杨嶒浩 1程科 1,2,*黄宏伟 1廖赛 1[ ... ]舒凌云 1
作者单位
摘要
1 成都信息工程大学 光电工程学院, 四川 成都 610225
2 四川文理学院 智能制造产业技术研究院, 四川 达州 635000
轨道角动量(OAM)是高容量光通信和超分辨成像技术的重要参数。利用惠更斯-菲涅尔原理和相干合成理论,提出了杂化偏振涡旋合成光束阵列。详细研究了涡旋、偏振、附加拓扑电荷及子光束数对输入和输出平面光束的OAM谱的影响。结果表明:子光束的数量和杂化偏振共同影响了OAM模式的最大权重,子光束数量增加会显著提升OAM谱的最大权重,但杂化偏振却不能显著提升OAM谱的最大权重。OAM谱的最大模式位置总是等于光束中心光涡旋的总拓扑数,与子光束数无关。OAM谱所有非零权重模式的位置由涡旋、偏振、附加拓扑电荷和子光束数目共同决定。本文结果对光通信与偏振成像技术有着潜在的应用价值。
轨道角动量谱 偏振 涡旋 orbital angular momentum spectrum polarization vortex 
中国光学
2023, 16(6): 1501
作者单位
摘要
兰州交通大学 电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
为了探究鼎形微环谐振器的耦合区数量对输出的影响,建立了鼎形微环谐振器的物理模型。利用传输矩阵法对鼎形微环谐振器的物理模型进行研究。分析了不同耦合区数量对鼎形微环谐振器输出的影响。实验结果表明,随着耦合区数量的增加,在1.54~1.56 μm工作波长范围内谐振峰的数量增加,半高全宽FWHM越小,品质因子Q则越大,器件的储能性能越好,并且还能实现对特定波长的滤波作用。耦合区数量对鼎形微环谐振器性能有着很大影响,在设计时根据实际需要选择耦合区数量。
鼎形微环谐振器 耦合区数量 传输矩阵 高透射率 ding-shaped microring resonator number of coupling regions transfer matrix high transmittance 
中国光学
2023, 16(6): 1493
作者单位
摘要
西北大学 光电子与光电子技术研究所, 陕西 西安 710069
基于大增益带宽和高热导率晶体的偏振复用激光技术可以提高双频激光器和双光梳激光器在输出光谱范围和功率方面的性能。本文提出一种基于Yb:CALGO晶体的偏振复用激光器。将两片与光轴成45°角切割的双折射晶体放置在增益晶体的前后两侧形成三明治结构,利用双折射晶体的偏振特性使腔内激光形成只在三明治结构部分具备空间分离其余部分共线的偏振方向互相垂直的两种模式。同时,这种三明治结构既能使单束泵浦光能够自动分离为两束空间分离匹配的泵浦光,也可以使腔内增益晶体放置在腔内模式腰斑位置处,与泵浦光达到更好的模式匹配,提高光泵浦效率。最终测得的激光输出功率达到瓦量级并且斜率效率超过30%。在腔内加入标准具后,实现了频差为太赫兹量级的稳定双频激光运转。
偏振复用 Yb:CALGO晶体 双频激光器 双波长激光器 双梳激光器 polarization-multiplexing Yb:CALGO crystal dual-frequency lasers dual-wavelength lasers dual-comb lasers 
中国光学
2023, 16(6): 1475
胡立发 1,3姜律 1,3胡启立 2徐星宇 1,3[ ... ]俞琳 1,3
作者单位
摘要
1 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
2 光电对抗测试与评估重点实验室, 河南 洛阳 471003
3 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
为了满足小型化自适应光学系统校正波前畸变的需求,基于系统理论分析设计了一种使用微型音圈驱动器的变形镜。使用电磁理论和有限元方法优化了微型音圈驱动器的结构参数。从热变形、共振频率、耦合系数等多个参数的角度对变形镜进行了优化。最后根据影响函数完成了波前拟合和残差计算。优化后的69单元紧凑型音圈变形镜具有大相位调制量、良好的热稳定性,第一共振频率为2220 Hz。对于PV值为1 µm的前35项泽尼克模式,紧凑型音圈变形镜的拟合残差均小于30 nm。对于复杂随机像差,紧凑型VCDM能够将波前RMS降至原来的10%以下。结果表明,与传统的音圈变形镜相比,紧凑型音圈变形镜具有更高的波前拟合精度。高性能、低成本的紧凑型音圈变形镜在视网膜成像和机载成像系统中具有良好的应用前景。
自适应光学 变形镜 音圈驱动器 多参数分析 adaptive optics deformable mirror voice coil actuator multiparameter analysis 
中国光学
2023, 16(6): 1463
宋晓莉 1,2,*张驰 1,2,3郭亚伟 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院国家天文台 南京天文光学技术研究所, 南京210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 南京210042
3 中国科学院大学,北京100049
速度同步性能和抗干扰性是影响双永磁同步电机(dual-PMSM)同步运行动态响应和稳态精度的重要因素。通过引入交叉耦合控制作为模型,提出了一种基于改进双功率趋近律的积分滑模速度跟踪控制器,以减小两台电机之间的速度误差。设计了负载转矩观测器,将观测值引入滑模控制(SMC)趋近律,以提高系统的抗干扰性能。同时,采用模糊比例积分微分(FPID)控制设计了同步控制器,以提高双永磁同步电机的同步性。验证结果表明,当目标转速为800 r/min时,与传统的PI算法相比,所提出的控制方法可以在空载启动时将两台电机的速度同步误差从25 r/min降低到12 r/min,在负载突然转矩下将速度同步误差由7 r/min降低至2.2 r/min,从而提高了同步性和抗干扰性。
滑模控制 交叉耦合控制 改进双幂次趋近律 观测器 双永磁同步电机 sliding mode control cross-coupling control improved bi-power reaching method observer Dual-PMSMs 
中国光学
2023, 16(6): 1482
作者单位
摘要
1 季华实验室 光电科学与技术研究部, 广东 佛山 528200
2 中国人民解放军96035部队, 吉林 吉林, 132101
为了满足精准高效快速部署航天遥感器对轻小型空间相机的迫切需求,对满足轻小型相机成像的光学系统形式及成像体制进行了详细对比分析,确定了RC+补偿组的光学系统形式,采用小F数+微小像元的成像体制。对比美国鸽子相机的详细参数,设计了500 km轨道高度上可实现3.48 m分辨率的轻小型全铝高分相机。详细介绍了相机的总体结构、光学系统、光机结构、成像电子学及热控设计结果,得到F5.6的RC+补偿组光学设计结果。采用RSA-6061微晶铝合金做为相机反射镜的结构材料,配合一体化硬铝合金高刚性结构。静力学(重力变形和温度变形)仿真分析结果满足光学设计公差要求。动力学仿真分析结果表明:一阶模态为302.92 Hz,具有足够高的动态刚度和安全裕度。成像电子学采用3.2 μm大面阵9 K×7 K探测器低噪声小型化设计。相机热控由卫星平台保证20 °C±4 °C的温度水平。集成测试结果表明:(1)相机中心视场波像差RMS为λ/15.6,5个视场系统波像差均优于λ/12.3,可以确保相机近衍射极限高质量成像。实测奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.217;(2)相机三方向正弦振动最大处放大1.17倍,整机一阶模态为295 Hz,与仿真结果的偏差为2.61%,相机结构刚度大,力学稳定性好;1×10−4 Pa,16 °C、20 °C、24 °C三个温度工况下成像清晰,可分辨奈奎斯特频率处对应的分辨率板图像;(3)对2 km外目标成像效果良好,图像清晰且灰度层次分明,阴影边界锐利。本文所设计轻小型全铝高分相机在500 km轨道高度上实现了3.48 m分辨率,15 km×15 km幅宽,整机重量为2 kg,结构刚度和强度试验结果满足航天发射场景需要,可以为轻小型甚高分辨率空间相机设计提供理论指导和工程借鉴。
轻小型 高刚性 动态刚度 低噪声 lightweight and compact size high rigidity dynamic stiffness low noise 
中国光学
2023, 16(6): 1450
作者单位
摘要
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州 215009
2 苏州明世光学科技有限公司, 江苏 苏州 215127
3 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司, 江苏 苏州 215127
为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀,本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统,基于等能量分割原理,建立入射光与出射光投射高度的映射函数,优化透镜的各项参数,将入射的高斯光先整形成平顶圆形光,实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数,结合几何光线追迹原理,计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数,将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明:当动镜半顶角为16°时,所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控,尺寸误差不超过0.05 mm,离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度,可操作性好,产生的环形光加工精度和效率更高。
光学系统 环形激光 半径调控 离焦均匀 optical system ring-shaped laser radius control defocus uniformity 
中国光学
2023, 16(6): 1365
作者单位
摘要
1 海军工程大学 电子工程学院, 湖北 武汉 430034
2 海军航空大学 青岛校区, 山东 青岛 266041
为了提高激光光尾流制导距离和探测信噪比,研究不同距离、不同气泡尺度、不同气泡数密度和不同气泡层厚度的气泡目标的后向散射特性具有重要的理论和应用价值。采用蒙特卡洛仿真和室内实验研究了前述舰船尾流气泡目标的激光后向散射特性。结果表明:近距离的气泡要比远距离的气泡更容易被检测到;在气泡数密度为102~108 m−3,气泡层厚度大于0.05 m时,大尺度和小尺度气泡始终存在回波信号,气泡层厚度小于0.05 m时无回波信号,此时,气泡层厚度特性对气泡后向散射的影响最大;在气泡数密度为109 m−3,气泡层厚度为0.05 m以下时,大尺度气泡回波信号脉冲宽度会展宽。在这种情况下,气泡数密度和尺度特性对气泡后向散射的影响最大。搭建了水下典型气泡尺度下的激光后向散射测量系统,验证了不同舰船尾流气泡目标特性对激光后向探测系统的影响。本文研究成果可为舰船尾流激光探测工程提供支撑。
舰船尾流 蒙特卡洛 后向散射 目标特性 ship wake Monte Carlo backscattering target characteristics 
中国光学
2023, 16(6): 1333
作者单位
摘要
北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
当前光子神经网络的研究主要集中在单一模态网络的性能提升上,而缺少对多模态信息处理的研究。与单一模态网络相比,多模态学习可以利用不同模态信息之间的互补性,因此,多模态学习可以使得模型学习到的表示更加完备。本文提出了将光子神经网络和多模态融合技术相结合的方法。首先,利用光子卷积神经网络和光子人工神经网络相结合构建异构光子神经网络,并通过异构光子神经网络处理多模态数据。其次,在融合阶段通过引入注意力机制提升融合效果,最终提高任务分类的准确率。在多模态手写数字数据集分类任务上,使用拼接方法融合的异构光子神经网络的分类准确率为95.75%;引入注意力机制融合的异构光子神经网络的分类准确率为98.31%,并且优于当前众多先进单一模态的光子神经网络。结果显示:与电子异构神经网络相比,该模型训练速度提升了1.7倍。与单一模态的光子神经网络模型相比,异构光子神经网络可以使得模型学习到的表示更加完备,从而有效地提高多模态手写数字数据集分类的准确率。
光子神经网络 多模态 注意力机制 photonic neural network multimodal attention mechanism 
中国光学
2023, 16(6): 1343
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, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京100049
变形光学系统具有双平面对称性,其在两个对称面内的焦距不同。利用变形光学系统能够在使用常规尺寸传感器的情况下获得更宽的视场。本文根据变形光学系统的一阶像差特性,提出了一种设计折反式变形光学系统的方法。使用双锥面(Biconic Surface)面型设计了一个折反式变形光学系统。系统在 ${{XOZ}}$面内的焦距为500 mm,在 ${{YOZ}}$对称面内的焦距为1000 mm。系统F-number为10,全视场角为1°×1°。系统在80 lp/mm处的全视场调制传递函数均值高于0.3。系统整体结构紧凑,成像质量良好。
光学设计 变形系统 折反系统 双锥面 optical design anamorphic optical system catadioptric system biconic surface 
中国光学
2023, 16(6): 1376

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