期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
光子学报
英文:
ACTA PHOTONICA SINICA
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院西安光学精密机械研究所;中国光学学会
出版单位:
科学出版社
主编:
郝跃
ISSN:
1004-4213
刊号:
CN 61-1235/O4
电话:
029-88887564
邮箱:
地址:
陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱
邮编:
710119
定价:
120元/期

当前目录 第53卷 第2期

作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室,长春 130022
2 四川师范大学 物理与电子工程学院,成都 610068
采用多层相屏法和快速傅里叶变换法数值求解热晕方程,研究了复合贝塞尔高斯(cBG)光束大气传输过程中受热晕效应的影响。研究发现:由于热晕效应造成的光强和相位畸变,cBG光束会发生相位奇点移动和轨道角动量谱展宽,并产生模式串扰。当风速较小时,大气介质吸收激光产生的热效应较强,导致光束的模式串扰也较强。对于初始角量子数差值较大的cBG光束,其相对串扰能量较小,受热晕效应影响导致的模式串扰较弱。此外,还研究了旋转cBG光束的热晕效应,该光束的旋转特性使其在传输过程中四周都能得到均匀的扩展。因此,相较于非旋转cBG光束,旋转cBG光束的光强分布比更均匀,模式串扰更小。并且,随着旋转cBG光束的径向波数差值的增大,模式串扰减弱。综上,增大初始角量子数差值以及径向波数差值可以有效降低cBG光束的模式串扰。
复合贝塞尔高斯光束 热晕效应 大气传输 模式串扰 Composite Bessel-Gaussian beams Thermal blooming Atmospheric propagation Mode crosstalk 
光子学报
2024, 53(2): 0201001
作者单位
摘要
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048
2 西安市无线光通信和网络研究重点实验室,西安 710048
3 陕西理工大学 物理与电信工程学院,汉中 723001
4 山东高等技术研究院,济南 250100
5 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束(Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam,DLGVB)在海洋湍流中传输时的光强和相位分布,仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明,随着湍流动能耗散率的减小,盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加,闪烁指数逐渐增加;随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加,误码率减小。在海洋湍流环境下,使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰,选择最佳的拓扑电荷差值,可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。
海洋湍流 双拉盖尔-高斯涡旋光束 拓扑电荷差值 闪烁指数 误码率 Ocean turbulence Double Laguerre-Gaussian vortex beams Topological charge difference Scintillation index Bit error rate 
光子学报
2024, 53(2): 0201002
魏佳男 1,2刘虎林 2陈萍 2,3,*李阳 4[ ... ]赵卫 2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院大学,北京 100049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室,西安 710119
3 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
4 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
5 装备发展部某中心,北京 100034
结合理论分析与实验测试,研究了在可见光脉冲输入条件下频率以及第二片微通道板与阳极之间电势差对微通道板光电倍增管动态范围的影响。研究结果表明:随着信号光脉冲频率的增大,微通道板壁面电荷补充不充分致使阳极输出偏离线性,并逐渐趋于饱和。当输入可见光脉冲宽度为50 ns,频率为500 Hz时,阳极的最大线性输出达到2 V(即40 mA);当输入光频率增加到1 000 Hz,阳极输出在1 V(即20 mA)时线性偏离程度达到10%以上;当输入光频率增加到5 000 Hz,阳极输出在0.3 V(即6 mA)时线性偏离程度达到约15%。随着第二片微通道板与阳极之间电势差的增大,阳极最大线性输出电压呈现波动性变化而非与其呈线性关系。当第二片微通道板与阳极之间的电势差在200 V左右时,阳极线性输出电压达到峰值,随着电势差不断增大,阳极线性输出电压开始出现波动,在电势差为500 V左右时达到第二个峰值,这主要是由于极板间电场强度与空间电荷效应共同作用的结果。该研究可为提升微通道板光电倍增管的动态范围提供指导,便于其应用于强辐射脉冲测量、激光通信等领域。
微通道板型光电倍增管 动态范围 输入光脉冲频率 微通道板-阳极电压 线性偏离 Microchannel plate photomultiplier tube Dynamic range Input light pulse frequency Microchannel plate-anode voltage Linear deviation 
光子学报
2024, 53(2): 0204001
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
针对闪元传统标定方法的不足,提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明,单一工作点上闪元检测率平均提高了12.49%,与传统方法相比,整体闪元检测率提高了9.41%。本文所提方法有效提高了闪元的检出率。
红外焦平面探测器 闪元检测 闪元标定 复合条件工作点 能量域图像 IRFPA detector Flickering pixels detection Flickering pixels calibration Compound condition operating points Energy image 
光子学报
2024, 53(2): 0204002
尚秋峰 1,2,3张晓旭 1,*
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电子与通信工程系,保定 071003
2 河北省电力物联网技术重点实验室,保定 071003
3 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,保定 071003
通过优化光纤布拉格光栅形状传感技术中传感点位置和补偿重构结果来提高薄层合金板三维形状重构精度。通过ANSYS workbench建立合金板仿真模型,提取应变和位移模态振型,根据模态置信准则、转换矩阵稳定性和模态振型相似性分别设计了三个目标函数,采用快速和精英机制的多目标遗传算法优化传感器位置。将镍钛合金板弯曲成不同曲率半径的弧形,利用光纤布拉格光栅中心波长漂移量和线性插值算法计算得出不同形状下的结构应变,重构合金板形状,均方根误差和最大误差相较于单目标优化算法分别减小30%和15%。利用粒子群优化径向基函数神经网络算法拟合误差与位移的关系实现误差补偿,均方根误差和最大误差比无补偿时分别减小了90%和70%,最大相对百分比误差仅为5%,提高了三维形状重构算法精度。
光纤传感 光纤布拉格光栅 粒子群优化径向基函数 形状重构 模态法 多目标优化 误差补偿 Optical fiber sensing Fiber Bragg grating Particle swarm optimization-radial basis function Shape reconstruction Modal method Multi-objective optimization Error compensation 
光子学报
2024, 53(2): 0206001
作者单位
摘要
河海大学 计算机与信息学院,南京 211100
鉴于目前普遍选用的水下弱湍流模型无法准确拟合实测数据的缺陷,选取经实验测试验证的广义Gamma分布来表征海洋弱湍流,以期合理评估受湍流等因素影响的水下无线光通信系统的误码性能。提出一种包含广义Gamma分布弱湍流、零/非零视轴指向误差以及无衰落信道冲激响应隐路径损耗和多径效应的混合衰落信道模型,据此推导混合衰落串行中继无线光通信系统平均误码率的数学闭型表达;通过数值仿真验证所推导的误码率理论表达式的准确性,并考察不同系统核心参数对误码率的影响。研究结果表明:串行中继节点的引入可有效提高系统的误码性能,以零视轴指向误差、最终传输距离达45 m、误码率需求10-3为例,引入1至3个串行中继节点后,系统从一开始的无法工作,变为所需的发射功率分别降低至24 dBm、12 dBm和6 dBm;而光源初始发散角增大导致的无衰落信道冲激响应时延扩展,即符号间干扰,则会严重降低此性能改善。
水下无线光通信 串行中继 性能分析 误码率 广义Gamma分布 Underwater wireless optical communication Serial relaying Performance analysis Bit error rate Generalized Gamma distribution 
光子学报
2024, 53(2): 0206002
作者单位
摘要
1 山东富通光导科技有限公司,济南 250119
2 上海大学 特种光纤与光接入网省部共建国家重点实验室培育基地/特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海 200444
针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求,设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面,利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤,并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比,探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现,当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时,零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在0.52%~0.53%,芯层半径比在2.6~2.7时,光纤的有效面积接近70 μm2,零色散波长在1 420 nm附近,在1 550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm-1·km-1,色散斜率为0.059 ps·nm-2·km-1,可以较好地抑制传输过程中光非线性效应,满足长途干线网与城域网的使用要求。
光纤通信 非零色散位移光纤 外部气相沉积工艺 S+C+L波段 低色散斜率 大有效面积 波分复用 Optic fiber communication None zero dispersion shifted fiber Outside vapor deposition process S+C+L band Low dispersion slope Large effective area Wavelength division multiplexing 
光子学报
2024, 53(2): 0206003
作者单位
摘要
重庆理工大学 电气与电子工程学院,重庆 400054
针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题,提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构,对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真,得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可见性分析,提出了方向影响因子和方向增强指数,结合星间链路距离及传输时延综合考虑链路代价,从而选择合适的传输路径方向,依次在每个卫星节点对间进行最小路径选择,并以路由跳数为评价指标。仿真结果表明,在有空间碎片存在的环境中,所提算法能够在不牺牲通信质量的前提下,实现路由跳数相比Dijkstra算法降低14%,传输时延相比Dijkstra算法减少17%。
激光通信 卫星路由 链路状态路由算法 空间碎片 Laser communications Satellite routing Link-state routing algorithms Space debris 
光子学报
2024, 53(2): 0206004
作者单位
摘要
1 重庆交通大学 河海学院,重庆 400074
2 重庆科技学院 建筑工程学院,重庆 401331
3 枣庄学院 城市与建筑工程学院,枣庄 277160
4 中国建筑第五工程局有限公司,长沙 410004
为了同时确定监测结构的位移大小和方向,提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元,以杠杆杆件来传递位移,测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构(核心传感单元)的标定试验,结果表明所有传感单元均具有较高的线性度,测量范围为0~140 mm,灵敏度为4.362 pm/mm,迟滞性误差为3.25%,重复性误差为6.62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中,研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能,并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较,两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高,表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形,在智能监控领域有广阔的应用前景。
光纤布拉格光栅 位移传感装置 二维位移 大量程 结构监测 Fiber Bragg grating Displacement sensing device Two-dimensional displacement Large range Structural monitoring 
光子学报
2024, 53(2): 0206005
潘睿智 1,2冯艳 1,2,*刘贺祥 3王昊祥 1,2[ ... ]张华 1,2
作者单位
摘要
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海 201620
2 上海市大型构件智能制造机器人技术协同创新中心,上海 201620
3 南昌大学 先进制造学院,南昌 330038
利用光纤布拉格光栅在触觉传感方面的高灵敏和柔韧性优势,进行了滑触感知和分类训练研究,实现了在线材质识别。通过理论分析,优化光纤光栅封装,搭建了光纤光栅滑触感知平台,并研究其上位机控制方法及材质在线识别分类算法,提取中心波长的均值最大差值、差值、极差特征作为三维特征,应用支持向量机算法进行分类训练。训练结果表明,在5、10、15 cm/s滑移的混合数据集下,对粗布、PLA、砂纸800目的分类准确度达96.6%。相较于其他特征分类法,具有更好的分类能力和适应不同滑移速度的优势。在5~15 cm/s随机滑速的36次(3类材质×3个样品×4次滑移)验证测试中正确识别了34次。研究成果可为智能感知机器人提供一种在线新颖的材质识别方法。
光纤布拉格光栅 滑触感知 三维特征 分类算法 材质识别 Optical fiber Bragg grating Sliding-tactile sensing Three-dimensional feature Classification algorithms Material recognition 
光子学报
2024, 53(2): 0206006
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100039
针对光路对接准直目标识别算法对双目标粘连状态无法判别的问题,提出了基于二进制大对象(Binary Large Object,BLOB)区域和边缘特征分析的准直图像双光学目标识别方法。首先,对二值化图像进行数字形态学处理,计算全图各BLOB区域的面积、中心、轴长、区域、有效BLOB区域个数等信息。其次,对有效BLOB区域个数大于1的完全分离双目标准直图像,统计各BLOB区域中心分别为位于两个面积最大的BLOB区域内的BLOB数量,数量小的候选BLOB区域为主激光目标,数量大的候选BLOB区域为模拟光目标。然后,对于有效BLOB区域个数等于1的待识别图像,从左、右、上、下4个方向分别提取模板边缘图像的有效坐标序列和待识别边缘图像坐标序列,搜索有效坐标序列和待识别边缘图像坐标序列的最大相关系数对应的有效坐标序列。当4个方向的相关系数全部大于0.95时,待识别图像为模拟光目标;当4个方向的相关系数都小于0.95时,待识别图像为主激光目标;否则待识别图像为粘连图像。实验结果表明:提出的双光学目标识别算法,不仅能够识别完全分离的模拟光目标和主激光目标,误差小于3个像素,处理时间小于1 s,而且能够判别处于粘连状态的光学目标和单个独立的光学目标,满足光路对接准直图像识别算法对于自适应性、精度和效率的要求。
光路对接准直 BLOB区域 边缘特征分析 双光学目标识别 粘连图像识别 Optical path docking collimation BLOB region Edge feature analysis Dual optical target recognition Adhesion image recognition 
光子学报
2024, 53(2): 0210001
作者单位
摘要
南京理工大学 电子工程与光电技术学院,南京 210094
结合奇偶函数理论,提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量,对折射率均匀性引入的误差进行分部求解,生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差,对其中的均匀性误差复原,结果与初始值仅相差0.6×10-6,残差与平晶表面面形的低频信息无关,仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测,将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同,指标结果仅相差0.2×10-6,波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项,旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下,均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。
物理光学 光干涉测量 奇偶函数法 光学均匀性 绝对检测 Physical optics Optic interferometry Odd and even function Optical uniformity Absolute test 
光子学报
2024, 53(2): 0212001
作者单位
摘要
华北电力大学 电气与电子工程学院,北京 102206
光学电压传感器在温度稳定性方面仍有亟待解决的问题,一是电光晶体在温度变化时存在温度梯度,导致表面温度与光路温度不等;二是晶体物性参数也会受到温度影响。为此提出一种基于温度场与双卡尔曼滤波(Dual Kalman,D-Kalman)参数估计的温度补偿方法。以锗酸铋晶体为研究对象,在对传感器输出信号进行交直流分离的基础上,先利用半解析法建立晶体暂态温度场模型,再分别通过卡尔曼滤波与中心差分卡尔曼滤波实现对晶体内部温度和初始温度下晶体折射率的状态估计,最后将修正参数与传感器输出信号高频分量相结合计算补偿电压。实验结果表明,传感器在外界温度为[20 ℃,40 ℃]以0.5 ℃/min速率不断升高的环境下,暂态温度场解析式的仿真精度在0.02%以内,实验测量精度在0.2%左右,补偿输出电压测量精度优于0.52%。与同平台下反向传播神经网络温度补偿效果以及不同平台下的补偿效果相比,该方法提高了传感器测量精度。
光学电压传感器 温度稳定性 暂态温度场 卡尔曼滤波 中心差分卡尔曼滤波 Optical voltage sensor Temperature stability Transient temperature field Kalman filter Center differential Kalman filter 
光子学报
2024, 53(2): 0212002
作者单位
摘要
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 宁波大学 物理科学与技术学院,宁波 315211
3 中国科学院宁波材料技术与工程研究所,宁波 315201
针对深空探测超宽光谱定标黑体源的关键技术问题,构建了一种基于优化微结构和纳米超黑涂层的深空探测星上黑体定标源。基于有限元方法仿真,验证了微锥结构不同宽高比与黑体发射率间的对应关系,确定了周期性线阵V槽结构相对于平面结构在黑体发射率方面的提升作用。优化星上黑体源高发射率微结构,优选空间超黑高发射涂层,设计星上黑体源高精度测温系统,进而完成黑体源工程设计。最后,通过星上黑体源发射率计量及实验室辐射定标稳定性测试进行验证。检测结果表明,深空探测超宽光谱定标黑体源具有超宽光谱范围、高发射率、高温度稳定性等特点,其光谱范围为5~50 μm,法向平均发射率为0.986,温度稳定性达到0.16 K。该定标黑体源可大幅提升高发射率辐射定标源的光谱范围,为深空探测载荷的在轨高精度星上辐射定标提供支撑。
深空探测 定标 超宽光谱 高发射率 PID控温 高稳定性 Deep space exploration Calibration Ultrawide spectrum High emissivity PID temperature control High stability 
光子学报
2024, 53(2): 0212003
作者单位
摘要
1 西安工业大学 光电工程学院,西安 710021
2 中国人民解放军63853部队,白城 137001
3 陕西省光电测试与仪器技术重点实验室,西安 710021
针对短靶距测速光幕靶的靶距无法直接测量的问题,提出一种采用双区截光幕测速装置标定靶距的方法。在测得弹道上两点速度后,依据弹道方程推导了飞行弹丸在两点间任意时刻的瞬时速度计算式;依据弹丸穿过标定用测速装置和被标定光幕靶的时间序列,给出了靶距标定公式。在弹丸飞行速度一定的情况下,分析标定用光幕靶的靶距和布放间距对标定误差的影响,并进行了实弹射击试验。试验结果表明,标定用光幕靶的靶距、布放间距及弹丸飞行速度在一定条件下,标定相对误差为0.8 ‰,所提方法能够用来标定各种原理的使用级区截测速用传感器的靶距。
速度测量 光幕靶 标定 阻力参数 误差传递 Velocity measurement Light screen Calibration Resistance parameter Error transmission 
光子学报
2024, 53(2): 0212004
李晨 1,2,3,*李浩 1杨研伟 1
作者单位
摘要
1 陕西科技大学 机电工程学院,西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院,西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室,西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点,提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元,分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列,并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明:加速度方面,X轴灵敏度为0.006 mV/g,Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g,Z轴灵敏度为0.200 mV/g;角加速度方面,X轴灵敏度为0.285 mV/(rad/s2),绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/(rad/s2),绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/(rad/s2)。与有限单元法仿真结果对比,实验测量误差在10%以内,且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood 
光子学报
2024, 53(2): 0212005
王京 1,2刘博 1,2刘坤香 1,2陈福原 1,2李备 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬18°附近,1.5 km深处的海水折射率模型,预估了深海对光镊系统激光功率的损耗。使用T矩阵法计算对比了光镊在深海中和陆地上的纯水中对不同折射率和不同大小的球形微生物的捕获力。结果表明,相比于纯水中,光镊在1.5 km的深海中的最大轴向捕获力平均降低了25%,最大横向捕获力平均降低了20%。本研究可为未来基于光镊技术开发的深海微生物分选设备的下海实验提供参考。
光镊 光镊捕获力 T矩阵法 深海环境 深海微生物 海水折射率 Optical tweezers Optical tweezers capture force T-matrix Deep-sea environment Deep-sea microorganisms Refractive index of seawater 
光子学报
2024, 53(2): 0214001
作者单位
摘要
1 深圳技术大学 中德智能制造学院 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,深圳 518118
2 深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室,深圳 518060
3 大族激光科技产业集团股份有限公司,深圳 518103
高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长,提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题,利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等,搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统,实现了最高输出功率373 W,光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。
薄片激光器 多冲程泵浦 Yb∶YAG 高效率 Thin-disk laser Multi-pass pumping Yb∶YAG High efficiency 
光子学报
2024, 53(2): 0214002
作者单位
摘要
中国科学院西安光学精密机械研究所 飞行器光学成像监视与测量技术研究室,西安 710119
针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题,采用两镜望远系统的矢量像差理论,将次镜作为像移补偿元件,通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜,导致次镜离轴,影响成像质量,因此,建立了失调折反光学系统成像模型,研究次镜像差场偏移矢量与次镜失调量之间的关系,并分析次镜多维运动对成像质量的影响。为验证次镜多维运动的像移补偿能力,搭建实验平台对该航测相机进行了实验室内以及外场成像试验。结果表明,采用该像移补偿技术的航测相机动态分辨率可达74 lp/mm,且像移补偿精度优于0.5个像素,达到设计预期。
航测相机 像移补偿技术 光机系统 次镜失调 矢量像差理论 Aerial mapping camera Image motion compensation technology Optical-mechanical system Secondary mirror misalignment Vector aberration theory 
光子学报
2024, 53(2): 0222001
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,长春 130022
3 长春理工大学 电子信息工程学院,长春 130022
为了给航空动平台激光通信的附面层效应校正系统提供验证条件,设计了一种基于液晶空间光调制器来模拟附面层效应的模拟器。首先,从几何光学的角度分析附面层效应,将其等效为负透镜。然后,利用计算机对不同飞行条件下附面层效应与等效负透镜焦距之间的关系进行数值分析仿真。之后在液晶空间光调制器上导入不同焦距透镜的相位灰度图以实现变焦透镜的功能,通过改变变焦透镜的焦距来模拟航空平台不同飞行条件下的附面层效应。最后通过实验验证模拟的准确性,在环境温度下,模拟附面层效应的液晶空间光调制器得到的光斑图像由红外相机拍摄,之后进行图像处理分析实际光斑大小,并与理论计算光斑大小比较,得出误差曲线图。研究结果显示,基于液晶空间光调制器模拟附面层效应引起散斑效应的理论光斑大小与实际光斑大小的均方根误差为0.043 75,验证了所提出的方法的可行性和有效性。
光通信 附面层效应 光斑分析 液晶空间光调制器 液晶变焦透镜 模拟器 Optical communication Boundary layer effect Spot analysis Liquid crystal spatial light modulator Liquid crystal zoom lens Simulator 
光子学报
2024, 53(2): 0223001
作者单位
摘要
南昌大学 电子信息工程系,南昌 330031
提出了一种含有光学参量放大器的复合腔磁系统。利用系统海森堡-郎之万演化方程和输入-输出关系研究了磁力诱导透明和快慢光效应。数值计算表明:当腔磁系统考虑磁振子-声子耦合时,出现双重透明窗口。磁振子-声子之间的耦合强度增强,透明窗口宽度变宽,深度加深。在系统中调控光学参量放大器的增益,吸收光谱在共振频率两侧出现不对称现象,吸收谱曲线的峰值随光学参量放大器增益的增加而变大。通过调节腔磁耦合强度,改变了吸收光谱和色散光谱的传输特性。此外,探测场的传输速率依赖于光学参量放大器的增益。腔磁系统的快慢光效应及其切换通过调控光学参量放大器得以实现。该研究结果可为量子光学操纵和量子信息存储的研究提供参考。
复合腔磁系统 光学参量放大器 磁力诱导透明 快慢光效应 磁振子 Hybrid cavity magnomechanical system Optical parametric amplifier Magnomechanically induced transparency Fast-slow light effect Magnon 
光子学报
2024, 53(2): 0227001
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学 通信工程学院,杭州 310018
2 同济大学 物理科学与工程学院 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
基于五能级结构手征原子媒质,对光学时域隐身在外场调控下的实现进行了研究。在该五能级手征原子系统下,推导了原子媒质与光场参数相关的等效电磁响应参数的广义表达式,进而根据群折射率计算输出光脉冲。数值计算了五能级原子系统的外场以及原子媒质相关参数对隐身时域窗口大小以及形成时域窗口的光脉冲强度的影响。结果表明,时域窗口大小随控制场Rabi频率改变但基本不依赖于控制场的相位变化;两个耦合场相位在一个周期内的变化对左右旋圆极化输出波特性影响相反;两个耦合场中,当其中一个耦合场的Rabi频率减小时,对应时域窗口增大,但同时也会使形成窗口的脉冲强度减弱,而另一个耦合场Rabi频率则对时域窗口的大小影响较小。因此改变控制场和两个耦合场的强度、相位和失谐等参量可有效地调控输出脉冲的加速和延迟,产生显著的隐身时域窗口,提供了一种可操控的光学时域隐身的方案。
手征原子媒质 磁电耦合 光学时域隐身 五能级系统 量子相干 Chiral atomic medium Magnetoelectric coupling Optical temporal cloaking Five-level system Quantum coherence 
光子学报
2024, 53(2): 0227002