为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
激光技术 平顶光束 大口径光束整形 均匀性 非球面镜组 laser technique flat-top beam large-aperture beam shaping energy uniformity aspheric lens
1 天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 116024
背景去除是从单幅条纹投影图中恢复相位的重要问题之一，提出了一种改进的模糊c均值（FCM）聚类算法来移除单幅条纹投影图中的背景。该方法使用改进的FCM算法将条纹分为黑、白条纹，并通过改进的FCM目标函数得到背景，从而从条纹投影图中去除背景。将该方法应用在两张模拟图和一张实验图上，并与傅里叶变换方法、基于形态学操作的二维经验模态分解方法、变分分解TV-Hilbert-L2模型进行了比较。实验结果表明，该方法提高了背景去除的能力和相位提取的精度。
成像系统 图像处理 条纹投影图 模糊c均值聚类 傅里叶变换 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2411002
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所，北京 100044
3 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室，湖北 武汉 430073
中心折射率凹陷型少模掺铒光纤（FM-EDF）可以改变传输模式的数量和截止顺序，在模场调控和增益均衡方面具有良好的性能。利用等效折射率理论描述光纤模式截止特性，研究了由传统阶跃折射率光纤向环芯光纤转变过程中的模式变化。结果表明，当中心凹陷大于0.012时，光纤仅支持LPn1模式传输，且使得LP01模场能量向远离中心区域方向偏移。此外，当光纤用于信号放大领域中，且折射率凹陷数值大小与掺杂区域半径之间符合相应的线性关系时，模式增益差可保持在2 dB以下。采用自制的中心凹陷型FM-EDF对LPn1模式的增益特性进行了实验测试。实验结果表明，各信号模式增益均大于18 dB，模式增益差为1.3 dB。
光通信 光纤通信 少模掺铒光纤 中心凹陷 模式增益均衡 环芯光纤 光学学报
2022, 42(21): 2106002
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
2 Key Laboratory of All Optical Network and Advanced Telecommunication Network of Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
A tunable multi-wavelength erbium-doped fiber laser with precise wavelength interval control is reported theoretically and experimentally in this paper. It is made up of a Mach–Zehnder interferometer (MZI) filter and a Sagnac filter and supplemented by the four-wave-mixing effect. Compared with other filters, the proposed MZI filter based on the fused taper technology can change the wavelength interval more flexibly. The experiment result shows that wavelength tuning can be achieved, and the tuning range can reach . Moreover, the variation in the number of wavelengths is also realized. The maximum side-mode suppression ratio can reach 39 dB.
erbium-doped fiber laser fused taper technology wavelength interval Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011402
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
对转炉炼钢终点的实时精准控制能够有效提高钢铁产出的质量, 炉口火焰光谱在炼钢不同时期的变化明显, 对其进行分析处理并与机器学习方法相结合可有效用于炼钢终点的实时控制。 针对炉口火焰光谱数据量大、 现有方法对光谱特征提取在可信度和实时性上不足的缺陷, 提出一种基于窗口竞争性自适应重加权采样(WCARS)结合迭代式连续投影算法(ISPA)的光谱特征波长选择方法, 该方法在有效解决模型过拟合问题的同时, 能够降低高维数据计算的复杂度。 将火焰光谱数据沿波长方向进行窗口划分后, 使用CARS进行计算选出特征窗口波段, 再将迭代式选择与传统连续投影算法相结合, 通过重复迭代精选出特征波长, 在此基础上使用支持向量机回归(SVR)建立炼钢终点碳含量预测模型。 实验采集363组炼钢后期的炉口火焰光谱数据作为样本, 并对其进行Savitzky-Golay平滑预处理。 使用WCARS-ISPA算法从全光谱数据中选出10个特征波长作为SVR模型的输入, 碳含量为模型输出, Kennard-stone算法对训练集和测试集进行划分, 选择碳含量的平均预测误差、 预测误差在±2%以内的命中率以及运行30次的平均时间作为模型评价指标。 实验结果显示, 模型的平均碳含量预测误差为1.413 2%, 命中率高达90.63%, 运行时间为0.019 679 s。 与使用全光谱和WCARS-ISPA, CARS-SPA, WCARS和SPA四种不同特征选择方法选出的特征波长建模得到的结果进行对比, 基于WCARS-ISPA方法选出的特征波长建立的终点碳含量预测模型误差最小、 命中率最高。 提出一种新的炉口火焰光谱特征波长提取方法, 使用窗口竞争性自适应重加权采样结合迭代式连续投影算法选取特征波长, 并在此基础上建立转炉炼钢终点碳含量预测模型, 实验结果表明, 该方法能够有效提取火焰光谱特征, 所建模型能够对转炉炼钢终点进行准确预测, 满足工业生产的实时控制要求, 为实际生产提供可靠帮助。
转炉炼钢 火焰光谱 窗口竞争性自适应重加权采样 迭代式连续投影算法 终点预测 BOF steelmaking Flame spectra Window competitive adaptive reweighted sampling Iterative successive projection algorithm End-point prediction 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2332
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
针对X射线CT成像系统在低剂量扫描协议下出现的噪声和伪影问题, 提出一种基于动态优化的CT低剂量成像算法。文中使用一族双曲正切函数集构造分数阶全变分的动态复合函数模型, 结合统计迭代重建框架, 并通过动态优化过程实现CT低剂量扫描数据的重建。应用所提算法对数值模型和动物模型低剂量扫描生成的投影数据分别进行了重建实验。数值仿真实验结果表明, 在180个投影角度下, 文中算法重建结果的信噪比与滤波反投影法、分数阶全变分法、自适应变权全变分法的重建结果相比分别高出29.51, 8.03, 9.15, 6.81 dB。动物模型实验结果表明, 该算法重建结果有效抑制了CT噪声和伪影, 清晰重建出软组织边界细节, 极大提高了低剂量数据重建图像的质量。
CT成像 低剂量扫描 动态优化 统计迭代重建 CT imaging low-dose scan dynamic optimization statistical iterative
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200047
1 南京理工大学 近程高速目标探测技术国防重点学科实验室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
脉冲激光测距系统由于其精度高、抗干扰能力强等优点, 广泛应用于激光雷达、激光引信等领域, 但是常用的时刻鉴别法存在误差, 制约了动态测距精度的提升, 主要原因是回波脉冲的衰减和展宽。针对这一问题, 提出一种采用恒阈值和峰值双通道的时刻鉴别新方法。该方法通过引入激光发射脉冲的理论方程, 建立了回波波形的时域分布模型, 可以实现不受到衰减和展宽的影响的准确回波鉴别。在此基础上设计了双通道时刻鉴别的脉冲激光测距系统。实验结果表明, 采用双通道时刻鉴别方法可以将近程测距的误差控制在±3 cm以内, 并可通过多次测量对精度进一步提升, 解决了时刻鉴别误差制约测距精度提高的瓶颈问题。
激光测距 时刻鉴别方法 双通道 时域分布 laser ranging timing discrimination method dual-channel time domain distribution 红外与激光工程
2019, 48(6): 0606002
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为研究拉盖尔-高斯(LG)光束在经过凸台周围流场后的气动光学效应,采用二阶紧致差分和四阶龙格库塔积分对抛物型的复振幅方程进行求解,比较了具有不同拓扑荷数的LG光束在同一流场环境下的光强分布、同一光束在同一流场中数值仿真的光程差(OPD)分布与沿光束路径积分的OPD分布,以及不同拓扑荷数的LG光束与高斯光束在不同马赫数、不同攻角、不同海拔下的Strehl比(SR)以及成像偏移。仿真结果表明,在同一流场中,LG光束的拓扑荷数越大,振幅形态保持越好,但光强衰减越大,成像偏移越大。而同一流场下拓扑荷数对LG光束的SR数值几乎无影响,LG光束的相位稳定性均优于高斯光束。在振幅稳定性方面,与高斯光束相比,LG光束受海拔和攻角变化的影响更大。
大气光学 气动光学 传输特性 数值仿真 拉盖尔-高斯光束 凸台 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040101
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
针对转炉冶炼终点传统人工肉眼看火判断存在着诸多不确定性问题, 研究了一种基于模糊支持向量机的光辐射状态识别实现转炉终点判断的方法。设计了非接触式炉口光辐射采集系统, 基于炉口火焰辐射规律分析, 分别提取了通过高斯函数拟合表征光谱整体特征的三参数和两个发射峰离散谱参数作为支持向量机的输入, 通过相关性分析选出生产过程中氧量、动枪幅度、爽枪时间、加料量参数构建子样本特征量, 采用样本到类间距离的方法计算隶属度因子, 建立了模糊支持向量机识别模型并进行了测试实验。实验结果表明, 提出的方法对不同操作工况下的终点光辐射识别精度优于人工方法和传统SVM方法, 可为转炉终点的准确判断提供依据。
光谱分析 识别 模糊支持向量机 转炉炼钢 spectral analysis recognition fuzzy support vector machines (FSVM) BOF steelmaking 红外与激光工程
2018, 47(7): 0726004
