Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
山东科技大学电子信息工程学院, 山东 青岛 266590
初始对准是惯导系统中的关键技术之一, 其对准的时间和精度直接影响惯导系统的工作性能。从建模误差、惯性传感器随机误差、环境扰动及不可预测因素3个方面分析了当前惯导系统初始对准的研究难点, 然后从传统两阶段、非线性对准、基于优化的对准3类对准方法以及运动对准方面重点阐述了当前初始对准的研究进展。在进一步的研究中, 将人为操纵因素表述为扰动融入误差模型, 结合新型强跟踪滤波器处理水下非线性非高斯噪声等方法,有望使惯导系统初始对准的速度、精度和适用性实现新的提升。
惯性导航 初始对准 运动对准 inertial navigation initial alignment motion alignment
提出了一种设计激光光束整形系统的新方法——粒子群优化算法。根据能量守恒定律, 推导出光束整形系统中任意光线与入射面和出射面交点坐标之间的变换关系, 并把用此变换关系得到的光线与出射面的交点坐标作为目标值。把追迹光线在输出面上的交点坐标与目标值差的绝对值作为光束整形系统的能量分布变换评价函数, 把出射光线方向矢量的y分量绝对值作为准直评价函数, 并将能量分布变换评价函数与准直评价函数的和作为光束整形变换系统的总评价函数, 依此函数作为粒子群算法中的适应度函数, 对适应度函数进行极小值操作, 便可得到了一个既能把光强高斯分布转换为光强均匀分布, 又能近似实现光束重新准直的非球面整形透镜系统。用这种方法设计了一个单非球面凹平透镜, 可以把光强高斯分布、光斑半径30 mm的红光激光光束整形为光强均匀分布、光斑半径为36 mm的平顶光束, 且准直出射。证明这种设计方法简单有效。
高斯光束整形 非球面透镜 粒子群优化 评价函数 Gaussian beam shaping aspheric lens particle swarm optimization evaluation function 红外与激光工程
2017, 46(12): 1206005
内蒙古工业大学 机械学院，内蒙古 呼和浩特 010051
通过推导激光三角测量系统的灵敏度公式，分析了光学结构参数对系统灵敏度的影响，主要包括被测表面起伏量、成像系统的放大倍率与工作角。建立表面粗糙度的激光三角测量系统，重点针对工作角对灵敏度的影响关系进行实验研究。结果显示，较大的工作角能够获得更高的系统灵敏度。但是当工作角较大时，需考虑工作角与系统放大倍率对灵敏度的综合影响，并保证光接收器上的光强大于其灵敏度。对于文中采用的测量系统，最高的系统灵敏度所对应的工作角约为70°左右。
激光三角法 系统灵敏度 工作角 表面粗糙度 laser triangular method systems sensitivity working angle surface roughness
内蒙古工业大学机械学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
提出一种基于液晶偏振分光的共光路干涉测量方法来测量液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性。线偏振入射光束被LCSLM 分为两束正交线偏振光，然后沿相同方向传播至渥拉斯顿棱镜(WP)；经WP 出射的两光束产生横向剪切，同时，WP 也将会在两光束之间引入倾斜调制，从而当它们再经过检偏器后产生载频干涉条纹。用傅里叶变换法计算两帧干涉条纹之间的相对相移量。给出了透射式LCSLM 相位调制特性的实验测量结果。该方法对振动、空气扰动不敏感，能够测量得到LCSLM 的整体相位调制特性，结果更加精确、科学。
测量 液晶空间光调制器(LCSLM) 相位调制特性 共光路干涉仪 傅里叶变换法 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 021204
1 内蒙古工业大学 机械学院, 呼和浩特 010051
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
建立了一种基于偏振掩膜板与环形共路结构的点衍射干涉仪, 通过旋转偏振片可以改变参考光与测试光之间的相对光强, 实现干涉条纹对比度的调节, 能够获得最高对比度的干涉条纹, 并且针对条纹对比度进行了详细的理论分析; 由于系统中线性载频幅度极易调节, 可以有效地改善傅里叶变换法的相位提取精度; 验证性实验被完成。
点衍射干涉仪 光学测量 环形共路结构 条纹对比度 傅里叶变换法 point-diffraction interferometer optical measurement circular common-path setup fringe visibility Fourier-transform method
设计了基于正三角排列三芯光纤的新型波分解复用器，比起基于多芯光子晶体光纤的波分解复用器，该波分解复用器有着容易制作、且易于与常规光纤对接的优点。通过设计使两个非对称平行纤芯在某波长处的传播常数(或有效折射率)匹配，此时两个纤芯就可完全耦合，从而实现滤波。通过选择合适的光纤长度，使得在光纤的输出端，不同波长的光从不同的纤芯端口输出，从而实现波分解复用的功能。利用全矢量光束传播法仿真发现，长度为10.25 mm 的正三角排列三芯光纤可以实现波长为1.31 μm 和1.55 μm 光波的解复用。
光学器件 三芯光纤 波分解复用器 耦合模理论 光束传播法 激光与光电子学进展
2014, 51(6): 062303
1 上海大学 特种光纤与光接入网省部共建重点实验室，上海 200072
2 广西科技大学 电气与信息工程学院，广西柳州 545006
为制作宽带稳定的光纤偏振控制器件，提出了一种具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤模型.该模型通过调节纤芯附近一对特殊气孔和本底气孔的大小、形状以及气孔的间距，在包层中引入特定非对称结构.由于多孔光纤的偏振拍长对这些特定的非对称结构参量的误差扰动不敏感，而利用这些特定非对称结构产生的具有不同变化趋势的双折射相互补偿可以抑制双折射的非线性变化，因此不仅能有效降低偏振拍长的波长敏感性，而且能够同时降低偏振拍长对包层结构参量误差的敏感性.研究结果表明：以偏振拍长的相对变化率小于±4%为限，在1 550 nm波长窗口附近工作带宽达到200 nm，同时包层结构几何参量的误差容限达到0.1 μm量级，为实际拉制具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤提供了较为可行的工艺结构参量.
光纤通信 光纤光学 光束传播法 多孔光纤 模式双折射 偏振拍长 波长敏感性 波片 偏振控制 Fiber communication Fiber optics Beam propagation method Holey fiber Modal birefringence Polarization beat length Wavelength sensitivity Wave plate Polarization control
双芯光纤偏振分束器是一类基于模式干涉的偏振分束器，是以双芯光纤作为定向耦合器，经过双芯光纤的耦合区域后实现的偏振选择性输出，因而其输入、输出端的形状和尺寸会影响光的输出功率及特性。基于椭圆双芯光纤，在分束器的输出消光比满足一定要求（大于20 dB）的情况下，借助于RSOFT软件的Beamprop模块，研究双芯光纤偏振分束器输入、输出端口的形状和尺寸以及输入光的波长和线偏振角度对偏振选择特性的影响，及其可能的工作带宽和制作容差。结果表明，双芯光纤偏振分束器形状为S-Bend，X和Z方向的尺寸分别为40 μm和4000 μm的端口，输入光的工作带宽可以大于7.5 nm，对应的耦合区长度较短，约为209.87 mm。
光纤光学 偏振分束器 RSOFT软件 消光比 双芯光纤
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
2 广西科技大学电气与信息工程学院, 广西 柳州 545006
为降低双折射多孔光纤偏振拍长的波长敏感性，制作宽带稳定的光纤偏振器件，提出一种包层空气孔呈矩形阵列分布的多孔光纤包层结构设计方案，在包层中引入具有不同双折射变化趋势的非对称性结构，采用全矢量波束传播法并考虑熔融石英的材料色散，计算分析了不同结构参数对偏振拍长稳定性的影响。研究结果表明，这种多孔光纤的包层结构降低了偏振拍长的波长敏感性，在1.26～1.60 [μm]波长范围内，偏振拍长的相对变化率小于±4%，达到制作光纤波片的宽带稳定性能要求；同时，优化后包层结构的几何参数具有较大的误差容限，进一步降低了制作工艺的难度。
光纤光学 多孔光纤 模式双折射 偏振拍长 波长敏感性 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 020603
