1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
空间调制型偏振检测技术是利用微偏振片阵列、角向或径向偏振片、涡旋波片等器件对光强分布进行空间调制以实现偏振信息测量的一种技术，具有光路结构简单、稳定性好、测量速度快、精度高等优势，在目标探测识别、工业及生化检测等领域具有重要应用。首先，对各种空间调制型Stokes矢量和Mueller矩阵偏振检测技术的工作原理、技术特点进行综述分析；然后，对近年来发展迅速的基于涡旋波片的空间调制型偏振检测技术进行详细阐述，重点对基于涡旋半波片和1/4波片的Stokes偏振仪、基于双涡旋波片的Mueller矩阵偏振仪的工作原理、检测效果和误差校准等内容进行介绍；最后，对空间调制型偏振检测技术的主要发展趋势进行展望。
偏振检测 空间调制 Stokes矢量 Mueller矩阵 涡旋波片 光学学报
2023, 43(17): 1712004
Author Affiliations
Abstract
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We report a spatially modulated polarimetry scheme by using a zero-order vortex half-wave retarder (ZVHR) and a spatial Fourier analysis method. A ZVHR is employed to analyze the input polarized light and convert it into a vectorial optical field, and an analyzer is set after the ZVHR to form an hourglass intensity pattern due to the spatial polarization modulation. Then, the input light’s Stokes parameters can be calculated by spatial Fourier analysis of the hourglass pattern with a single shot. The working principle of the polarimeter has been analyzed by the Stokes–Mueller formalism, and some quantitative measuring experiments of different polarization states have been demonstrated. The experimental results indicate that the proposed polarimeter is accurate, robust, and simple to use.
polarimetry Stokes parameters vortex retarder Fourier analysis spatial modulation Chinese Optics Letters
2021, 19(2): 021201
Author Affiliations
Abstract
1 College of Opto-Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Academy of Ocean Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The power scaling on mid-infrared Raman fibre lasers (RFLs) is in demand for applications in health, environment and security. In this paper, we present the simulated laser behaviours of the tellurite glass RFLs pumped by 300-W Tm-doped fibre lasers (TDFLs) at $2~\unicode[STIX]｛x03BC｝\text｛m｝$ for the first time. By combining the advantages of the TDFLs and tellurite fibre, the output power at $2.35~\unicode[STIX]｛x03BC｝\text｛m｝$ has reached over hundreds of watts by first-order Raman shift. Moreover, the cascaded RFLs have been demonstrated with a wavelength extension greater than $3~\unicode[STIX]｛x03BC｝\text｛m｝$ and output power of tens of watts. To maximize the output power and the slope efficiency of the RFLs, we further analyse the interaction between the Raman gain and cavity loss, which are determined by fibre length and output reflectance of the laser cavity.
mid-infrared fibre lasers Raman fibre lasers stimulated Raman scattering tellurite glass fibre. High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(2): 02000e24
国防科技大学 光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
利用公共环形腔耦合实现了两路光纤激光器的无源相位锁定，研究了激光器之间耦合强度对锁相性能的影响。环形耦合腔主要由两个2×2的光纤耦合器组成，其构成了激光器之间能量相互注入耦合的公共通道，并使它们获得了初步的相位同步。考虑到耦合强度主要由成环光纤耦合器的耦合比决定，建立了分析耦合强度影响的理论模型，并从理论上研究了耦合比的大小和差异对环内光强和输出光强的影响。此外，实验上实现了两路掺铒光纤激光器的有效相位锁定，并通过分析远场干涉光斑和输出功率研究了锁相阵列输出激光束的相干性和合成效率。研究结果表明：足够的能量耦合强度是获得有效相位锁定的必要条件，通过增加耦合比来增大耦合强度可以提高锁相阵列的相干性，但会略微降低合成效率。
光纤激光器 相位锁定 相互注入耦合 环形耦合腔 耦合强度 fiber lasers phase locking mutual injection coupling ring coupled cavity coupling strength
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
激光扫描技术是以激光扫描仪为核心发展迅速的一种新型空间数据获取手段。利用低成本的二维激光扫描仪实现针对目标物体的三维重建，为此对基于二维激光扫描技术的三维重建过程中所涉及的相关技术进行了研究分析，为后续开展三维重建的实验研究奠定理论基础。同时在构建基于二维激光扫描仪（LMS291）的三维重建实验系统的基础上，研究分析了LMS291在平动和转动两种不同工作模式下的工作特点并通过Matlab编写程序进行数据处理，利用Matlab和Fledermaus软件生成三维重建效果图，得出并分析了重建结果。通过以上内容验证了构建的模型和所用方法的可行性及工作系统的可靠性，对进一步展开相关研究具有一定意义。
激光光学 二维激光扫描仪 数据处理 三维重建 光学学报
2014, 34(s2): s228001
国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙 410073
基于多激光雷达的车载三维重建系统在工作时需要对激光雷达的外参数 (包括三个旋转参数和三个平移参数 )进行标定。针对激光雷达外参数的标定问题，根据激光雷达扫描点不可见、单线式扫描等工作特点，以基于空间向量的三维坐标系转换模型为基础，提出了一种采用三面靶标的激光雷达外参数标定方法，对靶标进行三维重建，利用随机采样一致性 (RANSAC)算法进行平面分割和同名向量的提取，采用坐标系转换模型对标定参数求解，实现了激光雷达外参数的标定，并结合仿真结果以及标定前后多激光雷达系统三维重建结果对方法的有效性及精度进行了评估和验证。
激光雷达 外参数标定 三维坐标系转换 RANSAC算法 三维重建 lidar extrinsic calibration 3D frame transformation RANSAC algorithm 3D reconstruction
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
从数学上分析了目前普遍使用的逆透视映射公式的误差,给出重新推导的逆透视映射数学公式.设计实验验证了采用本文公式进行逆透视映射的效果,并与现有两公式的效果进行了比较.实验结果表明：无论相机内外参量如何变化,本文推导出的公式其IPM变换效果均好于现有公式.在相机架设高度等参量确定的条件下,采用改进后的公式,逆透视映射变换的相对误差平均为0.85%,较现有的公式准确度有较大提高,能更好地满足智能导航和路面状况勘测等对近距离图像的逆透视映射变换应用要求.
图像处理 逆透视映射 智能导航 路面勘测 Image processing Inverse perspective mapping Smart navigation Road surface reconnaissance
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性, 提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔, 利用耦合器余下的端口, 两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术, 提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出, 实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。
光纤激光器 相干合成 相位锁定 环形耦合腔 单模光纤滤波 Fiber laser coherent beam combining phase locking ring coupled cavity single mode fiber filtering
国防科技大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
为使光纤激光器在自由空间中进行有效的相干合成，提出了耦合臂上带有会聚透镜的迈克尔逊型耦合腔，并将外腔配置为f－f结构以增强内部反馈.利用高斯光束的ABCD定律分析了外腔的传输特性，详细研究了外腔偏离f－f结构对相互注入耦合效率的影响，指出输出光纤端面与透镜前焦平面的偏差是影响反馈耦合效率的关键因素.基于此特别设计的迈克尔逊型耦合腔，实验上实现了两路光纤激光的有效相干合成.当透镜被移走时，阵列输出功率下降为原始值的78.5％，且相干态变得不稳定.
光纤激光器 相干合成 迈克尔逊型耦合腔 ABCD定律 Fiber laser Coherent combining Michelson-type coupled cavity ABCD law
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
半导体激光器 (LD) 驱动电源的性能是影响其工作特性的重要因素,提高LD驱动电源性能的研究具有重要意义。 提出了一种新型的基于现场可编程门阵列 (FPGA) 技术的半导体激光器驱动电源设计方案,该方案以 FPGA 为控制核心, LD 驱动 电源的 AD/DA 转换、温度 PID 控制、恒定电流驱动、LD 保护及人机交互等功能模块电路均在 FPGA 的控制下协调工作。设计并实现了 基于 FPGA 的 LD 温度控制与电流驱动电路,测试结果表明当 LD 的工作温度在 20℃~30℃时,其工作温度稳定度 优于±0.03℃, 驱动电流的恒定度达到±0.1%。
激光技术 驱动电源 半导体激光器 温度控制 laser techniques driver FPGA FPGA laser diode temperature controlling
