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摘要

针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性和背向散射抑制的要求,提出了一个远场束匀滑方案,该方案利用涡旋圆偏振光的干涉,实现了焦斑均匀性和偏振特性的同步调控。其基本原理是通过对宽带种子光进行选频,使激光集束内的子束出现一定波长差,并采用共轭的螺旋相位板将子光束变换成拓扑荷数相反的拉盖尔-高斯光,进而利用偏振控制器件将其分别变为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,通过这两子束在焦面上的相干叠加即可实现焦斑局部光强和偏振的快速旋转。建立了基于涡旋圆偏振光干涉的偏振旋转物理模型,分析了焦斑的均匀性和偏振特性随子束波长组合、螺旋相位板拓扑荷数和入射激光束参数的变化规律。结果表明,通过合理选取子束波长组合,所提偏振旋转方案可实现局部光强和偏振的快速旋转,且结合传统的光谱色散匀滑方案后,可在改善靶面辐照均匀性的同时对背向散射进行有效抑制。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(09):0905003
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摘要

为获得包含布拉格反射器的太阳电池在电子辐照下的退化规律与机制,利用光学膜系软件Macleod设计出适用于晶格失配的GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的布拉格反射器结构,并对嵌入该结构的三结太阳电池开展1 MeV的高能电子辐照实验,最后结合数值拟合方法对电池电学性能的退化进行了详细分析。结果表明:在布拉格反射器结构区域,最高反射率的理论值与实验值基本相符;随着辐照注量增大,三结电池各项电学参数的退化越发严重,短路电流退化率大于开路电压,三结电池在长波方向的外量子效率(EQE)退化逐渐严重,并且子电池Ge短路电流的退化率大于其他子电池;在相同的辐照条件下,随着辐照注量增大,布拉格反射器结构带宽区域的最高反射率逐渐衰减,但在辐照注量低于2×1 015e/cm 2时仍能提升短路电流,说明布拉格反射器结构对抗辐照具有积极作用。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1631001
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摘要

在现有的高分辨率、大尺度目标遥感图像的检测中,传统方法由于提取特征手段单一、速度慢而无法快速并准确地从光学遥感影像中实现机场目标的识别。受人类视觉系统层次认知的启发,提出了一种适用于中高分辨率光学遥感影像的机场目标检测网络(CLRNet)。首先构建深度残差块,并将其作为特征提取网络;然后基于生成的样本核心集,采用连续学习方式从海量遥感数据中逐次迭代,精调机场检测模型;经过连续学习得到了鲁棒性强、遗忘度低的检测模型,该模型可以准确快速地从海量复杂背景下的光学遥感影像中识别出机场目标,而且对薄云遮挡以及卫星拍摄不全的机场有较好的识别效果。选取国产吉林一号卫星影像数据集进行测试,结果表明:所提方法的检测精度mAP(IoU不小于0.5)可达0.9613,每景的检测时间为0.23 s。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1628005
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摘要

图像中的目标通常具有复杂的形状和尺寸,现有方法难以充分挖掘地物的显著性空间信息。基于此,提出一种基于显著性测度的形态学显著性剖面。首先,根据图像区域内部灰度和轮廓信息计算显著性测度,用于描述目标在场景中的重要程度,然后提取具有显著性测度局部极大值的重要区域,并通过多层级特征描述其空间信息。形态学显著性剖面的构造首先利用基于显著性测度的属性滤波滤除图像的冗余细节,并保留图像的显著结构;再根据图像中显著的组织结构生成层次化的空间特征。实验采用了两组高光谱数据集进行验证,实验结果表明所提算法的分类效果优于其他形态学特征提取算法。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1611001
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摘要

报道了一种基于空芯光纤的光泵浦中红外HBr气体激光器。用一台可调谐的窄线宽2 μm连续波掺铥光纤放大器泵浦一段充低压HBr气体的4.4 m反共振空芯光纤,通过将种子激光的波长精确调谐到HBr(同位素H 79Br)气体R(2)吸收线1971.7 nm附近,使得处于振动基态 v0的H 79Br分子跃迁至振动激发态v2,并在振动态v2与v1之间形成粒子数反转,通过跃迁选择定律同时激射出两条谱线R(2)和P(4),波长分别为3977.2 nm和4165.3 nm。当HBr气压为6.2 mbar时,4 μm激光最大输出功率为125 mW,相对于耦合进空芯光纤的泵浦光功率转换效率约为10%。通过进一步改善空芯光纤的传输损耗谱,提高泵浦光耦合效率,可大幅提升激光效率和输出功率,并且利用HBr分子的能级特性,将来有望实现大范围调谐的中红外激光输出。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1614001
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摘要

基于斜入射衍射光学元件的正常工作模式,建立了斜入射下入射角度和入射波长对双波段双层衍射光学元件衍射效率影响的数学模型,给出了对应双层衍射光学元件的优化设计方法。通过在入射角度范围内优化设计波长对,计算双层衍射光学元件微结构高度,确保了斜入射时双层衍射光学元件仍具有高衍射效率,弥补了双层衍射光学元件的缺陷。该方法能够指导双波段折衍混合成像系统的设计,也可以扩展至多波段多层衍射光学元件的设计中。依据该方法,设计了一套基于双层衍射光学元件的中/长波双波段折衍混合光学系统。结果表明,与常规设计相比,该方法的设计理论更加合理,设计结果更优。

PDF全文光学学报 | 2020,40(16):1605001
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摘要

采用单波长反射式椭偏仪以及多次旋转样品的方法,实现了光轴平行于表面的各向异性晶体光学参数的测量。分析了单波长椭偏法测量各向异性晶体光学参数的原理,改进了模拟退火单纯形联合反演算法,利用数值模拟讨论了光入射角、样品光轴取向、旋转角度及其定位误差对测量结果的影响。实验结果表明,该方法测量晶体的主折射率、吸收系数及光轴方位角的精度分别为0.0001~0.0003、0.000001~0.000400、0.02°~0.40°,具有较好的自洽性和准确性。

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摘要

数据量的不断增长给信息存储带来巨大挑战。脱氧核糖核酸(DNA)具有寿命长、稳定性好、维护率低和容量高等先天优势,被公认为一种有潜力的自然信息存储介质。鉴于此,提出一种新的DNA信息存储方案,该方案采用Raptor码将二进制文件转换为DNA碱基序列,并结合DNA自身结构的特点引入四进制RS(Reed-Solomon)纠错码,保障信道传输的可靠性,此外提出GC(鸟嘌呤和胞嘧啶碱基)含量及均聚物的筛选方案,降低DNA的合成、测序难度及错误率。最后将文本、图片和音频等不同格式的文件分别通过该存储框架后编码为碱基序列,并进行生物实验合成DNA以实现信息的存储。实验结果表明:基于Raptor码的DNA存储框架的每个碱基的平均编码效率为1.49 bit,使用生物实验合成的DNA能够无错误恢复文件,具有良好的信息存储性能。

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摘要

利用激光烧蚀聚酰亚胺薄膜制备石墨烯材料薄膜,辅助氧等离子体处理制备表面具有更多含氧官能团数量的石墨烯薄膜。采用扫描电子显微镜分析薄膜表面形貌,制备的石墨烯材料具有微孔结构。通过X射线光电子能谱分析石墨烯表面元素含量,经氧等离子体处理后,石墨烯氧含量(原子数分数)达到15.6%。利用接触角测量表征石墨烯薄膜水下疏油性质,在水中薄膜与三氯甲烷液体的接触角约为150°。该方法为大批量制备具有水下疏油特点的石墨烯薄膜提供可行性方案。

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摘要

针对高功率大口径Nd∶YAG板条放大器自发辐射放大(ASE)的问题,基于几何光学光线追迹手段,提出了一种简化的ASE三维计算模型,修正了荧光侧面的漫反射情况以及受激发射截面温度效应引入的计算误差。通过数值仿真确定了大口径板条(尺寸为150.2 mm×40.0 mm×2.5 mm)各个表面上的荧光反射对ASE效应的贡献权重,计算了不同泵浦功率下小信号的增益情况。通过板条放大实验分析了ASE效应对板条放大性能的影响,并与模拟结果进行对比,验证了计算模型的有效性。

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摘要

正弦结构光场普遍应用于精密光学的三维测量,其正弦性直接或间接影响三维测量的精度。根据正弦条纹的周期性和对称性等几何特征,以计算机产生的标准正弦条纹单个周期作为编码对象,提出一种“S”型路径误差扩散的二元编码方法。整个正弦结构光模板通过周期性复制编码单元来实现,再通过高分辨率光刻技术加工制作在镀铬玻璃基板表面上。模板调制照明光源后,表征二元编码特征的高频信息直接被投影光学系统滤波,而表征正弦条纹信息的低频信息得以保留,从而实现正弦结构光场。最后建立光学系统的光学传递特性模型,对其固有的低通滤波机制进行解释。通过计算机模拟和实验进行验证,结果表明提出的正弦结构光场编码方法和制作工艺具有可行性。

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摘要

光动力疗法(PDT)是一种联合利用光敏剂、光和氧分子,通过光动力反应选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的微创疗法。光源作为PDT的三大关键要素之一,其发光波长、照光方式以及剂量直接决定PDT疗效。针对临床治疗对光源的性能需求,探讨了发光二极管(LED)作为PDT光源的技术优势。深入介绍了LED阵列光源,以及用于发展可穿戴式、可植入式新型PDT光源的有机LED、量子点LED和无线驱动LED的研究进展。全面总结了LED在离体细胞、活体动物以及临床PDT等方面的应用现状。研发波长可切换的多波长LED并实现照光区域和剂量的实时调控是未来智能个性化PDT光源的发展趋势。

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摘要

由于水体及水中的悬浮粒子对光的吸收和散射作用,水下观测到的图像呈现出模糊、对比度低、噪声严重等问题,加大了水下图像分析与理解的难度。为了克服这些缺陷,以水下光学成像模型为基础,提出了一种基于拉普拉斯算子先验项的,可同时去雾、去噪的快速变分复原方法。首先,根据水下光学成像模型设计变分模型的数据项和规则项,对拟恢复图像采用拉普拉斯算子先验项作为变分能量方程的规则项。然后,采用改进后的红通道先验估计得到全局背景光,结合红通道先验估计得到每个通道的透射率图。为进一步提高计算效率,引入交替方向乘子法(ADMM)对所提出的模型进行交替优化迭代求解。实验结果表明,该算法能有效地去除水雾,抑制水下图像的噪声,提高图像的对比度和清晰度。

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摘要

分焦平面(DoFP)偏振相机的相邻像元具有不同的偏振方向,会导致成像分辨率的损失。双线性插值和滑窗算法能够提高成像分辨率,因此,对双线性插值算法和滑窗算法的数学关系进行了分析,计算了两种算法处理边缘后的线性偏振度(DoLP)。分析表明,双线性插值算法得到的斯托克斯矢量是滑窗算法在四个方向上处理结果的平均值,在边缘区域,滑窗算法处理后的DoLP大于双线性插值算法。将两种算法分别应用于原始DoFP图像,并通过视觉、DoLP图像的统计直方图和均值进行评价。实验结果表明,与双线性插值算法相比,滑窗算法在边缘处产生较强的伪DoLP信息,更能凸显图像的边缘。

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摘要

壁画图像具有结构细节丰富,纹理复杂、色彩多变的特点,而基于卷积神经网络的图像超分辨率算法重建的壁画图像存在纹理模糊和边缘锯齿效应的问题。因此,提出了一种基于多尺度残差注意力网络的壁画图像超分辨率重建算法。首先,通过多尺度映射单元,用不同尺度的卷积核直接对低分辨率壁画图像进行特征提取;然后,将融合后的特征图输入残差通道注意力块,使网络从全局信息出发对各个特征图进行权值优化,增强网络模型的深度映射能力;最后,在网络末端引入亚像素卷积层,重新排列像素,得到重建的高分辨率壁画图像。实验结果表明,本算法可以减小重建误差,增强重建壁画图像的边缘及结构信息,使重建的壁画图像纹理细节更丰富。

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摘要

为了满足工业上对织物缺陷检测的实时性要求,提出一种基于S-YOLOV3(Slimming You Only Look Once Version 3)模型的织物实时缺陷检测算法。首先使用K均值聚类算法确定目标先验框,以适应不同尺寸的缺陷;然后预训练YOLOV3模型得到权重参数,利用批归一化层中的缩放因子γ评估每个卷积核的权重,将权重值低于阈值的卷积核进行剪枝以得到S-YOLOV3模型,实现模型压缩和加速;最后对剪枝后的网络进行微调以提高模型检测的准确率。实验结果表明:对于不同复杂纹理的织物,所提模型都能准确检测,且平均精度均值达到94%,剪枝后检测速度提高到55 FPS,所得的准确率与实时性均满足工业上的实际需求。

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摘要

叠层扫描成像和傅里叶叠层扫描成像可增大视场和提高分辨率。基于多距离/多高度轴向扫描和薄柱透镜旋转扫描的计算成像技术采用相位恢复算法,可以高精度重建目标的复数光场。这些成像技术在扩大视场和提高分辨率方面具有显著优势。介绍了含变参数的光学相干衍射系统在计算成像方面的研究进展。作为间接成像形式,多参数成像技术是一类将衍射成像与算法相结合的计算成像技术,实现了复值光场的精确多维表征。

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摘要

减阻对于船舶运输有重要意义。采用超快激光在6061铝合金表面制备多种形状的微纳沟槽结构,研究了飞秒激光制备微纳结构工艺以及微U形沟槽结构表面的减阻性和耐蚀性。研究结果表明:调控超快激光加工参数与扫描路径可以快速制备出各种形状的微沟槽结构,其表面布满烧蚀产生的纳米颗粒,呈超亲水表面;与未经处理的表面相比,周期宽度分别为28 μm和50 μm、深度分别为20 μm和25 μm的两种微U形沟槽结构表面在水槽移动对比实验中的运动时间分别缩短了4.3%和11.6%,表明其水面阻力明显降低;将两种微U形结构表面进行低自由能修饰后形成超疏水表面,将这两种表面在3.5%NaCl溶液中进行耐蚀性测试,其表面腐蚀速率较超疏水处理前分别降低了87%和73%。超快激光制备的微纳结构具有较好的减阻性和耐蚀性,应用前景良好。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0802005
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摘要

高精细度光学微腔是强耦合腔量子电动力学(QED)实验系统的核心。然而,受限于光学微腔有限的介入空间,被光学腔俘获的原子内态很难得到有效的初始化处理。通过选用与原子基态及更高阶激发态相互作用的光场,有效避免了微腔腔镜对介入空间的限制,实现了对光学微腔内的原子内态的光泵浦及原子态(自旋极化)的有效制备。同时,基于强耦合光学微腔与腔内不同原子内态的耦合强度差异,建立了一套用于描述和优化腔内原子极化率的模型,最终获得了85%的腔内铯原子的态制备效率。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0812001
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摘要

临近空间风场数据对飞行器的姿态控制和飞行安全具有重要意义。针对中国科学院上海光学精密机械研究所自行研制的可搭载于临近空间飞行器的直接探测多普勒激光测风雷达(DWL)原理样机,介绍了其工作原理、系统结构,并给出了相关的技术参数。对该DWL原理样机进行了地面自测试实验,并将反演结果与相干探测激光测风雷达(CDL)和探空气球的测量结果进行了对比。结果显示:该DWL原理样机反演的近地面的风速风向结果与CDL和探空气球的测量结果具有良好的一致性。在0.3~1.1 km的高度范围内,以CDL的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差(RMSE)为1.38 m/s,风向均方根误差为9°;在0~3 km的高度范围内,以探空气球的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差不大于2.1 m/s,风向均方根误差不大于10°。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0810003
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摘要

A monolithic integrated ultraviolet-infrared (UV-IR) dual-color photodetector based on graphene/GaN heterojunction was fabricated by vertically integrating a GaN nanowire array on a silicon substrate with monolayer graphene. The device detects UV and IR lights by different mechanisms. The UV detection is accomplished by the forbidden band absorption of GaN, and the IR detection is realized by the free electron absorption of graphene. At peak wavelengths of 360 nm and 1540 nm, the detector has responsivities up to 6.93 A/W and 0.11 A/W, detection efficiencies of 1.23 × 1012 cm·Hz1/2 ·W-1 and 1.88 × 1010 cm·Hz1/2 ·W-1, respectively, and a short response time of less than 3 ms.

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    摘要

    Visible light communication (VLC) shows great potential in Internet of Vehicle applications. A single-input multi-output VLC system for Vehicle to Everything is proposed and demonstrated. A commercial car headlight is used as transmitter. With a self-designed 2 × 2 positive-intrinsic-negative (PIN) array, four independent signals are received and equalized by deep-neural-network post-equalizers, respectively. Maximum-ratio combining brings high signal-to-noise ratio and data rate gain. The transmission data rate reaches 1.25 Gb/s at 1 m and exceeds 1 Gb/s at 4 m. To the best of our knowledge, it is the first-time demonstration of beyond 1 Gb/s employing a commercial car headlight.

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      摘要

      We evaluate and demonstrate ultra-broadband near-infrared noncollinear optical parametric amplification in two nonlinear crystals, bismuth borate (BiBO) and yttrium calcium oxyborate (YCOB), which are not commonly used for this application. The spectral bandwidth is of the microjoule level; the amplified signal is ≥ 200 nm, capable of supporting sub-10 fs pulses. These results, supported by numerical simulations, show that these crystals have a great potential as nonlinear media in both low-energy, few-cycle systems and high peak power amplifiers for terawatt to petawatt systems based on noncollinear optical parametric chirped pulse amplification (NOPCPA) or a hybrid.

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        摘要

        为了解决Capsule网络随着输入图像增大计算量和参数数量急剧增加的问题,对Capsule网络进行了改进并将其用于SAR自动目标识别(SAR-ATR)中。基于大脑视觉皮层以层级结构以及柱状形式处理信息的机制,提出了完全实例化的思想,并运用类脑计算对Capsule网络进行了改进。具体方法是:使用多个卷积层实现层级处理,同时使用了较少的卷积核,但每一层使用的卷积核数量随着层级加深逐渐增加,使得提取的特征更加趋于抽象化;在PrimaryCaps层中,Capsule向量由最后一层卷积层输出的所有特征图构成,使得Capsule单元包含目标局部或整体的全部特征,以实现目标的完全实例化。在SAR-ATR上,将改进的Capsule网络与原Capsule网络、传统目标识别算法和基于经典卷积神经网络的目标识别算法进行对比实验。实验结果表明,改进的Capsule网络训练参数和计算量大大减少,并且训练速度得到很大提升,在SAR图像数据集上的识别准确率较Capsule网络和前两类方法分别提高了0.37和1.96~8.96个百分点。

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        摘要

        针对水下图像出现对比度低、颜色偏差和细节模糊等问题,提出了多输入融合对抗网络进行水下图像增强。该方法主要特点是生成网络采用编码解码结构,通过卷积层滤除噪声,利用反卷积层恢复丢失的细节并逐像素进行细化图像。首先,对原始图像进行预处理,得到颜色校正和对比度增强两种类型图像。其次,利用生成网络学习两种增强图像与原始图像之间差异的置信度图。然后,为减少在生成网络学习过程中两种增强算法引入的伪影和细节模糊,添加了纹理提取单元对两种增强图像进行纹理特征提取,并将提取的纹理特征与对应的置信度图进行融合。最后,通过构建多个损失函数,反复训练对抗网络,得到增强的水下图像。实验结果表明,增强的水下图像色彩鲜明并且对比度提升,评价指标UCIQE均值为0.639 9,NIQE均值为3.727 3。相比于其他算法有显著优势,证明了该算法的良好效果。

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        摘要

        视觉芯片是一种高速、低功耗的智能视觉处理系统芯片,在生产生活中有广阔的应用前景。文中提出了一种新型的可编程视觉芯片架构,该架构的设计考虑了传统计算机视觉算法和卷积神经网络的运算特点,使其能够同时高效地支持这两类算法。该视觉芯片集成了可编程的多层次并行处理阵列、高速数据传输通路和系统控制模块,并采用65 nm标准CMOS工艺制程流片。测试结果表明:视觉芯片在200 MHz系统时钟下达到413GOPS的峰值运算性能,能够高效地完成包括完成人脸识别、目标检测等多种计算机视觉和人工智能算法。该视觉芯片在可编程度、运算性能以及能耗效率等方面都大大超越了其他视觉芯片。

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        摘要

        弹道导弹发射阶段发动机尾焰中的H2O、CO2等大量高温气体组分和弹头再入段高温气体流场以及受气动加热的本体均产生强烈的红外辐射,是红外预警、跟踪、制导的重要信号。针对印度烈火-Ⅱ导弹,开展其助推段和再入段的辐射特性计算分析。从窄带辐射模型出发,考虑流场中重要气体组分的红外辐射机制,建立高温气体组分光谱参数的计算方法,发展了目标红外辐射特性计算软件。根据助推段火箭发动机尾焰流场和再入段流场的数值模拟的物理化学参数,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段典型状态的红外辐射特性,可以为针对烈火导弹的预警、反导提供参考。

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        摘要

        提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。

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        摘要

        在深空探测中探测信号经过对流层延迟后在接收机端信号将出现一定程度的时延,影响探测精度。现有方法主要通过网格模型、空间模型实现时延预测,但由于区域差异导致模型准确度受限,预测精度仍有改进空间。提出了一种基于自适应多输入多输出(MIMO)信号的深空探测对流层延迟预测模型。基于单一收发天线模拟卫星信号MIMO传输方式,然后构建自适应卡尔曼滤波器,通过自适应调整MIMO信号分量权重系数的方法选取最优传输路径以实现对流层延迟量的预测。参与测量的卫星数目为4颗,在不同信噪比以及改变MIMO通道数目情况下开展实验,研究自适应MIMO模型的准确度和实际测量误差。实验结果表明,新方法相对于GPT2模型、GPT2w模型以及实时导航定位中常用的UNB3模型、EGNOS模型的预测精度有较大提高。

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        摘要

        为了提高等效温度、等效面积的稳定性和分辨率,提出一种基于点目标特征参数提取的红外多光谱设计方法。首先,通过多光谱设计准则模拟仿真了多波段的抗误差能力,确定了光谱设计的影响因素。然后,根据红外辐射测量系统噪声分析,确定了光电导中波和长波探测器都达到最佳工作性能的条件。最后,根据波段信噪比估计和红外大气窗口确定了光谱的具体分布。性能分析结果表明,设计的光谱能在目标各种变化的情况下,使中波和长波协同工作,大大提高了等效温度、等效面积的稳定性和分辨率。

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        摘要

        针对火星探测环绕段自主导航需求,结合初始轨道参数及光学导航相机拍摄的火星图像,提出了一种基于火星本体的高精度自主导航方法。该方法首先利用初始轨道参数得到火星在导航相机像平面下的投影图,然后将该投影图与导航相机拍摄的火星图进行匹配融合得到火星的边缘图,后利用该边缘图进行精确椭圆拟合,继而可实现器-火视线距和视线矢量的测量,在算法仿真过程中充分考虑到了工程实现中可能会遇到的图像旋转、平移及尺寸变换问题,仿真结果表明:提出的利用先验信息的图像融合测量算法较单独利用火星图像进行导航测量的方法,精度和可靠度均有较大提升,可满足火星探测环绕段的任务需求。

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        摘要

        地球同步轨道上的三轴稳定卫星所处的空间环境复杂,仪器背景辐射变化较大。传统杂散光分析法无法模拟非均匀温度场,且无法实时计算仪器背景,仿真误差较大。提出用热辐射杂散光集成法来分析在轨红外相机的仪器背景辐射,通过更趋于在轨真实温度的且具有温度梯度的实时温度场,结合辐射传递因子,计算探测器上的仪器背景辐射以及相机的信杂比。将热辐射杂散光集成法、传统杂光分析法计算信杂比与在轨实测信杂比进行对比,热辐射杂散光集成法误差小于17%,而传统杂光分析法误差达114%。表明热辐射杂散光集成法的仿真结果更趋近于在轨实际情况,仿真效率和仿真精度更高。

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        摘要

        针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求,提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中,光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪(ADMZI)分布式光纤振动传感器,将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率;红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法,实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验,结果表明:该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏),平均识别率在92.5%以上,误报率0.9%,相对传统单一传感器方案,该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善,能够满足实际应用要求。

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        摘要

        红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段,而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正(NLAC)方法。该方法利用近距离标准参考源测量(NRSRM)来计算实时环境中不同位置的实际大气透过率和程辐射。相应条件下的理论大气透过率和程辐射也可以从大气辐射传输软件中获得。应用神经网络技术对两者之间的非线性关系进行拟合。因此,可以预测远距离的大气透过率和程辐射,以实现大气修正。为了进行比较,还进行了简单的线性大气修正(LAC)与线性增强大气修正(LEAC)。实验结果表明,该方法的红外辐射测量平均误差为6.45%,远低于常规方法,线性大气修正方法和线性增强大气修正,分别为16.17%,11.27%和7.44%。

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        摘要

        为了实现集成光电子器件的一器多用,利用石墨烯波导的调制作用设计 了一种分光比可控的分束器。在马赫-曾德尔结构的一个干涉臂波导中嵌入石墨烯层,并通过施加偏置电压引入 额外的相位差从而实现输出强度的调制。利用有限差分时域(FDTD)方法计算了石墨烯波导的特性,并仿真了分 束器的传输特性。理论和仿真结果表明所设计的分束器具有良好的光学性能,并且其分光比可由调制电压在一定范围内调控。

        PDF全文量子电子学报 | 2020,37(02):250
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        摘要

        为了研究机场排放对环境大气的影响,在2014年12月10日到16日,采用掩日通量遥测傅里叶红外技术(SOF-FTIR)对北京首都国际机场的乙烯(C2H4)、 己烷(C6H14)和一氧化碳(CO)排放进行了研究。分析了三种组份的特征浓度值及其变化趋势,结果表明三者的特征浓度值变化趋势上具有高度相关性;机场乙烯的平均柱浓度为13.18 ppm, 己烷的平均柱浓度为97.82 ppm, 一氧化碳的平均柱浓度为3065.56 ppm。通过结合国际民航组织发布的测量数据,得到该机场乙烯和己烷的排放量分别达到碳氢化合物排放总量的3.32%和66.96%。 文章结果表明,掩日通量遥测FTIR技术与ICAO的数据具有较好的一致性,为评估飞机排放提供数据支撑。

        PDF全文量子电子学报 | 2019,36(01):101
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        摘要

        BaGa4Se7(硒镓钡,简称BGSe)与KTiOAsO4(砷酸氧钛钾,简称KTA)均可在1.06 μm激光泵浦下产生中红外激光。首先仿真计算出两种非线性晶体的相位匹配曲线,结果显示:切割角为(56.3°, 0°)的BGSe晶体在I类相位匹配条件下和切割角为(90°, 0°)的KTA在II-A类相位匹配条件下均可产生~3.5 μm的闲频光。然后理论计算出BGSe (56.3°, 0°, I类)的有效非线性系数为-11.9 pm/V,KTA(90°, 0°,II-A类)的有效非线性系数为-3.2 pm/V;在其他条件相同的情况下,15 mm长BGSe (56.3°, 0°, I类) 的OPO振荡阈值是20 mm长KTA (90°, 0°, II-A类) OPO振荡阈值的35.11%。最后通过实验验证BGSe (56.3°, 0°, I类, 15 mm) 的振荡阈值小于KTA(90°, 0°, II-A类, 20 mm),输出的中红外激光能量大于KTA。因此,BGSe是一种极具应用前景的中红外非线性晶体。

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        摘要

        随着各种飞行器对信息获取的精确性和实效性依赖程度的大幅度提高,采用光学成像探测技术和追求高速飞行已成为各种飞行器发展的趋势。光学成像制导飞行器在大气层内高速飞行时,光学头罩与来流之间发生剧烈的相互作用,光学头罩与来流之间形成复杂的流场,在光学窗口中产生复杂的热响应,给头罩内的光学成像探测系统带来气动热辐射噪声,带来目标图像的偏移、抖动、模糊等气动光学效应。文中针对高速飞行器成像探测面临的气动光学效应,从机理、工程和应用三个层次,提出了气动光学研究思路和后续工作展望,旨在为气动光学效应研究提供参考思路。

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        摘要

        爆炸犯罪杀伤群众,破坏公私财产,对公共安全造成危害。为快速侦破爆破案件,需要在爆炸现场众多残留物中识别金属,找出爆炸装置碎屑。针对在复杂背景中快速识别金属碎屑的需求,提出了一种基于线偏振成像增强金属对比的方法。基于偏振光成像的原理,搭建了两种多波长偏振图像采集装置。针对多种非金属和金属材料进行实验,发现调整入射光的线偏振角度和入射角,多波长偏振成像方法在复杂现场中可以对金属与非金属快速识别和分类。通过模拟研究了多波长下金属表面反射光的线偏振度和偏振角随入射角度变化的情况,给出识别不同金属的最佳角度和照明偏振光。进一步实验结果显示:多波长线偏振成像方法有区分不同种类金属的潜力。

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        摘要

        汗潜指纹是犯罪现场最常见的指印类型,具有特征消失快且不易被检测等特点。根据其特点,使用紫外偏振成像探测技术进行目标检测,相比传统强度图像,偏振参量图像可以提高目标对比度,有助于辨别不同背景中的目标。但紫外偏振成像探测技术对角度、波段及客体材料等较为敏感,所以通过设计合理的实验,分析了汗潜指纹紫外偏振反射特性随角度、波段及客体材料的变化特点。结果表明:汗潜指纹在不同角度下表现出规律的偏振特性;在系统提供的四个光谱偏振通道中,近紫外波段相比之下有很好的可重复性和区分性;不同客体材料偏振特性差异变化较大,对比分析样本的紫外偏振反射特性能有效提高潜指纹的探测和识别性能,为汗潜指纹紫外偏振成像探测技术提供依据。

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        摘要

        目前涉及公共安全领域非法入侵事件的数量也随着急剧增加,迫切需要新型传感技术来侦测非法入侵事件。传统视频、光纤监测方法对事件定位精度较低,难以对复杂事件实时主动捕捉和分析;传统方法对事件行为模式识别不准确,人工监守强度大;且传统单一技术分离监测,缺乏多参量融合感知能力。针对精确定位、准确识别、多参量融合等瓶颈问题,天津大学、天地伟业公司等研究机构提出了光电信息事件识别感知关键技术

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):010602
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        摘要

        皮肤胆固醇可作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的研究主要基于实验室活检分析,缺少快速、无创检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇为评价指标的动脉粥样硬化早期快速筛查需求,研究了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为提高测量的准确性和稳定性,系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正,结合气相色谱法对测量结果的准确性进行验证,并通过

        PDF全文 中国激光 | 2021,48(03):030701
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        摘要

        基于弹道粒子-团簇模型,模拟多分散生物凝聚粒子模型,利用离散偶极子近似方法,计算不同孔隙率、不同原始颗粒数量、不同粒径分布方式多分散生物凝聚粒子模型的消光系数,分析孔隙率、颗粒数和粒径分布对凝聚粒子消光特性的影响。结果表明,多分散生物凝聚粒子的消光系数随孔隙率的增大而减小;凝聚粒子包含的原始颗粒数量越多,粒径分布的均值越大,消光系数越大;粒径分布的方差对消光系数没有明显的影响。

        PDF全文 中国激光 | 2021,48(04):040108
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        摘要

        提出了一种全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选方法。本方法以图形的主要频率来表征图形的特征,利用主要频率的位置和轮廓信息描述主要频率在频谱面的分布特征。设计了相应的主要频率提取方法、主要频率覆盖规则、主要频率聚类方法以及关键图形筛选方法,实现了全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选。采用荷兰ASML公司的商用计算光刻软件Tachyon进行了仿真验证,与ASML公司同类技术的比较结果表明本方法获

        PDF全文 光学学报 | 2020,40(21):212201
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        摘要

        光学相干断层扫描(OCT)图像中视网膜的层结构分析可以揭示相关疾病的眼部病理。传统的二维图搜索方法可以实现视网膜组织层分割,但依赖于视网膜层厚度的先验知识限制边界的搜索区域,且基于图像垂直梯度进行分割时,阴影区会对视网膜层边界的分割造成挑战。文中提出了一种结合卷积神经网络(CNN)和改进的图搜索分割OCT图像中的7个视网膜层边界的方法,首先利用CNN自动提取每个边界的特征并训练相应的分类器

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        摘要

        激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,与原子能、计算机、半导体并称为20世纪新四大发明。大功率半导体激光器在工业加工、医疗美容、光纤通信、无人驾驶、智能机器人等方面有着广泛的应用。如何实现大功率半导体激光光源,一直以来都是国际的研究前沿和学科热点。本文简述了大功率半导体激光器的发展历史,综述了大功率半导体激光器的共用技术,包括大功率芯片技术和大功率合束技术,并在最后

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011401
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        摘要

        单频光纤激光器在激光武器、激光雷达、空间激光通信、相干光通信、高精度光谱测量、引力波探测等领域有着广泛的应用前景,受到了研究者的极大关注。本文从1.0 μm、1.5 μm、2.0 μm三种典型工作波段进行归类,综述了单频光纤激光器的国内外研究现状,涵盖了单频光纤激光产生、噪声抑制、线宽压窄、连续与脉冲单频激光放大等技术。此外,结合了本课题组在单频光纤激光器方面的研究工作,着重介绍了基于单振荡

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011402
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        摘要

        陶瓷激光器是一种以透明陶瓷材料作为增益介质的激光器。与单晶相比,透明陶瓷具有制备周期短、烧结温度低、容易制备成大尺寸、在激活离子高掺杂浓度下能保证良好的光学均匀性、可设计制备成各种复合结构等优势,近年在高功率、超短超强激光输出方面发展迅速,产生了一系列里程碑式的研究成果。本文回顾了陶瓷激光器的起源和发展历程,总结了透明陶瓷在高功率、超短超强脉冲激光输出和特殊波长激光输出等方面的

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011601
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        摘要

        随着第五代移动通信技术的正式商用,全球网络流量的需求呈爆炸式增长,传统单芯单模光纤通信系统的容量已接近香农极限,实现通信系统的升级扩容迫在眉睫。空分复用光纤通信系统利用空间维度复用,可有效解决未来通信系统的扩容难题,而空分复用光纤放大器是其不可或缺的核心器件和研究焦点之一。当多信道功率增益不均衡时,功率差将会随传输距离的增加不断累积,导致中断概率和接收端误码率升高,最终直接影响

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):010601
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        摘要

        在实际光纤周界安防系统中,既要求判断入侵事件类别,又要求对各类事件发生的可能性做全面评估。对此提出一种基于ARMA建模与Sigmoid概率拟合的入侵事件识别方法。在判断入侵事件类别方面,将光纤振动信号的ARMA建模系数与信号自身过零率相结合而构造出特征向量,并将其馈入支持向量机,实现对攀爬、敲击、晃动、剪切、脚踢和撞击六种常见的入侵动作的识别;在评估各类事件的发生可能性方面,引入Sigmoid模型对

        PDF全文 中国激光 | 2020,47(10):100604
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        摘要

        摘 要 以银纳米材料作为活性基底构建表面增强拉曼散射(SERS)检测系统可用于改善拉曼技术对生物活性物质检测时信号弱的缺点。本文利用该增强技术对滑膜型关节液进行拉曼光谱检测并作统计分析。本研究选取18个滑膜型关节炎病人的关节液样本和15个健康人的关节液样本进行SERS检测,收集SERS光谱数据,并采用谱峰归属法、主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)算法对样本数据进行分析。结果表明患有关节炎病人的多糖

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        摘要

        提出一个新的基于轻量级注意力机制的网络框架。在YOLOv3主干网络的基础上,使用深度卷积和点卷积代替标准卷积设计特征提取网络,加快模型的训练,提高检测的速度,然后引入注意力机制模块进行模型速度和精度的权衡,最后通过增加多尺度提取更多网络层的特征信息,同时使用K-means++ 聚类算法进一步优化网络参数。实验结果表明,该方法可以显著提高人脸检测模型的性能,在Wider Face数据集上可以达到94.08%的准

        PDF全文 激光与光电子学进展 | 2021,58(02):021010
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        摘要

        本文首次报道了一种基于Yb3+:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体的激光二极管端面泵浦被动调Q拉曼黄光激光器。由键合晶体产生被动调Q的基频激光依次通过拉曼晶体YVO4和倍频晶体KTP,最终获得578.5nm的激光输出。本文采用耦合腔结构以降低拉曼光和倍频光的损耗,并采用标准具抑制双波长运转以提高倍频的转换效率。当入射泵浦为9.51W时,我们检测到183mW的578.5nm黄光输出,相应的脉冲宽度为6.537ns,脉冲重复频率为6.542k

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        摘要

        作为三维重建的关键技术,双目立体匹配根据视差原理将平面视觉转化到三维立体视觉。针对目前的局部立体匹配算法易受光照等因素的影响、在弱纹理和深度不连续区域匹配精度低的问题,本文所提立体匹配算法在代价计算阶段将改进的Census代价与梯度代价进行融合,然后采用引导滤波算法对图像进行多尺度代价聚合,接着采用赢家通吃(WTA)算法进行初始视差计算,最后采用左右一致性检测、中值滤波进行视差后处理,

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        摘要

        车轮廓形动态检测时线激光传感器只能安装在轨道旁作业,无法保证线激光测量平面与车轮表面交线通过车轮轮心,导致采集到的大量车轮廓形数据产生仿射变形,难以用传统迭代最近邻方法(ICP)准确匹配来保证测量精确性与鲁棒性。本文提出一种基于感兴趣域的加权尺度迭代最近邻算法(ROI-RSICP),实现存在仿射畸变的磨耗车轮廓形精确测量。首先,根据车轮廓形磨耗特征和大量车轮磨耗数据,采用PointNet深度学习网络

        PDF全文 中国激光 | 2020,47(11):110406
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        摘要

        提出了一种针对高分辨率遥感影像中分类法提取的建筑物轮廓不规则问题而设计的逐级优化规整建筑物轮廓的方法。根据分类验证思想提取的建筑物初始结果,首先提取建筑物初始轮廓进行多边形拟合,并获取与建筑物轴线倾斜程度相一致的最佳拟合外接矩形,然后将建筑物轮廓线段与最佳拟合外接矩形边界进行等分并比较两者之间的单向Hausdorff距离,对距离较小且满足替换条件的轮廓线段等分点利用对应的最佳拟合外接矩

        PDF全文 中国激光 | 2020,47(10):101002
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        摘要

        根据国际上公开发表的依据1969-1972年美国Apollo 11、14、15宇航员放置在月球上的三个角反射器以及1970-1971年苏联无人登月车放置的两个角反射器而进行的月地之间激光测距的论文和技术文献讨论了月球激光测距中的几个关键物理和技术问题,主要包括:1)角反射器指向与其月面位置的精确定位;2)角反射器激光回波信号的确认;3)接收信号强度与信噪比;4)测距结果的精度;5)满月时为什么不适于测距;6)地球

        PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011202
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        摘要

        在激光雷达的光机设计中,由于各项参数需要满足实际项目的指标需求,会导致激光雷达的光源中心与机械旋转中心不重合,进而导致点云图像产生弯曲,严重影响激光雷达的性能。因此文章结合三维雷达的实际扫描情况,首先分析了激光雷达点云图像产生弯曲的原因并推导出每一条扫描线的误差计算公式。通过修正参数的方式,将相对坐标系下的像素点转化成世界坐标系下的深度值,从而完成坐标系的转换,最终修正点云图像

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        摘要

        空间激光通信技术长期以来都是通信和载荷技术领域的研究热点,具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点,随着激光通信技术成熟,激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠技术手段。本文对国内外高轨卫星激光中继链路最新发展动态及其未来发展规划进行综述,为我国建设空间激光信息网络提供参考。

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        摘要

        在微型激光投影技术领域中,MEMS激光扫描投影技术是当前的热门方向,传统的方案是采用单体式二维MEMS微镜作为扫描机构,其制造工艺复杂且在工作过程中存在失效率高的现象。本文提出采用成本更低廉的两个一维静电式MEMS微镜进行封装组合得到二维扫描器件模组,通过对器件的设计和制造工艺的研究,最终研制出MEMS二维扫描器件原型,整个器件模块结构紧凑、制造工艺简单、成本低、可靠性高且易于批量制造。实验结

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