1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京100192
2 北京无线电测量研究所，北京100039
3 中国大恒集团有限公司 北京图像视觉技术分公司，北京100080
为了提高光纤光栅传感网络的信息传递密度与容量，提出基于超声脉冲激励的光纤光栅复用技术，并进行实验分析，通过将超声脉冲激励分别导入单光栅与光栅串中，使单光栅、光栅串发生啁啾。实验结果表明：单光栅实验中，超声脉冲使光栅降低其相对反射率；光栅串实验中，超声脉冲使其中一个光栅相对反射率下降时，其余光栅相对反射率上升，能有效分离3个光谱相近的光栅。
光纤光栅 超声脉冲激励 复用技术 fiber grating, ultrasonic pulse excitation, multip
对于地球静止轨道凝视红外相机，相机视线抖动引起的杂波是背景特征、相机参数、相机视线抖动特性和背景抑制算法等因素综合影响的结果。为了定量化评估视线抖动引起杂波的强度，综合考虑抖动频谱、探测器积分时间、帧周期和帧间差分背景抑制算法这几项时间相关因素，将它们合并为与背景无关的抖动等效角，建立了抖动等效角与背景辐射强度梯度统计量相乘形式的抖动引起杂波模型。基于相机视线抖动特性地面测量实验，分析了制冷机和动量轮引起的相机视线抖动频谱，对视线抖动引起的杂波进行了仿真模拟和模型计算，验证了理论模型。结果显示，所建立的抖动引起杂波模型计算结果与仿真模拟结果的相对偏差小于 15%，具有较好的通用性和高效性，适用于相机设计的迭代优化。
地球静止轨道 凝视红外相机 抖动等效角 抖动引起杂波 geostationary orbit, staring infrared camera, dith
1 北京空间机电研究所，北京 100011
2 华北光电技术研究所，北京 100011
3 中国科学院理化技术研究所，北京 100011
随着红外遥感技术的发展，航天各类应用对红外探测器阵列规模的需求已经超出了目前单模块探测器研制极限，需要通过光学或者机械拼接方法解决该问题。结合国内外先进的机械拼接技术，针对 8模块超长线列拼接红外探测器研制，本文提出了拼接结构的 4个设计要点和对探测器成像的影响，结合设计要点详细介绍拼接结构具体设计过程以及设计结果，最后给出拼接结构的测试方法以及一种非接触的平面度测试方法和测试结果。
红外探测器 机械拼接 线列探测器 平面度 infrared detector, mechanical splicing, linear det
1 季华实验室，广东佛山528200
2 中国人民解放军96035部队，吉林吉林13101
3 中国科学院大学北京100049
随着量子保密通信网络及产业化发展，轻小型化接收望远镜满足量子跟踪仪规模化和便携式的多应用场景需求。对满足接收望远镜的技术体制进行了对比分析，确定了RC+小像元+量子模块的光学系统形式，采用小F数+微小像元的技术体制。设计了全铝一体化结构的φ280量子跟踪仪接收望远镜，F5的RC望远镜采用RSA-6061微晶铝合金作为反射镜的结构材料，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）仿真分析结果满足近衍射极限成像和高效率量子接收要求，动力学仿真分析结果表明，一阶模态为91 Hz，具有足够高的动态刚度和安全冗余。集成测试结果表明：望远镜的中心视场波像差RMS为λ/14.7，5个视场系统波像差均优于λ/12.7，可以确保近衍射极限高质量信标成像，奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.15；HV+-四个偏振态的平均偏振对比度为454，全系统效率为51.93%，可以高质量接收量子密钥；-25 ℃和+30 ℃外场恒星成像实验验证了系统可以稳定、高质量提取质心用于脱靶量闭环；与“墨子号”星地量子密钥分发实验成码为92.9 kb，误码率为1.18%，能够实现高效率量子接收。
量子通信 轻小型 量子跟踪仪 高刚性 量子密钥分发 quantum communication lightweight and miniaturized quantum tracker high rigidity quantum key distribution 光学 精密工程
2023, 31(23): 3426
山东科技大学测绘与空间信息学院，山东 青岛 266590
传统气溶胶反演方法通常先基于模型假设确定地表反射率，但反演结果会受到假设的影响；而深度学习方法基于数据驱动，能在气溶胶定量反演中得到更加准确、高效的结果，但模型训练需要充足的优质样本数据支持。为此，使用大气辐射传输模型构建模拟样本，支持深度学习方法实现气溶胶定量反演，旨在解决当前训练数据代表性不足、数据获取困难的问题。利用辐射传输模型模拟不同参数条件下传感器获得的辐射信息，考虑概率组合及筛选标准限制进行模拟数据构建，并使用深度置信网络（DBN）对模拟样本进行训练，获得气溶胶反演模型。将模型应用于Landsat-8数据，在中国北京地区开展气溶胶反演实验。最后使用AERONET地面站点的实测数据对反演结果进行精度验证。验证结果表明，模型估算的气溶胶与站点测量值吻合良好，相关系数为0.8989，均方根误差为0.1029，约74.05%的估算值在误差标准内。本文提供了一种基于辐射传输方程构建样本数据集的思路，可减少样本质量与数量导致的局限性，实现深度学习方法对气溶胶光学厚度的高精度反演。
气溶胶光学厚度 辐射传输方程 Landsat-8卫星 深度置信网络 光学学报
2023, 43(24): 2401006
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
1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 北京邮电大学，北京100876
在大温差条件下，由于温度剧烈变化导致红外光学系统成像质量变差。用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高。为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统。该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场为14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好地抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。
中波红外 制冷型探测器 消热差 冷反射 medium wave infrared cooled detector athermalization cold reflection
海军工程大学电气工程学院，湖北 武汉 430033
针对生成对抗网络生成火焰图像质量不高、颜色难以控制的问题，基于HistoGAN算法，提出一种新的火焰生成算法（fire-GAN）。首先，在图像预处理环节添加火焰图像分割，使网络不受背景的干扰，能有效减少生成火焰发生形状变形、颜色失真的情况；其次，提出圆形度损失函数，使网络在训练过程中更加关注火焰轮廓的复杂度；最后，在生成器和判别器中均采取数据增强，使网络在训练过程中保持稳定，避免发生梯度爆炸。经实验测试，fire-GAN生成的火焰与目标火焰的RGB平均误差为2.6%，Fréchet inception distance（FID）为59.23，inception score（IS）为2.81。实验结果表明，fire-GAN能生成与目标火焰图像颜色相近、清晰度好、真实性高的火焰图像。
生成对抗网络 生成火焰图像 火焰图像分割 圆形度损失函数 数据增强 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210008
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 重庆大学光电工程学院，重庆 400044
以光纤光栅为传感元件的测量系统在航空航天、石油化工、****等领域得到了越来越多的应用，在需要对振动冲击、动态应变等进行测量的场景中，对光纤光栅特征信号进行高速高精度解调是保障光纤光栅传感技术有效应用的关键。本文对光纤光栅高速动态信号解调方法的国内外研究现状进行了综述，按照光谱、光强、相位、微波频谱等对光纤光栅解调方法进行分类，介绍了各解调方法的原理与典型应用，对现阶段各解调方法所能实现的主要技术指标进行了分类整理。最后，对各方法的优缺点进行了对比分析，对一些涉及高速动态测量的场景以及对应可能采用的高速解调方法进行了梳理，并对高速光纤光栅解调方法的未来发展方向进行了展望。
光栅 信号解调 光纤传感 高速动态测量 中国激光
2023, 50(10): 1000001
