详细分析。结果表明，在布拉格反射器结构区域最高反射率的理论与实验误差为0.3%；随着辐照注量的增加，三结电池各项电学参数退化越严重并且短路电流退化率大于开路电压，三结电池的长波方向外量子效率（EQE）退化越严重并且Ge子电池的短路电流退化率大于其它子电池；相同辐照条件下，布拉格反射器结构带宽区域的最高反射率逐渐衰减，但在辐照注量低于2×1015e/cm2时仍能提升短路电流，表明布拉格反射器结构对抗辐照具有积极作用。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1631001      

陈毓锴   蒲涛   郑吉林   焦海松   李云坤  

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量子噪声随机加密(QNRC)是一种结合了量子力学原理和经典流密码思想的信息抗截获通信方法。为了对相位调制(PSK)QNRC系统的特性进行仿真验证与研究，本文利VPItransmission Maker Optical Systems 仿真软件，搭建了一套基于商用组件的仿真验证系统。具体地，基于任意波形发生器生成密文电信号及密钥电信号，并在接收端利用相位调制器及差分相移键控(DPSK)接收机从多进制密文信号中恢复二进制信号，最终实现了密文进制数为256，数据传输速率为2.5Gbit/s，传输距离为500km的无误码传输。同时，在严格的理论下，计算出量子相位噪声掩盖的量子态数目超过2，从而保证了传输的安全。该方案与强度调制(ISK)方案相比，避免了解调时收发双方功率必须匹配的问题。与ISK方案不同，进制数的增加不会劣化传输性能，同时有助于提高系统安全性，PSK方案与ISK方案相比，具有潜在的安全性优势。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1606001      

陈勇   谢伟明   路大举   李玉栋   吴运刚   袁强  

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吊窗流动气动光学效应会引起光束偏折、波前畸变与到靶能量衰减，它是制约ABL研制的关键因素之一。本文采用IDDES方法、双时间步LU-SGS方法、POD方法等开展数值仿真，并分析吊窗（D=0.14m）的尾迹流动气动光学效应的非稳态特性。数值仿真与油流试验对比证明本文的数值仿真方法是可靠的；吊窗流动易分离，K-H不稳定波引起分离剪切层失稳并产生脱落涡街，涡街与颈项涡等相互作用，在吊窗尾迹区产生复杂的非稳态流动；吊窗尾迹流动气动光学效应以稳态相差为主，占比达七成，它会弱化气动光学效应的非稳态特性；波前以低阶模态为主，阶数越高，模态包含更多小尺度结构；波前的PV与OPDrms的时均值0.62λ和0.14λ，变化幅度0.96λ和0.24λ，最大值1.26λ和0.30λ；光线主要在逆流动方向上偏折，瞄视误差的时均值51μrad、变化幅度41μrad、最大值75μrad；气动光学效应引起远场光斑峰值大幅降低，Strehl比在0.04~0.80之间变化，时均值0.48，最高降低96%。根据标度律，在海拔H=10km与吊窗直径D=2m条件下，波前的OPDrms时均值约0.48λ，气动光学效应将进一步加强，对ABL性能带来非常不利影响。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1601001      

徐顺雨   徐晓  

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以多目结构光对金属类物体进行三维测量时，由于反射光强随角度变化极大，各相机获得的结构光图像就会有明显的差异，从而降低了图像的匹配程度；而在某些反射强烈的位置，杂散光甚至造成线结构光无法测量的情况。此外，使用同一参数来对图像进行匹配或处理时，如果遇到反射率和反射性能差别较大的材料同时出现的情况，测量结果精度会比较差。针对上述问题，提出一种基于形成多次反射成像的结构光三维测量方法以及仪器标定方法。此方法通过建立多次反射像对应点的图像坐标与空间坐标的关系来解算结构光像点的空间坐标。实验表明，该方法在一定程度上克服了用结构光来测量高反表面时遇到的亮度反差大和高反问题，其测量精度在本文实验平台上达到0.1mm以内。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1612001      

胡轩   卢其楷  

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形态学特征能够有效挖掘高光谱图像的空间信息，在高光谱图像分类中得到了广泛关注。然而，图像中的目标通常具有复杂的形状和尺寸，现有方法难以充分挖掘地物的显著性空间信息。基于此，本文提出了一种基于显著性测度的形态学显著性剖面，根据区域内部灰度和轮廓信息计算显著性测度描述目标在场景中的重要程度，提取具有显著性测度局部极大值的重要区域，并通过多层级特征描述其空间信息。具体而言，显著性剖面的构造分为两步：第一步，利用基于显著性测度的属性滤波滤除图像冗余细节并保留图像的显著结构；第二步，根据图像中显著结构的组织结构生成层次化的空间特征。实验采用了两组高光谱数据集进行验证，实验结果表明该方法的分类效果优于其他形态学提取方法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1611001      

李建军   曹红康   邓军   文振宇   邹德恕   周晓倩   杨启伟  

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针对微显示对高外量子效率、低工作电流和稳定光谱波长的红光LED的需求，本文实现了一种将共振腔发光二极管与AlAs侧向氧化技术相结合的Micro_LED。该器件利用共振腔改变有源区自发辐射场的空间分布，将更多的光分布在光提取角之内以提高光提取效率，而且共振腔还有利于输出光谱波长的稳定。AlAs氧化孔对电流的横向限制既有利于降低侧壁的SRH非辐射复合，又可减小漏电，从而提高辐射复合效率。另外，P电极出光孔的直径大于AlAs氧化电流注入孔的直径，因此，金属P电极对出射光的吸收可以被有效地避免。在实验中，制作了3个并联的655nm Micro-RCLED，每个单元的出光孔径为17μm。 IdV/dI-I曲线的拟合结果显示合理的120Ω的串联电阻。器件在1 mA时的输出光功率为0.21mW，外部量子效率大于10％，并且可以在低于1μA的注入电流下点亮单个单元。另外，当工作电流密度变化12.5倍时，峰值波长仅增加1.5 nm，光谱的FWHM仅增加0.33 nm。这使得RCLED作为单色光源在Micro_LED中应用成为可能。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1526002      

朱瑞飞   马经宇   李竺强   王栋   安源   钟兴   高放   孟祥玉  

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国产卫星的快速发展，不断支撑着国内空间技术上的进步。除空间分辨率愈来愈高外，光谱分辨率也愈来愈精细。尤其是多/高光谱卫星，对定量遥感分析、环境监测、农林植被评估起到不容忽视的作用。联合像元谱段信息与空间结构特征，本文提出一种适用于多光谱遥感影像像素级分类的多层感知卷积神经网络(Multilayer Perception Convolution Neural Network：MPCNet)，并基于国产光谱卫星(Jilin-1GP01)影像在印度纳西克研究区进行地表覆盖分类算法性能测试。为保证实验的高可靠性，结合Landsat8、Sentinel-2A以及HJ-1A数据进行同步分类验证来进行定性与定量的评估。除此之外，选取三个当前流行算法SVM，LightGBM以及浅层CNN网络进行算法性能纵向比较。实验结果表明，国产光谱卫星Jilin-1GP01总体分类精度可达95.8%，Kappa系数达到0.948。MPCNet分类模型较其他方法中准确率较高的浅层CNN模型总体精度提升3.7%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1528003      

周智越   李昊   崔宇龙   黄威   王泽锋  

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报道了一种基于空芯光纤的光泵浦中红外HBr气体激光器。用一台可调谐的窄线宽2 μm连续波掺铥光纤放大器泵浦一段充低压HBr气体的4.4米反共振空芯光纤，通过将种子激光的波长精确调谐到HBr（同位素H79Br）气体R（2）吸收线1971.7 nm附近，使得处于振动基态v0 的H79Br分子跃迁至振动激发态v2，并在振动态v2与v1之间形成粒子数反转，通过跃迁选择定律同时激射出两条谱线R（2）和P（4），波长分别为3977.2 nm和4165.3 nm。当HBr气压为6.2 mbar时，4 μm激光最大输出功率为125 mW，相对于耦合进空芯光纤的泵浦光功率转换效率约为10%。通过进一步改善空芯光纤的传输损耗谱，提高泵浦光耦合效率，可大幅提升激光效率和输出功率，并且利用HBr分子的能级特性，将来有望实现大范围调谐的中红外激光输出。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1614001      

李志宇   林嘉睿   孙岩标   邾继贵  

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对零件上圆形特征的测量是工业制造中质量控制和自动化加工的重要方面。针对基于计算机视觉原理测量空间圆位姿适应性弱、鲁棒性不强的问题，研究了一种基于线结构光传感器的测量方法。根据图像上椭圆以及空间圆对应的两个二次曲面方程之间的转换关系，求取圆孔法向矢量，该过程需要借助一个虚拟锥面构建中间曲面转换矩阵；进而结合法向矢量和激光线与圆周两个交点的三维坐标数据构建圆孔平面，利用共线方程即可得到圆孔的孔心坐标和半径。对该测量方法实验验证，结果表明：在线结构光传感器与空间圆的各种姿态下，圆孔半径在2mm-4mm范围内，法向矢量平均误差为0.3°、半径平均误差为0.02 mm、孔心坐标平均误差为0.02mm。在对比实验中，该方法的对于半径为3.054mm的圆孔，半径最大误差为0.04mm,旧方法误差极值为0.23mm。从而验证了该方法在各种场景下测量结果均能达到较高的精度，工作环境适应广，鲁棒性较强。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1512004      

孙生生   王丹   齐月静   宗明成  

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调焦调平传感器是光刻机关键分系统之一，用于曝光前对硅片高度形貌进行测量。投影光学系统是调焦调平传感器的核心，其成像质量直接影响传感器测量精度。根据调焦调平传感器的测量原理与像差理论，分析得到投影光学系统放大倍率、畸变、远心度和分辨率对调焦调平系统测量精度的影响规律。本文优选反射式投影光学系统设计方案，该方案具有结构简单、无色差，畸变小等特点，并利用ZEMAX软件进行设计优化和公差分析，所设计系统工作波长600nm~1000nm，放大率为1.000，视场3mm*26mm范围内弥散斑均方根半径小于0.189um，MTF为 0.74@33lp/mm，最大畸变为0.0008%，远心度为0.04mrad。结合目前光机制造和装配能力，用于光刻调焦调平的反射式光学投影系统设计可工程实现。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1522002      

曹明华   康中将   武鑫   豆红霞   王惠琴  

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超奈奎斯特技术能够大幅提升光无线通信系统的传输速率，但大气湍流严重影响超奈奎斯特光无线通信（FTN-OWC）系统性能。本文详细研究了指数威布尔湍流信道光强衰落对FTN-OWC平均容量和中断容量的影响。基于脉冲幅度调制推导了FTN-OWC系统的平均容量上界和中断概率，并采用广义超几何方法得到了其闭合表达式。仿真分析了加速因子、滚降系数、湍流强度和接收孔径对平均容量和中断容量的影响。结果表明，湍流增强会导致平均容量和中断容量减小,但可通过增大接收孔径和滚降系数进行提升。在弱湍流条件下，当接收孔径为25mm、滚降系数为0.5、加速因子为2/3以及平均信噪比为30 dB时，FTN-OWC的平均容量相对于传统光无线通信系统提升了16.43%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1506004      

郑汉青   崔庆丰   胡洋   孙林   高旭东   郭玉  

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卡塞格林光学系统以其结构紧凑、近轴像质优良、两反射镜易于加工检测等优点，在长焦距成像领域有重要应用，然而系统结构严重限制了视场。通常需添加辅助光学元件以扩大视场，但此方法导致结构复杂，不利于光学系统的小型化、轻量化。本文提出了一种计算成像设计方法，首先优化系统结构参数，控制像差；然后构建系统的点扩散函数模型；最后采用反卷积算法处理图像。仅利用主、次镜结构就扩大了卡塞格林系统的视场。对F数为5.5，焦距为470mm的卡塞格林系统进行仿真实验，实验结果表明，在1.5°视场范围内，处理后图像的轴外视场调制传递函数在20lp/mm处提升约0.2，图像质量得到明显提升。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1522001      

王歆   刘红林   胡晨昱   王鹏威   韩申生  

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基于散斑自相关的成像方式是散射成像领域的研究热点，不过过程中的统计噪声会影响成像结果。本文提出了一种利用点扩散函数（PSF）对波长的响应来提高二值目标成像质量的方法。PSF对波长敏感，不同波长对应的PSF不同，甚至完全不相干。PSF不相干的散斑图的自相关叠加，可以有效地抑制自相关中的统计噪声，从而改善重建质量。模拟和实验结果表明，在相同的探测距离和采样面积下，相比于重建失败的单一波长采样，所提方法依然能够完整准确地重建目标。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第16期 pp.1611002      

徐守龙   林奎成   韩永超   邹树梁   吴其反   曲延涛   全洪涛   李增彦  

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研究了以互补金属氧化物半导体有源像素传感器为感光元件的摄像机系统的辐射损伤模式及损伤的表征。设计辐射实验，对摄像机系统中必须暴露于γ射线辐射下的光学器件、感光元件以及数据采集与处理电路的辐射寿命和辐射损伤模式进行了研究；利用在线实验的方法，结合辐射干扰噪声抑制算法研究彩色视频图像信息随辐射总剂量的变化情况，讨论了不同辐射总剂量照射下硬件的辐射寿命以及γ射线辐射对数字图像信息的影响。实验结果表明：摄像机的γ射线辐射损伤模式主要表现在因镜头辐射损伤造成的透光率下降，传感器的暗电流增大、失真和损坏，以及主板的瞬时损坏；感光元件的辐射总剂量效应主要导致本底噪声的增大，且多数噪声信号集中在图像的暗部，暗电流导致图像灰条纹中平均像素值的增量远不及因镜头辐射损伤导致透光率下降而造成的平均像素值的减小量；摄像机自带的曝光补偿功能在检测到视频图像亮度下降后会进行全局补偿处理，增大视频图像中所有像元的像素值。本文研究得到的视频图像信息随辐照总剂量变化规律可以作为摄像机辐射总剂量标定的一种方法，帮助判断摄像机的辐射损伤失效几率，提高视频监控系统在放射性环境中应用的可靠性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1523002      

胡静静   胡绍明   刘静   陈旭   杜俊举  

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本文针对不同口径的光电探测设备组合，设计了两种扫描方式，建立多光电设备组合探测能力评估模型，从望远镜扫描方式、排列方式、口径等方面进行仿真分析，对仿真结果进行能力评估，可以为用于空间碎片观测的多光电探测设备组合设计提供参考建议。对威海天文台两种口径望远镜组合的仿真结果表明，针对选择的已编目空间碎片数据集，在仿真时间段，单区域扫的探测结果优于多区域扫的结果； 4台28cm望远镜组合比同样视场的15cm望远镜的探测碎片数仅高6.2%(单区域扫描)和4.6%（多区域扫描），若观测需求为维持现有空间碎片的编目，建议选择性价比更高的15cm望远镜，若观测需求为能够探测更小尺寸空间碎片时，建议选择28cm望远镜。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1504002      

赵太飞   段钰桢   李星善   宫春杰  

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针对不同粒子个数的煤烟气溶胶，使用团簇－团簇凝聚（CCA）模型形成4球、16球气溶胶随机团簇，并结合单个气溶胶粒子的吸湿性，以及气溶胶团簇的分形理论，生成了包覆水层的气溶胶团簇模型。利用离散偶极子方法（DDA）仿真分析包覆水层煤烟气溶胶的散射特性，仿真结果表明，湿度增大对回转半径小于等于40 nm的气溶胶团簇的消光因子、散射因子和吸收因子影响最大。同时使用无线紫外光单次散射脉冲响应模型分析了气溶胶团簇以及湿度对紫外光脉冲响应和路径损耗的影响，仿真结果表明，气溶胶团簇和湿度对紫外光的通信影响集中在半径较小（r0≤40 nm）的单体粒子。单体粒子半径一定，组成团簇的粒子个数增加或者气溶胶团簇相对湿度增加，脉冲响应越大，路径损耗越小，紫外光接收端信号越好。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1529001      

李永华   于海涛   潘科玮   平力   杨斌   沈建琪  

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针对固体推进剂燃烧颗粒粒径的测量问题，提出了基于Fraunhofer衍射理论的推进剂燃烧火焰中颗粒粒径的在线测量方法，根据固体推进剂药条燃烧火焰辐射光谱特性，以450nm蓝紫光激光器作为光源，采用450nm滤波探测方式消除固体推进剂燃烧自发光辐射影响，搭建了固体推进剂药条燃烧过程中颗粒粒径的在线测量系统，利用10.9μm、160μm、以及10.9μm和160μm的混合标准颗粒系对该系统开展了粒径测量验证。结果表明：固体推进剂药条燃烧颗粒的粒径主要表现为10μm和160μm附近双峰分布特征，数目分布主要集中在160μm左右，随着药条燃烧时间增大，10μm附近颗粒数量增多，160μm附近颗粒数量基本不变；同一燃速的固体推进剂，初始测量高度越高，燃烧颗粒粒径越小；初始测量高度相同时，不同燃速固体推进剂药条的燃烧颗粒平均粒径相差不大。这为固体推进剂颗粒燃烧过程研究提供了参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1512003      

杨敏   徐文斌   田禹泽   孙振远   孙宪中  

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为了提高传统分时旋转偏振片型红外偏振成像速度，设计了适用于中波红外热像仪的检偏器组件，将一种型号的红外热像仪改装成中波红外偏振成像装置，用于获取目标场景红外偏振信息。该装置通过电机以15圈/秒速度匀速驱动金属线栅型偏振片旋转，快速有效地采集目标场景不同偏振方向的红外强度图像。随后，基于单像元非均匀性差分图像校正方法对红外图像中的冷反射进行扣除，利用迭代排序方式对校正后的红外强度图像进行处理，结合构建的Stokes矢量模型，将连续相邻的3幅红外强度图像计算得到红外偏振度和偏振角，使其与红外强度图像具有相同的成像帧频。测试结果表明，该装置能够稳定地输出待测目标的红外偏振度和偏振角图像，输出红外偏振图像的帧频为45帧/秒，满足对动态目标或变化场景实时红外偏振探测需求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1511001      

夏猛   汤晓惠   王颖   张书林   姜辉   董永康  

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光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire, OPGW）故障频发的原因与光缆局部受到应力有直接关系，为了实现对OPGW光缆的在线应变监测，本文搭建了长距离布里渊光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis, BOTDA）和布里渊光时域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry, BOTDR）系统，并对重覆冰区域运行年限超过15年的在运95.14km OPGW进行了应变检测和分析。通过对同一段光缆的对比测量，结果表明BOTDA具有更长的测量长度、更高的空间分辨率与更高的测量精度，能准确辨别引下线并识别零应变参考点，实现温度和应变的准确分离。在两个站点的距离超过BOTDA测量量程时，可以使用BOTDR从光缆两端分别测量以覆盖全部光缆。同时，BOTDR展现出单端测量的优势，在断纤故障发生时，BOTDR可不影响断点之前的线路测量。本文首次在同一条OPGW光缆线路上通过多维度的对比分析了两种技术在OPGW光缆监测中的优劣势，为分布式光纤传感技术在电力系统中的应用提供参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1506001      

张洪英   田晓宁   雷艳阳   朱宗达   董永康  

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本文提出一种结合外调制技术与主从式注入锁定技术的方法用于获得宽带线性调频光源，并且基于该光源实现了同时测距和测速的调频连续波激光雷达系统。主从式注入锁定系统包含作为主激光器的窄线宽光纤激光器和作为从激光器的分布反馈式半导体激光器，输出波长均在~1550 nm，使用频率范围是8-14 GHz的三角波线性调频微波对主激光器进行调制，调制后的光注入到从激光器获得了6 GHz带宽、超过20 dB边模抑制比的宽带线性调频光源。基于该光源搭建了调频连续波激光雷达系统，实现了对静态物体的距离、运动物体的瞬时距离与瞬时速度的测量，运动物体的距离和速度测量结果由不同的公式获得并相互验证，实现的距离和速度分辨率分别为2.5 cm和7.8 mm /s。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1528001      

潘登   李艳丽   高东   郑建华  

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针对双折射太阳敏感器多光斑和重叠光斑问题，本文提出一种基于椭圆拟合的高精度光斑中心提取方法。多光斑图像经预处理后，分割出不同的目标区域；检测目标区域的光斑形状特征后，迅速分辨并分割重叠光斑；利用椭圆拟合法分别提取各光斑的中心坐标。经过仿真实验验证，该方法能快速分辨重叠光斑，计算出光斑数量和半径，实现圆形和椭圆形光斑的亚像素级中心坐标提取。这种方法对光斑大小、数量没有限制，对不完整光斑也能得到较好的结果。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1410001      

刘青松   谢晓方   张烜喆   田瑜   李俊   王彦   许晓军  

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精确标定能够发挥出聚焦型光场相机在场景重建和非接触测量等方面的作用。而标定精度提升的关键之一在于精确的特征提取算法。为了提升特征检测的精度和效率，本文提出一种基于原始图的棋盘格角点检测算法。本文利用稳健的角点检测算子对原始图角点进行检测，并利用2维角点和3维光场圆域特征的对应关系进行角点筛选。然后，利用图像一致性对角点进行亚像素优化。本文进行了仿真角点检测实验和仿真标定实验，并对利用R29聚焦型光场相机（Raytrix公司）得到的重建角点进行距离测量实验。实验结果证明了本文角点检测算法的精度高于现有算法，并说明了基于本文角点检测方法的标定算法能够得到更加精准的结果。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1415002      

胡洋   崔庆丰   孙林   张博   朴明旭  

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传统单层衍射元件的衍射效率在入射波长偏离中心波长时急剧下降，因此在宽波段红外系统应用时会造成成像模糊。本文通过分析视场对于含衍射元件系统点扩散函数（PSF）模型的影响，提出了减小视场影响的光学-数字联合设计方法，该方法通过赋予不同衍射级次优化权重，使系统PSF不随视场变化，同时将单层衍射元件中心波长设计在中波，在长波波段利用所构建的PSF模型通过图像重建达到双波段成像的目的。采用该方法设计了红外双波段制冷折衍混合系统，中波波段MTF在17lp/mm处为0.7，长波重建图像在主观上明显清晰，多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明，该设计方法可以实现单层衍射元件红外双波段应用。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1422002      

王杨   轩雪飞   朱路   陈帅   李秀  

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本文结合多层波导结构与杂化耦合理论，设计一种宽波段、高吸收率的多层矩形吸收器。该吸收器单元由矩形缝隙天线与多层金属-介质-金属矩形结构组成。采用时域有限差分方法分析了多层矩形吸收器在宽波段、不同偏振状态的以及大角度斜入射条件下的吸收特性。数值分析表明，吸收器的吸收波段主要集中在400-1400nm，其平均吸收率为95%，斜入射与偏振角度对平均吸收率影响较小。通过监测谐振频点下的电磁场分布，分析了宽波段高吸收的物理机理，主要由法布里伯罗共振、慢波效应以及局域表面等离子体共振相互作用产生。这种宽波段、高吸收、偏振与斜入射角度不敏感吸收器，有望在隐形设备、太阳能电池等领域发挥一定的作用。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1523001      

蔡伟   赵钟浩   杨志勇  

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针对传统磁光调制方位传递技术存在的光束直线传播、仪器使用受限制等问题，提出了一种基于保偏光纤的非通视方位传递技术。通过分析保偏光纤的光学特性发现，由于保偏光纤偏振模的双折射效应，导致偏振模传输的光失量之间产生相位差，引起出射端偏振光的偏振态变化。在此基础上构建出包含相位差信息的保偏光纤琼斯矩阵，利用琼斯矩阵变换麦克斯韦列的光失量描述方式，详细推导出系统方位角的解算模型，仿真结果表明：方位角的理论误差可以控制在0.1″以内，但当相位差达到 时，误差会急剧增大，这对基于保偏光纤的非通视方位传递技术的进一步改进、提高系统的测量精度、进一步研究系统环境适应性具有重要意义。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1512001      

常亦迪   刘智（长春理工）  

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针对星间激光通信系统受平台抖动影响的问题，研究了在瞄准误差影响下，有限消光比的多进制脉冲位置调制（M-ary PPM）系统误码性能。通过分析发射机消光比、平台抖动和接收机噪声的影响，得到系统误比特率与信噪比关系式，并进行仿真分析。仿真结果表明：系统误比特率与归一化抖动标准差，PPM调制阶数，发射机消光比三个因素有关，且平台抖动和发射机消光比对通信系统性能造成的影响互不相关。其次通过分析系统总功率损失可知，系统的误比特率并不是随着调制阶数的增大而一直降低。因此，研究表明在商用发射机（消光比为20dB）情况下，采用16-PPM的调制方式能够达到最低误比特率条件，实现系统最优性能。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1506002      

杨玉峰   韩安丽   雷思琛  

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本文对偏振光在火星沙尘中的传输特性进行了研究，通过分析火星环境中沙尘粒子的物理特性，利用蒙特卡罗方法模拟偏振光在火星大气中的多重散射，计算并分析了波长为0.55μm的偏振光在火星沙尘中的传输特性。结果表明：服从对数正态分布的火星沙尘粒子，其退偏度随着传输距离的增加而增加，且反射退偏度比透射退偏度更明显，粒子数浓度越大，偏振度退化越严重。另外，在火星沙尘粒子中，7.46μm激光的水平减少量和垂直增加量明显小于其他波长，说明7.46μm激光在火星沙尘中的偏振保持性更好。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1329002      

夏骞   张涛   刘金璐   杨杰   何远杭   黄伟   李大双   徐兵杰  

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偏振控制可以有效地恢复光纤传输过程中因偏振相位偏移而受损的偏振态，是量子通信、光纤传感及相干光通信等领域中的一项关键技术。本文提出了一种基于适应性矩估计（ADAM）的偏振控制算法，并建立了相应的偏振控制系统模型。基于该模型对ADAM偏振控制算法进行全面的数值仿真并与经典的随机梯度下降（SGD）算法进行了对比，同时重点分析了控制精度和噪声幅度对偏振控制效果的影响。仿真结果表明，本文提出的ADAM偏振控制算法可以快速收敛到目标偏振态，在衰减率取0.03、噪声幅度取0.003的情况下，偏振迭代步数为53步，控制精度可达10^-4。与SGD算法相比，平均迭代步数减少23%，最高控制精度提升1~2个数量级。最后，基于现场可编程门阵列（FPGA）对ADAM算法的可行性进行了实验验证，该算法能够快速、稳定地补偿信道中的偏振变化，通过优选的衰减率取值可以有效缩短偏振控制的时间。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1526001      

肖毅鹏   石朝侠   达飞鹏  

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随着数字投影技术的发展，基于光栅投影的三维测量技术在众多领域得到了广泛应用。但是在大多应用场景中环境中都存在着各种周期性光源，其对光栅投影的成像过程造成了一定程度的干扰，对相位引入非线性误差，进而影响三维重建精度。针对该问题，本文从时域上分析了环境光源的干扰因素，建立了环境周期性光源模型，并提出了一种高精度的相位补偿技术。相比于多步相移法抑制环境光干扰，本文的方法拥有投影数较少的特点，可较明显的抑制环境光源带来的噪声。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1512002      

杨洋   朱肖彤   宋章启   闫良俊  

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薄结构在大曲率半径条件下的变形测量一直缺乏有效的测量手段。本文介绍了一种基于单模光纤侧边粗抛磨增敏技术的光纤曲率传感系统，采用脉冲自参考信号解调技术对增敏区的透过率进行高精度测量。通过悬臂梁曲率测量实验，测定传感器线性区透过率灵敏度为0.593/m^(-1) ，系统测量噪声幅度为5.9×〖10〗^(-5)，经过悬臂梁位移与曲率换算，可知该系统的曲率分辨率可达9.95×〖10〗^(-5) m^(-1)。该系统具有结构简单、响应带宽宽和可实现时分复用等优点。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1406004      

狄慧鸽   王建宇   赵煊   韩堩   文晓难   张星琦   王玉峰   宋跃辉   华灯鑫  

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大气压力是重要的气象要素，实现大气压力廓线的高精度遥感探测是很重要的，提出了利用拉曼激光雷达探测大气压力廓线的新方法。利用转动拉曼信号和振动拉曼信号获得大气温度廓线和大气湿度廓线，根据大气压力与温度、湿度的相互关系反演得到大气压力廓线。给出了探测大气压力的激光雷达系统及数据反演方法，并对所提出方法的可行性进行了论证，研究分析了引起压力反演误差的因素，误差来源主要有三方面：温度偏差、参考点压力偏差和大气比湿。温度廓线上的随机偏差对探测结果影响不大，固定偏差会引起压力结果的偏移，要使压力反演偏差小于5hPa，需要温度偏差小于3K；参考点数值是影响反演结果的关键因素，文中给出了结合大气模型合理选择参考点数值的方法；同时分析了比湿对压力反演结果的影响。利用拉曼激光雷达系统进行了大气探测及压力反演，反演得到了大气压力廓线，并与当天探空压力数据进行了比对分析，得到了较好的反演结果，证明了研究方法的可行性。最后从应用需求角度分析了要达到高精度的压力探测对激光雷达系统的性能要求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1501001      

曾庆伟   刘磊   胡帅   张克瑾   艾凯   陈鸣  

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超短超强飞秒脉冲激光在云雾环境中传输具有诸多潜在应用，准确定量评估飞秒激光脉冲在云雾环境非线性传输特性是其应用研究的基础问题之一。基于分层散射介质传输模型的概念，建立了综合考虑非线性光学效应、湍流扰动、和粒子散射等作用的飞秒激光云雾传输模型，并利用该模型数值模拟研究了大气湍流和粒子散射等大气扰动类型对飞秒激光成丝动态演化过程的影响。结果表明：大气湍流能造成脉冲形状的不规则变化，对自聚焦成丝过程中的脉冲能量流动有重要影响；粒子散射可以导致脉冲能量的明显衰减，从而也能影响光丝的形成过程；飞秒激光在云雾环境中传输时，粒子浓度越高和粒子半径越大，形成光丝的长度越短，成丝过程中能量衰减越快，脉冲的能量总衰减越多。研究结果可为真实大气条件下飞秒激光实际应用效能评估提供一定的理论依据。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1519001      

陆川   刘文清   王玉峰   贾立松   高天乐   李兴兴   李仕春   狄慧鸽   刘晶晶   宋跃辉   华灯鑫  

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斜程能见度在航空、航天、气象等领域具有重要的科学研究意义和工程应用价值。天空背景辐射亮度是白天斜程能见度精确计算的重要影响因素之一。本文从斜程能见度原理出发，对影响白天斜程能见度的天空背景辐射亮度进行详细的理论仿真与分析，利用SBDART模式求解辐射传输方程，探讨不同类型气溶胶模型在晴天条件下的天空背景辐射亮度分布，分析了太阳直接辐射和不同高度大气散射辐射的分布趋势及其对斜程能见度计算的影响。提出激光雷达结合SBDART模式的实际天空背景辐射亮度的方法，采用106阶勒让德矩阵展开的散射相函数，以实测激光雷达气溶胶数据作为SBDART 模式的输入参数，计算获得了太阳直接辐射以及不同高度处天空背景辐射亮度的分布结果。最后与太阳光度计的同步太阳直接辐射亮度测量结果，进行了对比验证，两者具有较好的一致性，相关系数达到0.99，表明了结合激光雷达和SBDART模式所得到的天空背景辐射亮度分布在斜程能见度精确测量中的可靠性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1401001      

楼晨风   张湧   尹佳琪  

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线列红外推扫探测器扫描帧率低，存在带状噪声，为此，提出一种基于Robinson-Guard滤波器和像素聚拢度的小目标检测方法。首先，在红外图像上均匀布置采样窗口，令采样窗口根据图像亮度梯度聚集到高亮区域。然后，融合红外图像的目标能量信息，局域对比度，目标像素聚拢度等多种特征，将采样窗口加权叠加作为目标概率图。最后使用全局阈值分割获取目标，最终实现红外小目标的检测。实验表明，该算法可以检测中小尺寸的红外目标，且有效对抗探测器带来的带状噪声。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1504001      

张一鹏   胡秀清   殷德奎   顾明剑  

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多角度偏振成像仪(MAPI)是中国首个应用于空间大气探测的多角度偏振仪器。采用自然景物目标作为定标源进行MAPI在轨偏振辐射量的定标。本文研究基于海洋耀斑的在轨偏振定标方法，首先建立海洋粗糙面模型分析洋面耀斑偏振辐射特性。再考虑大气辐射传输、使用6SV辐射传输模型，计算TOA耀斑偏振特性。进一步修正气溶胶偏振影响，提出TOA偏振度修正公式，采用t检验验证公式新加二次项的显著性。最后建立太阳天顶角与修正系数查找表，得到模拟偏振度。采用POLDER3观测偏振度值验证，相对误差低于2%。用该算法对MAPI偏振定标，偏振定标精度为2%左右，满足仪器偏振精度指标要求。根据不确定度分析，该方法的偏振度总不确定度为1.43%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1528002      

余德明   段微波   李大琪   刘保剑   陈刚   洪瑞金  

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本文运用等效层理论，设计了一种目标波长分别为780nm、810nm、850nm，入射角为45°条件下使用的反射镜，在保证膜层高反射率的同时实现对反射镜偏振和位相的调控。为了在较宽波段上满足平均反射率高的要求，实验选用金属银和五氧化二钽、二氧化硅作为光学薄膜制备的材料。采用电子束蒸发和热蒸发方式并配合石英晶体振荡监控膜厚等工艺，在JGS-1材料基底上获得了在500～1600nm波段范围内平均反射率大于95%，目标波长的消光比分别优于3000:1、5000:1和7000:1的反射镜。该反射镜还满足空间环境下量子通信应用的可靠性要求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第15期 pp.1531001      

李正达   刘贺宇   卫金鸿   李夜金   孙胜利  

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大口径反射镜的光学面型在系统装调过程中会受到支撑点所产生机械应力的影响。同时在进行测试过程中，由于环境温度的变化，也会导致光学面型的变化。准确定位应力的发生位置、方向和大小将对解决大口径光学系统因应力变化而导致的波前变形起到决定性作用。本文结合模拟退火算法与集成分析技术，建立反射镜面型与其各个安装点之间的线性关系，通过模型仿真实现对所受力的位置、方向及大小的精确识别，并对力的幅度识别准确度可达75%以上。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1412003      

黄媛   赵家钰   王金东   杜聪   彭清轩   源毅萍   陈映宇   於亚飞   魏正军   张智明  

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在光纤中传输的光信号，其偏振态会受到外界环境的影响而发生随机的变化，因此在偏振复用光纤通信系统，偏振编码光纤量子密钥分发等系统中，需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿，以保证相应通信系统能够正常工作。本文基于波分复用光纤信道偏振补偿模型，设计并实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备，采用集成化偏振态探测器对实时变化的偏振态进行检测，在此基础上，提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统，该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统，也可应用于光纤量子密钥分发系统。实验数据表明，我们所设计的实验系统可以保障5km传输距离下的量子密钥分发连续稳定运行8小时以上，量子密钥分发误码率为1.96%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1406003      

苏洋   张超   王艺敏   汪井源   周华  

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入射光偏振态的选择对基于偏振特性的光纤压力传感系统性能有着重要影响。以提高传感灵敏度和线性度为目标，本文提出了一种基于穆勒矩阵的简单快速的最佳入射偏振态优化方案，取代传统的偏振态“盲调”。通过此方案可以得到压力与斯托克斯参量之间最佳的灵敏度和线性度。利用基于压电陶瓷的挤压装置和偏振检测计，在实验中获得了灵敏度为0.2410/N、线性度99.9%的最佳传感性能，实验结果与理论预期吻合较好。本文提出的方案可以大幅度提高基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展其实用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1406001      

罗婷   赵云松  

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双能谱CT（DSCT）可以重建被测物的材料分辨图像和能量分辨图像，进而区分物质，在医学和工业领域都有广泛的应用。图像重建算法是影响DSCT成像质量的关键技术。广义代数重建算法（E-ART）可以重建得到高质量的双基材料图像，但是该算法收敛速度较慢。针对该问题，本文提出一种加速收敛算法（AE-ART），其本质思想是通过为基函数添加权重，来增大高、低能投影曲线的夹角或减小高、低能投影方程组系数矩阵条件数。本文使用口腔模型对水和骨双基材料分解做了模拟实验，实验结果表明：本文AE-ART算法比E-ART算法加速了30%以上。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1411001      

卢泉   张泽昊   张卫平   刘诣荣  

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为了提高平面光栅成像系统的点扩散函数(Point spread function, PSF)求取的准确度和构建其点扩散函数模型，提出一种基于Boltzmann函数的刃边函数拟合方法，并构建了以入射角为自变量的双曲线型变化点扩散函数模型。揭示了光栅成像系统PSF的分布规律。最后，采用Lucy-Richardson算法实现图像复原，对不同模糊程度的图像复原后进行质量评价，其中灰度平均梯度(GMG）提升均在60.2%以上，结构相似度(SSIM)提升均在66.5%以上，对比基于不同拟合方法的复原效果，本文提出的方法对于像差较大的图像该方法的复原效果明显优于其它同类方法，建立的点扩散函数模型也可以准确的表现光栅成像系统的特性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1405003      

吴梦   梁西银   孙对兄   谢凌菲   陈瑞霖   文大鹏   张天辰  

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基于口径耦合的方法提出了金属-绝缘体-金属（MIM）电压可调滤波器，该滤波器由两个非对称的矩形环谐振腔和一个矩形波导管组成，其中非对称的矩形环谐振腔内填充有机电光材料DAST。利用有限元数值仿真方法对非对称矩形环谐振腔波导结构的透射光谱，谐振波长分布曲线和磁场强度分布进行了计算和分析。结果表明，该滤波器的传输频谱较平滑，通带带宽（半峰全宽达到880 nm）和阻带带宽（半峰全宽达到50 nm）均较宽，通带的透射率高达0.97，阻带的透射率低至0.0001。当滤波器的结构参数h和L增加时，对应的透射光谱将发生明显的红移，并且不同谐振模式的透射率将不改变。另外，谐振波长的变化与结构参数h和L的变化具有线性关系。当结构参数d增加时，不同谐振模式的谐振波长几乎不变。通过调节电压，滤波器的透射光谱也发生红移，并且谐振波长随着电压的增加线性增加。该滤波器的特性不仅可以通过改变结构参数进行调整，还可以通过施加控制电压来调节，使得该滤波器的可调节性增加，且提出的优化后的结构具有更加宽的阻带。因此，该型滤波器能够良好的应用在集成光学。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1423001      

程鸣洋   盖绍彦   达飞鹏  

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为了提高基于双目视觉中立体匹配在弱纹理场景下的精准性，提出了一种基于注意力机制特征提取的三维重建算法。利用CNN训练左右图像的特征表示，计算出立体匹配的匹配代价。首先,CNN特征提取阶段，加入图像注意力机制模块和通道注意力机制模块，得到特征图各个像素点的联系，使网络更好捕获图像上下文信息，进而在重建过程中对于弱纹理区域的重建更加精确。其次，对于网络损失函数，集成了语义编码损失，最终损失函数为语义编码损失和重建损失的加权和，有效提升了在弱纹理区域下重建精度。使用KITTI和Sceneflow数据集对算法进行验证，实验结果证明，相比目前国内外先进方法，本文算法在精度方面有较大提升，尤其体现在弱纹理区域。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1415001      

鲁云开   余俊杰   尹正坤   周常河  

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基于严格耦合波分析方法和模拟退火优化算法，我们设计了一种在正入射条件下具有宽入射波长和角度范围的偏振无关高效率多层倾斜光栅。为了提高衍射效率和带宽范围，我们提出了一种折射率渐变的四层三明治光栅结构。基于这种结构，我们设计了一种可见光波长范围内偏振无关异常反射光栅器件。数值结果表明，正入射下，该光栅具有130 nm（550 ~ 680 nm）的波长带宽，在此范围内-1级衍射效率均高于93%，同时偏振相关损耗均小于0.2 dB。此外，这种光栅结构还具有47°（-2° ~ 45°）的入射角度带宽，以及较大的制造容差范围。因此，本文提出的这种多层斜光栅在虚拟现实和增强现实显示、基于超表面的器件，特别是可见光波段的超透镜等方面具有潜在的应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1405001      

吴莹   胡二涛   王静   韦玮  

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理论设计对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备极为重要。然而，大多数软件通常仅局限于在正入射情况下的太阳光吸收率的优化，而不能够直接对太阳能光热转换效率这一重要指标进行优化。因此，本文使用传输矩阵方法与遗传优化算法，通过改变金属/介质多层膜基太阳能光热转换薄膜中各层薄膜的厚度，直接对其光热转换效率进行优化设计。文中重点研究了薄膜层数、太阳光照度与工作环境温度对钨/氧化铝基（W/Al2O3）多层膜的影响。研究结果表明，对于在没有聚光和100个标准太阳光强度照射的情况下，该膜系的最优膜层数分别为6层与8层。该研究结果将对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备具有重要的指导意义。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1431001      

杨旭   徐璐   杨成华   张伟   刘越豪   张勇   吴龙  

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如何提高关联成像的重构质量一直是关联成像研究的重点。本文将联合双边滤波嵌入到投影Landweber迭代算法之中，用于进行关联成像重构。这种方法能够通过联合双边滤波有效地去除投影Landweber迭代中间结果的噪声，从而提高投影Landweber迭代算法的重构质量。数值仿真和实验结果验证了文中提出算法的有效地重构出目标的强度像，并通过与常用于关联成像重构的算法进行定量和定性的比较，证明了本文提出算法具有更高的重构质量。同时分析了背景噪声和测量次数对于重构质量的影响，证明了背景噪声的减小和测量次数的增大会提高文中算法的重构质量。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1411002      

兰天成   陈晓西   杜爽   朱学辉   张俊瑞   李其昌   叶茂  

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液晶透镜是一种可电控调焦透镜，已经有大量的研究表明其具有良好的透镜性能。传统玻璃透镜成像系统中的爬山法自动对焦功能一般需要音圈马达带动透镜不断的移动来寻找最佳清晰像面位置，而本文所提出的液晶透镜爬山法自动对焦则是通过改变电压来完成，整个对焦过程不需要任何的机械移动即可实现大范围对焦，使对焦系统的进一步小型化成为可能。实验结果表明液晶透镜对焦性能良好，成像解析度高。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1411003      

赵潇   杨海马   强佳   刘瑾   王建宇  

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本文提出了一种基于卡尔曼滤波的高精度激光相干测距方法。在所提方法中，采用单频-线性频率调制连续波（S-LFMCW）激光作为发射信号。对回波信号和本振信号进行相干拍频获得频差，再通过模数转换和数字信号处理解算出目标的距离和速度。最后采用卡尔曼滤波算法将测量值进行数据融合，获得高精度的目标距离估计值。实验结果表明，该方法适用于大范围动态相干测距激光雷达系统，系统的有效测距范围为8m至2.7km，测距精度为0.1m以内。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1412001      

朱京涛   周涛   朱杰   赵娇玲   朱航宇  

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为研制真空紫外与极紫外波段Al基薄膜光学元件，本文详细研究了Al基薄膜的应力特性以及其优化方法。利用应力实时测量装置对共溅射技术制备的5种不同Si掺杂质量分数（0、8.97%、16.49%、28.46%、45.73%）Al-Si复合薄膜进行应力测量，并通过X射线衍射法表征薄膜的结晶状态。结果表明：Al薄膜表现为压应力，随着Si在Al中掺杂质量分数的增大，Al的压应力减小，并且Al的结晶度降低，Al（111）晶向的晶粒也减小，Al的结晶被抑制。当Si掺杂质量分数从18.63%增大到31.57%，Al从压应力转变为张应力，且张应力随Si掺杂质量分数的增大进一步增大。本研究为制备Al基滤片、单层膜和多层膜元件提供了技术支撑，在极紫外光刻、同步辐射和天文观测领域有重要应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1431002      

刘诗婷   金伟其   李力   裘溯  

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针对目前双目成像测距系统由于基线距离、成像焦距等硬件限制，难以进一步提高测距精度的问题，提出一种基于双目变焦的超分辨成像测距方法。在确定的基线限制下，通过对多帧目标场景变焦图像的超分辨率重建算法，提高匹配图像对的分辨率，进而降低双目系统的测距误差。对仿真图像以及实际实验室和外场测试实验结果表明：双目变焦测距系统对于相同的距离的目标，测距系统可使测量误差降低至传统方法的62%至78%；在相同的测距误差下，测量距离可提升为传统方法的1.66倍左右。论文研究表明通过同步变焦的双目立体视觉系统可提高三维场景的成像分辨率和测距分辨率，为实现小型远距离双目测距系统提供了一种新的有效思路。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1411004      

吕家祺   徐熙平   张宁   尹鹏   张恒溢  

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为实现自然光光纤照明系统中太阳能量利用最大化，提出了一种导光板型聚光器自然光光纤照明系统。通过分光模块将不可见光波段的能量转换成电能进而驱动补偿系统中的LED阵列, 实现了各种天气条件下的照明能量稳定输出。利用仿真软件进行光线追迹，结果表明在室内面积为100m2，照明12小时的情况下，太阳能可以供应约60%的总光通量。为进一步验证所提出系统的可行性和准确性，搭建了用于光纤照明系统的导光板型聚光系统并对其进行聚光实验测试，当聚光模块数量从10增加到100时，聚光器的聚光效率测试值从83.6%降低至65.1%；在室外对光纤采光系统进行双轴跟踪测试中，光纤输出的照度和太阳输入的辐照度变化趋势基本一致，说明光纤采光系统具有良好的聚光性能。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1422001      

赵然   孙崇磊   徐晓   赵佳  

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本文提出了一种基于亚波长光栅的高集成度、高耦合效率的垂直光耦合器，在1.5 μm至1.6 μm波长范围内实现了大于97%的耦合效率，且器件尺寸仅为15 μm，是传统基于绝热拉锥波导垂直耦合器尺寸的十分之一，极大地减小了器件尺寸，提高了系统的集成度。所设计的耦合器对亚波长光栅占空比、拉锥波导末端尺寸以及波导错位均具有较大的工艺误差容限，在异质集成领域展现出了良好的应用前景。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1405002      

杨静静   王帅   文良华   杨平   杨伟   官春林   许冰  

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衍射望远镜是未来实现直径超过10 m的高分辨率成像望远镜的重要方向。受限于衍射效率，其成像质量受到非成像级次衍射光的影响。针对这一问题，本文提出了一种噪声自适应估计的块匹配三维协同滤波图像复原算法，并搭建了衍射望远镜成像系统，开展了实验研究。数值仿真和实验结果表明，算法提高复原图像调制度3.6倍，能有效改善复原图像细节，利于暗弱目标成像。为衍射望远镜系统暗弱目标实现高对比度成像提供了一种有效的图像复原算法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1411005      

旷依琴   李刚   闫竹青   张彦军   张志东   郝现伟  

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表面等离激元具有突破光学衍射极限和局域场增强的优势，这使得其在超材料完美吸收器领域引起广泛关注。本文设计了一个由金纳米结构顶层、中间介质层和金属基底层构成的复合超材料结构。其中，金属纳米结构顶层是由三个椭圆形纳米盘所组成的“工”字形单元阵列，中间介质层是二氧化硅，金属基底层是金膜。文中利用有限元方法研究了该结构的吸收特性、电场分布及折射率传感特性。结果表明：该结构的吸收光谱中出现了三个吸收峰，其吸收率分别达到了91.06%、99.63%和97.26%。此外，研究了结构参数和周围环境介质对吸收率的影响及其折射率变化的响应特性，灵敏度最大达到425 nm/RIU，FOM为14。这些研究将为基于表面等离激元超材料结构的完美吸收器用作折射率传感器提供理论指导。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1424001      

汪方斌   孙凡   朱达荣   刘涛   王雪   王峰  

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为克服红外热像法的不足，本文提出了一种基于表面红外偏振热像特征的金属疲劳损伤评估方法。首先给出金属疲劳损伤评估偏振热成像的理论基础，然后通过实验说明疲劳损伤过程表面微观形貌的变化规律，再基于Tsalis熵进行目标图像分割并分析其特征，最后通过主成分分析进行特征选择并构建基于BP神经网络的非线性预测模型。结果表明，模型训练、验证、测试结果与实际实验测量值具有较好的相关性，Q235平板试件拉-拉疲劳损伤预测平均误差小于20%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1412002      

李晓风   李哲   吴文矛   李巨浩   任芳  

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以不同横向模式工作的少模光纤激光器在模分复用（MDM）系统中应用前景广泛，是近几年来光纤通信领域的研究热点。为实现支持高阶模式的光源，设计一种基于腔内全光纤模式复用器/解复用器（MUX/DEMUX）的少模环形光纤激光器，实现可切换的LP01模、LP11模、LP21模及混合模式的激光输出。实验结果表明，利用低串扰的全光纤模式MUX/DEMUX结合4×1光开关，激光器可在三个最低阶的线偏振（LP）模式及其混合模式之间进行切换，LP01模、LP11模、LP21模的泵浦阈值分别为40 mW、60 mW、80 mW，斜率效率分别为1.2%、0.82%、0.56%。对设计的少模环形光纤激光器结构进行数值模拟和参数优化，极大地改善了波长偏移问题，实现了小于0.032 nm的3 dB线宽。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第14期 pp.1406002      

孙路通   王蔚松   刘铭鑫   王灵杰  

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增强现实头盔显示器（AR HMD）需要两个或更多焦平面，用以显示不同焦距上的画面，既增强了景深效果也可以减少单焦面带来的视觉辐辏冲突及不适感。较为传统的解决办法是使用两块分离的图像生成单元分别显示两个焦面的内容，既增加了成本，又降低可靠性并且体积庞大。为此我们使用单个图像生成单元和单个自由曲面棱镜设计了一个新的结构，通过在图像生成单元上设置两个分开的区域，并将其中一个图像区域通过平面反射镜中继到新的较远位置来实现双焦面显示，最终得到一个视场角18°×16°，出瞳直径8mm，波长540~640nm，出瞳距大于15mm，焦距分别为95.2mm和35.2mm的双焦面头盔显示光学系统。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1322004      

陆宝乐   张凯龙   陈浩伟   白晋涛  

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报道了一种采用新型二维材料二硒化铪可饱和吸收体的被动调Q掺铒光纤激光器。通过机械剥离法制备了二硒化铪薄片，将其作为可饱和吸收器件插入掺铒光纤激光器谐振腔内，实现了稳定的调Q脉冲激光输出。在泵浦功率为140 mW时，通过控制偏振控制器调节谐振腔内偏振状态，获得了中心波长1532.3 nm， 3dB谱线宽度0.68 nm的稳定调Q脉冲输出。当泵浦功率从140 mw增加到360 mW的过程中，脉冲输出的重复频率从42.3 kHz变化到88.2 kHz，脉冲宽度从3.3 μs变化到1.8 μs。实验结果表明，在最大的泵浦功率处，光纤激光器输出的最大功率为6.1 mW，单脉冲能量为68.5 nJ。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1314001      

宋辞   田野   石峰   张坤   沈永祥  

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针对单晶硅柱面镜加工过程中面临的加工效率低、加工精度差以及表面质量难控等问题，提出采用离子束倾斜入射的方法来进行单晶硅柱面镜的加工工艺优化。通过建立离子束倾斜入射的去除函数理论模型，揭示去除效率同入射角度的关联规律；通过分析离子束倾斜入射的微观形貌作用机理，揭示表面质量同入射角度的关联规律；综合优化去除效率和表面质量，获得倾斜入射的最佳入射角度，并建立基于离子束倾斜入射的新工艺路线。在一块尺寸100mm×100mm的单晶硅凸柱面镜上采用新工艺路线进行加工实验，结果表明：在保证加工精度和表面质量的情况下，加工时间节约53.7%，验证了离子束倾斜入射加工的先进性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1222001      

赵洪霞   丁志群   程培红   王卓远   金文最  

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基于交替光栅和石墨烯设计了一种近红外波段电磁超材料多通道吸收器。采用时域有限差分法（FDTD）数值模拟了结构设计参数对吸收光谱的影响规律，获得了最佳结构。同时探究了各通道吸收率对入射光源角度的依懒性。仿真结果证明，基于F-P腔共振、磁激元共振和相消干涉共同形成的吸收光谱主要集中在0.95-1.15 um近红外波段。交替光栅结构参数和介质层厚度对光谱特性影响较大，既光栅高度增大或周期减小，腔共振模迅速右移，并伴随各干涉峰小幅度右漂，吸收率大幅改变；介质层厚度对干涉谱影响强烈，甚至厚度达40 nm以上，干涉谱几乎消失。各通道吸收峰对光源入射角不敏感，但入射角在10°以上，低端吸收率随入射角线性提升，线性拟合度高达0.9931。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1324001      

滕达   马文帅   杨研蝶   郭晋康   王凯  

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提出一种基于硅衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线等离激元波导，并采用有限元方法详细研究了基模传输特性及其与几何参数、物理参数之间的关系。结果表明：间隙区域大小、顶角角度、圆角半径和石墨烯化学势对模式传输特性有很大影响。通过优化设计，该波导结构可以实现石墨烯等离激元的深度亚波长传输，传播距离可达10 μm，同时归一化模式场面积仅为~10-6。该石墨烯表面等离激元波导将为可调谐纳米光子器件的设计提供一定理论基础。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1324002      

王伟超   司文涛   袁光福   黄海军   张禹豪  

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目标成像过程中受红外光学成像系统衍射、大气扰动等因素的影响导致目标能量弥散，图像边缘模糊。传统的基于阈值分割的方法获取的目标几何成像区域像素数误差大，制约小目标辐射强度测量精度。本文针对在像平面投影形状为矩形的这类目标，提出了一种几何成像区域像素数测量方法。首先建立目标成像模型，并将成像模型简化至水平和垂直两个方向。然后分别构建目标尺度特征鉴别曲线。最后从特征曲线中提取目标边长几何成像像素数，从而计算目标几何成像区域像素数。仿真和外场试验验证了该方法的有效性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1312002      

类维政   袁吕军   苏志德   康燕   武中华  

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在光学镜面相位恢复检测中，由于CCD相机的横向失调和光路中倾斜误差的存在，会使得采集图像发生错位，影响检测结果的准确性。为了克服光路校准带来的困难，基于快速傅里叶变换图像配准算法以及梯度相位恢复算法，本文提出亚像素图像配准相位恢复算法(Subpixel Image Registration Phase Retrieval, SIRPR)。通过仿真，验证了算法对于光路的横向失调以及倾斜误差具有良好的矫正作用。对一块110mm口径的凹面反射镜开展实际测量，并利用SIRPR算法处理光斑明显错位的光强图，将计算获得的面形结果与干涉仪直接测量的结果对比，面形之差的RMS值为0.1047波长，验证了算法的准确性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1312003      

白露阳   楼慈波   陈子旸   张小红  

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实验上观测了贝塞尔光束在饱和非线性介质中的呼吸传输行为，出射光斑的时间演化过程验证其传播存在呼吸现象。结合怪波形成的线性几何汇聚理论和非线性诱导理论，进一步通过实验的设计，使得一定间隔的两束贝塞尔光束以一定夹角入射，当两个贝塞尔呼吸子在出射面碰撞时，获得了一个峰值能量为线性情况下3.1倍的巨峰。此光斑的高峰值特性和反相位边锋的分布特性与怪波的基本特性吻合。相应的数值模拟结果与实验结果也表现出很好的一致性。本研究结果为光怪波的形成提供了一种线性和非线性结合的有效设计，对海洋怪波的研究有一定的借鉴作用。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1319001      

吴荣   刘依   周建民   张水强  

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数字图像相关方法（DIC）是一种非接触的全场光学测量方法，在许多领域被用于物体表面的位移和应变测量。传统的DIC全场应变测量通常使用高精度的逐点局部位移场最小二乘方法，然而该方法对于旋转物体的应变测量仍存在显著误差。本文在传统DIC应变计算方法基础上引入变形前后的旋转矩阵，提出一种考虑旋转的局部位移场最小二乘应变计算方法。该方法能够补偿由旋转引起的应变误差，从而实现任意旋转角度下的应变高精度测量。在模拟实验中，分别对多种旋转角度下的同一应变以及同一旋转角度下的不同应变进行了测量，两种实验应变测量的RMSE平均值相对传统DIC方法分别为由0.00498提高到了0.00011以及从0.00703提高到了0.00027，两种实验结果均证明了提出的方法能较大程度提高旋转条件下的应变测量精度。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1312005      

陆敏   王治乐   高萍萍   张树青   郭继锴  

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提出了一种快速测量双向反射分布函数（BRDF）的子孔径扫描傅里叶变换系统。通过子孔径扫描，测量样品平面上散射的光场，并在傅里叶空间进行数值合成，从而扩大BRDF的角度范围，BRDF的散射角范围被多次扩展到傅里叶变换透镜的数值孔径，具有更高的灵敏度和精度。在子孔径扫描傅里叶变换方法中，通过使用单个透镜可以实现在大空间频率范围内快速有效地测量BRDF。单透镜提供了广阔的视野，工作距离长和廉价、简单的光学系统的附加优点。与其他报道的方法相比，子孔径扫描傅里叶变换方法的主要优点是它能够用简单的光学系统在大范围的空间频率上快速有效地测量BRDF。最后，利用对比实验数据对该方法进行了验证。实验结果表明，该方法的相对误差小于1%。这些结果为子孔径扫描傅里叶变换系统在快速BRDF测量中的应用提供了理论依据和技术支持。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1329001      

张进朋   秦训鹏   袁久鑫   汪小凯   曾研  

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针对大厚度材料内部缺陷的检测问题，利用缺陷对激光超声的衍射作用实现了内部缺陷的定位定量检测。首先利用Comsol研究了激光超声与内部缺陷的作用过程，建立了激光超声接收信号计算模型，初步证明了缺陷衍射体波法检测缺陷的可行性，最后通过激光超声检测系统进行了45钢试块内部缺陷的定位定量检测实验，实验结果表明：缺陷检测的定位相对误差在5%以内，定量相对误差在10%以内。该实验证明了利用激光超声缺陷衍射体波法检测内部缺陷位置和大小的可行性，实现了真正意义上的激光激发和接收的非接触检测技术。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1214002      

郑志忠   杨忠   修连存  

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高性能短波红外成像光谱仪在遥感地质领域需求迫切，在基于Offner同心结构分光光学系统组成的短波红外成像光谱仪中，高衍射效率的凸面光栅是其关键分光元件。基于矢量衍射理论分别对矩形表面浮雕结构和三角槽形结构的光栅进行衍射效率仿真与分析，比较结果得到三角槽形结构较矩形的结构的光栅衍射效率高出一倍左右；采用五轴超精密单点金刚石车床切削全新工艺加工方法，推导出金刚石刀头移动误差和标准偏差范围关系表达式，并模拟光栅刻线位置与误差关系，理论分析刀头磨损导致光栅底角残留对衍射效率的影响，研制完成曲率半径为70mm、刻线60l/mm和直径为52mm的凸面光栅。通过对凸面光栅样品的表面面型、表面微细结构和衍射效率测试，结果表明光栅槽形规整，实际测试衍射效率与仿真结果一致，在1000-2500nm光谱区域，峰值相对衍射效率大于80%，平均衍射效率大于65%。采用该凸面光栅搭建的短波红外成像光谱仪，地质遥感应用测试得到的成像光谱数据图像清晰和光谱数据质量佳，验证研制的凸面光栅满足应用需求

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1205002      

王惠琴   杨顺信   张悦   包仲贤  

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现有光空间调制由于其传输速率与激光器数量呈对数关系，导致空间资源的利用率较低。因此，本文提出了一种完全光广义空间调制（F-OGSM）。该方案利用激活不同数量的激光器来传递信息，以此实现了传输速率和激光器数量之间的线性关系。同时，为了充分利用激光器组合冗余，引入天线选择算法，并采用基于信道范数最大化选择算法完成了激活激光器的选择，有效改善了系统的误码性能。最后，利用蒙特卡洛仿真方法比较了F-OGSM以及现有光空间调制的性能。仿真结果表明：相对于广义空间脉冲幅度调制而言，在激光器数量和调制阶数均为4时，F-OGSM系统的传输速率增加了1bpcu；当误码率为1x10-3时，采用激光器选择算法后F-OGSM系统所需信噪比改善了4dB。可见，F-OGSM作为一种高速率的调制技术特别适合于未来大气激光通信。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1301001      

程滨   任姣姣   顾健   李丽娟   高天元  

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针对薄涂层的太赫兹厚度无损检测中涂层上下表面回波不可分的问题，本文测定了普通面漆涂层在0.2~7THz的光学参数，根据其在实验测试太赫兹时域光谱系统0.2-2THz内的光谱特性，采用折射率常数模型和消光系数常数模型，建立了太赫兹波反射式传播仿真模型。在此基础上，以仿真波形与实际太赫兹检测波形的差值方程组作为目标函数，提出了最小二乘厚度优化算法，对涂层厚度进行优化，同时引入太赫兹发射器与样品间的距离参数对目标函数进行优化。设计不同阶梯厚度的面漆涂层样件进行无损检测厚度成像实验，结果表明：基于太赫兹传播仿真模型的最小二乘优化方法对薄涂层样品厚度的定量无损检测精度具有显著提高效果，对面漆涂层来说，厚度检测精度达到了7.9μm，相较于现有方法提升了两个数量级；距离参数的引入实现了对检测过程中太赫兹发射器与样品间距离分布的可视化分析。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1312001      

杨超   李福坤   任婷   魏源松   白杨  

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单晶碳化硅（SiC）正在成为功率半导体的主流材料，即将引领第三代半导体材料革命。为了提升单晶SiC材料的抛光效率及表面质量，本文提出了将传统抛光与磁流变抛光（MRF）相结合的新方法，对一块Φ100mm的单晶SiC晶圆进行实际加工。首先，采用环抛技术将单晶SiC晶圆表面粗糙度快速加工至0.6nm左右；然后，通过配制特殊的磁流变抛光液，采用磁流变抛光技术（MRF）对晶圆进行35分钟的快速均匀抛光，改善SiC晶圆表面的缺陷，消除晶圆亚表面损伤；最后，通过环抛，采用纳米金刚石抛光液对单晶SiC晶圆进行精抛光，获得了粗糙度Ra=0.327nm的高表面质量的单晶SiC晶圆。该方法的提出，将有利于提升单晶SiC晶圆的加工效率、加工精度及表面质量，具有重要的应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1322001      

徐荣青   孔梅梅   张宏超   赵江   孙建鸿  

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电润湿液体透镜是通过改变液面的形状而实现变焦的，变焦时间由透镜本身和采用何种形式的电压驱动共同决定。为了减少变焦时间，需加快液面运动的速度，而粘滞系数较大的液体透镜其液面运动速度较慢，针对这一问题，本文提出了减少变焦时间的一种方法，即通过采用过驱动电压提高液面运动速度，然后再将驱动电压降至目标电压。为验证该方法的有效性，基于近轴光线的传输理论，设计并搭建了电润湿液体透镜变焦时间的测试系统，分析了该系统的测试机理，用其研究了不同过压驱动对电润湿液体透镜变焦时间的影响，结果表明最佳情况下变焦时间由350ms减少至82ms。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1322003      

鞠默然   罗江宁   王仲博   罗海波  

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基于深度学习的多尺度目标检测器，如YOLO V3和DSSD，利用特征金字塔(Feature Pyramid Network, FPN)结构将相邻尺度的特征图通过串联(concat)操作进行特征融合，来提高检测器的检测精度。然而，仅仅融合相邻尺度的特征没有充分利用来自其他尺度输出的特征，并且concat操作只是在通道维度上将特征进行连接，不能反映出不同通道间特征的相关性和重要性。针对以上问题，提出了一种基于注意力机制的自适应特征融合算法，此算法可以与不同的多尺度目标检测器相结合，自适应的融合不同尺度的特征，并利用注意力机制对融合后的特征进行权重的分配。将基于注意力机制的自适应特征融合算法与YOLO V3相结合来建立多尺度目标检测器，并利用Focal loss和GIOU loss来设计检测器的损失函数。在PASCAL VOC和KITTI数据集上进行对比实验，实验结果表明结合了自适应特征融合算法的YOLO V3可以有效的提高目标的检测精度，并且具有较快的检测速度。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1315002      

杨其利   周炳红   郑伟   李明涛  

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检测和识别小型移动目标是空间监视系统、预警系统和导弹跟踪系统等领域的一项 关键技术。本文提出了一种基于深度学习的弱小目标检测方法，该方法基于语义分割 任务，利用全卷积递归网络学习复杂背景下弱小目标的特征，并在网络中使用了残差 学习和递归操作，具有加速网络优化、模型参数少、深度递归监督和特征重用等特 点。将此方法应用在两个真实的图像序列和红外图像测试集上，与三种最新的弱小目 标检测方法进行对比，结果显示，在目标增强和背景抑制方面，此方法取得了最好的 可视化效果，并在目标检测率、信噪比增益、信杂比增益和背景抑制因子等四种评价 指标上取得了优秀的测试结果。因此，对于不同场景下的红外图像弱小目标检测问 题，此方法具有良好的适用性和鲁棒性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1310002      

饶俏萌   高然   张琦   忻向军  

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本文提出了一种采用π/2正交相位板的低温度干扰光纤声波传感器并进行实验验证。采用微加工技术研制了一种具有π/2正交相位的波前相位板。经过自聚焦光纤准直的光束通过π/2正交相位板可以形成波干涉，由此形成一个微型正交干涉型声波传感器。实验结果表明，本文提出的基于π/2正交相位板光纤声波传感器的声波频率响应范围为100Hz到10kHz，声波响应灵敏度可达到168mV?MPa-1。在10kHz频率处，光纤声波传感器最小可探测声压可达到122μPa?Hz-1/2。特别的是，因为π/2正交相位板具有固定的正交相位，本文提出的光纤声波传感器对周围环境温度变化的干扰很低。当环境温度在20°C到140°C之间变化时，传感器的响应标准差只有2.4%。本文提出的π/2正交相位板的低温度干扰声波光纤传感器在许多方面具有广阔的应用前景，例如远程气体泄漏探测，光声光谱探测、声源定位等等。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1306002      

雷雪枫   朱双双   刘振海   李朕阳   陶菲   洪津  

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同平台不同光学遥感器间的视场匹配精度是影响它们对同一观测目标辐射和偏振测量准确程度的关键因素之一，开展高效准确的视场匹配方法研究对多源仪器数据融合处理具有重要意义。本文以山海关飞行实验中安装在同一个航空平台上的偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)为例，提出了一种通过单幅SIPC图像及单扫描圈内POSP星下点邻近数据进行快速视场匹配的方法。将高空间分辨率的SIPC数据通过POSP旋转扫描采集模式下的拖影权重系数模板重采样至与POSP空间分辨率一致，然后度量不同位置的SIPC重采样数据与POSP数据的一致性程度，选取一致性最强的位置作为视场匹配位置。最后通过两台仪器视场匹配时具有的数据相关性获得多场景下数据相关性最高的SIPC像元相对序号作为参考视场匹配位置，将多场景下分别计算的匹配位置与参考位置的平均绝对值误差(MAE)作为视场匹配误差，约为10个SIPC像元，即0.12个POSP像元，满足应用需求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1312004      

李富强   张孝弘   常君磊   蔡伟军   范俊杰   窦莲英   魏学敏   高扬   高凌雁  

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焦平面是空间光学遥感器的核心部件。采用多片探测器拼接是实现长线阵焦平面的通用方法。反射式光学拼接是焦平面常见的拼接方式之一。对于光学拼接，拼接反射镜几何参数设计不合理会导致定焦平面出现漏缝、杂光、遮挡光路等成像缺陷。反射镜参数计算是光学拼接焦平面设计的核心内容。本文详细介绍了光学拼接焦平面拼接反射镜的参数计算。首先，根据几何光学建立光学拼接成像模型，并针对奇数片探测器拼接和偶数片探测器拼接分别对拼接反射镜的几何参数进行了公式推导，主要包括拼接反射镜的位置、长度、宽度、角度等几何参数的数学表达式。最后将算法应用于工程实例，对像方远心和非远心两种典型的光学系统的拼接反射镜参数进行计算，并对两种光学系统拼接反射镜的特点进行了分析。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1308001      

王飞霞   金岑芩   李晓华   王坚   黄晓煜   王皓   屠彦  

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显示器色域提高时，若保持光亮度不变，功耗通常会增加，因此其色饱和度和光亮度需折中考虑。但当光亮度一定时，人们对不同色调、不同饱和度的光的实际亮度感觉不同。本文研究了感知亮度与光亮度、色度之间的关系,并针对激光投影电视设计了两次异色感知亮度匹配实验。实验一基于两台具有相同参数的单色激光电视，研究了色饱和度、色调对感知亮度的影响程度，结果表明同一色调，光亮度相同时，色饱和度越高，感知亮度越高，色饱和度变化程度对色调的系统等效亮度与光亮度比值（Lseq/L）的影响排序为蓝>红>绿。实验二基于两台单色和双色激光电视，研究了不同色域对感知亮度的影响，结果表明光亮度相同时，色域越大的电视，感知亮度越高，自然图片的Lseq/L略低于相应主色调的纯色图片。目前，激光显示从单色发展到双色、三色激光，色域得到扩展，双色、三色相对于单色的电功率亮度转换效率分别提高了3%、24%。研究结果有助于宽色域、低功耗、高感知亮度的激光显示的优化设计。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1333001      

李轲   刘宾   王立鹏   张新玉  

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X射线透照成像过程中结构间的相互遮挡导致图像信息混叠，为获取不同深度的结构信息往往需要采用CT扫描的方法，但是效率偏低。针对上述问题，本文提出基于多线扫描的X射线聚焦成像算法，该算法仅需要重建目标直线通过检测区域，进而提取多视角信息，利用光场重建理论实现指定深度结构的去遮挡重建，具有较高的实时性。本文通过对目标物进行多线扫描并进行X射线重建，结果表明：本方法可实现任意指定深度层信息的重建，并具有较强的实时性，可用于相互遮挡目标结构的快速成像检测，能够提升被遮挡目标的可识别性，具有较大的应用前景。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1311001      

王超   史浩东   李英超   付强   刘壮  

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面向天基空间探测应用，设计了较大视场强容差的超分辨望远成像系统。设计了低旁瓣的五环带纯相位光瞳调制器，分别研究了各类像差对其超分辨倍率和旁瓣因子的影响，给出各项像差的容限，指出在超分辨望远成像系统中，非对称性像差需严格抑制，但对称性像差影响较小，且可互相补偿。在此基础上进行了全视场内像质均一，残留一定量球差的大口径望远光学基底系统优化设计，加入调制器后，其在0.28°视场范围内具有圆整且十分相似的PSF，归一化0、0.6、1的三视场超分辨倍率分别为1.31，1.27，1.26，旁瓣因子均小于0.1，维持了较高的超分辨倍率和较低的旁瓣能量。对该系统进行了公差反向灵敏度分析，发现系统对中心对称公差容忍程度很高，有效的降低了加工装调成本与难度。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1322002      

卢顺   谭中伟   刘艳   杨婧雅   张利伟   牛慧  

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由于多个模式的存在，多模光纤输出的多个模式发生干涉形成散斑。由于散斑很难进行明确分类和识别，传统上利用一根多模光纤是无法进行成像的。而且，多模光纤传输信号十分不稳定，信号会因为外界的温度和光纤的应力而发生一定程度的失真。随着神经网络技术的发展，现在可以使用神经网络对光纤输出端得到的散斑图进行图像识别和分类。在实验中我们搭建实验平台，把26个字母的图像传入光纤，并在输出端采集散斑图。对散斑图的分析发现，把散斑图展开到HSV色彩空间中，单使用V分量进行分类也能达到不错的分类效率，且能缩减训练时长。在预处理后分别使用不同层数的卷积神经网络和CNN+SVM的网络模型以及直接用SVM算法等机器学习算法对散斑图进行分类。 测试结果发现更多层数的卷积神经网络拥有更高的分类准确率，但却需要更久的计算时间。神经网络后加SVM分类器的方法同样可以在一定的计算时间内达到不错的识别准确率。而直接对输出散斑图使用SVM进行分类发现，该方法可以在保证准确率的情况下大大减少计算时间。实验表明把机器学习的一些算法使用在光信号上同样可以实现多模光纤散斑图的分类，在光纤输入端图像特征相对明显时，直接使用SVM算法对光纤输出散斑进行识别，可以大大提升多模光纤输出散班图的识别效率。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1306001      

王奇   傅雨田  

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为了提高复杂动态环境下精密稳像系统的质心定位精度，本文提出一种生成对抗网络方法解决因载体运动引起的星斑拖尾问题。传统的高斯模型先验方法对噪声敏感，盲反卷积方法采用简化模型估计模糊核，与真实值误差较大。本文方法结合了运动流图精确估计运动方向与生成对抗网络优化细节的优点，通过运动流图与模拟星点进行监督，采用端到端的形式复原星斑，无需先验信息与迭代计算，并且可以抑制噪声。实验结果表明，相较于R-L复原方法, 复原星斑峰值信噪比提升了30.5%，质心定位精度提高了33.4%。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1311002      

马加骁   王永洪   张明义   白晓宇   桑松魁  

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为探究光纤光栅（fiber Bragg grating, 即FBG）传感技术，在预应力高强度混凝土管桩（Prestressed High Strength Concrete Pipe Pile，即PHC管桩）静压贯入特性现场测试中的适用性及温度补偿的必要性，对2根闭口PHC管桩进行了现场静压沉桩试验。将FBG温度传感器、低温敏FBG应变传感器采用刻槽法对称安装于PHC管桩的桩身两侧，通过光纤光栅解调仪对静压过程中的温度变化及桩身应变状态进行监测。试验结果表明，在沉桩过程中桩周土体温度变化高达2.62 ℃，需采取温度补偿措施，以确保FBG应变传感器测试结果的准确性；试验中24个低温敏FBG应变传感器全部存活，能够对静压过程中的桩端阻力、桩身轴力、侧摩阻力及单位侧摩阻力的变化规律进行动态、实时的监测；且此传感器具有温度补偿的功能，能够较好的满足现场试验的测试需求，为FBG传感技术在岩土工程现场测试中的应用提供了新方法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1206004      

赵宇辉   王志国   赵吉宾   何振丰   高元   张宏伟  

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为研究基材冷却状态对于对激光沉积成形AlSi10Mg合金质量和性能的影响机制，采用激光沉积成形设备，在不同冷却条件下沉积成形AlSi10Mg合金试样，并利用温度测量系统、金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机对成形过程中温度演变及成形后宏观形貌、组织状态及室温拉伸性能等进行系统表征。结果分析表明：合理的基体冷却温度会使沉积效率提升且缺陷率降低，同时改变冷却条件可以使得沉积层组织构成发生显著变化，内部的枝晶间距明显减小。优化冷却条件后沉积试样的屈服强度和抗拉强度较无冷却条件下的分别提升了约4%和7%，其断裂方式均为韧性断裂。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1114002      

李红艳   杨艳芳   何英   段慧慧   阎皙玉  

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基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论和角向偏振涡旋光束经过高数值孔径强聚焦后有径向分量的结论，研究了衍射光学元件（DOE）调制的角向偏振拉盖尔高斯涡旋光束的4pi聚焦特性。模拟结果显示，调节4pi聚焦系统中的一个参数或两个参数易于实现特殊焦场结构之间的转换。首先通过调节4pi聚焦系统中的参数得到平顶光场结构，然后单独调节一个参数可以实现平顶光场到光针结构的转换，有向暗通道结构转变的趋势，同时调节两个参数能得到暗通道结构，这些特殊焦场结构之间的转换在光学微操控领域具有潜在的应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1226001      

何耿   徐俞   曹冰   王钦华   徐科  

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将GaN用于制备微型激光器具有体积小、阈值低、易集成的优点，十分满足当前先进通信技术的需要。通过氢化物气相外延（HVPE）的方式在蓝宝石衬底上获得了GaN微米碟，其几何形态为规则的正六边形且表面平整，直径约为27 μm，高度15 μm。通过光致发光实验发现微米碟垂直方向和水平方向光学谐振模式存在差异，其中水平方向支持回音壁模式振荡。在室温条件下采用高能脉冲激光照射微米碟，当激励光功率超过7.8 μW时，光谱在374 nm波长附近获得多模式激光信号，其中以回音壁模式（WGM）激光占优势，品质因子（Q）值可达3742。最后结合Comsol仿真软件对谐振腔进行了光场模拟，分析了其光学模式特性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1223001      

胡丽   殷高方   赵南京   陈敏   甘婷婷  

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浮游藻类是理想的生物毒性受试体，其光合作用过程对污染物毒性响应快速敏感。本文以蛋白核小球藻为受试对象，以藻类光合荧光参数为毒性评价指标，研究Cu毒性作用下多个光合荧光参数的响应规律。结果显示：(1)Cu对光合荧光参数F0、Fm、Fv、Fv/Fm、Yield、rP、JVPⅡ、α和Ek抑制效应显著，其中Yield、rP、α和Fv/Fm在24h体现出稳定的抑制效应，可作为24h分析Cu毒性的评价指标；(2)Yield、rP、α和Fv/Fm抑制程度对Cu浓度具有良好的剂量效应关系，拟合相关系数R2分别为0.9989、0.9992、0.9991、0.9977，由此得到EC50-24h值分别为61.05μmol/L、66.31μmol/L、69.41μmol/L、99.61μmol/L，实验结果可为基于藻类光合抑制效应的生物毒性检测的毒性测试指标选择提供参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1217001      

周桐宇   李丽娟   任姣姣   张丹丹   张霁旸  

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玻璃纤维增强复合材料具有耐腐蚀性强、介电性能良好和热性能良好等优良性能，广泛应用于航空航天、铁道铁路等相关行业。本文将脉宽调制后的太赫兹脉冲激励源作为输入光源、将材料实测太赫兹波段光学参数采用徳拜模型进行拟合优化后作为材料输入参数应用于时域有限差分方法中。建立了玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷的太赫兹脉冲检测模型。基于时域有限差分法对太赫兹波在玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷的传播特性进行了数值仿真分析，重点从时域波形及B-Scan成像两方面分析了太赫兹波在胶接缺陷结构中的传播过程以及高次回波的形因。针对玻璃纤维增强复合材料存在的脱粘缺陷、分层缺陷进行诊断分析，对于1mm厚玻璃纤维增强复合材料中的脱粘缺陷检测厚度达到20μm；对于玻璃纤维增强复合材料中厚度为80μm分层缺陷检测层数达到两层。时域有限差分模型可为基于太赫兹脉冲成像的玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷的无损检测和评估提供理论支撑。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1226002      

张锦龙   史帅凯   焦宏飞   程鑫彬  

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亚波长光栅因其特殊的结构能够有效的调控电磁波的传播，易于实现反射、偏振、相位调控，在滤光片与波片等领域具有广泛的应用。多层叠加式的层叠光栅又体现出了一些新的功能特点，能够实现单层光栅无法实现的光谱性能，如实现对单波长偏振光的全角度反射、通带更加平坦的窄带滤光片以及不同波段的宽带反射镜。模式匹配分析法为计算亚波长光栅衍射效应的高效方法，仅分析亚波长光栅内部的几种波导模式就可快速得出亚波长光栅的衍射效率与电磁场分布，被广泛应用于平面光栅、波导光栅、光纤光栅的计算分析中。本文首次将模式匹配分析法推广至亚波长层叠光栅，相邻的不同介质层边界处电磁场切向分量连续，每层中的电磁场各个波导模式对该层中电磁场的贡献与相邻层中电磁场切向分量相等，进而相邻层间模式匹配。并且通过具体实例计算比较了模式匹配分析法与严格耦合波分析法得到的光栅衍射效率和电磁场强度分布，对比结果表明本文提出的模式匹配分析法在分析亚波长层叠介质光栅方面相较于严格耦合波分析法更为高效，在收敛性以及计算速度方面有着独特的优势，且对于深刻理解层叠光栅对电磁波的衍射效应以及结合优化方法设计新型亚波长光栅、新型超表面具有重要意义。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1205001      

薛文渲   刘建霞   刘然   袁晓辉  

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本文针对当前主流的眼底视网膜血管分割方法存在细微血管细粒度特征很难采集和细节丢失的问题，设计了一种改进U-Net的网络模型算法,将U-Net上下采样中原始卷积层改为二次循环残差卷积层，提升特征的使用效率；在解码部分引入多通道的注意力模型，针对细微血管特征权重低的问题，改善在低对比度下细小血管的分割效果。该算法在DRIVE (Digital Retinal Images for Vessel Extraction)和STARE (Structured Analysis of the Retina)两个数据库的准确率分别为96.89%和97.96%，敏感度分别为80.28%和82.27%，AUC性能分别为98.41%和98.65%，较现有的先进算法有一定的提升。本文所提算法能有效提高眼底图像细微血管分割准确率。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1210001      

林川   胡仁志   谢品华   吴盛阳   童金钊   李治艳   王凤阳   王怡慧  

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二氧化氮(NO2)和有机硝酸酯(Organic Nitrate, ON)是对流层中重要的痕量气体，直接影响臭氧(O3)的生成。本文基于腔衰荡技术搭建了一套热解双腔式腔衰荡光谱(TD-CRDS)探测系统用于环境大气NO2和有机硝酸酯的快速同步测量。二氧化氮是通过其在NO2腔内对406nm处激光的吸收来直接进行测量的，而有机硝酸酯是通过将其在450℃高温下热解为NO2进行间接测量，在该温度下，ON的转化效率可达到99%，ON腔测量环境NO2和ON热解生成NO2的总量。使用中心波长为406.02nm的激光器，经NO2高分辨吸收截面与激光光谱卷积获得NO2的有效吸收截面为5.74×10-19 cm2molecule-1；对加热装置进行稳定性测试，确定最佳流速为1L/min；NO2腔与ON腔同步测量环境大气NO2具有非常好的一致性，相关性系数R2为0.99。经优化，本探测系统的探测限可达到97.5ppt(3σ, 1s)，NO2测量误差为±5%(1σ)，ON测量误差为±8%(1σ)；并进一步分析了二羰基、N2O5和ClNO2对NO2和ON外场测量的干扰。将TD-CRDS系统与长光程差分吸收光谱(LP-DOAS)测量的NO2进行对比，两者一致性较好，R2为0.93，说明系统测量具有较好的准确性。2019年10月16日至10月23日在合肥安光所开展了TD-CRDS系统为期一周的外场观测，获得了NO2和ON的时间浓度序列。观测期间NO2和ON具有明显日变化规律，NO2和ON浓度范围分别为1.99~60.85ppb和0~5.78ppb，平均值分别为13.18ppb和0.50ppb。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1201003      

章建帅   张红军   孙辉  

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摘 要：本文基于电磁感应透明原理理论研究了金刚石锡空位色心系统的光学双稳特性。研究表明，通过改变系统的参数，例如，探测场失谐量、耦合场失谐量和强度、合作参数等，可以显著的改变系统的量子相干特性，从而可以有效调控该固态系统的光学双稳的阈值。另外，适当地调节耦合激光场的强度，可以实现光学双稳态和多稳态的相互转化。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1219001      

邵江锋   华灯鑫   汪丽   潘睿   王东  

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本文利用Nd:YAG激光器产生10 Hz的355 nm和266 nm的激光束作为光源，研制了用于对流层大气气溶胶探测的紫外双波长激光雷达，实现了气溶胶Mie散射信号在紫外波段的精细分离和提取。太阳辐射光中的266nm波段在通过大气层中的臭氧层时几乎被完全吸收，日间太阳背景光辐射几乎衰减为零，利用266nm波段探测气溶胶光学特性时不受太阳背景光的影响。本文通过对双波长Mie散射信号日间和夜间探测信噪比数值仿真和实际探测信噪比分析，得出日间探测时355 nm的信噪比较低，夜间探测时266 nm的信噪比较低，这与数值仿真结果一致。通过分析实际探测信噪比为10时的数据，得到该系统日间266 nm探测高度可达2 km，夜间355 nm探测高度可达5 km。本文对西安地区晴天和雾霾天气的初步探测结果表明，该多波长激光雷达的性能完全能够满足对流层内气溶胶粒子的全天时和不同天气情况下的探测要求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1201004      

韩伟   张也   辛煜  

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本文提出了一种透过散射介质对物体进行追踪与重建的方法。基于散射介质的光学记忆效应,结合反卷积、点扩散函数解算以及互相关等方法能快速确定运动物体的偏移。基于此方法搭建的实验系统也很好的验证了本方法对运动物体移位距离计算的准确性。本文工作有利于推动透过散射介质成像相关技术的实用化以及生物医学成像领域的发展。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1211001      

张天刚   张倩   庄怀风   薛鹏   姚波   徐誉桐   李宝轩  

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为提升TC4表面摩擦学性能，利用通快4002同轴送粉光纤激光器在TC4表面制备了TC4+Ni60+Ni-MoS2多元复合自润滑耐磨涂层。采用XRD、SEM、EDS、EPMA、显微硬度计、摩擦磨损试验机和白光非接触式轮廓仪分析研究了涂层组织和摩擦学性能。结果表明，熔覆层中无裂纹产生，但存在少量气孔缺陷，涂层生成相主要包括TiC、Ti2Ni、Ti2SC以及α-Ti；各生成相在涂层中分布均匀致密，其中Ti2SC与Ti2Ni形成了Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相，经Bramfitt二维点阵错配度计算，Ti2Ni(001)晶面与Ti2SC(01-10)晶面间的错配度δ=3.18%，两相形成了共格界面关系；涂层的显微硬度较基材显著提高，Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相有效改善了涂层的减摩、耐磨性能，涂层磨损机制为磨粒磨损。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1114001      

陈嘉威   沈宽  

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针对由于扫描角度不同导致的夹杂检测误差较大、稳定性低等问题，提出了一种低密度粉末材料多角度数字化X射线摄影（DR）扫描夹杂检测方法。该方法采用尺度不变特征变换（SIFT）特征匹配的方法寻找不同角度下夹杂的图像，选取不同角度下夹杂尺寸的最大值作为它们的近似值；建立不同角度下夹杂面积和旋转角度的关系，并预测出最大夹杂面积和旋转角度。实验结果表明，本文的检测方法解决了计算机断层扫描（CT）效率低的问题，同时相比于单次扫描的检测方法进一步提高了检测的准确性和稳定性，并且在较小旋转角度下的预测具有较高置信度，能够满足实际生产检测需求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1110002      

汪伟   张黎明   徐伟伟   司孝龙   黄文薪  

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先进的静止轨道辐射成像仪搭载于FY-4A地球同步轨道卫星，其反射太阳波段被星上太阳漫反射板定标。被太阳照明的星上太阳漫反射板提供标准辐亮度。太阳漫反射板反射率衰减监测仪（后简称比辐射计，SDRDM）被用来监测漫反射板反射率变化，这一手段是实现太阳漫反射板寿命期内稳定工作的重要保障。比辐射计包括两个对称分布的端口，其交替观测太阳和漫反射板并求比值从而达到监测漫反射板反射率的目的。比辐射计配有三个窄带滤光片探测器，中心波长分别为0.470μm、0.650μm和0.825μm。观测太阳端口的透过率和太阳漫射板的相对BRDF是随角度变化的变量，因此比辐射计观测信号会受到入射光线角度的影响，该影响被叫作比辐射计角度因子（简称角度因子）。地面测量角度因子的状态与星上使用存在差异，因此星上验证角度因子十分必要。该研究提出了一种使用星上数据计算角度因子的方法，该方法被使用的前提是太阳漫射板在轨前期不发生衰退。相同太阳角度比值计算被使用，从而在避免讨论比辐射计角度因子的前提下验证了太阳漫反射板的稳定性。SDRDM的角度因子被计算出，并与实验室测量结果进行了比对。结果显示星上计算值与实验室测量值偏差小于0.5%，发射前测量的角度因子可以被用来计算太阳漫反射板的退化因子。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1128002      

姚萍萍   许孙龙   涂碧海   崔珊珊   金洁   骆冬根   洪津  

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为从科学级面阵探测器中筛选出满足空间应用的高可靠性和稳定性要求的器件，提出了一种对星载面阵电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD)进行温度循环、随机振动及高温老炼等环境应力试验考核的筛选方法。设计了一套筛选专用面阵CCD图像采集系统，并基于分段式均匀照明光源和连续可调谐均匀单色照明光源对筛选前后面阵CCD的光电性能参数进行测试。通过对比筛选试验前后面阵CCD的暗电流，像元响应非一致性，量子效率，非线性误差等参数变化，分析面阵CCD的环境适应性，剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器，并从中筛选出性能最优的探测器应用于星载多角度偏振成像仪进行大气遥感观测。试验结果表明，最终优选的探测器在筛选试验前后量子效率QE最大变化-2.56%，像元响应不一致性均小于3%，非线性误差LE均小于1%，筛选后暗电流为889.22e-/pixel/s。研究结果可为航天领域低等级面阵CCD筛选试验方法及CCD性能评估技术的标准化建立提供重要参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1112002      

徐赵龙   解研   王迎新   赵自然   楚卫东   冯德军  

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太赫兹量子级联激光器（THz-QCL）是适合于实现自混合干涉的半导体激光器。本文研究了利用自混合干涉效应对THz-QCL频谱、线宽增强因子以及反馈光耦合系数进行测量的实验方法。实验搭建了THz-QCL自混合干涉光路，并从THz-QCL驱动电压上获得了高信噪比的自混合干涉信号以及其随反馈光光程变化的曲线。通过对自混合干涉信号进行解析，可准确获得THz-QCL不同工作电流和温度下的激射频谱，频谱的分辨率反比于反馈光光程的变化。基于自混合干涉信号，我们还分析得到了THz-QCL的线宽增强因子这一激光器重要的内禀参数以及反馈光耦合系数。本研究所实现的自混合干涉测量技术有望进一步发展为物质的太赫兹频谱识别和测量技术。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1114003      

贺超   叶卉   陈田   程鹏雨  

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本文提出一种利用光学亮环晶格进行空间光信息编码通信的方法。基于面向目标的计算全息术生成4种简单模式光学亮环晶格对应的计算全息图(Computer Generated Hologram, CGH)，利用加载全息图的反射式空间光调制器(Spatial Light Modulator, SLM)调制入射光直接重建4种简单模式的光学亮环晶格进行空间光编码通信。4种光学亮环晶格模式对应于4个不同的四进制数，易于识别，通过光学亮环晶格模式的组合完成一幅32像素x56像素256阶灰度图的编码与空间传输，在距离发射端2 m处的接收端利用电荷耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)完成光学亮环晶格的接收并通过计算机进行数据解码，可以在部分干扰情况下，无差错恢复原始图像信息。在此基础上，实验拓展单个光学亮环晶格至2x2和4x4阵列，可在原有的研究基础上提升传输效率、系统容量4倍和16倍。本研究成果实现了利用光学亮环晶格进行空间光编码通信的目标，研究采用的编解码方案简单，易于实现，扩展性强，且具有一定的抗干扰性能，该研究成果极大的丰富了光学亮环晶格的应用场景，同时对于涡旋光束领域信息编码传输效率与系统容量的提升具有重要的参考价值

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1105001      

张元帅   张洪玮   吴松华  

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沙氏激光雷达技术（Scheimpflug Lidar）是近年来发展起来的一种新型激光雷达技术。针对水体的小角度后向散射现场测量难题，本文基于沙氏原理设计了一套水体沙氏激光雷达（Water Slidar）系统，拟解决175°-180°小角度后向散射测量难的问题。本文介绍了水体沙氏激光雷达系统的设计、模拟及搭建，并对去离子水、自来水和河水等不同水体进行了实验室水槽实验。详细介绍了多测量介质条件下的距离校正方法，将后向散射的光束宽度和强度变化情况与分光光度计测量数据进行比较分析，发现激光光束的宽度及强度变化表征光束衰减情况，同时可表征不同水体的后向散射强弱及变化规律，数据结果具有较好的一致性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1101004      

马帅   吴涛   孙城林   周韬   何兴道  

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本文提出了一种基于中红外中空波导光纤的呼吸气体CO2测量系统，该系统使用中心波长为2.73μm的DFB激光器结合1m长的中空波导光纤，采用免标定波长调制光谱技术（CF-WMS）对呼吸气体CO2进行实时测量。采用CF-WMS技术得到的CO2气体浓度与标准气体浓度之间的线性度为0.9999，在0-6%大的浓度范围内，测量结果与标准气体浓度值之间最大绝对误差为0.01%。CF-WMS 技术反演的CO2浓度精度为10.1ppm，在最佳积分时间26s时，CO2气体的探测极限为1.3ppmv。将基于CF-WMS技术与传统的标定式波长调制技术（WMS）测量CO2气体浓度的精度和灵敏度进行比较，结果发现CF-WMS技术相对于WMS技术测量精度提高了一倍，CF-WMS技术测量灵敏度为WMS技术测量灵敏度的1.4倍。呼吸气体CO2实时测量时，采用CF-WMS技术测量的背景CO2浓度基本稳定在380ppm左右，呼吸末CO2浓度稳定在5.7%附近。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1130001      

刘杉   刘宏月  

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提出一种基于Livelink数据交互的光纤布拉格光栅-力学结构感知仿真方法。通过Livelink模块将FBG传感仿真模型与COMSOL有限元多物理场耦合模型相结合，建立了COMSOL与MATLAB的交互式模型，实现光、力、温度等多物理场下FBG对力学结构感知信号的仿真分析。采用基于自适应滑动窗口的效率优化模块，以提高光纤布拉格光栅反射率光谱的仿真速度。同时，通过典型工字梁结构与光纤布拉格光栅传感器实现了光纤布拉格光栅-力学结构多物理场感知仿真分析模型的验证。实验结果表明：工字梁静载实验中，仿真与实测的FBG中心波长偏移量误差小于4.6%，其均方根误差小于0.0048；冲击载荷实验中，仿真结果与实测数据具有较好的吻合度，进一步验证了本文提出仿真方法的正确性，可为FBG传感网络的排布提供仿真依据。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1106001      

张依宁   冯玉玲   赵振明  

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外腔延时特征（time delay signature，TDS）和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量。本文将一个具有相位调制光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个具有光电反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的光电反馈半导体激光器系统，即主从激光器系统，用来降低混沌激光的TDS并提高其带宽。数值研究了外光注入系数、反馈强度和抽运因子对TDS的影响，并研究了主激光器输出混沌光的TDS对从激光器输出混沌光TDS的影响。然后在本文提出的系统中TDS被有效抑制的基础上研究了系统输出混沌激光的带宽，结果表明：本方案可以有效地降低混沌激光的TDS，外光注入系数、反馈强度和抽运因子的增大都能拓宽混沌激光的带宽。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1214001      

何志毅   黄裕   张雨益   何宁  

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激光距离选通的扫描式成像与凝视型成像相比，具有成本较低、能更有效地克服多次散射等特点，成像扫描及其与激光束扫描的同步配合是扫描成像的技术难点。本文设计了一个基于空间光调制器（SLM）的扫描式距离选通激光雷达系统，保证目标反射光的可靠接收并在时间上和空间上屏蔽后向散射光。在不同衰减长度的光散射环境中进行了测量和对比，并实现二维三维成像。实验结果表明，本系统能够有效可行地实现光束与距离选通成像的扫描同步，适用于光散射环境中光学成像的可视距离扩展。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1201001      

许满满   邵士勇   刘庆   程雪玲   宋小全  

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针对近海复杂地形下海陆风对大气湍流特性的影响，在深圳市杨梅坑环境生态中心开展了大气湍流观测实验，利用温度脉动仪、超声风速仪和测风激光雷达获得了大气折射率结构常数、大气声虚温、风速风向廓线等时间序列数据。通过分析海陆风对大气湍流的功率谱、各向同性和湍流动能耗散率的影响，得到海风较陆风条件下湍流发展的更为充分。海风条件下各向同性系数接近甚至等于1的频率范围跨越了0.05~50Hz，速度谱幂率均贴近-5/3线，陆风条件下，只在0.8~10Hz的频率范围内在极短时段表现出局部各向同性，速度谱幂率均严重偏离-5/3线且整体偏向大，平均值在-1.3左右；海陆风条件下湍流动能耗散率和湍流强度均呈线性关系，温度脉动仪和超声风速仪的拟合斜率分别为1.1、0.76和0.73、0.28。研究结论为深化海洋环境下的激光传输研究提供了一定的数据规律支撑。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1201002      

李想   汪立新   沈强  

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针对静态Allan方差分析方法无法有效分析、辨识静态下激光陀螺仪的随机误差，无法给动态下激光陀螺仪的随机误差补偿提供准确依据，本文提出时间框动态Allan方差分析方法，分段建模进行动态Allan方差分析、辨识随机误差项。建立灰色GM（1,1）预测模型对辨识出的随机误差参数项进行预测，针对传统GM（1,1）预测模型因为数据不全、波动大的问题，本文提出基于小波滤波平滑处理原始数据和残差修正模型改进GM（1,1）预测模型，试验结果表明，改进GM(1,1)模型预测算法预测精度对激光陀螺仪在同一工况下的随机误差系数预测精度比传统GM(1,1)模型预测算法有更高的精度等级。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1204001      

杨曦   孙鹏帅   庞涛   夏滑   吴边   徐启铭   张志荣   舒志峰  

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在使用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）进行气体检测时，气体氛围的温度变化会影响气体的吸收线强、吸收谱线线型及气体分子数密度，进而影响气体浓度的准确测量结果。本文以设计高精度温度控制箱体用来控制吸收池所处环境的温度为目标。首先，利用CFD仿真软件模拟了目标温控箱的形状、TEC位置及气流矢量等参数对箱体内部温度分布的影响；其次，借助仿真结果对温控箱的设计及加工进行优化；最终设计完成了可为气体吸收池提供温度均匀、稳定的温控箱体系统。温度控制箱体的可调控制温度范围在32℃~50℃时，控制精度可达0.01℃，并可以长期保持稳定。温度稳定性通过对505ppm标准CO2气体浓度检测的实验进行验证。因此，上述结果证明利用CFD仿真优化温控装置参数，获得稳定均匀的温控系统，可以减小环境温度对测量结果的影响，有效提高气体浓度测量的准确度和稳定性。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1230001      

肖功利   张开富   杨宏艳   杨寓婷   杨秀华   窦婉滢   曾丽珍   李海鸥   陈永和   傅涛   李琦   刘兴鹏   孙堂友  

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本文设计一种新颖的D型对称双芯光子晶体光纤表面等离子体折射率传感器。利用该结构中的双芯与金属传感层界面处产生的表面等离子体共振效应，结合不同的金属传感层，在可见光与近红外波段获得双谐振峰现象。采用有限元法分析了双谐振峰的相互独立性，研究了该结构中空气孔间距、直径和金属传感层厚度、纳米柱半径及其间距对双峰的影响。结果表明：在优化结构参数后，该传感器具有较好的传感性能和双谐振峰现象。在1.36~1.43的折射率范围，与双谐振峰对应的灵敏度分别高达8557nm/RIU和11742nm/RIU，品质因数分别大于39RIU-1和54RIU-1。该研究结果为光子晶体光纤表面等离子体生物传感器的设计提供了理论参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1206001      

麻晓敏   陶宗明   单会会   张辉   包莉娜   魏宁   薛模根   罗晓琳   刘东   王英俭  

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气溶胶消光系数随时空的分布规律是计算大气辐射传输的重要参数，是环保部门制定大气防控政策的重要依据。联合后向散射激光雷达、侧向散射激光雷达和拉曼散射激光雷达为一体的激光雷达系统，探测对流层气溶胶消光系数具有两个明显的优点：一是反演时不需要假设激光雷达比，二是没有后向散射激光雷达在近地面的过渡区和盲区。在2017年1月至2018年12月期间利用一体化激光雷达系统在合肥进行了146天数据探测，并对气溶胶消光系数进行了反演和统计分析。得出了气溶胶激光雷达比平均值为68.4 sr及随月份的分布规律；气溶胶消光系数月平均、季平均和年平均高度廓线。个例分析表明，0.6 km以下气溶胶消光系数随高度和时间变化可以很复杂，这是传统后向散射激光雷达很难探测到的；对比分析了利用激光雷达比经验值反演气溶胶消光系数所引起的误差大小。这些探测结果为研究大气污染传输和大气污染防治提供了科学依据。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1101003      

苗壮   张湧   李伟华  

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提出了一种基于深度学习的红外目标建模方法。将对抗与自编码相结合，设计了基于条件的双重对抗自编码网络。利用训练后的网络，仅需输入类别标签和满足一定分布的随机变量即可生成相应类别的红外目标图像。在自建红外数据集上对模型的有效性进行验证，实验表明生成的目标图像在真实性和多样性等各方面均取得了较高的评价结果；将随机生成的目标图像应用于小数据集的补充，可有效改善训练数据匮乏的问题，提高红外成像系统识别算法的准确率。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1111002      

邢豪健   张洁   尹增鹤   朱永  

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本文先采用“一步法”制备多壁碳纳米管和银纳米颗粒（CNTs/Ag1），进一步采用银纳米溶胶修饰CNTs/Ag1，得到CNTs/Ag1/AgNPs复合结构基底。利用三维时域有限差分（three-dimension finite difference time domain, 3D-FDTD）计算了电场分布和增强因子。拉曼测试实验表明：对罗丹明6G(rhodamine 6G, R6G)的检测极限低至10-15 M/L；R6G的拉曼峰值强度与CNTs的2D峰强计算的归一化比率k（k=I@R6G/I@2D）的相对标准偏差（RSD）值低至纯拉曼强度的一半。此外，研究了结晶紫（crystal violet, CV）溶液的定量SERS检测。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1224001      

胡必龙   王逍   李伟   曾小明   母杰   左言磊   王晓东   吴朝辉   粟敬钦  

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针对超高峰值功率激光系统中脉冲的压缩及聚焦过程进行建模，基于光线追迹法和夫琅禾费衍射方法对平行光栅对压缩器的色散过程和抛物面镜的聚焦过程进行了模拟分析，同时采用Square-Radial多项式对方形口径的波前畸变进行描述，分析了近场存在四种不同波前畸变情况时对远场时空分布的影响，并定量给出了在不同情况下的误差允许范围。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1132001      

高炜祥   李星占   郑华林   胡腾  

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超精密加工工件表面存在影响其性能的各种空间频率误差，针对工件的不同性能研究，需要采用有效分解手段对含有特定频段空间频率误差的形貌进行提取。传统的空间频率误差分解方法存在严重的模态混叠现象，为了解决这一问题，本文提出自适应二维变分模态分解算法（bidimensional variational mode decomposition，BVMD）对三维表面形貌进行分解。首先，从采集三维形貌数据时会造成截断误差的角度出发，引入镜像延拓和自卷积Hanning窗方法对数据预处理。然后，利用粒子群退火优化算法，对BVMD算法中惩罚系数和分解层数两个主要影响参数进行寻优。其中，以各模态分量之间的频谱KL散度作为混叠指标，引入最小风险贝叶斯决策理论，综合KL散度与重构误差构建优化算法适应度函数。最后，对超精密加工实测表面形貌进行分析，并与离散小波分解、二维经验模态分解方法相比较。结果显示本文方法分解的KL散度值在102量级，远高于其它两种方法，能更好的抑制模态混叠，实现超精密加工表面空间频率误差的有效分解。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1122001      

孙迎春   潘树国   赵涛   高旺   魏建胜  

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为解决YOLOv3算法在检测道路交通灯时存在的漏检率高、召回率低等问题，提出一种优化YOLOv3算法的交通灯检测方法。首先，采用K-means算法对数据进行聚类，结合聚类结果和对交通灯标签的统计结果，确定先验框的宽高比及其数量。然后，根据交通灯尺寸特点，精简网络结构，分别将8倍降采样信息、16倍降采样信息与高层语义信息进行融合，在两个尺度上建立目标特征检测层。同时，为了避免随着网络加深而产生的交通灯特征消失问题，分别减少两个目标检测层前的两组卷积层，简化特征提取步骤。最后，在损失函数中利用高斯分布特性增加对边界框准确度的判断，以提升对交通灯检测的精度。实验结果显示，YOLOv3优化算法检测速度可达30fps，平均精准率较原网络提升9%，可以有效的完成对交通灯的检测。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1215001      

王超   张学智   江俊峰   刘琨   王双   刘铁根  

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针对水利枢纽高速气流的流速测量需求，本文提出了一种基于光纤法布里-珀罗传感技术的湍流流速测量系统。该系统由风速探头和偏振低相干干涉解调单元组成，其中风速探头利用2支法布里-珀罗传感器检测流场的压力和温度变化以实现流速的计算，解调单元的低成本线阵CCD采集到的干涉信号通过单个条纹的峰位置变化和七步相移法实现高精度解调。在20-40°C和98-110kPa的外界环境下对两支传感器进行了标定，用于滞止压力测量的传感器压力绝对误差小于0.018kPa，用于流场温度测量的传感器温度绝对误差小于0.08°C。利用该系统进行了速度范围9.3-93m/s的气流检测，流速绝对误差小于0.49m/s。实验结果表明，该系统可以实现高速湍流的流速测量，其低成本的结构方案可实现仪器化，有广泛的应用前景。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1206005      

王玲   郝健   王中昆   徐铭恩  

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??出一种制造辅助的光学相干层析成像(Manufacturing-aid optical coherence tomography，M-OCT)方法来实现高分辨、无损、全纵深、大体积的成像。该方法融合离 散制造原理和显微层析成像方法，在离散制造过程中通过 OCT 获取当前几个 mm 的纵深高 分辨率图像，离散制造和 OCT 扫??成像同步或交替进行，结合图像拼接算法，制造完成的 同时获取制造样品的三维全纵深图像。利用 3D 打印技术实现离散制造构建高分子支架进行 M-OCT 成像验证，成像结果与微计算机断层扫??技术(Micro-CT)成像结果一致，且 M-OCT 相比 Micro-CT 可以更清晰的分辨出打印过程相邻层材料堆积融合状态及制造缺陷。基于 M-OCT 的高分辨率成像结果，量化了整个支架的打印层厚、不同区域的孔径、丝径变化。 大体积高分辨 OCT 成像为 3D 打印、细胞组装、生物制造、自动切片等离散制造的过程监 控及无损检测??供了一种新方法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1111003      

张慧琴   孙立勋   杨艺哲   吴晓静   杨勇   朱思伟   袁小聪  

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提出了一种利用石墨烯基光学生物传感器对特异性生物小分子实现高灵敏检测的方法，采用易于修饰的磁性纳米颗粒作为生物探针载体，通过磁场控制实现磁性颗粒在石墨烯表面的吸附，优化了石墨烯表面复杂的改性过程。利用搭建的基于功能化修饰磁性颗粒的石墨烯基光学生物传感器，实现了0.01ng/ml的赭曲霉毒素A的检测，在0.01ng/ml-5ng/ml微小浓度范围内具有良好的响应，且表现出较好的特异性。本文所提方法扩展了石墨烯基的光学生物传感器的应用范围，简化了生物分子的传感过程，提高了光学生物传感器的灵敏度

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1117001      

肖旺   郑勇   朱正伟  

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针对于很多大型工程结构存在大变形但仍可以发挥功能性作用的特点，需要大量程的检测和监测。本文基于光纤弯曲损耗传感原理，提出了一种可用于位移测量的大量程、结构简单的线性传感器。从理论上证明测量位移与光纤弯曲损耗之间的线性关系，并推导出表达式，开展了一系列标定试验和性能试验。试验结果表明，该传感器的测量范围为0 - 200 mm，灵敏度为0.1668 dB/mm，最小分辨位移为0.06 mm，重复性误差为0.26% FS，迟滞性误差为2.22% FS，可用于结构的开裂测量和大型工程的连续监测，具有良好的应用前景。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1206002      

陶洪   芈月安   古皓   李雪健   任文华   简伟   任国斌  

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针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键，通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可在特定波长处转换特定高阶矢量模(TE01、TM01和HE21)，并且谐振波长可调谐，该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第12期 pp.1206003      

刘志敏   张镇斌   张箫   高恩多   周凤麒   王嘉伟   王雨晴  

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设计了一种具有矩形槽（RG）方环的谐振器边耦合MDM波导，运用F-P理论精确推导了谐振器的有效长度，并利用该结构实现了多模可调等离子体滤波器。在数值计算和理论分析的基础上，得到了除传统整数模式以外的非整数模式。非整数模式随着RG长度的增加发生红移，并且是被线性地调控，因为当RG位于其磁场的波腹时，RG对磁场的影响最大。相反，整数模由于对RG不敏感其波长保持不变，因为当RG位于其磁场的波节时，RG对其影响最小。此外，还可以通过改变RG的形状、位置和数目来调控模式的数目及其场分布。与传统的谐振器相比，该结构和所得到的结果可以为灵活调控谐振波长提供更多选择，因此对于光电子器件的设计具有潜在应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1123001      

杨宏艳   陈昱澎   肖功利   刘孟银   刘厚全   滕传新   邓洪昌   陈明   徐荣辉   邓世杰   苑立波  

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采用有限元方法(Finite Element Method)设计并且研究了一种基于金属-电介质-金属(MIM)的内嵌对称扇形金属块的纳米圆形谐振腔滤波器。研究发现通过改变扇形共振角度θ、半径R、耦合距离d、共振腔内的介质折射率n等主要参数可有效调节该结构的透射特性，该滤波器同时出现两个显著的共振峰，即存在两种共振模式，品质因子最高可达到40，其透射率最高可达到70%，可高效实现可调谐带通滤波功能。对结构参量进行调整和优化，相应的谐振波长可分布在近红外波段光纤通信的850nm和1310nm通信窗口。该结构为设计和实现光通信领域下一代等离子体滤波器提供重要的理论依据并具有潜在的应用价值。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1124001      

陈潮起   孟祥超   邵枫   符冉迪  

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本文针对传统红外与可见光图像融合方法存在融合图像场景对比度低、热红外目标不明显、细节与纹理不够清晰的问题，提出了一种基于多尺度低秩分解的红外图像与可见光图像融合方法。首先，通过多尺度低秩分解，将红外图像、可见光图像分别分解为多层次局部低秩图（显著图）和全局低秩图；其次，充分考虑分解图像特点针对性设计最优融合规则，以有效融合红外和可见光图像的互补信息；最后，基于融合规则重构融合图像。基于公开数据集进行实验验证。结果表明，本文提出方法能够生成目标清晰、细节丰富的融合图像，相比于其它方法，具有更好的视觉效果和融合精度。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1110001      

常钰阳   孙斌   黄禅   洪津   乔延利  

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高分五号卫星多角度偏振探测仪（DPC）是国内首台具备业务化多光谱多角度偏振探测能力的星载遥感器。发展了一套针对DPC观测数据的处理算法，可获取观测区域上空云检测结果、相态分布和云光学厚度。利用670nm、865nm反射率、490nm几何归一化偏振辐亮度和865nm线偏振度进行云检测；利用865nm归一化偏振辐亮度进行相态识别；利用670nm、865nm反射率以及相态识别结果反演云光学厚度。由于尚未获取可反演的DPC L1级观测数据，仅将算法应用于地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER)数据以验证算法有效性。对比POLDER云产品，得到判云一致性和判晴一致性分别为93.3%和92.9%；水云、冰云和混合相态判别一致性分别为87.4%，76.6%和22.8%；云光学厚度的相关系数为0.87，证实算法可行有效。该算法为DPC发展业务化云产品提供参考。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1101002      

钱立勇   吴德成   周晓军   钟刘军   魏巍   王文举   王英俭   龚威   刘东  

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随着激光雷达技术在遥感和测绘领域的不断发展，实现对地物目标进行空间三维和光谱信息一体化同步获取与识别应用，是激光雷达在遥感测绘领域的发展趋势。针对目前主、被动遥感探测技术的优势和缺陷，提出了一种高光谱成像激光雷达系统的光学结构设计，并对系统的光学辐射定标方法进行研究。首先利用单色仪的精细扫描确定高光谱成像雷达每个探测通道的带宽和中心波长。根据高光谱成像激光雷达方程，在实验室标定过程中，不考虑大气对标定的影响，得到系统每一个通道的标定系数。系统标定过程中合成不确定度为0.87%，扩展不确定度（k=2）为1.73%。并对超连续谱高重频激光器出射的脉冲能量进行监测，使该高光谱激光雷达在机载飞行过程中，依据探测器输出的回波信号强度信息，实时得到地物的反射光谱信息，实现高精度地形获取和地表超精细分类。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1128001      

金鹏飞   汤瑜瑜   危峻  

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为满足海洋水色遥感器大动态范围监测的需求，以推扫式成像光谱仪为例，提出一种基于多档增益自适应的成像方法。从遥感器动态范围与信噪比的矛盾分析出发，阐述了逐像元自适应读出方法的优越性，给出相应的系统设计。由海洋成像场景确定满阱电荷限制，并利用系统信噪比及动态范围约束，仿真分析得出最优档位个数及比例。结果表明，当增益档位为四档，满阱电荷分别为2.5Me-（超低增益）、500Ke-（低增益）、100Ke-（中等增益）、20Ke-（高增益）时，成像效果最佳。基于此设置，光谱成像系统总动态范围可达116dB，典型入射辐亮度下各通道平均信噪比为767.37。同时，利用中等分辨率大气辐射传输模型（MODTRAN）对该成像方法进行了验证，除云层的第10通道出现饱和外，其余均满足动态范围和信噪比要求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1111001      

张建强   翟焱望   付时尧   高春清  

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基于Von Karman谱模型采用分步相位屏幕方法，仿真模拟不同阶次径向偏振矢量光束在Kolmobarov大气湍流中的传输特性，对其Stokes矢量、闪烁指数、光束重心偏移量进行数据分析。研究发现，大气湍流下径向偏振矢量光束的光强分布环形特征最大识别距离大于标量涡旋光束，其闪烁指数与光束重心偏移量都小于标量涡旋光束；高阶光束能在更远的距离保持环形特征，具有更小的闪烁指数与光束重心偏移量；径向偏振矢量光束的Stokes矢量图像发生扩散与畸变。仿真结果表明，大气湍流下径向偏振矢量光束比标量涡旋光束具有更好的大气湍流抗性，高阶光束的部分性质优于低阶光束。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1101001      

屈也频   刘坚强   侯旺  

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提出了单目视觉高精度位姿测量中合作目标形状和图案设计的基本原则，分析了在透视投影情况下方形和圆形合作目标特征点的提取精度，指出在特征点提取时方形合作目标角点具有透视不变性、圆形合作目标圆心存在固有偏移误差的特点，并给出了不同条件下的圆心偏移误差计算公式，以及减小单个圆形目标尺寸容易造成抗污染能力差、而方形目标抗污染能力强的结论。针对光阴影干扰影响测量精度的问题，提出了采用方形合作目标外缘作为测量基准、内缘斜率作为修正因子的角点提取算法。基于单目视觉位姿系统内部和外部参数，给出了合作目标几何尺寸设计和加工精度要求计算方法。最后，通过合作目标设计实例和试验，验证了方形合作目标能满足复杂光干扰环境下高精度位姿测量需求。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第13期 pp.1315001      

杜鉴昕   赵加清   王海涛   孙立斌   吴莘馨  

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裂纹尖端变形场测量是定量研究材料断裂特性和行为的关键。基于子区的局部数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）目前应用较多，但跨裂纹子区计算出的数据并无意义，且直接计算出的位移场噪声较高，需借助平滑方法以计算应变场，此外无论局部DIC方法还是现有全局DIC方法均采用低阶形函数，在测量复杂的裂纹变形场时会面临欠匹配问题。为了克服这些缺点，本文提出了一种基于Hermite单元的正则化全局DIC（Hermite-element based Regularized Global Digital Image Correlation，HRGDIC）方法。该方法采用高阶Hermite形函数构建有限元单元，建立同时考虑灰度误差与位移场光顺性的迭代方法。同时，在每次迭代求解的过程中使用广义交叉验证（Generalized Cross-validation, GCV）方法来求解最优正则化参数。于是，HRGDIC方法不仅能处理尖端复杂高梯度变形，还可在迭代结束的同时获得平滑的位移场和应变场。模拟的和真实的裂纹尖端变形图像测量结果表明，与传统的局部DIC方法相比，所提方法测量精度更高，是解决裂纹尖端变形场测量的有效方法。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1123001      

孙诗壮   金春水   喻波   郭涛   姚舜   邓文渊   李春  

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本文使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射、再溅射的概率，以及反射、再溅射原子的角度、能量分布。考虑了四种碰撞：Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现随着沉积原子传递给基底的能量降低，发生反射的概率增加，但是发生再溅射的概率降低。此外，入射角度对反射、再溅射概率的影响与沉积和基底原子的种类有关；然而，入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后，我们进行了磁控溅射实验，在不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片，实验结论验证了仿真结果。本文的研究可以用于模拟磁控溅射镀膜过程，优化镀膜工艺。

       PDF全文        光学学报 ，2020年第40卷第11期 pp.1102001      

庾金涛   李清灵   李磊   尹达一  

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针对目前在指纹遗留时间的研究中常用的化学方法会破坏样本的情况，提出了一种紫外成像的光学方法。首先，根据氨基酸和尿素相对浓度关系结合其散射光谱曲线理论推导了指纹在不同紫外波段辐亮度比值与时间关系的数学模型。然后研制了一套紫外多光谱成像设备，从三个紫外波段对指纹进行无损提取。最后，对不同波段指纹图像DN值（Digital number，像元亮度值）进行反演分析，得到不同波段DN值之比与指纹遗留时间的关系。实验结果表明，各紫外波段的DN值之比仅与时间有关，与指纹个体差异无关；其中280nm-315nm波段与240nm-280nm波段的DN值之比从第1天的74%降低到第7天的55%，315nm-340nm波段与240nm-280nm波段的DN值之比从第1天的41%降低到第7天的20%，且指纹老化曲线拟合的表达式与推导的数学模型一致，验证了紫外多光谱成像对指纹遗留时间评估的可行性，为公安刑侦无损指纹测龄提供了一种重要的分析方法。

       PDF全文        光学学报 ，2019年第39卷第05期 pp.0530001      

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。

       PDF全文        光学学报 ，2019年第39卷第02期 pp.0219002      

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        光学学报 ，2019年第39卷第02期 pp.0210005      

王超   孙富君   付中原   周健   丁兆祥   田慧平  

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光子晶体微纳传感器由于具有体积小、易集成、响应时间快、控光能力强、可实现无标签检测以及设计灵活等优点，在工业生产、海洋探测、生物医疗检测及环境监测等广泛领域展现出巨大的应用前景，近年来吸引了大量研究。本文聚焦于综述国内外光子晶体微纳传感技术相关理论与实验研究进展，重点针对基于一维纳米束光子晶体与二维平板光子晶体的微纳光子传感技术，从传感器结构设计的角度和传感性能提升的角度分析当前光子晶体微纳传感的关键理论和实验技术进展，并通过对比分析，探讨微纳光子晶体传感技术进一步应用所面临的挑战，及未来发展的趋势。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第3期 pp.0328003      

柯常军   钟艳红   李丹阳   万磊   吴谨  

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利用描述CO2激光器动力学过程的六温度模型理论，建立了计算调QCO2激光功率放大器输出特性的数学模型，开展了理论分析和数值计算。理论分析表明，激光功率放大器存在临界增益长度或临界光强分束比，低于临界值，将无法获得激光输出；数值计算表明，调Q激光功率放大器的输出激光脉冲波形、峰值功率、脉冲宽度、输出光谱与光强分束比、泵浦电子数密度等参数的有关，光强分束比越小，输出的调Q激光脉冲宽度越大，峰值功率越低。研究结果详细揭示了这种调QCO2激光功率放大器的运转特性，为进一步的实验研究提供了参考。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第4期 pp.0414001      

郭翰   徐晓婷   李博  

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本文研究了暗原色先验理论，以及基于它的单幅图像去雾算法，并对其中的可调参数进行了讨论，分析参数变化对去雾效果的影响程度。针对原算法中提到不用特殊处理的天空区域进行了验证，发现此区域需要进行单独处理，通过设置阈值的方法将天空区域隔离出来进行处理并取得了较好的效果。同时本文对引入的导向滤波算法进行研究，分析其算法中各项参数对算法实时性的影响。为了进一步提高算法实时性，通过对图像进行缩小处理减少求取透射率所需的时间，再利用插值法将透射率图还原至原图尺寸从而得到无雾图像。最后实验证明此方法在保证去雾效果的前提下，可将算法整体运算时间大幅度降低85.7%。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第4期 pp.0410002      

李光远   卢智勇   周煜   孙建锋   许倩   劳陈哲   贺红雨   张国  

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进行了1.8km和3.4km的直视逆合成孔径激光成像雷达外场试验。给出了远距离成像模式下，相位延时不能忽略情况下的非线性校正算法。试验中，目标为放置在无人机上的角锥和包裹有反射纸的无人机，通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿算法，先后得到了不同成像距离下的角锥目标图像和1.8km成像距离下的无人机图像。1.8km时，二维分辨率均达到了7.2×5.8 mm，3.4km时二维分辨率达到了12.7×9.2mm。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第4期 pp.0401001      

方文辉   陈熙源   柳笛  

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针对光照分布不均匀的室内环境下低动态载体速度计算实时性较差等问题，提出一种基于改进SVD-Harris的低动态载体速度快速计算的新方法。首先利用奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)对相邻两帧视觉图像分别进行压缩与重构，结合改进的Harris角点检测算法对两帧图像进行特征点的检测，同时利用归一化互相关(Normalized Cross Correlation, NCC)模板匹配算法对相邻两帧视觉图像的特征点进行粗匹配。然后利用随机抽样一致性(Random Sampling Consistency, RANSAC)算法进行误匹配点对的剔除。最后利用特征匹配点对的信息对载体的速度进行计算。实验结果表明：传统算法的计算时间平均为3.07s，而改进算法平均为0.71s，且传统算法的误匹配率远远大于改进算法的误匹配率。研究表明：与传统的NCC模板匹配方法相比，该算法不仅保证低动态载体速度计算的精确性，而且显著提高了载体速度在光照不均匀的室内环境下的计算效率，为室内移动机器人实现实时视觉导航提供了理论依据。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第4期 pp.0415001      

侯宇青阳   全吉成   魏湧明  

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针对传统飞机目标检测算法和现有机器学习检测算法存在的问题，本文针对遥感影像提出有效飞机检测概念，并对检测存在的问题进行研究以及设计了基于人认知模型的检测系统设计并仿真，不仅是对飞机目标特征的学习，进一步抽象人的认知模型和对于飞机目标价值功能等方面知识学习，构建有效飞机目标检测的认知模型。根据认知模型使用基于深度学习的全卷积检测和分割网络，设计了遥感影像中飞机目标检测系统，设计各模块的功能并进行了实验，对飞机检测结果进行了分析认证了系统的有效性，为开展更多目标智能检测提供了全新的思路和方法。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0111005      

胡涛   滑文强   王玉丹   王玉柱   周平   洪春霞   边风刚   肖体乔  

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X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术，用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布。本文成功地在上海同步辐射光源设计并搭建了基于KB镜聚焦的SAXS-CT成像系统，聚焦光斑尺寸可以达到20μm以下，并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行了实验验证。对于毛竹样品，得到了内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异，同时获取了内部纳米纤维的取向特点。对于注塑聚乳酸样品，发现内部片晶结构具有分层分布特征，获取了片晶结构分布图像以及长周期大小分布图像。实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0134001      

赫崇君   李伟立   王吉明   顾晓蓉   吴彤   刘友文  

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稀土掺杂钽酸锂晶体不但具有优异的电光特性，而且可以实现光波频率转换，因而在集成光学中具有广泛应用。然而，较低的抗光损伤能力限制了其在大功率器件中的应用。通过掺杂工艺，可以提高其抗光损伤能力。本文采用提拉法生长了双掺杂1.0 mol% Nd3+和不同浓度In3+离子的同成分LiTaO3单晶(Li、Ta元素摩尔比为0.946)。测量了单晶的紫外-可见吸收光谱，由此讨论了缺陷结构，In3+离子的阈值浓度为3.0 mol%。当In3+离子达到阈值浓度时，In:Nd:LiTaO3晶体的抗光损伤能力显著提高。In3+离子取代了晶体中的反位钽TaLi4+，减弱了光折变效应。In:Nd:LiTaO3晶体在0.808 μm处吸收带的半高宽为15nm，吸收截面为σab = 5.26×10-21 cm2。采用0.808 μm半导体激光做泵浦，Nd3+离子在1.06 μm处出现强烈的荧光带。这些研究结果表明，作为多功能晶体In:Nd:LiTaO3可以应用于大功率的光子学或光电子学器件。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0116003      

杨敏   方勇华   吴军   崔方晓   李大成   吴越   王涛  

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为了表征涂层表面散射偏振特性，基于Kubelka-Munk(KM)理论，综合考虑了表面散射和体散射，建立一种多参量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型引入镜向系数来表征表面散射的贡献程度，改进了传统的偏振BRDF模型，使得新的五参量(复折射率的实部和虚部、表面粗糙度、相对漫反射率系数和镜向系数)偏振BRDF模型更符合实际的涂层表面散射偏振特性。开展了户外实验，获得黑漆和绿漆涂层表面在不同观测几何下的偏振度，利用遗传算法从实测数据中反演关键参量。结果表明，对于不同涂层表面，这种多参量偏振BRDF模型的仿真结果与实测数据均能较好吻合，引入镜向系数能够提高模型的准确性，为实现涂层目标偏振特征提取和有效识别提供依据。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0126002      

李寒霜   李博   王淑荣  

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空间遥感仪器的偏振性能研究对提高仪器整机性能及遥感数据反演质量具有重要意义，分析了仪器光学系统膜系对偏振的影响，利用氙灯、准直系统、布儒斯特起偏器与紫外光谱仪构建一套偏振响应测试系统，测量了仪器在200-320nm紫外波段范围内的P光与S光的偏振响应，测试结果表明，仪器在P偏振光与S偏振光照射下呈现出不同的偏振响应，偏振态由S变化到P，紫外谱仪响应峰值波长位置由290nm变化到275nm,双片漫透射板相比单片漫透射板紫外谱仪能量减少40%-75%；单片与双片漫透射板谱仪均在265nm波长处偏振响应达到最大值，双片漫透射板谱仪偏振响应更接近单位值1，且对不同偏振态光的偏振响应差异缩小，这更适用于同步辐射光源定标需求。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112006      

赵明   赵美晶   孙程伟   许文海  

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针对散射介质的复数形式传输矩阵，本文提出了基于纯相位调制的传输矩阵通用测量方法。该方法选通部分输入波矢进行联合相位调制，并利用相移法求解得到这些输入波矢所对应传输矩阵元素之和，通过多次改变选通输入波矢建立关于传输矩阵的线性方程组，最终通过求解线性方程组确定传输矩阵。利用纯相位空间光调制器搭建了测量传输矩阵的实验装置，分别利用单位矩阵和哈达玛矩阵两种选通方式进行了传输矩阵测量，实验中采用三步相移法实现了2N+1次/输入点的测量效率，最终利用测量传输矩阵进行了光束聚焦实验，实验结果表明，两种方式都能够有效的实现传输矩阵测量，而单位矩阵的聚焦效果好于哈达玛矩阵的聚焦效果。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0129001      

杨拓   徐平   周亮   喻珺   李雄超   黄海漩  

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为进一步缩小光学相关器体积,本文设计一种折反式2F系统光学相关器,其特征在于光路采用折叠反射式结构，用数字微透镜取代传统相关器中的实体透镜,缩减了结构体积，提升了系统集成度。利用等效光路法对其进行了理论分析,给出了折反式2F相关器的结构设计条件及结构参数。针对该相关器设计了与之匹配的综合鉴别函数滤波器，通过自编程序对该相关器进行模拟仿真分析，结果显示当待识别目标发生缩放与旋转畸变时, 该相关器仍具有较好的畸变不变识别性能.

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0107001      

陈洋   范荣双   王竞雪   陆婉芸   朱红  

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针对资源三号卫星影像波段少、光谱范围受限的特点，本文提出基于深度学习的资源三号遥感影像云检测方法。首先采用主成分变换预训练卷积神经网络结构，为减少在池化过程中影像特征的缺失，提出自适应池化模型，最后将影像特征输入支持向量机分类器进行分类。选取典型区域进行云检测实验，并与传统Otsu方法进行对比。结果表明：本文方法检测精度高，并且不受光谱范围限制。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128005      

李涛涛   杨峰   李策   方亮  

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线结构光三维测量中，传感器的相机曝光时间长短直接影响光条图像质量及采集速度，并最终影响测量精度和效率。如何获取光条图像成像最优曝光时间成为实现结构光精确、高效测量亟待解决的问题。为此研究了基于线结构光光条信度评价的相机曝光时间优化方法，将信度评价结果作为曝光时间优化的参考指标。首先结合光条切面高斯分布的特点，对已有光条信度评价模型进行改进，构建高斯信度评价模型；再利用亚像素光条中心提取方法对不同曝光时间下采集到的光条图像进行光心提取，提取结果经高斯信度评价模型评价得到评价信度C和灰度R；最后分析曝光时间t对评价结果的影响机理，构建t-C、t-R变化模型，分析变化模型得到相机最优曝光时间。实验以230lux光强下的高精密齿条和水泥路面模型作为测量对象，结果表明：曝光时间优化后的测量更准确、效率更高，单光条测量的平均残差平方和（RSSa）约为0.03mm2，重构模型平均构造深度与真实模型仅差9.8%。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112005      

李密   周唐建   徐浏   高清松   章健   邬映臣   汪丹   胡浩   唐淳   于益   吴振海   李建民   石勇   赵娜  

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理论设计和制作了Yb:YAG陶瓷激光板条，通过InGaAs二极管抽运和1030nm种子激光注入并双程放大，在室温下实现了高功率的1030nm激光输出。在种子激光注入功率1.18kW和总抽运功率19.98kW时获得了5.97kW的高功率激光输出，光光转换效率约24.0%，斜率效率为27.9%，测量了Yb:YAG陶瓷板条的透射波前，模拟了不同耦合效率和温度时的输出功率。实验结果表明：室温下Yb:YAG通过高亮度抽运和高亮度种子光注入可以实现高功率激光输出。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0114001      

凌秋雨   胡春光   查日东   胡晓东   胡小唐  

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反射镜是光学仪器核心基础元件，其面形的精密测量一直是研究的重要内容。基于光场调控产生的大小灵活可变的空间周期性分布的光学点阵，本文提出了一种根据二维光学点阵形变实现面形快速测量的新方法。结合几何光学和空间三维变换理论，建立了二维光学点阵几何形变量与反射镜三维面形的数学关联模型，并提出了基于点阵质心的面形重构算法，研究分析了测量方法的测量范围和单像素点分辨率，并对反射镜进行了多倾角的实验测试，实现了对直径为10.5mm的反射镜的亚微米级的测量。通过将测试数据与商用干涉仪的测量数据进行比较，验证了该方法的可行性。此外，新方法具有测量精度高、速度快、适应强等特点。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112003      

朱茜   杨西斌   李思黾   李辉   王驰   刘首鹏   简俊明   熊大曦  

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数字微镜阵列(Digital Micromirror Device，DMD)由于其使用的灵活性，为实现并行共焦成像提供了一个理想的方案。本文设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统，分析了DMD的光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响，得出了最优的光点阵列。实验表明，光点越小，横向分辨率和轴向分辨率越高；当光点间距大于光点大小时，增大光点间距，对成像的横向分辨率无明显改善；在1×1光点大小中，4倍光点间距对应的图像对比度最高；即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言，最优光点阵列对应的横向分辨率优于512lp/mm，轴向分辨率可达7.82μm，均达到衍射极限。最优光点阵列对三维体光栅的成像，相较于宽场成像，有着高分辨率和明显的层切效果，相较于激光扫描共聚焦无较大差距。基于DMD的并行共焦系统在保证高速成像的前提下，实现了高分辨率和高图像对比度的层切成像，在实时成像和三维成像中有一定的应用前景和优势。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0118001      

吴世松   张合勇   王挺峰   郭劲   晏春回   吕韬  

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以脉冲激光远程外差探测系统为模型，推导了系统的信号与噪声的表达式，给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程，仿真了匹配滤波技术在对中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程，分析了目标距离、散射截面、数字采样率对探测能力的影响；仿真结果表明：在100MHz采样率的数字处理能力下，分别用蒙特卡洛法仿真了500次匹配滤波过程，对于散射截面为5m2、距离为100km的中程导弹，回波信号载噪比为3.29dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13dB，信号强度增强了152倍，距离精度为27m，速度精度为0.17m/s；散射截面为100m2、距离为500km的国际空间站，回波信号载噪比为-6.12dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49dB，信号强度增强了289倍，距离精度为117m，速度精度为2.1m/s。目标距离越近，散射截面越大，数字采样率越高，匹配滤波提取增强信号的能力越强。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128003      

陈彩花   陈凯   蒙丽丽   张丽霞   梁利芳  

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采用溶胶凝胶法合成CaY1-x-yAlO4: xCe3+, yTb3+荧光粉，对样品进行X射线粉末衍射（XRD）和荧光光谱（PL）等表征，探讨稀土离子Ce3+和Tb3+单掺及共掺对样品发光性能的影响。研究结果表明，所合成样品为四方晶系的纯相。在368 nm光激发下，CaY1-xAlO4:xCe3+发射蓝光，发射峰位于445 nm附近；在246 nm光激发下，CaY1-yAlO4: yTb3+发射绿光，发射峰位于418、440、491、548（最强）、589和625 nm附近。在Ce3+与Tb3+共掺CaY1-x-yAlO4: xCe3+, yTb3+中，Ce3+的能量可传递给Tb3+，使得Tb3+的发光增强，当用368 nm或378 nm光激发共掺荧光粉时，Tb3+呈现强烈的绿光发射。调整Ce3+与Tb3+的掺杂浓度可以调整其对应的蓝光与绿光发射强度。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0116002      

李绪友   刘攀   光星星   郭衍达   孟庆文   李光春  

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多物理场作用下光纤陀螺误差产生机理的研究对高精度惯性导航系统具有重要意义。本文研究了采用无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性，提出保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系，并进行了实验验证。实验结果表明，对于长度为1 km，半径为6 cm，光纤线双折射为2027 rad/m，最大扭转率为0.382 rad/m的无骨架光纤环，在 1 mT横向磁场以及-40 °C -60 °C温度场作用下，光纤陀螺的横向磁场误差由26.51°/h 增加到30.43°/h。本文的研究对提高光纤陀螺的环境适应性能提供了一定的参考。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0106006      

侯冰洁   杨彦甫   向前   张群   姚勇  

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本论文提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。扩展卡尔曼滤波器进行系统频偏初估，块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。论文中对于最优数据块长度和调优参数Q的关系，算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移跟踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明，该方案既能取得快速的载波估计收敛能力，又可以实现较为精确的频偏和相位估计精度，并且其频偏漂移追踪可高达320MHz/us。相比传统盲相位搜索方法，该方案具备较高的频偏容忍范围和低实现复杂度。最后实验研究了该方案在QPSK光通信系统下的载波恢复性能，同时也给出了不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0106004      

宋振明   杨森   高慧   中岛隆  

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飞秒脉冲成丝在诸多领域内有着广泛的应用，而延长成丝及其伴随的等离子体通道长度成为应用的关键。在本文中，通过求解广义非线性薛定谔方程以及电子密度演化方程组成的方程组，可以得出如下结论：如果采用同能量的叠加高斯光束而不是普通单一高斯光束作为入射光束，克尔介质中飞秒成丝和等离子体通道的性质会显著提高。这可以解释为叠加高斯光束外围空间的能量存储较大，作为能量池，向光束中心部分提供更多的能量，从而延长了成丝和等离子体通道的长度。此外，根据自聚焦上限阈值功率的理论计算表明叠加高斯光束的自聚焦上限阈值功率大于普通高斯光束。所以，采用叠加高斯光束作为入射光束，既可以延长成丝距离，同时又能避免多丝的存在。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0132001      

高红霞   罗澜   骆英浩   陈展鸿   马鸽  

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计算机断层成像中X射线的采样范围和数量受限时，得到的稀疏投影数据完备性很低，重建算法的搜索空间巨大。基于凸优化思路的迭代求解算法及其改进采用固定搜索路径，难以在有限时间内收敛至全局最优解；粒子群优化具有全局搜索能力，但计算成本和存储代价太高。为解决这类不完备投影数据的重建问题，本文提出基于粒子群优化的随机稀疏重建算法。首先，通过随机策略生成具有多样性的初始种群，保证算法的搜索能力；其次，随机选择梯度下降或基于个体历史最优解和全局历史最优解的随机方向进行迭代，兼顾了算法效率和搜索方向的多样性；最后，基于适应度评价，有针对性地重新生成随机初始种群，强制跳离局部最优。针对角度受限下无噪声和含噪声的稀疏投影数据的重建实验显示，本文算法与常见的凸优化迭代和粒子群优化算法相比，既保证了算法效率，又在重建质量和算法鲁棒性上有明显的优势。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0111003      

汪兰霞   崔文煜   易维宁   黄红莲   陈川  

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高分辨率卫星成像全链路仿真是卫星发射前效果评估的主要手段，零视距标准图是验证成像仿真链路基础环节准确性的必要标准。地面设备获取零视距图像时，成像视场受到限制、观测角度与卫星不一致、工作量大、难以定量化等问题，造成垂直对地观测的零视距标准图难以直接获取。通过建立地面零视距标准图测量系统，利用轨道逐行拍摄、几何校正、图像拼接，得到较大幅宽垂直向下图像；并且通过同步辐射校正法进行定量化，得到零视距反射率图像。最终，在距离地面2.6m的观测平台上，获取了面积为10m*10m，分辨率为1.1mm的零视距标准图（反射率图）。通过与地面实测反射率对比，表明零视距标准图（反射率图）误差小于5%，可为亚米级高分辨率卫星成像仿真链路基础环节的精度验证提供标准。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128002      

夏燕   孟伟东   陈艳   宋芳嬉   普小云  

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摘要：本文介绍了一种基于双液芯柱透镜测量液相扩散系数的方法 — 等观察高度测量法，在该方法中双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件，后液芯作为辅助消球差元件。选择双液芯柱透镜上某一固定高度作为观测位置，根据观测位置处扩散图像宽度随时间的变化规律，基于Fick第二定律计算液相扩散系数。用等观察高度测量法测得室温下(25℃) 0.33 mol/L氯化钾水溶液的扩散系数D=1.8530×10-5 cm2/s，测量结果与文献值之间的相对误差为0.65%。本方法利用双液芯柱透镜在一定折射率范围内同时减小球差的优势，测量液相扩散系数具有精度高(相对误差小于1%)、速度快(测量时间约为60min)和扩散过程可视化的特点。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112002      

李明磊   宗文鹏   李广云   王力  

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针对现有结构直线段提取方法存在的效率低下或准确程度不足等问题，提出了一种基于体素生长的点云结构直线段高效提取方法。首先，对点云进行体素化剖分与平面分割，并以体素为单位进行邻域判断，实现对结构直线段分布区域的筛选；然后，采用基于体素的区域生长对结构直线段的分布区域进行分割；最后，依据结构线段分布区域的范围以及其所在平面的数学方程实现其提取和优化，并进行精度评定。进行了实验测试，利用多组点云数据验证了本文方法的有效性，利用对比实验验证了本文方法的精度和高效性。实验显示：相比现有方法，该方法在效率上提高了10倍以上，在精度上提高了0.25倍左右，证明提出的方法可以准确高效地得到较为理想的点云结构直线段提取结果。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112001      

唐鹏毅   李国春   高松   余刚   代云启   相耀   李东东   张英华   吴冰   赵子岩   高德荃   刘建宏   王坚  

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电力悬空光缆中光子偏振态易受外界快速无规则扰动影响，导致偏振编码量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）系统成码率降低甚至无法成码，需要设计高速偏振反馈系统（Fast Polarization Feedback, FPF）来对抗链路中偏振态的快速变化。本文对该系统原理介绍的基础上，对关键的偏振控制算法进行了研究，包括对偏振收敛程度评价函数及搜索算法的选取，偏振反馈周期与成码周期的监测条件的选取，以及自适应地选取监测阈值。整个系统在实际悬空光纤上进行了实测，测试结果表明该系统和算法能够解决中远距离悬空光缆中QKD成码难的问题。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0106005      

王瑞   徐稚   陈宇超   金振宇   向永源   付玉   季凯帆  

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多波段高分辨率成像系统是一米新真空太阳望远镜（New Vacuum Solar Telescope,NVST）的主要终端观测设备之一，用于对太阳不同大气层的活动现象进行高空间分辨率（0.1 arcsec~0.3 arcsec）和高时间分辨率（~10 s）的多波段成像观测研究。由于各波段观测系统存在一定的光路设计差异，彼此之间的视场很难匹配（即空间对齐）。为了实现NVST多波段图像0.1arcsec精度的视场匹配，本文提出了“针孔光阑视场定标”的方法,并在NVST光球通道（TiO 705.8 nm）和色球通道（Hα 656.28 nm）上进行了该方法的实验和数据分析。采用11×11点阵的针孔阵列光阑，对两通道视场之间的旋转、放缩和平移关系进行了定标。通过仿射变换实现两通道太阳像的高精度视场匹配，精度可达0.031 arcsec。虽然我们也发现匹配残差在整个视场内（~2 arcmin）存在不均匀性，视场边缘最大残差为0.079 arcsec。同时，定标参数的数值会随着光学平台位置变化而改变，也造成了0.05 arcsec的视场匹配差异，但这些都在分辨率要求的精度以内。对TiO通道和Hα通道的实测数据的分析也证明了上述的精度估计。因此，可以认为该方法能有效的解决NVST多波段成像系统的视场空间对齐问题。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0111002      

曹阳   张勋   彭小峰   任发韬  

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针对MIMO-FSO系统中误码扩散的问题，提出一种LT码与奇偶检验码级联的级联码(LT-PC)方案，该方案通过在LT编码包后增加一位校验元来定位并删除其中错误的编码包。在不同MIMO组数和通信距离的系统下对LT-PC码进行仿真验证。模拟不同大气湍流强度信道，仿真结果表明：在相同湍流环境下，相比于天线个数为2×2的系统，天线个数为3×3的系统大约有3dB的编码增益，且采用LT-PC码后，当误码率为10-5左右时，编码增益提升范围为0.5dB~2dB；在强湍流环境下，当天线个数相同时，随着通信距离的增大，相比于LT码，LT-PC码仍有较小的编码增益优势。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0106003      

苏伟   张明政   蒋坤萍   朱德海   黄健熙   王鹏新  

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Sentinel-2卫星是全球环境与安全监测系统“哥白尼计划”中的第二颗卫星，其影像具有高时间、高空间分辨率等优势，是未来遥感应用的重要数据源。本文采用SMAC模型、6S模型和Sen2cor方法对Sentinel-2卫星影像进行大气校正，将大气上层表观反射率转换为地表反射率，并结合实测地物的光谱数据进行分析。Sentinel-2卫星影像经过大气校正后，影像的光谱曲线与地面实测的光谱曲线趋势一致，有较高的拟合度，而且三种模型大气校正的结果具有较强的相关性和较高的精度。其中，Sen2cor方法精度最高，R2为0.8196，均方根误差RMSE为0.0388，其次为6S模型和SMAC模型。从NDVI值的分析可以看出，SMAC模型计算的NDVI值与实测值相关性最高， R2为0.6389， RMSE为0.093，其次为6S模型和Sen2cor方法。研究结果表明三种方法的大气校正精度较高，Sentinel-2卫星影像经过校正后影像质量明显提高，增加了可用性。

       PDF全文        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128001      

刘洋   佟首峰   常帅   安喆  

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零差相干探测为实现空间激光通信高速率、远距离传输奠定了重要基础。本文对相干激光通信光学锁相环中载波恢复技术展开研究。首先对基于科斯塔斯光学锁相环路载波恢复进行建模分析，得到系统的闭环传函、误差函数及需要恢复的载波信号；然后设计系统采用复合控制，内环借助声光移频器实现快速、小范围跟踪，外环通过环路直接控制激光器拉进快捕带；接着对鉴相器进行分析，为了得到良好的载波恢复和信号解调，设计基于异或门的科斯塔斯环鉴相模块，实现鉴相范围±42°，鉴相增益14.4mV/degree，在环路带宽为1.5MHz时，搭建实验进行测试；最终实验结果表明在码速率5Gbps时，载波恢复、信号解调良好，信号光功率-40.4dBm时，误码率为1.55E-8，随着速率的提高或降低，系统性能虽有下降，但仍能恢复载波信号并解调数据，为零差相干通信实验室验证提供了参考。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1206001      

杨兰   王敏帅   徐恭勤   周雄图   郭太良   叶芸  

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在单圆孔电极液晶透镜基础上进行结构改进形成双层非对称新型液晶透镜。结合几何光学和液晶理论，提出以透镜短焦距为优化目标，利用ZEMAX模拟并优化该双层结构液晶透镜参数。由ZEMAX分析可知，在低驱动电压2.5-20 Vrms范围内，0°、3.5°、5°视场角中，双层结构透镜比单层结构透镜可获得更宽的调焦范围，短焦焦距f从19.6172 mm缩小到9.9059 mm；像差显著减小；该光学调制传递函数（MTF）为0.6时，径向分辨率从12.06 lp/mm提高到21.02 lp/mm，提高一倍，图像解像力和清晰度显著提高，并且高频部分MTF由0.1增加到0.3，最后测试实验验证了20Vrms时，双层结构液晶透镜衍射光斑亮度最集中。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0922003      

熊涌泉   周宾   王一红   王浩   汪步斌   程禾尧   王式民  

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可调谐二极管吸收光谱技术一般采用双线法同时测量气体的温度和浓度参数。然而，双线法应用在频分和时分复用两种方式下易存在频率串扰和降低时间分辨率等问题，在实际应用中有一定的局限性。针对此问题，提出了基于波长调制技术的免标定单线测量法，只利用一条吸收谱线即可实现对气体温度和浓度的同时测量，完全避免了上述问题。以燃烧过程中的主要产物之一CO2为目标气体，选择中心频率为5007.787 cm-1(R(50))的吸收谱线对本方法进行了实验验证。所选谱线具有如下性质：峰值归一化的二次谐波信号(R2f/p)的线型主要由温度决定；一次谐波归一化的二次谐波信号(R2f/1f)的幅值与CO2浓度成正比的关系。据此，可以从R2f/p的线型中提取温度信息，进而再利用R2f/1f提取CO2浓度信息。实验结果表明，免标定单线法与热电偶温度测量相对偏差小于2.5%，浓度偏差小于2.8%，验证了该方法的可行性。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0930002      

朱路   王杨   熊广   刘媛媛   岳朝政  

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在纳米偶极子等效电路的基础上，结合多层波导与谐振腔结构，本文设计了一种高吸收率、宽波段的纳米超材料太阳能吸收器。该吸收器的单元结构是由双六边形超材料纳米柱与硅圆环柱组成，其中硅圆环中镶嵌了8个微型金纳米圆柱。采用时域有限差分方法分析了纳米超材料吸收器在宽波段、不同偏振状态的入射光、大角度入射光下的吸收特性。数值分析表明，该吸收器的吸收波段主要集中在400nm-1500nm，其平均吸收率可以达到94%。不同偏振状态的入射光对吸收器的吸收效率影响较小；且吸收器在±60°大入射角度时，平均吸收率仍可达到90%。吸收器宽波段的高吸收率是由慢波效应与局域表面等离子体共振的共同作用引起的。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0923001      

郝美   汪海玲   印建平  

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本文通过矩阵对角化的方法计算了202Hg19F分子基态的超精细结构及其在外电场中的Stark分裂和外磁场中的Zeeman分裂。同时，运用一阶微扰理论模拟g-因子在外电场中的变化。最后，我们讨论了利用202Hg19F分子N=1, J=1/2, F=1, mF=±1态测量电子电偶极矩的可能性。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0902001      

吴娟   周真   齐佳   杨希   曾毛毛  

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本文通过提取光散射信号中颗粒粒径和属性的非线性特征向量，利用广义神经网络同时解析颗粒粒径和识别属性。首先采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)分解颗粒物光散射信号，提取三维能量分布，计算三种同种粒径不同属性的颗粒样本熵，通过比较样本熵的不同表明样本熵能够反映出颗粒的属性，为了消除粒径和属性对散射的相互影响，对散射信号做希尔伯特变换(Hilbert)，提取时频域特征，与样本熵结合组成高维特征集，通过局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding, LLE)将特征集归为6个特征，作为广义神经网络的输入层，检测粒径和识别属性，依据国家标物中心标准颗粒，采用粒径0.11μm的二氧化硅颗粒、2μm和4μm聚苯乙烯小球进行实验，结果表明：粒径解析和属性识别的正确率均在90%以上。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0929002      

吴小龑   熊自阳   吴凌远   李阳龙   付博   刘国栋   王伟平   陈平  

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最近，有机-无机杂化钙钛矿材料在电致发光器件（PeLEDs）和激光（Lasing）等光电器件中得到了新的应用，如何进一步提高钙钛矿薄膜的发光效率是当前的研究热点。本文中，作者将20 nm粒径的金纳米粒子（Au NPs）掺杂入界面层PEDOT: PSS中，以CH3NH3PbBr3薄膜为发光层的荧光强度提升2.7倍。研究表明，Au NPs的引入有效的提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收，并加快了激子的辐射跃迁速率。同时结合光学仿真理论模拟证实，Au NPs的近场和远场表面等离激元均可有效与钙钛矿薄膜吸收/发射区域耦合，从而最大程度的提升发光效率。本文提出利用复合表面等离激元效应最大程度地提升钙钛矿薄膜的荧光发射，这对制备高效率PeLEDs和Lasing光电器件提供重要可行的理论指导和技术支持。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0924001      

尹鹏   徐熙平   姜肇国   张璐璐  

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本文基于微分几何原理，结合折射、反射定律以及能量守恒定律，将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程，并建立了相应的数学模型。根据该数学模型，设计了自由曲面聚光器，利用光线追迹软件对所设计的自由曲面聚光系统进行了模拟研究，结果表明: 在考虑Fresnel损失和光学材料的吸收情况下，当实际太阳光线存在0.27°的发散半角入射时，1000mm长度的自由曲面聚光器的几何聚光比达到500，聚光效率为77.5%。通过该方法设计的自由曲面具有很高的设计自由度，为设计不同程度聚光需求的太阳能聚光器提供了可能。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0922002      

宋佳慧   任永杰   杨守瑞   尹世斌   郭寅   叶声华  

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为了建立视觉坐标系与外部标准坐标系之间的关系，本文提出了一种基于视觉测量合作靶球的外参标定方法。本文设计的视觉测量合作靶球由靶标、光源和球壳三部分组成，其球心可以通过视觉传感器拍摄获得。外参标定过程中，通过视觉测量合作靶球与测量仪器测量靶球的相互替换，得到公共点在视觉坐标系和外部标准坐标系下的三维坐标。利用公共点在两坐标系下的坐标对目标函数进行非线性优化，即可获得视觉传感器外参数最优解。本文对外参标定过程中的误差传递进行了分析，并通过仿真优化标定精度，通过实验验证该标定方法的精度。实验表明，该方法的外参标定精度达到0.036mm，能够实现灵活、高精度的外参标定。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0915003      

陈园园   张玮芝   阎晓娜  

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光束在两种介质的分界面上发生全反射时，反射光会产生横向的古斯-汉欣（GH）位移。本文在Kretschmann结构中引入原子介质，利用耦合光激发表面等离子体波，研究表面等离激元辅助的干涉效应作用下的探测光GH位移，对比耦合光分别为行波场和表面等离子波时，探测光的反射率和反射位移。结果发现当探测光入射角偏离谐振角时，反射谱会出现类似于Fano共振的不对称性，反射位移关于失谐量有一段线形变化区域，可以在正负之间转变。且当耦合光场为表面等离子波时，反射位移对失谐量变化的灵敏度更为明显。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0903001      

缪洁   李展   崔子健   刘德安   朱健强  

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针对不同波长照明对表面疵病成像尺寸有非线性放大畸变问题，提出了利用红、绿、蓝三基色光源辐照下的疵病图像进行动态彩色编码成像的新方法，经像素级图像融合后可实现高冗余信息的图像合成，从而在获取表面疵病丰富细节的同时可进一步提高信噪比。首先建立了基于三基色图像进行彩色编码的分析理论，提出了基于表面疵病图像梯度的动态权值计算融合成像方法及算法流程。在明场表面疵病成像实验中，采用三基色平衡响应的彩色CMOS相机，分别获取了待测样品中单个微米量级表面疵病的红、绿、蓝三基色图像，根据三幅单色图像的光谱响应特性进行融合权值优化，融合成为一幅细节丰富的高信噪比图像。与白光光源照明结果对比表明，该彩色编码合成的图像可有效消除微小疵病光谱效应产生的噪声影响，细节更加丰富。以同样的图像融合方法，从图像的灰度平均梯度和获取的百微米量级表面疵病数量两个参数，实际对比分析了在暗场条件下一定面积的表面疵病成像效果，进一步验证了该方法在高保真和低噪声方面的有效性。这种基于动态彩色编码的融合成像方法为进一步在多光谱照明下获取细节更加丰富的表面疵病特征提供了新思路。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0912002      

朱坪   谢兴龙   朱健强  

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在高功率超短脉冲系统中，脉冲波形和时间信噪比是超短脉冲的重要评价指标；工程上为了滤除光束中的空间高频噪声，提高近场光束质量，大口径空间滤波器是必不可少的关键器件。本文理论推导大口径级联空间滤波器中由于色差造成的离焦色散与传输时间延迟对超短脉冲脉冲波形与时间信噪比的影响。针对SG-5PW高功率超短脉冲系统设计，通过数值模拟定量地分析光束口径、色差大小等因素与近远场上脉冲波形畸变和时间信噪比退化的关系。从脉冲波形和时间信噪比的角度，给出大口径空间滤波器消色差后残余色差的容忍范围，为高功率超短脉冲系统中空间滤波器的设计与优化给出理论依据。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0914005      

王丹   胡仁志   谢品华   李治艳  

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介绍采用高温热解N2O5的方法，利用N2O5与NO3自由基之间热平衡关系，通过腔衰荡光谱技术（CRDS)对N2O5及NO3自由基的总量进行测量．鉴于NO2与N2O5之间可逆平衡，探讨了加热温度及NO2浓度变化对N2O5热解的影响;考虑N2O5在测量系统中损耗，初步量化了本系统进气效率为88%；通过Allan方差选取最佳积分时间，在外场测量条件下，优化系统的探测限为8.6pptv（1σ，10s）；并且通过分析进气效率，RL，吸收截面及N2O5不完全热解不确定性等因素，估算了系统的整体测量误差约为±8%(1σ)．将本系统应用于合肥郊区进行夜间大气实际监测(3/24-3/26，2015), 测量期间N2O5的浓度在35—1000pptv 之间, 平均浓度为452pptv。该技术为实现大气N2O5及NO3自由基高灵敏度在线监测提供了有效途径．

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0901001      

李臣亮   胡新奇  

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扩展目标夏克-哈特曼波前传感器子图像之间偏移量的计算是影响波前传感精度的关键，通常采用相关算法来实现，并通过抛物线插值等插值方法来达到亚像元精度。子图像相对偏移量的计算也可以采用计算相关函数质心的方法来实现，其主要步骤是先计算子图像间的相关函数，在此基础上计算相关函数的质心，达到亚像元精度。通过仿真研究表明这种算法的精度与进行相关运算时的图像大小、计算质心时的相关函数窗口大小、以及相关函数阈值的设定有关。同时，图像的信噪比也会影响算法的精度。研究表明，图像的信噪比小于1时，质心算法的计算误差相对较大；当图像的信噪比高于2时，相关函数质心算法的误差大约是抛物线插值法误差的一半。实验结果与仿真结果也基本吻合。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0928003      

王晓恒   薛庆生  

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研究设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机，可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成，其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源。采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED，将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上，避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜，具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm，场曲小于0.2mm，畸变小于0.6%，在70lp/mm处各视场处的MTF均高于0.4。使用ZEMAX光学设计软件的成像模拟功能，在光学系统的像面上清晰的再现了原图，该相机可以应用于眼科医学行业，为疾病的预防和康复服务。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0922001      

王彩红   陈妮   于瀛洁   司徒国海  

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文章提出了一种利用一维光栅函数进行纯相位编码的方法，该方法以双相位全息编码技术为基础，将复振幅图像编码成纯相位图。光学实验中，将编码得到的相位图直接加载到相位型空间光调制器上进行光学重建，在重建的过程中，用一个有低通滤波器的4-f系统来选择衍射级次，文中选用一级衍射分量进行重建。一维光栅函数编码用来提高一级衍射分量所能获得的能量。因为没有相位元件零级信息的影响，重建像的质量也得到提升。文中通过数值模拟和实验结果证明，被编码的振幅和相位都可以有效的重构出来，并且相对于二维棋盘格函数编码，一级衍射级次的能量也有所提升。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0909001      

李平   韩伟   王伟   贾怀庭   黄晚晴   王芳   周丽丹   冯斌   朱启华   郑万国（绵阳）  

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“热像”是造成高功率固体激光装置光学元件损伤的一个重要的物理机制。本文理论分析了位相缺陷经过非线性传输引起的“热像”特性，以及带通成像提取引起“热像”的位相缺陷关键频谱方法，通过构建具有典型特征的16个位相缺陷，利用三种光路结构，量化分析了“热像”特性与带通成像特性间的关系，并获得了缺陷带通成像的相对亮度与“热像”强度成线性关系，相关程度与光学构型和带通滤波参数相关。研究结果对高功率激光装置中可引发光学元件损伤的“热像”预判有重要意义，为高功率激光装置位相缺陷的检测奠定了技术基础。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0914004      

唐英杰   董月军   任宏亮   卢瑾   覃亚丽   郭淑琴   胡卫生  

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本文基于高阶正交幅度调制（QAM）和大线宽的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波联合估计的相位噪声补偿算法。该算法在发射端时域插入训练符号和导频序列，首先在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波得到信道估计。其次进行时域扩展卡尔曼滤波得到相位噪声粗略估计值。因此时相位估计值为复数值，为获得较好的补偿效果，根据导频序列数目，将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。同时在导频序列处进行时域扩展卡尔曼滤波，通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值得到每个采样点的相位噪声粗略估值。将粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决后，最后进行时域相位噪声精细补偿。采用Avg-BL算法有效降低符号判决错误的概率。将预判决后频域数据变换到时域并在每个采样点进行扩展卡尔曼滤波，求出每个采样点的相位噪声估值, 进行精细相位噪声补偿。基于50Gb/s CO-OFDM系统传输100km进行了仿真验证，该算法较相应最小二乘（LS）估计算法以及在粗估计中在每个导频序列位置进行线性插值的方法取得了较好的效果。在激光器线宽为1MHz且16QAM以及线宽为800KHz且32QAM两种情况下，误码率性能可达前向纠错 (FEC)上限。该算法中训练符号和导频序列数目并未显著增加，因此并未降低频谱利用率。该算法能极大促进CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0906002      

黄帅   丁建丽  

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干旱半干旱区土壤水盐含量是影响植被生长最重要的因素，其变化直接影响生态系统的稳定。介电常数是土壤本身的特性，不仅反映土壤水盐变化，还能影响后向散射系数，因此可以利用介电常数分析电磁波与土壤相互作用的机理，基于此，本文选择盐渍土介电模型（修正的Dobson介电常数模型）作为基础模型，分析并验证土壤水盐对介电常数的响应。在此基础上，提取不同极化方式的雷达后向散射系数，分析后向散射系数与介电常数之间的响应关系。结果表明：1）土壤介电常数对土壤水盐的响应明显。2）土壤含水量是制约介电常数实部的决定性因素，直接决定土壤介电常数实部的高低；土壤介电常数虚部受多种因素的影响，但土壤含盐量是主导因素。3）交叉极化模式下后向散射系数与介电常数响应显著，决定系数R2≈0.7，说明介电常数是影响雷达影像后向散射系数的主要因素。因此使用介电常数来监测土壤含盐量、含水量具有一定的潜力，除此之外，通过雷达影像来反演土壤含盐量是完全可能的。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0929001      

房晓倩   彭彦昆   李永玉   王凡   卜晓朴   赵芳  

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利用实验室自行搭建的拉曼点检测系统，确定了苯甲酸钠的843.5cm-1、1007cm-1、1605cm-1处3个拉曼特征峰，以柠檬酸钠还原硝酸银配制的银溶胶作为表面增强剂，探讨了市售碳酸饮料中苯甲酸钠的快速检测方法。44个不同浓度的苯甲酸钠碳酸饮料原始光谱曲线经S-G平滑及Baseline基线扣除预处理后，随机分为32个校正集和12个验证集，采用一元线性回归、多元线性回归、偏最小二乘回归、主成分回归、支持向量机回归等方法进行了建模分析。结果表明，以苯甲酸钠的843.5cm-1、1605cm-1处2个特征峰所建立的二元线性回归模型最好，验证集相关系数（R2P）为0.9603，验证集的均方根误差（RMSEP）为0.0867g/kg。该方法完全可以实现市售碳酸饮料中苯甲酸钠的快速定量检测，为食品中的苯甲酸钠实时在线监测提供了技术支撑。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0930001      

蒋汉阳   戴美玲   苏志龙   杨福俊   何小元  

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本文结合sin/cos滤波技术提出了依据散斑相位条纹图条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。该法通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向，依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口，对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波，再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明本文的算法不仅能有效保护条纹相位跳变信息，对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图，仍能进行有效的条纹滤波处理，滤波后的相位条纹图更忠实于原始条纹走向。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0910001      

路绳方   刘震  

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线阵像机由于具有高敏感性、高分辨率和高动态性等特点，常被用来对运动物体成像。由于列车运行速度不是理想匀速通过线阵像机，所拍摄的图像会在列车运行方向上出现拉伸或者压缩等变形现象，造成同一列车在不同时间所拍摄到的图像总数不一致，给后续目标的自动定位、识别以及故障的自动检测带来了严重困难。为了解决图像对之间的没有对齐这个问题，本文提出了一种基于分块式图像配准方法，首先对图像进行分块，特征提取，量化和配准，然后实现图像块之间的校准，最后级联各个校准之后的图像块，完成目标图像与标准图像的对齐，最终实现动车组列车零部件的精确定位。实验结果表明，该算法对线阵像机所拍摄的序列图像具有较好的对齐效果，可以精确定位序列图像中目标的位置，为列车零部件后续的自动检测和诊断提供了重要保障。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0915002      

马守宝   刘琼   钱晓晨   洪瑞金   陶春先  

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金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应广泛应用于生物检测、荧光成像、太阳能电池等诸多领域。本文研究了在石英基底上制备金属Al薄膜的同时加热烘烤制备金属Al纳米颗粒，并研究了不同尺寸的金属Al纳米颗粒对光的吸收特性。实验发现，随着烘烤温度上升，Al薄膜粗糙度越来越高。当达到300℃时，Al薄膜完全转化成Al纳米颗粒。测量了不同厚度的Al薄膜在300℃烘烤温度下的吸收光谱，发现随着薄膜厚度从5nm增加到25nm时,其共振吸收峰移动42nm。这种制备Al纳米颗粒的工艺温度低、时间短，降低了制作成本也提高了制备效率。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0931001      

杨静   王韩奎   朱雨   刘伟峰   王高亮  

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在全面分析碱金属蒸气激光放大器的激光动力学与流体动力学过程的基础上，结合热效应、饱和放大效应、放大自发辐射、高能级激发与电离的影响，本文建立了一个相对完善的物理模型来模拟流动散热条件下半导体泵浦碱金属蒸气激光放大器的输出特性。计算模拟了纵向和横向两种不同流动方式下，气体流速对输出功率的影响，比较分析了高泵浦功率密度下各能级粒子数密度的变化趋势，最后模拟了多级放大器中各级放大器功率分配比对提高级联放大器输出效率的作用，发现在相同工作温度条件下多个等长蒸气池和均等泵浦光功率分配能让高级数放大器获得比低级数放大器更高的放大倍数。该模型有助于高功率流动气体的碱金属蒸气激光放大器的参量选择和优化设计。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0914003      

沈隆翔   封皓   沙洲   曾周末  

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本文基于模拟下变频器、数字IQ解调和BP神经网络，采用FPGA+DSP数据采集和处理架构，提出了一种全嵌入式高信噪比，高分辨率和低成本的外差型Φ-OTDR模式识别方法。论文针对外差型Φ-OTDR，通过DSP、FPGA及其外围硬件电路替代原有的GZH级高速采集卡和信号发生器，减低了系统的体积和成本。在此基础上，本文设计了基于时空域二维图提取形态学特征的方法，并采用BP神经网络进行分类识别，相对于传统的针对一维信号进行模式识别的方法误报率更低，识别率更高。经过试验证明，本文设计的基于FPGA+DSP全嵌入式并行信号处理架构，满足了实时监测的要求，信噪比高达12.43db，事件识别准确率达到97.78％。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0806005      

何宁   骆湘红   赵中华   廖欣  

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针对传统激光无损检测中噪声对信号的影响，提出一种将空间激光注入光纤与相干探测技术结合的激光无损检测方法。分析激光超声信号传输特征和相干光探测原理，探讨激光无损检测信号处理及噪声抑制方法，构建了以激光激励与检测为基础，激光注入与保偏传输为核心，图形化编程语言Lab VIEW人机交互为监测手段的实验系统。实验测试表明，系统能减小背景光的抖动对信号检测影响，通过控制激光的光斑直径及能量可获得不同超声信号反射波峰的检测效果，有效提高了材料缺陷对超声回波信号检测的敏感性和平稳性，为工程应用提供新的技术途径。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0812006      

王博   王霞   陈飞   贺云涛   李文光   刘莉  

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针对航拍沥青路面图像识别的噪声和干扰问题，提出一种应用于航拍图像的路面裂缝识别算法。根据路面区域与路旁景观区域灰度级数分布不同，提出多方向拟合的区域生长方法联合HSV颜色空间阈值进行路面区域分割，提取包含完整裂缝信息的单通道路面；再通过改进的形态学滤波剔除面积较大的干扰区域，利用结合显著性分析的边缘检测算法识别路面的裂缝片段，实现了复杂裂缝与路面纹理噪声的区分；自动筛选存在裂缝的图像，针对裂缝可疑区域，结合人眼辅助观察标记并计算其长度。实验结果表明，该算法可有效剔除图像中的噪声和干扰，识别沥青路面的裂缝效果较好，裂缝宽度的识别精度能达到9.7mm，分类识别准确率80%以上，长度测量准确率75.0%以上。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0810004      

杨祥伟   周建忠   盛杰   孟宪凯   黄舒   杨颖秋   徐洋洋  

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为了研究TC6航空钛合金激光喷丸（laser peening, LP）后组织演变对表面强度的影响，首先采用不同功率密度的激光参数对TC6钛合金进行激光喷丸处理, 用X射线衍射仪和显微硬度计测试喷丸前后试样表层和截面方向的硬度和残余应力，并通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对强化层的微观组织进行了观察，阐述了激光喷丸后组织演变对表面强度的影响机理。结果表明，激光喷丸后的材料表面的显微硬度和残余应力随功率密度的提高有明显的增大趋势，激光喷丸引起的硬度影响层和残余应力影响层深度也随功率密度的提高而增大，且影响层深度在500μm-600μm之间。分析认为激光喷丸对TC6钛合金强度影响机理包括细晶强化和位错强化，晶粒细化使大角度和小角度晶界增多，晶界能阻止屈服，晶粒越细小，在一定体积内的晶粒数目越多，则在同样变形量下，变形被分散到更多的晶粒内进行；另一方面激光喷丸能产生高密度位错，位错密度的提高可使材料的屈服强度提高，阻碍位错的运动，抑制了裂纹的萌生，从而使强化层各项力学性能较大程度的提高。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0914001      

吴涛   徐冬   何兴道   赖荣   程涛  

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介绍了离轴积分腔输出光谱（OA-ICOS）并结合波长调制光谱（WMS）技术的实验装置。使用1.392 μm的DFB激光器作为光源，以反射率为99.8%，相距60 cm的两片镜片组成的谐振腔为气体吸收池，选择7185.87 cm-1的甲烷吸收谱线，对不同浓度的甲烷气体进行探测。经过压强、调制频率、相位和振幅的参数优化，通过Allan方差的计算，得出系统稳定时间是203 s。实验选取100 s的测量时间，得出甲烷探测极限是0.87 ppmv，相应最小可探测吸收是2.2×10?6 Hz?1/2。相对于OA-ICOS装置的测量，波长调制离轴积分腔输出光谱（WM-OA-ICOS）灵敏度提高了22倍左右。通过使用二次谐波峰值高度（2f）和二次谐波峰值高度和一次谐波中值之比（2f/1f）两种方法进行测量，结果表明，与2f峰值高度法相比，2f/1f比值方法稳定性更好，线性度相关度更高。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0830002      

贾科军   郝莉   白利军   余彩虹  

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白光LED很窄的调制带宽使可见光通信（Visible Light Communication，VLC）的系统容量很低。非正交多址接入技术（Non-orthogonal multiple access，NOMA）可以提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用（DC-biased optical orthogonal frequency division multiplexing，DCO-OFDM）和NOMA，设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时，推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配（fractional transmit power allocation，FTPA）、增益比功率分配（gain ratio power allocation，GRPA）和静态功率分配（static power allocation，SPA）方法。为了使平均和速率最大化，以优化LED半功率角、光电检测器（photo detector，PD）视场角（field of view，FOV）和功率分配因子为目标。仿真结果表明系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的不同而变化很大，可以通过优化角度和功率分配因子以达到和速率最大化。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0806004      

闫丽  

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研究了在光子禁带模型中三个二能级原子与热库发生相互作用的系统纠缠动力学演化。采用赝模理论和三体负本征值方法来描述系统间纠缠，通过数值计算分析了热库谱密度函数，原子与赝模间的失谐量和原子间的偶极-偶极相互作用强度对三原子间纠缠演化的影响。结果表明，在完美带隙模型中原子间的纠缠随时间演化会出现俘获现象；原子与赝模间的失谐量对原子间纠缠呈现出非单调性的变化；通过增加原子间距可以提升三原子间纠缠。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0827001      

黄作维   刘峰   胡光伟  

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机载LiDAR点云数据滤波是目前点云数据处理领域研究的重点。针对目前点云数据滤波的难点，提出了一种基于多尺度虚拟格网的改进滤波方法，该方法首先由点云数据构建多级虚拟格网，对格网进行多尺度分解，剔除Lidar数据中的粗差点，获取初始地面点及地物点；然后根据双向阈值滤波原理以网格尺度由大到小的顺序逐层进行滤波处理，并结合点云数据的并行处理，减少了滤波算法的误差积累。实验结果表明：改进算法与其它经典滤波算法相比，滤波精度有了较大的提高，在不同的地形条件下能有效地控制第II类误差，同时减少了总误差，提高了滤波处理的效率和DEM的可靠性。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0828004      

王加安   车英   吕超   王馨兰   郭林炀  

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发光二极管(LED)兼具照明和通信功能，在室内可见光通信(VLC)中，LED的布局对维持接收面上接收功率分布的稳定有着重要作用，目前研究的室内LED矩形布局，其接收功率分布并不能覆盖整个接收面，存在接收功率中断区，无法实现最优的VLC系统性能。本文考虑室内墙面及地板的一次反射，研究LED在不同位置的布局方案，采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案，设计了能耗最优的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形和圆形布局的接收功率分布、信号中断率、能量损耗、信噪比分布，仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局，需要的LED数量几乎为矩形布局的一半，减少了VLC系统的码间干扰。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0806003      

胡润   吴逢铁   朱清智   杨艳飞  

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利用螺旋相位板-轴棱锥系统可以产生高阶Bessel光束。基于基尔霍夫衍射积分理论，推导了涡旋光斜入射轴棱锥后的衍射光场表达式。分析了光束斜入射引起的像散对轴棱锥聚焦涡旋光产生高阶Bessel光束的影响，提出了一种用于检测拓扑电荷数的简单可行方案。结果表明当轴棱锥出现较小角度的偏转时，所产生的高阶Bessel光束出现中心亮环椭圆化；随着偏转角的增加，中心环椭圆率增大，并伴有暗核分裂的现象；继续增大偏转角，光斑将发生由内至外的亮环破裂现象，最终形成具有点阵列结构的焦散光束。设计相关实验进行验证，理论分析、数值模拟与实验结果基本吻合。研究成果对高阶Bessel的应用具有指导意义。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0826002      

高琳   王俊峰   范勇   陈念年  

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针对视频序列的鲁棒性目标跟踪问题，提出了一种基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）与一致性预测器（Conformal Predictor，CP）的视觉跟踪算法。该算法首先构建一个双路输入卷积神经网络模型，同步提取视频帧采样区域和目标模板的高层特征，利用逻辑回归方法区分目标与背景区域，然后将卷积神经网络嵌入到一致性预测器框架中，利用算法随机性检验来评估分类结果的可靠性，在指定风险水平下，以域的形式输出具有可信度指标的分类结果。最后选择高可信度区域作为候选目标区域，通过优化时空域全局能量函数获得目标轨迹。实验结果表明，该算法能够适应目标遮挡、外观变化以及背景干扰等复杂情况，比当前多种流行跟踪算法具有更强的鲁棒性和准确性。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0815003      

王敬雨   韩玉   李磊   席晓琦   刘建邦   闫镔  

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CL系统对于扁平状物体的检测具有独特的优势，几何参数标定是CL系统获得高质量图像的重要步骤。现有CL几何参数标定方法仅标定部分几何参数，难以通过一次标定完成所有几何参数标定。本文借鉴CT几何参数标定方法，提出了一种高精度的迭代标定方法，利用简单体模快速标定CL系统的所有几何参数。首先，对CT几何参数标定方法用于CL的有效性进行分析，确定了对CT几何参数标定方法敏感的CL几何参数；其次，根据CL投影几何关系，构建新的反映CL实际系统与理想系统间误差的非线性最小二乘目标函数，利用迭代法不断优化敏感参数和其它关键参数。实验结果表明，本文方法能够有效标定CL系统所有几何参数，敏感参数以及受敏感参数影响的其它几何参数标定精度均有明显提升。同时，利用已标定的几何参数重建三维SheppLogan体模和PCB体模，重建图像中均没有几何伪影，验证了算法的有效性。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0811003      

王秀梅   李琳   孟艳玲   王亚宁   于明圆   王鑫   万金银   肖玲   成华东   刘亮  

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提出了一种积分球冷原子钟原子数稳定的新方法。该方法通过周期性地监测冷原子的吸收信号，反馈控制冷却光声光调制器的衍射效率，改变冷却光功率，实现冷原子数的稳定。推导了冷原子数稳定系统的环路方程，分析了稳定环路对冷原子数涨落的抑制作用。稳定后的冷原子数涨落优于 1+-0.1%（3个小时），其功率谱密度在频率0.001 Hz到0.2 Hz范围内,最大抑制约30 dB。该涨落被抑制的原因主要是稳定环路除了直接补偿冷却光激光器输出的光功率变化外，还纠正了外界环境引起的冷原子数漂移。冷原子数稳定之后，由原子数涨落引起的原子钟频率稳定度可降低至 7*10^-14*tao^(-1/2)。 关键词 激光冷却；冷原子数稳定；冷原子钟

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0802001      

吕佳彦   何明元   陈林   胡秀清   李新  

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对于没有星上定标装置的国产卫星遥感器，其反射太阳波段辐射定标系数的更新，最常用的有效方法之一是基于敦煌辐射校正场的反射率基法。但该方法依赖人工观测，受天气和人为因素影响较大。此外对于辐射响应衰变较快的遥感器通道，基于一年一次敦煌辐射校正场同步观测试验的反射率基法辐射定标不能及时校正类似衰变。为解决上述问题，提出了基于自动化多通道光谱辐射计、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、MODIS（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer）双向反射分布函数产品的自动化辐射定标方法，该方法可在天气状况和卫星观测几何满足条件的日期连续对遥感器开展辐射定标工作。2015年8月-2016年3月在敦煌辐射校正场进行了试验，共获取有效观测数据17天，以AQUA/MODIS为辐射基准验证该方法的精度和定标频次，结果表明，平均10-15天能够对卫星遥感器进行辐射定标，利用该方法得到的大气顶反射率与AQUA/MOIDS各通道卫星观测的相对偏差均小于5%，平均相对偏差小于2%，标准差小于2%。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0801003      

胡友友   何小凤   唐霞辉   李波  

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矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求，基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论，提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式，包括角向偏振TE01*模和径向偏振TM01*模。通过matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算，计算结果与理论一致，证明了该方法的正确性。然后基于轴快流CO2激光器平台，采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜，得到了2.17kW的角向偏振模式输出，与矢量Fox-Li迭代法计算结果吻合，实验再次证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0826001      

王进霞   洪瑞金   陶春先   张大伟  

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采用真空电子束蒸发技术，在玻璃基底上制备不同厚度的金属铜薄膜，而后采用热氧化技术通过调控退火温度和时间得到相应的氧化亚铜(Cu2O)薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-红外分光光度计及拉曼光谱仪分别表征所制备的Cu2O薄膜的晶体结构、元素组成、光学透射/吸收谱及SERS活性。实验结果表明：退火温度为200℃时，能够获得单一相的Cu2O薄膜。通过XPS能谱分析Cu 2p和O 1s的结合能，确定薄膜中的Cu为+1价。退火后的薄膜样品随着其膜厚的增加由非晶态转变为(111)轴方向择优生长，薄膜结晶质量提高；其吸收边发生红移。以罗丹明B(Rh B)为探针分子表征薄膜样品SERS活性，其SERS活性随Cu2O薄膜吸光度的增大而增强。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0816004      

吕挺   段玉雄   项静峰   任伟   吕德胜   汪斌   李琳   李唐   屈求智  

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本文对780nm声光调制器(AOM)的温度响应进行了详细的理论计算，发现AOM衍射光偏振角的温度响应系数远大于衍射效率和衍射角的温度响应系数，针对AOM衍射光偏振角的温度响应，在地面实验室环境下对其进行了实验验证。在空间微重力环境下，AOM的温度响应可能会成为制约空间项目光学平台工作温度范围和性能指标提高的主要因素。本文结合AOM在实际空间应用中的脉冲工作模式，通过仿真建模给出了AOM声光晶体温度随环境温度的变化曲线，并给出了优化措施建议。

       PDF全文        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0812001      

何润之   李加波   李俊   黄金   叶素华   董石   张航   马志军