哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院，山东 威海 264209
针对水下光通信受湍流、生物活动等影响引起链路失准，或通信距离改变导致接收光强变化较大的问题，结合直流偏置正交频分复用光信号的特点，提出了一种自适应光强探测电路。该电路通过自动增益控制技术调整对接收信号的放大倍数，输出稳定的电信号。首先对自适应光强探测电路的相关参数进行理论分析和仿真验证，然后设计研制该电路并进行空气信道和水下信道的实验测试。结果表明，该电路能够实现对不同强度光信号的自适应调节，输出电信号峰峰值基本稳定在600 mV左右，波动范围为-3.3%~3.3%。
水下光通信 自适应光强探测 自动增益控制 对数放大电路 光学学报
2023, 43(24): 2406002
1 北方民族大学电气信息工程学院，宁夏 银川 750021
2 合肥工业大学机械工程学院，安徽 合肥 230009
尽可能地增大出射光强，提高光通量利用率，是准直照明系统二次光学设计的研究目标。分别针对纯折射型和全内反射型的准直照明系统，研究了光源参数对其照明性能的影响，从理论上推导了系统出射光强、光通量利用率与光源出射度和配光曲线指数之间关系的表达式，并进行了实验验证。研究结果表明，系统出射光强与光源出射度成正比。光源配光曲线指数较小时，相比纯折射型准直照明系统，全内反射型准直照明系统的光通量利用率更高、出射光强更大、照明范围更广；但当光源配光曲线指数较大时，纯折射型准直照明系统具有更大的出射光强和更优的光斑陡边性。该结论可为准直照明系统二次光学设计中光源参数与配光元件结构的匹配优化提供理论依据。
准直照明 二次光学设计 光源参数 出射光强 光通量利用率 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122001
1 华东交通大学智能机电装备创新研究院, 江西 南昌 330013
2 浙江德菲洛智能机械制造有限公司, 浙江 金华 321000
糖度(SSC)是苹果内部品质主要评价指标之一, 近红外光谱技术是预测苹果SSC的首选技术, 优化近红外光谱采集装置的参数, 可以提升模型的性能。 采用本课题组自主研发的动态在线设备采集苹果的近红外光谱(350~1 150 nm), 研究不同参数条件下(运动速度、 积分时间和光照强度)对近红外光谱预测苹果糖度模型的影响, 优化动态在线装置的参数。 210个红富士苹果被分为两批, 第一批90个苹果样品, 经过Kennard-Stone算法(K-S)算法分为建模集和预测集, 用于研究不同运动速度、 不同积分时间对苹果SSC含量在线预测模型的影响。 在0.3和0.5 m·s-1两种运动速度下, 使用多元散射校正(MSC)、 小波变换(WT)、 标准正态变量变换(SNV)对采集到的光谱进行预处理, 对不同移动速度的光谱构建糖度的偏最小二乘回归模型(PLS), 结果表明: 装置的运动速度为0.5 m·s-1所建立的预测模型性能较优, 在四种不同积分时间中, 积分时间为120 ms时, 经SNV预处理所建立的模型性能最优, 其预测集的相关系数和均方根误差分别为0.968和0.331。 第二批苹果120个, 经K-S分为建模集和预测集, 选择运动速度为0.5 m·s-1, 积分时间为120 ms的装置参数进行不同光照强度对苹果SSC预测模型影响的研究, 结果发现: 在光照强度为4.5 A时, 采集到的光谱相对其他光照强度组有较大的变化, 光谱在640和800 nm处的波峰基本消失。 在光照强度为6.5 A时, 经SNV预处理后建立的模型性能最优。 再使用竞争性自适应重加权算法(CARS)、 连续投影算法(SPA)对采集的光谱数据进行波长筛选后, 建立苹果SSC模型, 结果表明: CARS-PLS所建立的模型性能较好, 其预测集的相关系数和均方根误差分别为0.991和0.149, 同时简化了模型, 提高了模型的稳定性。 研究表明: 对动态在线设备进行参数优化, 有助于提高苹果模型的预测精度, 该研究有助于对苹果品质在线分选提供技术支持。
近红外光谱分析技术 动态在线装置 光照强度 波长筛选 参数优化 Near-infrared spectrum Dynamic on-line Light intensity Wavelength screening Parameters optimization
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
基于异形孔径光阑的成像系统像方光强分布计算对显微系统自动对焦、景深扩展等成像技术领域发展有极其重要的理论价值，而传统的菲涅耳衍射光强分布计算公式仅适用于轴对称孔径光阑，且在焦平面处光强分布的问题。利用标量衍射理论，通过结合频谱变换与正交分离，推导出适用于异形孔径形状、任意离焦量的像方空间光场强度分布数理关系式；并利用离散傅里叶变换原理，获得了基于异形孔径光阑的光学成像系统像方空间光强分布的数值计算表达式。在圆形孔径光阑、焦平面处，对获得的表达式与传统计算公式进行了对比计算与分析，两组计算结果完全一致。针对半圆形孔径光阑，在相同的系统参数下，在离焦量分别为0，4，8 μm三个像方位置处，数理模型理论计算的结果与实验测试结果基本一致。从而证明所推导数理模型的准确性，其可适用于任意形状的孔径光阑。
异形孔径光阑 光学成像系统 像方空间 傅里叶变换 光强分布 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611006
1 华东理工大学 物理学院，上海 200237
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
传统的显示器由于滤色器的存在，有较大的功耗且能量利用率不高。本文提出了一种利用液晶调制紫外光偏振态以实现对受到局域表面等离子体共振影响的荧光量子点光强调制的方法，所设想的显示设备由用于产生局域表面等离子体共振的金属纳米结构、附着于金属纳米结构电场热区的荧光量子点和基于液晶结构的光偏振调制模块组成。对单个像素的情况进行了理论模拟和原理分析，计算了若干金属纳米结构对不同偏振态的紫外光的响应。理论验证了特定金属纳米结构的表面等离子体光强放大效应，通过电子束刻蚀和半导体沉积等技术手段可在光强放大的电场热区植入荧光量子点，受到紫外光偏振态调制的金属表面等离子体产生可控的光强增强或减弱，进而激发或者抑制相应颜色的量子点发出不同颜色的光，使其可以用于显示。提出了一种新颖的显示模式，不同于传统显示，其具有较高的能量利用率和较大的色域，虽然其存在色彩对比度较低、分辨率不够高等问题，但提议确实为人们日常的信息显示提供了一种新的思路和一种潜在可能，相信随着技术的进步和设计结构的优化，这种光偏振态调制受表面等离子体激励的荧光量子点的方法可以在显示以及非显示领域获得应用。
等离子体共振 荧光量子点 液晶 光的偏振态 光强增强 plasma resonance fluorescent quantum dot liquid crystal polarization states of light light intensity enhancement 光子学报
2022, 51(12): 1211003
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室，陕西 西安 710000
无线紫外光在大气中进行非直视散射通信时，大气微粒的散射和吸收作用以及低空大气湍流的变化会对紫外光通信（UVC）性能产生强烈的影响。建立了低空大气湍流无线紫外光非直视（NLOS）单次散射通信链路模型，通过计算机仿真分析了收发端范围、折射率结构参数、指向角等不同因素下NLOS散射通信的光强分布特性、信噪比、信号衰减等系统通信性能，以及高度变化对白天和夜间UVC的影响。仿真结果表明：不同高度湍流变化下昼夜间无线UVC性能存在一定差距，水平通信、垂直通信和斜程通信时：在夜间的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级，信号能量平均衰减为原来的1/2.09、1/2.16、1/2.03；在白天的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级，信号能量平均衰减为原来的1/2.07、1/2.15、1/1.96。夜间通信受湍流的影响更大，白天的通信性能比夜间好，湍流对垂直通信的影响较大。
光通信 紫外光通信 湍流信道 大气折射率结构常数 光强分布特性 信号衰减 光学学报
2022, 42(24): 2406001
1 四川大学电气工程学院，四川 成都 610065
2 四川省产品质量监督检验检测院，四川 成都 610100
在结构光三维成像中，待测场景的高反光区域会在相机成像阵列上出现饱和，这会影响相移法结构光的相位准确度。针对这一问题，提出一种自适应相移结构光测量方法。首先，投射若干幅均匀灰度图像，并检测高反光区域和饱和程度，逐像素点确定最优投影光强。然后，根据目标特性降低投影强度实现坐标映射，生成一组高动态范围的自适应调制条纹。最后，对于饱和程度较大的区域，结合坐标映射的相位进行相位融合。实验结果表明，相比于传统方法，所提方法能够更加准确地对投影光强进行调整，相位的最大均方根误差（RMSE）和饱和区域RMSE分别减小了99.43%和92.48%，有效地提高了高反光区域的形貌测量精度。
测量 光强饱和 相移结构光 最优投影光强 自适应条纹 相位融合 光学学报
2022, 42(16): 1612001
