西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉（SASI）检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域，进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理，确定双焦点透镜的焦点间距选取原则，建立子孔径的基准统一模型，通过光学追迹软件辅助建模和坐标变换实现子孔径基准统一与非球面面形重构。结合实例对一个口径为90 mm、顶点曲率半径为317 mm的抛物面进行面形检测实验，SASI方法面形重构结果与Luphoshcan方法检测结果的对比，验证了SASI方法的正确性。该方法在一定程度上扩大了干涉仪直接检测非球面的动态范围，且无需复杂的运动机构就可以同步得到被测非球面两个子孔径区域的干涉图样，加快了检测速度、降低了运动误差对测量精度的影响。
物理光学 干涉测量 非球面检测 非零位测量 同步环形子孔径
1 重庆交通大学 交通运输学院， 重庆400074
2 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室， 上海01804
针对自动驾驶三维建图中存在的建图不准确以及位姿飘移的问题，利用激光雷达里程计消除惯性测量单元（Inertial Measurement Unit， nIMU）累计误差并通过IMU预积分去除激光雷达点云畸变，形成激光雷达与IMU的紧耦合建图系统；通过增加回环检测因子、激光雷达里程计因子以及IMU预积分因子进行后端图优化，旨在提升定位建图的全局一致性，减小位姿估计误差，降低累计漂移误差。最后，在学校园区实地场景以及利用开源数据集KITTI进行实验验证，实验表明，在选取的学校园区实地场景下，改进算法APE误差均值相较于原算法降低了11.04%，APE均方根误差较于原算法降低了17.35%；改进算法在KITTI数据集场景下平均APE误差下降了10.04%，均方误差方面相较于原算法平均下降了12.04%。研究结果表明，改进的建图方法能够有效提高建图的位姿估计精度与地图构建精度。
激光雷达 自动驾驶 同步定位与建图 传感器融合 lidar automatic driving synchronous positioning and mapping sensor fusion 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025006
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。
测量 波面检测 剪切干涉 同步移相 相位复原与重构算法
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆装西安军代局驻西安地区第八军代室，陕西 西安 710065
损伤阈值测量装置是强激光技术的重要技术指标，主要用于强激光光学元件的研制和测试，而同步触发模块作为模块之间时序的控制器，是研制损伤阈值测量装置的关键技术之一。介绍了一种用于激光损伤阈值测量装置的同步触发模块及方法。设计了基于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）为主控芯片的硬件方案，通过上位机操控软件设置同步触发参数，来控制各路输出同步信号的宽度和各路信号之间的时序，可极大提高同步触发的精度和效率。通过实验验证，同步脉冲信号之间的调节精度为2 ns，同步脉冲信号的最小宽度为10 ns，满足激光损伤阈值测量装置的要求。
损伤阈值 同步触发 FPGA damage threshold synchronous trigger field programmable gate array
杭州电子科技大学 通信工程学院，杭州 310018
针对光混沌保密通信中信息同步条件苛刻的问题，提出一种基于光混沌的双向通信系统。首先，通过半导体激光器（SL）发出的2束激光与部分半透明光学反射镜进行耦合，产生混沌动力，并根据SL的延迟速率方程，设置2个SL的内部参数产生同步的混沌载波；然后，通过监测两端信息的同步误差，并与接收端信息比较，得到解密信息。仿真分析了系统的同步性、信息解密过程、鲁棒性。仿真结果表明，该系统能实现同步通信，恢复出保密信息，鲁棒性较好。
光混沌 同步通信 保密通信 半导体激光器 延迟光速率方程 optical chaos, synchronous communication, secure c
1 西安理工大学, 西安 710048
2 西安电子科技大学, 西安 710071)
为抑制像素阵列在曝光阶段的暗电流对图像传感器动态范围和输出图像质量的影响, 基于同步自适应的暗电流跟踪机制, 提出一种电路与系统级暗电流积分补偿方法。通过采样输出有效光电信号, 在无源处理阶段同步进行暗电流消除。该方法不仅可以补偿不同区域暗电流对有效光电信号的影响, 而且可解决传统暗电流消除方法对读出电路动态范围会造成衰减的问题。基于该方法, 在55 nm CMOS工艺下设计了一种752×512阵列规模的CMOS图像传感器, 实现了完整的电路设计、版图设计与后端物理验证。结果显示, 采用集成暗电流补偿技术的采样放大电路对暗电流最小补偿精度可以达到12 bit, 补偿范围最大可以达到500 mV, 单列功耗仅有1584 μW, 同时可实现1~4倍的增益, 最小增益步进625%。实现了从模拟前端根除暗电流对CMOS图像传感器图像质量和动态范围的影响, 为高端、高性能的CMOS图像传感器设计提供了一定的理论支撑。
CMOS图像传感器 暗电流补偿 同步自适应 动态范围 可编程增益放大器 CMOS image sensor dark current compensation synchronous adaptive dynamic range programmable gain amplifier (PGA)
1 三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002
2 湖北省输电线路工程技术研究中心（三峡大学），湖北 宜昌 443002
3 国网宜昌供电公司，湖北 宜昌 443002
为实现全固态Marx发生器中多个SiC MOSFET开关的同步驱动，设计了一种基于脉冲变压器的驱动控制电路。多路驱动信号的同步性会影响到Marx发生器的输出波形参数，因此要求驱动信号具有快脉冲前沿、低抖动特点。根据SiC MOSFET驱动原理及要求，分析了SiC MOSFET驱动电路脉冲前沿的影响因素，分析计算其相关参数，进行仿真模拟验证。设计了共初级穿芯10级串联的脉冲变压器，初次级的匝数分别为1匝和9匝，次级经正负脉冲信号调理电路后驱动10级Marx电路。实测结果表明利用脉冲变压器原边漏感与谐振电容构成的谐振电路在断续模式下，驱动功率越大，脉冲前沿越快且同步性越好。该同步驱动电路的脉冲前沿为112 ns，脉宽1～10 μs可调，频率10～25 kHz可调，满足固态Marx发生器参数调整需求。
SiC MOSFET 同步驱动 脉冲变压器 谐振 驱动功率 SiC MOSFET synchronous drive pulse transformer resonance driving power 强激光与粒子束
2023, 35(8): 085002
强激光与粒子束
2023, 35(8): 082002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, and Key Laboratory of HEDP of the Ministry of Education, CAPT, Peking University, Beijing, China
2 Beijing Laser Acceleration Innovation Center, Beijing, China
3 Institute of Guangdong Laser Plasma Technology, Guangzhou, China
Post-acceleration of protons in helical coil targets driven by intense, ultrashort laser pulses can enhance ion energy by utilizing the transient current from the targets’ self-discharge. The acceleration length of protons can exceed a few millimeters, and the acceleration gradient is of the order of GeV/m. How to ensure the synchronization between the accelerating electric field and the protons is a crucial problem for efficient post-acceleration. In this paper, we study how the electric field mismatch induced by current dispersion affects the synchronous acceleration of protons. We propose a scheme using a two-stage helical coil to control the current dispersion. With optimized parameters, the energy gain of protons is increased by four times. Proton energy is expected to reach 45 MeV using a hundreds-of-terawatts laser, or more than 100 MeV using a petawatt laser, by controlling the current dispersion.
current dispersion helical targets laser-driven ions synchronous post-acceleration High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e51
