Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Intelligent Optical Measurement and Detection, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 Shenzhen Sincevision Technology Co., Ltd., Shenzhen 518055, China
4 National Key Laboratory of Human Factors Engineering, China Astronaut Research and Training Center, Beijing 100094, China
5 College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Optical coherence tomography (OCT) allows a direct and precise measurement of laser welding depth by coaxially measuring the keyhole depth and can be used for process monitoring and control. When OCT measurement was taken during single-beam laser welding, the keyhole instability of aluminum welding resulted in highly scattered OCT data and complicated the welding depth extraction methods. As a combination of an inner core beam and an outer ring beam, a novel adjustable ring mode (ARM) laser for producing a stable keyhole was applied to the OCT measurement. Different ARM laser power arrangements were conducted on aluminum and copper. The results indicated that the ring beam greatly improved the stability of the core beam-induced keyhole, and smooth welding depth can be extracted from the concentrated OCT data.
optical coherence tomography adjustable ring mode laser laser welding welding depth Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011203
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China
2 Shenzhen Key Laboratory of Intelligent Optical Measurement and Detection, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
A new electronic speckle pattern interferometry method is proposed to realize in situ deformation measurements. The feature of the method is the combination of a high-speed camera and multiple laser Doppler vibrometers (LDVs) for synchronous measurements. The high-speed camera is used to record and select effective interferograms, while the LDVs are used to measure the rigid body displacement caused by vibrations. A series of effective interferograms with known shifted phase values are obtained to calculate the deformation phase. The experimental results show that the method performs well in measuring static and dynamic deformations with high accuracy in vibrating environments.
speckle pattern interferometry laser Doppler vibrometers in situ deformation measurements Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011202
1 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650011
2 中国科学院大学，北京 100049
3 云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室，云南 昆明 650011
4 云南省应用天文技术工程实验室，云南 昆明 650011
5 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
6 中国科学院国家天文台，北京 100101
7 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100049
Lyot滤光器是太阳大气窄带成像观测的关键设备，用于太阳光球磁场测量和太阳色球成像观测。传统Lyot滤光器以波片旋转方式实现谱线扫描观测，谱线扫描速度慢，观测过程中不易消除湍流大气的影响。使用液晶相位可变延迟器替代旋转波片，可大幅提升滤光器谱线扫描速度。针对太阳光球磁场高分辨观测需求，研制了中心波长为5324.19 ?的液晶Lyot滤光器，该滤光器的透过率半宽为0.1 ?，透过波长切换时间小于100 ms。利用太阳光谱仪对该滤光器的谱线透过率轮廓进行了定标，并将其安装在云南天文台抚仙湖一米新真空太阳望远镜（NVST）上进行观测验证，获得了高分辨的太阳光球单色像及光球宁静区视向（LOS）速度场。光谱仪测试和NVST观测结果表明，该滤光器的谱线扫描速度和透过率半宽等参数满足NVST的太阳光球磁场和速度场高分辨率观测要求。
滤光器 液晶 太阳光谱 多波长成像 光学学报
2023, 43(24): 2423001
王希群 1,2,3,4吕卓 1,2,3,4王远方舟 1,2,3,4付玉 1,3,4[ ... ]金振宇 1,3,4,*
1 中国科学院云南天文台，昆明 650011
2 中国科学院大学，北京 100049
3 云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室，昆明 650011
4 云南省应用天文技术工程实验室，昆明 650011
针对地基大口径太阳望远镜的基于里奥滤光器的太阳窄带观测系统存在的频率漂移问题，提出了在线全视场频率漂移测量方法，并在NVST高分辨太阳光球观测实验系统进行了实测验证。实测表明，对全视场的频率漂移测量误差RMS小于0.1 pm。利用该方法测得的系统频率漂移可用于校正磁像仪的全视场频率漂移，提高太阳大气的磁场和速度场测量精度。
频率漂移 滤光器 太阳磁场测量 同步采集 在线测量 多光谱成像 Wavelength drift Filter Measurement of solar magnetic field Synchronous acquisition Online measurement Multispectral imaging
深圳大学物理与光电工程学院深圳市智能光测与感知重点实验室，广东 深圳 518060
光声/光热光谱技术已经广泛应用于痕量危险化学品和爆炸物的探测，并显示出高效的探测能力。然而，该技术通常需要在光声池中进行分析，并使用高灵敏度麦克风或压电传感器记录振动信号，因此不适用于在安全距离外的开放环境中探测泄漏的危险物质或爆炸物。为此，利用强度调制的量子级联激光器（QCL）激发微量固体（聚四氟乙烯）和气体（丙酮）的光声效应，借助自主研发的远距离激光多普勒测振仪（LDV）对QCL产生的光振动信号进行检测。通过扫描QCL的波长，测量振动信号的幅值并获取光声光谱，其结果与傅里叶变换红外光谱的结果高度一致。实验结果表明，自制的远距离LDV可以在距离达200 m的开放环境下有效地检测痕量固态和气态化学品的光声信号。
干涉测量术 光声效应 激光多普勒测振仪 振动分析 光学学报
2023, 43(13): 1312005
研究了三腔复合光力系统中探测场的透射系数和四波混频现象。结果表明：改变两个光学腔之间的耦合强度，可以使光力诱导透明现象发生显著变化。此外，在共振情况下，通过控制两个光学腔之间的耦合强度并改变机械振子的频率，可以对四波混频谱进行调制。通过双场探测手段，利用四波混频谱中的尖峰位置，实现了机械振子振动频率的精确测量。
量子光学 复合光力系统 透射谱 四波混频 光力诱导透明 中国激光
2023, 50(14): 1412001
1 中国科学院云南天文台, 云南 昆明 650216
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对中国巨型太阳望远镜(CGST)主副镜的对准需求,提出了基于激光干涉测距的激光桁架主动对准方法。首先总体介绍CGST激光桁架测量系统的光学结构和测量原理;然后建立激光桁架运动学模型和主动对准光学模型并讨论系统的误差传播特性;接着通过大气光学模型来讨论温度场和局地大气湍流对该主动对准方法的影响。运动分析与光学建模结果表明,在可见光波段,当激光桁架的测距误差在5 μm以内、环境温度梯度小于0.381 K/m时,由对准误差引起的波前均方根优于λ/10。另外,在Kolmogorov湍流和典型昼间近地面湍流的条件下,大气湍流并不会严重降低激光桁架测量的灵敏度。由此可知,所提方法能够满足CGST副镜主动对准的需求。
成像系统 太阳望远镜 主动对准 激光测量 系统建模 像差分析 光学学报
2022, 42(12): 1211002
1 南昌大学信息工程学院电子信息工程系，江西 南昌 330031
2 南昌大学未来技术学院，江西 南昌 330031
提出了一种基于光子-超导量子比特-声子三体复合量子系统相互作用的方案，具体由微波腔和微机械谐振器共同耦合一个超导电荷量子比特构成。基于抽运-探测方法，利用量子朗之万演化方程获得系统一阶线性极化率，研究了超导量子比特耦合微波腔和机械谐振器系统的吸收特性。结果表明，利用双场探测手段，根据信号场的吸收谱中双峰之间的宽度可以精确地测量量子比特与微波腔之间的耦合强度。同时，根据吸收峰和增益峰的位置，实现了振动频率的精确测量。本文提出的测量新方案对精密测量、量子计算以及量子信息处理等领域具有重要的意义。
量子光学 电路量子电动力学 微机械谐振器 探测场吸收特性 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0327001
1 北京大学地球与空间科学学院, 遥感与地理信息系统研究所空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室, 北京 100871
3 湖南大学电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410082
4 贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵州 贵阳 550001
叶片氮含量极大程度上影响植被生物化学过程, 有重要的研究意义。 利用机载高光谱数据反演叶片氮含量在农业遥感领域有广泛应用, 但其反演精度不能完全满足精细农业的需要, 有一定提升空间。 叶片氮含量遥感反演精度受机理误差和算法误差的影响, 机理误差主要来源于叶片表面反射。 传感器探测到的反射辐射既包含叶片内部多次散射, 又包含叶片表面镜面反射部分, 只有前者是携带叶片内部生化组分(如氮含量)信息的, 由于后者是入射光在叶表蜡质层发生的直接反射, 因此该部分并不携带叶片内部信息。 根据菲涅尔定律, 叶表镜面反射是部分偏振的, 而内部散射是非偏振的, 因而通过偏振反射建模可部分去除叶表镜面反射影响, 以消除机理误差。 算法误差主要来源于不同氮含量反演算法对于高光谱数据挖掘能力的差别。 比较了偏最小二乘法、 主成分回归、 支持向量机、 K-近邻算法和随机森林回归在高光谱叶片氮含量反演中的表现, 在调整算法参数之后, 选择使用随机森林回归算法以减少高光谱反演算法误差。 以常绿针叶林、 落叶阔叶林和针阔混交林为研究对象, 利用多角度偏振卫星POLDER/PARASOL的多光谱数据库构建二向偏振反射模型, 用以模拟和分析研究区森林的偏振反射率; 从HySpex传感器系统获取的机载高光谱数据中去除偏振反射率带来的光谱机理误差, 以实现叶片氮含量的精确反演。 以均方根误差为主要指标评估精度变化可获得以下结论: 在高光谱叶片氮含量反演中, 消除偏振反射率带来的机理误差后, 各算法反演精度均有提升, 平均提升了4.244%。 其中, 随机森林回归可以最大程度减小反演算法误差(可决系数达到0.803, 均方根误差达到0.252), 且对光谱偏振信息最为敏感, 去除偏振后精度提高了13.103%。 相比于广泛使用的偏最小二乘算法, 去除光谱机理误差并减小反演算法误差后, 叶片氮含量反演精度整体提高了32.440%。 该研究实现了基于机载高光谱数据的叶片氮含量精确反演, 证明了在叶片氮含量反演中去除偏振反射率的必要性, 体现了在高光谱氮含量反演中随机森林算法的应用潜力。
遥感反演 偏振遥感 叶片氮含量 高光谱数据 随机森林回归 双向偏振分布函数 Remote sensing retrieval Polarization remote sensing Leaf nitrogen concentration Hyperspectral data Random forest regression Bidirectional polarization distribution function 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2911
1 国网福建省电力有限公司漳州供电公司，福建 漳州 363000
2 厦门大学电子科学与技术学院（国家示范性微电子学院），福建 厦门 361005
报道了全光纤耗散孤子被动锁模掺铒光纤激光器，通过调节泵浦功率和偏振态可以进一步获得2孤子和3孤子的束缚态耗散孤子。利用反常色散光纤对宽带2孤子束缚态耗散孤子进行脉宽压缩，压缩后的脉宽用双曲正割拟合为96 fs，计算得时间带宽积为0.324，表明其为近转换极限脉冲。宽带光谱的获得得益于腔内的色散管理和碳纳米管可饱和吸收体的大调制深度（20%）。在此基础上，获得了光谱宽度达35 nm的耗散孤子（中心波长为1.57 μm），这也是基于碳纳米管产生耗散孤子的最宽光谱。
激光光学 超快非线性光学 脉冲压缩 锁模激光器 束缚态孤子 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1114003
