1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 高功率激光单元技术实验室，上海 201800
3 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，杭州 310024
用于内窥成像的多芯光纤在弯曲条件下传输的光场相位容易出现复杂的随机扰动，为相干成像中的相位恢复带来极大挑战。本文提出了一种可以用于相干成像的螺旋多芯光纤设计，通过调控纤芯尺寸、纤芯间距和螺距来抑制弯曲等外界扰动对纤芯间群时延差和功率串扰的影响。本文建立了弯曲条件下螺旋多芯光纤纤芯光程的数学模型；根据变换光学基本原理，利用有限元仿真软件对螺旋多芯光纤的模式特性进行数值仿真计算。设计的螺旋多芯光纤具有20 μm的芯间距和20 π/m的扭转率，共有6层91个纤芯，不同层的纤芯尺寸不同。无弯曲时芯间群时延差小于6 fs/m；当弯曲半径大于5 cm时，芯间群时延差的变化小于32 fs/m，100 m长度上纤芯间串扰的仿真计算结果低于-550 dB。螺旋多芯光纤的芯间群时延差对弯曲不敏感，在相干成像中代替普通光纤束传递光场，有助于降低相干图像恢复方法的复杂度，可以广泛应用于光纤显微成像、超快激光成像等领域。
多芯光纤 相干成像 串扰 群时延 螺旋线 Multicore fiber Coherent imaging Crosstalk Group delay Helical
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
4 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
5 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190
6 中国科学院大学工程学院，北京 100049
7 中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心，上海 201800
针对燃烧诊断在2~3 μm波长的光谱测量需求，设计并搭建了基于反谐振空芯光纤的可调谐半导体吸收光谱（TDLAS）测量装置，开展了高温水汽在2.5 μm波长吸收光谱的定标与测量研究。在2~5 μm中红外波段，反谐振空芯光纤可实现低损、单模长距离传输，能够有效解决商用氟化物光纤多模干涉造成的TDLAS测量精度下降的问题。经所提TDLAS系统准直后光束的直径低至2.5 mm，发散角为0.004 rad，系统信噪比为31 dB，相比基于氟化物光纤的TDLAS系统，所提系统的性能得到了极大提升。进一步分析了反谐振空芯光纤中痕量水蒸气对于4029.52 cm-1谱线测量的影响，并通过抽真空的方式降低其影响，从而提高了系统的测量精度。
光纤 反谐振空芯光纤 激光吸收光谱 多模干涉 单模 燃烧诊断 光学学报
2023, 43(13): 1306005
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室, 上海 201800
2 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院, 浙江 杭州 310024
在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。
激光光学 大功率激光光纤放大器 有限元仿真 大模场掺镱石英光纤 模式特性 热光效应 光学学报
2022, 42(10): 1014003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS, Hangzhou 310024, China
Continuous operation of fiber gas Raman lasing at the 1135 nm wavelength is experimentally demonstrated with an output power exceeding 26 W. Rotational stimulated Raman scattering (Rot-SRS) is generated in the hydrogen gas filled 50 m homemade anti-resonant hollow-core fiber (AR-HCF). A single-frequency fiber laser at the 1064 nm wavelength is used as the pump source, and a minimum threshold of 31.5 W is measured where the core diameter of AR-HCF reaches 37 µm. Up to 40.4% power conversion efficiency of forward Rot-SRS is achieved in the single-pass configuration, corresponding to a quantum efficiency of 43.1%. Over 1 W strong backward Rot-SRS is observed in the experiment, ultimately limiting the further increase of Rot-SRS generation in the forward direction.
anti-resonant hollow-core fiber fiber gas laser rotational stimulated Raman scattering Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 071401
光子学报
2021, 50(11): 1106002
1 中国科学院 半导体研究所 半导体照明研发中心， 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院， 北京 100049
传统的直接镀铜(DPC)陶瓷基板的焊盘上镀有Ni/Au金属覆盖层，它会强烈吸收紫外(UV)光。为了提高深紫外发光二极管(DUV LED)的光提取效率(LEE)，设计并制备了镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板。这种基板拥有一层完全覆盖基板焊盘的Ni/Au镀层为LED提供电互连，以及一层部分覆盖Ni/Au镀层的高反射Al镀层为UV光提供优异的反射。测量了分别由镀Al的DPC陶瓷基板和仅有一层Ni/Au镀层的传统DPC陶瓷基板所封装的DUV LED的光学、电学和热学性质，并建立了LED封装体的模型并进行了分析。结果表明，通过使用镀Al的DPC陶瓷基板，DUV LED的光输出功率(LOP)提高了19.2％，功率效率(WPE)和外量子效率(EQE)则分别提高为传统封装的1.20和1.19倍。此外，经过160 h的老化测试，使用镀Al的DPC陶瓷基板封装的LED表现出了更好的可靠性。这种镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板为通过封装改善DUV LED的LEE提供了可行的方法。
DUV LED封装 DPC陶瓷基板 光学特性 热阻 DUV LED packaging DPC ceramic substrate optical property thermal resistance
北京信息科技大学高动态导弹技术北京市重点实验室, 北京 100101
随着无人机的广泛应用, 无人机对地面目标检测和追踪技术成为研究的热点。针对光流法对运动目标检测和追踪出现误检、丢失的问题, 应用运动目标纵向的边缘特征配合光流法的方法完成目标检测, 应用SIFT与光流法实现目标追踪, 并提出恒速模型与光流块匹配的方法解决追踪过程中建筑物等对目标的遮挡问题。实验结果表明, 所提方法能够对目标进行有效的识别与追踪, 并具有较强的鲁棒性。
无人机 空对地目标检测 光流法 目标追踪 UAV air-to-ground target detection optical flow method SIFT SIFT target tracking
1 北京空间机电研究所， 北京 100094
2 北京理工大学 光电学院， 北京 100081
在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中，获得的红外图像有明显噪声，甚至有连续噪点组成孔洞，让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点，获得特征卷积模板的尺寸信息，根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积，建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔，获得增强后的红外图像。实验结果表明，方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量，对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。
应用光学 非制冷红外成像 红外图像增强 模板卷积 applied optics uncooled infrared imaging infrared image enhancement mask convolution
:北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室，北京 100101
应用定性微分对策理论对无人机、无人车追逃问题进行分析, 给出在对局环境中存在障碍物的情况下, 躲避区与捕获区分界界栅的确定过程。设置对局场景, 建立对局双方的运动学方程, 针对双方的运动特性分析结局并得出对局策略。然后考虑讨论环境中障碍物的影响, 分析对局终止条件, 最终解算出界栅, 并给出实例说明。
无人机 无人车 借栅 追逃问题 定性微分对策 障碍 UAV UGV barrier pursuit-evasion game qualitative differential game obstacle
1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
为了提高块匹配运动估计快速算法的搜索速度、精度和鲁棒性,提出了一种多起点并发式快速运动估计搜索方法。根据匹配块搜索的特性,提出了均匀选取多个起始点的方法,同时根据搜索区域的大小制定了自适应的限制条件和进度表,使得算法的收敛速度有了很大的提高。该算法在迭代过程中不但能够接受使目标向好的方向前进的解,而且能够在一定限度内接受使目标恶化的解,这使得算法能够有效地跳出局部极小的陷阱。使用基于TMS320C6415芯片的DSP图像处理系统对抖动视频图像序列进行实验。实验结果表明,当视频图像为PAL制,分辨率为720×576个像素,并且相邻图像间的抖动范围为±40个像素时,使用新提出的方法,匹配参数的计算量不大于使用全域匹配方法计算量的1/8,并且搜索精度远高于其他传统的快速搜索方法。
图像处理 运动估计 快速搜索方法 多起点并发式搜索 image processing emotion estimation quick search method multi-start and concurrent search
