王健 1,2,*王仲阳 1,2
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室,湖北 武汉 430074
回顾了水下轨道角动量(OAM)模式光通信的研究进展,简要介绍了OAM模式的原理和产生、测量方法,全面综述了水下OAM模式的多种光通信方式(编码、复用、广播)以及涉及空水界面的光通信和快速自动对准辅助的光通信,同时介绍了水下其他结构光通信和基于OAM模式的复杂介质光通信。讨论了该领域的未来发展趋势。作为一种空间结构光场,将OAM模式引入水下光通信可开发空间新维度资源,为光通信可持续扩容提供新途径,提高无线光通信在水下短距互连的优势;OAM模式与水下传统通信方式及水下感知技术相结合,有望更好地满足未来高速海洋环境通信和高效海洋资源开发的发展需求。
光通信 水下无线光通信 轨道角动量 结构光 空间维度 光场调控 optical communications underwater wireless optical communications orbital angular momentum structured light spatial dimension light field manipulation 
光学学报
2024, 44(4): 0400001
Author Affiliations
Abstract
1 Sun Yat-sen University, School of Electronics and Information Technology, State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Guangzhou, China
2 École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Photonic Systems Laboratory, Lausanne, Switzerland
Shaping the light beam is always essential for laser technology and its applications. Among the shaping technologies, shaping the laser in its Fourier domain is a widely used and effective method, such as a pulse shaper, or a 4f system with a phase mask or an iris in between. Orbital angular momentum (OAM) modes spectrum, the Fourier transform of the light field in azimuth, provides a perspective for shaping the light. Here, we propose and experimentally demonstrate a shaping strategy for the azimuthal field by modulating the complex amplitude of the OAM mode spectrum. The scheme utilizes multi-plane light conversion technology and consists only of a spatial light modulator and a mirror. Multiple functions, including beam rotating, beam splitting/combining in azimuth, and OAM mode filtering, are demonstrated. Our work provides a compact and programmable solution for modulating the OAM mode spectrum and shaping beams in azimuth.
orbital angular momentum laser beam shaping multiplane light conversion structured light 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 3D reconstruction structured light illumination fringe projection phase-shifting fringe analysis phase error compensation 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
张岩 *†南通 1†
作者单位
摘要
首都师范大学物理系北京市超材料与器件重点实验室,北京 100048
结构光束是指在空间和时间上“定制”的光场,其振幅、相位和偏振态在空间和时间上有着特殊的分布。近些年,结构光束的研究发展迅速,光学参量的特殊分布从特定的空间横向结构、纵向结构,发展到定制的时空结构。这种具有不同时空结构的光束为众多领域带来了突破,包括光学通信、光学传感、光学微操作、量子信息处理和超分辨率成像。因此,人们提出了许多方法,并制造了相关器件,通过调整光束的各种光学参量在空间域和时空域的分布来生成结构化光束。本文主要介绍不同类型结构光束(包括空间结构光束以及时空结构光束)的制备方法,对已产生的结构光束进行了总结,并进一步讨论和展望了结构光束在未来的发展方向。
结构光束 空间结构 时空结构 器件 光学参量 structured light beam spatial structure spatiotemporal structure device optical parameter 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0126001
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201999
结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。
线结构光曲面标定 射线追踪 曲面网格模型 surface calibration of line structured light ray-tracing surface grid model 
光学学报
2024, 44(2): 0212004
作者单位
摘要
浙江科技学院机械与能源工程学院,浙江 杭州 310012
为检测软包电池表面缺陷,开发一套基于线结构光的软包电池表面检测系统。首先搭建基于激光三角测量原理检测系统;对相机、光平面和移动位姿进行标定,通过相机与线结构光获取电池表面条纹图像;其次运用Steger方法提取条纹中心线;最后三维重建还原电池表面的形貌特征,结合表面条纹特性曲线,判断缺陷类型。试验结果表明,该系统能够检测软包电池表面缺陷类型及受损程度,满足软包电池表面检测的需求。
线结构光 三维重建 缺陷检测 软包电池 line structured light 3D reconstruction defect detection soft pack battery 
应用激光
2023, 43(5): 0088
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 School of Physics, University of the Witwatersrand, Wits, South Africa
Spatial light modulators, as dynamic flat-panel optical devices, have witnessed rapid development over the past two decades, concomitant with the advancements in micro- and opto-electronic integration technology. In particular, liquid-crystal spatial light modulator (LC-SLM) technologies have been regarded as versatile tools for generating arbitrary optical fields and tailoring all degrees of freedom beyond just phase and amplitude. These devices have gained significant interest in the nascent field of structured light in space and time, facilitated by their ease of use and real-time light manipulation, fueling both fundamental research and practical applications. Here we provide an overview of the key working principles of LC-SLMs and review the significant progress made to date in their deployment for various applications, covering topics as diverse as beam shaping and steering, holography, optical trapping and tweezers, measurement, wavefront coding, optical vortex, and quantum optics. Finally, we conclude with an outlook on the potential opportunities and technical challenges in this rapidly developing field.
liquid crystal spatial light modulators liquid crystal devices structured light holography applications 
Opto-Electronic Science
2023, 2(8): 230026
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033
为实现微小物体的全方位高精度三维测量,构建了一种利用结构光照明的高精度三维测量系统。对系统采用的双远心镜头、相位解算方法、多投影点云融合算法等进行研究。首先利用双远心测量头采集图像数据,然后采用多频相移与互补格雷码相移两种方法进行相位解算,并分析比较两种方法在重建精度和重建效率方面的性能,最后针对特定点云噪声提出相位滤波方法、优化的统计滤波方法以及多投影点云融合匹配校正方法。实验结果表明,系统应针对不同使用场景选用不同的相位解算方法;相较于单投影双目系统,基于多投影的本系统能获取目标全貌,且平面及高度测量精度均在10 m以下;在GPU加速后,测量速度提升218倍。该系统基本满足高精度工业测量的精度高、效率高等要求。
结构光 三维测量 远心镜头 高精度 structured light three-dimensional measurement telecentric lens high-precision 
红外
2023, 44(10): 0021
作者单位
摘要
1 深圳技术大学 大数据与互联网学院,深圳 518118
2 深圳技术大学 中德智能制造学院,深圳 518118
3 深圳技术大学 新材料与新能源学院,深圳 518118
为了在被测物体部分被遮挡的情况下,仍能完整地测量出物体的表面形貌,提出了一种基于霍夫变换的多线结构光标记的光场3维成像系统。通过提取亚像素的条纹中心坐标进行投票,分析霍夫参数空间中的投票分布,设计了自适应范围投票和自适应窗口策略,无需对条纹级次编码也能够准确地确定对极平面图像中多根直线的参数。结果表明,该系统拟合平面的平均偏差为0.0096 mm,标准偏差为0.0074 mm,并利用光场成像中不同视角下物体的遮挡关系不一致,准确地恢复了被遮挡物体的完整表面形貌。这一结果对于解决3维测量过程中遮挡问题是有帮助的,该研究为获取完整和高效3维数据的测量方法提供了参考。
测量与计量 结构光场 霍夫变换 结构光 光场成像 measurement and metrology structured light field Hough transform structured light light field imaging 
激光技术
2023, 47(4): 492
作者单位
摘要
1 西南石油大学 电气信息学院,成都 610500
2 西南石油大学 理学院,成都 610500
为了提高基于结构光法的3维重建精度,采用机器学习中的回归模型对物体进行了3维形貌测量,通过以单目式获取对象高度点不同方向的光强信息簇样本,将其作为回归模型的训练集,在训练好回归模型后,直接建立起条纹图案的光强信息分布与对象高度之间的映射函数关系,完成对目标的3维测量;将调制条纹光数值信息以特征形式导入回归模型,获得端到端高度信息,验证了机器学习的神经网络回归模型在3维面形重建上的可行性。结果表明,该模型即使在投影特征模糊或噪音较大的情况也能较精确地重建3维面形,平均重建误差为1.40×10-4 mm,优于一般面形重建方法的数据。该研究为物体在强干扰条件下的单目式高精度3维面形重建提供了参考,简化了繁琐的计算过程和测量过程,提高了测量精度。
信息光学 高精度3维面形重建 深度神经网络 结构光 单目式 形变条纹 information optics high precision 3-D surface reconstruction deep neural network structured light monocular stripe of deformation、 
激光技术
2023, 47(6): 831

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