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,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
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
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的无波前传感自适应波前校正系统的收敛速度较慢,很难满足无线光相干通信系统对实时性的要求。介绍了SPGD算法的并行化处理,利用图形处理器(GPU)并行计算提高校正系统的收敛速度。选用CCD相机采集的实时光斑形心的周围400个像素平均灰度值作为系统性能指标;利用GPU多线程运算,对性能指标求解过程和变形镜控制电压向量更新过程进行加速处理。室内实验和外场相干光实验结果表明,斯特列尔比达到了0.8以上,时间加速比最大达到了8.6,GPU加速的波前校正系统在提升收敛速度的同时保证了校正效果。
大气光学 波前校正加速 并行计算 随机并行梯度下降算法 图形处理器 激光与光电子学进展
2019, 56(7): 070101
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
空间光-单模光纤耦合的关键技术是精确定位耦合光斑在光纤端面上的位置。基于光纤偏移与空间光-单模光纤耦合效率之间的关系, 研制了由二维压电陶瓷、驱动器、控制器、光电探测器及耦合透镜组成闭环控制系统, 结合模拟退火算法实现空间光-光纤的自动对准耦合。理论分析了空间激光与光纤的耦合效率并阐述了模拟退火算法原理。实验结果表明: 通过模拟退火算法可以在较短时间内实现耦合到最佳位置的自动对准定位, 耦合效率达到了51.4%, 相对于没有自动对准之前提高了6.5%。该方案切实可行, 对空间光-单模光纤的自动耦合方案的研究具有重要的意义。
光纤耦合 空间光 模拟退火算法 耦合效率 optical coupling spatial light simulated annealing algorithm coupling efficiency 红外与激光工程
2018, 47(1): 0103009
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
利用大气湍流对光束的扩展、背投成像原理和卡塞格林望远系统,提出了一种适用于大气激光通信捕获、对准和跟踪系统的光束对准检测方法,并对其进行理论分析和实验验证。该方法利用光斑形状和光斑形心位置综合解算光束的横向偏移量和轴向偏转量,解决了一般方法无法分辨出光斑在接收焦平面的移动是由于光束横向偏移还是轴向偏转引起的问题,以及光束横向偏移量无法被精确检测的问题。实验结果表明,该方法可有效地对光束对准状态进行检测,最终实现分辨率为2.2 μrad的角度偏转量和分辨率为0.25 mm的横向偏移的检测。
光通信 大气激光通信 捕获、 对准和跟踪系统 光斑检测
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
比较研究了基于Von Karman 折射率谱下大气湍流中单透镜和与单透镜直径相同的透镜阵列的空间光到单模光纤耦合效率,并给出了相应表达式。设计了小口径透镜阵列的空间光-单模光纤耦合结构,证明采用阵列中每个透镜直径是空间相干半径2~3倍的结构具有最好的耦合效果。理论分析和实验结果表明:当通信距离足够远时,透镜阵列的耦合效果优于等口径耦合效果单透镜。
自由空间光通信 空间光耦合 湍流 透镜阵列
西安理工大学 自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
提出了一种基于极化码的无线光信道副载波调制方法,给出了极化编译码的具体算法过程,并将其应用于无线光通信系统。在不同大气湍流强度下,对系统的差错性能进行了仿真分析,其中着重对基于极化码的二相相移键控和四相相移键控两种调制方法的误码率进行了对比,结果表明,采用极化码的副载波二相相移键控调制系统的性能优于四相相移键控系统。最后,实验比较分析了极化编码前后副载波调制系统的误比特率,结果表明,在无线光通信大气湍流信道模型下,采用副载波极化码编码调制技术可使误码率性能改善一个量级。
无线光通信 极化码 副载波相移键控 误比特率 wireless optical communication polar code subcarrier phase shift keying bit error rate