红外与激光工程
2024, 53(2): 20230441
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230348
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 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
3 北京跟踪与通信技术研究所,北京 100094
4 西安空间无线电技术研究所,陕西 西安 710000
装备精密制造、空间导航定位和卫星编队等领域要求激光干涉仪的测距精度在几千米到几百公里范围内达到pm量级,这是传统激光测距技术无法达到的。因此,利用等间隔多光谱光频梳特性,基于多波长激光干涉测量原理和双光学频率梳外差干涉测距数学模型,研究相位测量不确定度、空气折射率不确定度和信号重复频率引起的不确定度等因素对距离测量不确定度的影响。结果表明:距离测量不确定度会随温度的增加、压强的增大、二氧化碳体积分数的升高而减小;相比传统光学频率梳干涉测距法,温度越高、压强越大,双光学频率梳外差干涉测距法的距离测量不确定度下降越明显,当二氧化碳每立方米的体积分数在0.75%~0.80%范围内时,两种方法的距离测量不确定度趋于一致。
光纤光学 光频梳 多波长 外差干涉测距 距离测量不确定度 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1906002
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048
2 西安理工大学 国际工学院,西安 710054
以提高通信链路的稳定性为目标,针对传统算法如形心法、质心法等在大气激光通信中定位稳定性较差的问题,提出了一种滑动加权质心定位算法。改进了自适应阈值分割方法,提高光斑定位的精度;对光斑进行去背景噪声处理和中心噪声补偿,最大程度保留光斑有效灰度范围;通过非线性权重质心定位算法进行粗定位,加入滑动补偿机制后实现光斑中心的精定位。对该方法进行了理论及实验验证,结果显示,相比于传统的形心法、质心法、非线性权重质心定位法,本文提出的滑动加权质心定位算法对连续光斑中心的定位步长有不同程度的减小,理论结果最大可以减小21.5%,实验结果最大可以减小11.7%;且在同等面积的光斑中心掩膜内像素总强度更高、综合定位效果更好。
大气湍流 阈值分割 定位精度 畸变光斑 图像处理 Atmospheric turbulence Threshold segmentation Position accuracy Warped spot Image processing
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
光纤与平面光波导高效耦合是光波导器件互联设计中的重要环节,常用的倒锥波导已经解决了光纤与波导芯片之间的模式不匹配问题。然而,高折射率差波导与光纤耦合时通常需要较小的尖端尺寸(<180 nm),加工复杂且波导易坍塌。设计了一种宽波段(可见光和近红外波段)光纤-波导水平耦合器,通过引入聚合物SU-8锥形结构,提高了三端口分支波导的线宽,实现了850 nm波段超过300 nm的1 dB有效带宽。
集成光学 耦合器 波导 光通信 聚合物波导
鉴于深度学习在图像识别领域的重大进展,在无人直升机自主着舰的应用背景下,针对较为复杂的着舰环境和着舰标志设计,采用单级多区域检测(SSD)网络对着舰标志进行识别。针对SSD网络对小目标识别率低的缺点,基于深度残差网络和特征金字塔网络结构对SSD网络进行了改进,使用ResNet101代替VGG-16网络,并利用特征金字塔网络结构改进传统上采样结构,将检测网络的高层语义信息融入低层特征信息中,最后通过实验验证了改进网络的识别效果。
着舰标志识别 SSD网络 图像识别 深度残差网络 特征金字塔网络结构 identification of landing mark SSD network image recognition deep residual network feature pyramid network structure
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
雾衰减经验模型的计算是预测雾衰减的一种重要方法。为了将雾衰减经验模型应用到实际中进行适用性分析, 从米氏散射理论出发, 采用理论推导和仿真分析的方法, 计算了Kruse模型、Kim模型和Ijaz模型中激光在不同能见度下的衰减, 分析了3个模型在计算衰减系数时的差异, 并通过搭建自由空间光通信实验平台, 将实验结果与仿真结果对比分析。结果表明, 650nm波长的激光在雾衰减信道下的衰减结果与Kim衰减模型更接近。此研究结论为西安地区自由空间光通信系统雾衰减系数分析提供了参考依据。
光通信 雾衰减 米氏散射 Kim模型 optical communication fog attenuation Mie scattering Kim model
西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
利用大气湍流传输理论和部分相干光交叉谱密度函数,研究了部分相干光-光纤阵列的耦合效率,分析了光源相干度、透镜阵列子孔径数N、传输距离、湍流强度和波长对耦合效率的影响。仿真结果表明,透镜阵列可以很好地抑制光源相干度的下降和大气湍流对部分相干光-光纤阵列耦合效率的影响。在等效接收口径一致时,增加N可以有效提高部分相干光-光纤阵列的耦合效率。当N=37、传输距离大于3 km时,耦合效率变化曲线趋于稳定。对于波长为1550 nm,相干度为0.04 m的光源,相比单透镜接收,在中、强湍流情况下,N=37的透镜阵列可使耦合效率从40%和8%分别提高到60%和53%;相比长波长光源,透镜阵列对短波长光源的耦合效率提高更明显。对于波长为850 nm和1550 nm,相干度为0.04 m的光源,相比单透镜接收,N=37的透镜阵列可使耦合效率从18%和41%分别提高到57%和60%。
相干光学 部分相干光 光纤阵列 透镜阵列 耦合效率 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0501001