激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706000
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林长春30022
2 东北工业集团有限公司，吉林长春130103
针对双编码快照式光谱偏振成像系统偏振效应校正需求，提出多参量模型引导的偏振优化方法，建立基于数字微镜阵列（DMD）、棱镜-光栅-棱镜（PGP）、微偏振片阵列探测器（MPA）以及多膜层系的光谱偏振成像系统全链路偏振效应模型，分析部分偏振光入射时光谱偏振成像系统的二向衰减，揭示入射光波长、偏振度与系统偏振效应的耦合机理。通过有针对性地控制透镜的折射率、入射角，光栅折射率、常数，棱镜折射率、顶角，多层膜复折射率、膜层厚度等参量，在谱线弯曲满足重建要求的前提下实现对光谱偏振成像系统偏振效应的优化。仿真结果表明，优化后系统SSIM＞0.8、系统偏振效应相对误差<4%，与优化前相比偏振效应降低至少6%。当入射光偏振度恒定时，系统偏振效应与波长成反比。通过实验获取单次曝光下典型材料的光谱偏振重建图像，金属偏振度相对误差提升至少14.7%，塑料偏振度相对误差提升至少63.6%。验证了所提偏振优化方法的必要性和可行性。本研究为双编码快照式光谱偏振成像系统多维数据的高精度获取奠定了理论基础。
光谱偏振成像 偏振效应 二向衰减 穆勒矩阵 spectropolarimeter polarization effect bidirectional attenuation Mueller matrix 光学 精密工程
2023, 31(22): 3256
1 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
2 西安交通大学电信学院，陕西 西安 710049
3 北京理工大学光电学院，北京 100081
开展了多谱段信息融合的偏振成像探测方法和技术研究，提出了多谱段偏振成像仪器总体方案；深入分析了目标起偏和传输特性建模与测试、高消光比金属微纳格栅偏振元件的优化、多谱段偏振成像探测系统光学设计、多谱段偏振信息处理等关键技术方案。提出一种新颖的深度网络，通过自学习策略来解决偏振图像融合问题，为研制多谱段偏振成像探测实验样机提供技术支撑，以满足偏振光学成像中目视辅助和引导的实际应用需求。
成像系统 多谱段偏振 目视辅助 偏振特性 微纳格栅 光学学报
2023, 43(15): 1511004
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0800001
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性，建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数（pBRDF）模型。该模型基于Priest-Germer（P-G）理论，引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量，并结合水面微小平面的概率分布函数，更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油（机油、原油、柴油、煤油、汽油）目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明：若相对方位角为180°，线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小，随入射天顶角的增大也先增大后减小；线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小，在相对方位角为180°时达到最大，且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上，证明了该模型的准确性，为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。
海洋光学 偏振特性 偏振二向反射分布函数 P-G模型 可见光 溢油目标
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130033
空间引力波望远镜的波像差与指向抖动耦合产生的远场相位噪声是引力波探测的主要噪声源。基于其产生的理论机制，建立了噪声耦合系数与望远镜像差间的函数关系，提出了控制特定像差的优化策略。结合望远镜设计实例验证了该方法对抑制远场相位噪声的效果，当波前质量水平为λ/20（λ=1064 nm）时，优化后的噪声耦合系数优于0.11 pm/nrad，较优化前降低了一个数量级，远优于指标要求，所提方法极大地提升了望远镜的远场相位稳定性。
激光光学 望远镜 空间引力波探测 远场相位 耦合系数
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
当超短脉冲进入高非线性光纤时，在色散和非线性效应的共同作用下，脉冲频谱中会产生一些新的频率分量，使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中，传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中，笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后，添加一段DCF以补偿腔中的色散，从而产生耗散孤子。同时，通过调节腔内PC，可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中，我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲，压缩后的脉冲宽度为868 fs，用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm，其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器，实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换，束缚态脉冲持续时间为1.4 ps，脉冲间隔为14 ps，信噪比为51 dB，产生1600~1870 nm的超连续光谱，20 dB的光谱宽度为135 nm。
超快激光器 被动锁模 超连续谱 耗散孤子 束缚态孤子 ultrafast lasers passively mode-locked supercontinuum dissipative soliton bound state soliton 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220035
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
偏振像差会影响离轴光学成像系统的偏振测量精度和偏振成像效果，有必要对其进行标定和补偿。基于三维偏振光线追迹，分析了含有数字微镜器件（DMD）的编码超分辨离轴光学成像系统在不同视场下的偏振像差，并提出一种在光路中接近DMD位置加入线性衰减器（LD）和相位延迟器（LR）进行偏振补偿的方法。经计算发现，DMD表面引入的最大二向衰减为1.43×10-3，最大相位延迟为9.52×10-3 rad，整体光学系统引入的最大二向衰减为2.32×10-3，最大相位延迟为1.55×10-2 rad，DMD引入的偏振像差占全系统的60%以上。对比了偏振补偿前后整体光学系统的偏振像差分布、琼斯瞳和偏振成像仿真效果，结果表明：布置合适的弱偏振器件进行补偿后，二向衰减和相位延迟均减小为补偿前的一半左右，琼斯矩阵接近单位阵，偏振成像中的串扰现象也明显减少。可见，DMD会引入较大的偏振像差，而在DMD附近的光路中使用LD和LR能够简单有效地进行偏振补偿。
成像系统 偏振像差 数字微镜器件 琼斯瞳 弱偏振器件 光学学报
2022, 42(16): 1611001
Author Affiliations
Abstract
College of Opto-Electronic Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
We fully demonstrate the special requirements of a mid-infrared all-optical wavelength converter. The construction mechanism of a 2.05 µm all-optical wavelength converter based on the single-wall carbon nanotube (SWCNT) is proposed. Systematic experiments are carried out, and the converter device is successfully developed. With the assistance of SWCNT-coated microfiber, the conversion efficiency up to is realized, and the tuning range can reach 9.72 nm. The experimental results verify the correctness of the proposed mechanism and the feasibility of the converter device so that it can be a new technical approach for all-optical wavelength conversion beyond 2 µm. We believe the research can extend the application of this composite waveguide in the field of all-optical communication.
all-optical wavelength conversion single-wall carbon nanotube 2.05 µm microfiber fiber laser Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 060602
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130012
2 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
为了顺应自由空间光通信多调制格式兼容的趋势，改善系统灵活性差、成本较高等问题，提出一种基于双IQ调制器的多调制格式兼容的激光通信发射方案。首先，基于Optisystem软件建立系统模型仿真分析，所得眼图和星座图验证了所提方案的正确性；然后，研制了多调制格式兼容发射硬件，并实验研究了调制格式的兼容性、可切换性和通信性能。实验结果表明：所设计硬件兼容发射OOK、BPSK、DPSK、QPSK、PM-DQPSK 5种调制格式；速率分档可调，最高可达40 Gbit/s；当发射端产生40 Gbit/s PM-DQPSK调制格式信号时，在离线接收条件下，误码率为10－7时的灵敏度达到－39.8 dBm。通信调制仿真及实验结果验证了所设计方案的可行性，所得到结果也为空间激光通信系统设计提供了技术参考。
光通信 空间激光通信 多调制格式兼容系统 IQ调制器 灵敏度
