红外与激光工程
2024, 53(2): 20230441
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230348
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
为实现激光湍流大气传输效应的快速评估,采用数值仿真方法研究高斯光束远场长曝光光斑的定标规律。首先,对理想光束真空衍射和湍流扩展效应分别定标,结果表明光源截断强弱影响远场有效半径大小。然后,考虑衍射、初始像差、平台抖动和湍流扩展的相互作用,改进了半径平方加和假设,建立了远场63.2%环围功率半径和平均光强的定标规律模型。特别地,对于截断因子为的高斯光束,在实际激光系统特性、常用光学湍流廓线、地对空传输路径组成的参数空间中开展了数值仿真,利用遗传算法确定了模型的标度指数。结果表明基于改进的半径平方加和方法所建立的定标规律模型精度有了显著提升。定标规律模型与数值仿真的结果对比表明,真空传输远场半径的平均相对偏差为1.55%,湍流大气传输远场半径和平均光强的平均相对偏差分别为1.92%和3.80%。
大气光学 大气传输 高斯光束 定标规律 精度 中国激光
2023, 50(22): 2205001
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,合肥 230031
2 国防科学技术大学 电子对抗学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室,合肥 230037
3 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230037
4 合肥工业大学 物理学院,合肥 230601
5 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026
工作于近地空间的星敏感器,其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之二,建立了湍流大气星光传输模型,研究了恒星成像的大气湍流影响。基于ERA5数据和光学湍流预报方法得到大气湍流参数廓线,计算了典型地区不同时刻及观测条件下星光的闪烁指数,对比星光闪烁的理论值,验证了数值计算的可靠性。研究了湍流大气中星光传输的闪烁效应及星像质心的抖动特性,得到了典型观测高度及观测天顶角情况下的恒星抖动量。研究表明:恒星抖动的到达角和到达角起伏与星光的闪烁指数呈正相关关系,提升星敏感器的观测高度、减小星敏感器的观测天顶角,能一定程度上减轻星光成像的大气湍流影响。
星敏感器 恒星成像 大气湍流 闪烁指数 到达角起伏 Star sensor Star imaging Atmospheric turbulence Scintillation index Arrival angle fluctuation
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,合肥 230031
2 国防科学技术大学 电子对抗学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室,合肥 230037
3 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230037
4 合肥工业大学 物理学院,合肥 230601
5 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026
工作于近地空间的星敏感器,其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之一,研究了如何利用偏振滤波技术降低天空背景辐射对恒星成像的影响。基于激光雷达实测数据,计算得到了典型地区整层大气粒子的分布特性及散射特性,结合大气矢量辐射传输模型,研究了天空背景在近红外波段的偏振特性,获得了不同大气条件及观测条件下的天空偏振特性,分析了观测与太阳位置对不同波长天空背景偏振分布的影响。研究表明:使用波长较长且位于吸收带的近红外光进行观测或提升星敏感器的观测高度,可采用偏振滤波技术一定程度上抑制天空背景光。当观测方位角一定时,选取合适的观测角度可以保证在较低太阳高度时能使用偏振滤波技术降低天空背景辐射对星光成像的影响。
星敏感器 恒星成像 背景辐射 偏振分布 偏振滤波技术 Star sensor Star imaging Background radiation Polarization distribution Polarization filtering technique
1 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
2 陕西科技大学电子信息与人工智能学院,陕西 西安 710021
3 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
光场回波散射特性是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一,而具有螺旋波前结构的涡旋光束[如拉盖尔-高斯(LG)光束]更适合抑制海洋湍流的影响。利用广义Huygens-Fresnel原理,推导出弱海洋湍流中LG光束经高斯分布粗糙表面反射的回波散斑强度的解析表达式;数值分析了光源参数、海洋湍流以及粗糙目标表面参数对回波散斑场复相干度的影响。结果表明,复相干度随着LG光束拓扑荷数、束腰半径、波长的增大而减小,随着海洋湍流强度的增大而降低,随着粗糙面相干长度的增加而增大,并且当粗糙表面的相干长度大于球形波在海洋湍流中传播的相干长度时,复相干度变化不明显,表明此时粗糙表面对复相干度的影响远小于海洋湍流的影响。这一结论为海洋湍流条件下目标探测与识别提供了参考。
海洋光学 海洋湍流 拉盖尔-高斯光束 散斑 回波特性 复相干度 光学学报
2023, 43(12): 1201007
1 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
2 陕西科技大学电子信息与人工智能学院,陕西 西安 710021
3 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
为提高传输系统的信道容量、编码效率以及解码的可靠性,本文提出了一种基于轨道角动量(OAM)模态和径向模态的复合涡旋光束编码方法。使用5位二进制序列对两束光[一束是具有固定径向模态和OAM模态的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束,另一束是具有4种径向模态(p=0,1,2,3)和8种相同间隔OAM模态(l=±3,±5,±7,±9)的LG涡旋光束]叠加产生的32组不同类型的复合涡旋光束光强分布图进行编码。将32组复合涡旋光束依据本文提出的映射关系转换成32组单束LG涡旋光束,依次照射在提出的x、y轴方向周期渐变光栅上,通过光栅的远场衍射光斑可成功检测出发射单束LG涡旋光束的参数p和l,且不受OAM模态和径向模态增加的影响,最终可实现正确解码。
物理光学 复合涡旋光束 轨道角动量 径向模态 周期渐变光栅 远场衍射光斑 光学学报
2023, 43(11): 1126001
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230022
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
3 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
基于混浊大气表观调制传递函数的光谱特征,提出一个新的成像质量评价因子作为波段优选的依据,得到了不同波段的成像效果。同时分析了优选波段的影响因素,给出了典型大气条件、典型带宽下的成像优选波段,即在1036~1046 nm、1620~1630 nm波段可得到典型区域相对普适的、良好的成像质量。最后通过成像实验对优选方法的有效性进行了初步验证。
光谱学 调制传递函数 混浊介质中的成像 图像质量分析 光学学报
2022, 42(24): 2430003