朱泉锦 1,2,3,4马浩统 1,2,3,4陈炳旭 1,2,3邢英琪 1,2,3[ ... ]谭毅 1,2,3,4
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控，然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现，传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时，存在设计不精准、整形效果差等缺陷，为此，提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果，表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例，虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。
高斯光束整形 虚拟面迭代法 自由曲面 不重合度 辐照度均匀度 能量利用率 gaussian beam shaping virtual surface iteration method free-from surface misalignment irradiance uniformity energy efficiency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230587
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
Risley棱镜通过共轴独立旋转的方式对扫描视场范围内的光束实现任意指向, 因结构紧凑、指向精度高、功耗低、响应迅速等特点而广泛应用于激光雷达、红外对抗、光学侦察等领域。螺线扫描方式可以满足视场可控、覆盖率可控、周期可控、速度稳定等指标要求。但由于扫描轨迹设置以及受电机最大速度、加速度等因素的限制, 在最大张角和最小张角附近, 棱镜的速度依然存在一定的突变, 造成过大的伺服控制误差。针对此问题, 采用滤波与插值结合的方法优化扫描轨迹。实验表明:优化后棱镜的旋转速度趋于平滑, 最大伺服控制误差从约1 200″, 减小至约300″, 减小至原来的1/4。该方法降低了因棱镜速度突变而造成的随动伺服控制误差, 优化了棱镜的旋转过程, 降低了棱镜因速度突变而产生的抖动, 有利于提升系统的扫描精度。
Risley棱镜 光束扫描 等速螺旋线 速度突变 轨迹优化 risley prisms beam scanning archimedes spiral speed-mutation trajectory optimization
1 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
液晶光学相控阵是下一代光束控制技术的核心器件，提高其耐受激光阈值是当前研究的热点之一。针对较高功率激光入射场景下评测液晶光学相控阵相位调制性能恶化程度的问题，本文基于传统四分之一波片法，实现快速、直接测量液晶对入射激光的相位调制量。验证试验发现，当中心温度为33 ℃时，对应的最大畸变相位为3.6 rad。同时，本文基于该实测相位调制结果，研究出射光的光束质量恶化过程。分析结果表明：当液晶移相器的中心温度变化小于10 ℃时，光束质量恶化小于20%。
液晶光学相控阵 高功率激光 相位恶化 光束质量 liquid crystal optical phased array high power laser phase deterioration beam quality
1 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
非视域定位是一种通过提取光子飞行时间判断视线外物体位置的主动探测技术，是近年的前沿研究热点。为了研究均值滤波、中值滤波以及高斯滤波方法提取光子飞行时间的性能差异，首先用光度学方法优化了光子飞行模型中的能量变化模型，然后对三种滤波方法中的参数进行了优化分析，接着分析了三种提取方法对最大值判定法和概率阈值加权判定法的适应性，最后分别以设备和非视域物体的位置为变量，对三种时间提取算法得到的定位精度和稳定性进行了对比。仿真表明，中值滤波适用于较为狭窄的定位环境，并且有较高的定位精度；高斯滤波定位稳定性较好，并且滤波参数的选择范围更大。
非视域定位 光子飞行时间 滤波算法 适应性分析 non-line-of-sight location time of flight filter algorithm adaptability analysis
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，成都 610209
大范围、快速、高精度扫描是光电探测、激光雷达、红外对抗等领域的一项关键技术，目前传统的扫描方式很难兼顾这些指标。首先分析了旋转双棱镜用于大范围、快速、高精度扫描的优势；其次介绍了前向扫描和反向扫描的原理和方法，并重点对反向扫描的不同算法（一阶近似法和矢量光学法）进行了分析；最后建立了旋转双棱镜快速扫描仿真系统，对两种反向扫描方式的有效性和精度进行了验证，结果显示，在±1.5°扫描范围内，一阶近似方法精度约 20″，而矢量光学方法约 1″。文中为大范围快速高精度扫描领域提供了新的技术途径。
旋转双棱镜 扫描 光束偏转 等速螺旋线 rotational double prisms scanning beam deflection archimedean spiral
白峻杰 1,2,3,*马浩统 1,2,3任戈 1,2,3亓波 1,2,3[ ... ]刘欣城 1,2,3
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院 光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 101408
针对当前偏振成像方法的实时性不好、能量利用率低以及分辨率不高等问题, 提出了一种非共轴四通道偏振成像方法。该方法通过4个通道采集不同偏振方向的图像来融合计算偏振度图像。数值仿真分析了影响系统偏振成像结果的通道间距、通道平行度和偏振片检偏角度误差, 得出了满足偏振成像精度达到1%的系统参数容限。在实验研究方面, 研制出了非共轴四通道的偏振成像系统, 并对室外距离约为50 m的车辆进行了实验。实验证明了该系统可以有效地对目标进行偏振成像。
偏振成像 通道间距 平行度 检偏角度 polarization imaging channel spacing parallelism polarization detection angle 方国明 1,2,3,**彭起 1,2,*马浩统 1,2乔山 1,2,3[ ... ]董理 1,2,3
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
相位调制器是相干合成孔径望远镜中光束合成机构的关键部件,精确测量相位调制器的运动信息是相位调制器控制的核心技术之一。提出了基于平面法线向量的三自由度(俯仰角、方位角和轴向位移)测量方法,基于法线向量的变化解算角度和位移信息,并对所提方法进行详细描述,分析了影响测量精度的因素。实验结果表明:旋转角α和γ的转动范围分别为0~0.44 mrad和0~0.28 mrad,位移移动范围为0~3 μm;在测量范围内,角度误差小于3.3 μrad,位移误差小于50 nm。所提方法具有结构简单、测量精度高等优势,可广泛应用于相位调制器等的三自由度测量中。
测量 精密测量 三自由度 法线向量 误差分析 数值仿真 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111201
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
计算光场自适应光学成像技术将目标和干扰的光场进行整体测量，再利用目标与干扰光场的四维光场信息分布特点，通过计算方法将其进行有效地区分、滤除，能在大视角范围内对干扰导致的目标光场波前畸变进行探测复原，并以计算方式自适应地补偿成像空间中的复杂波前像差扰动。与传统自适应光学成像方法相比，该方法具有较大的探测视场，可以直接以扩展目标作为信标进行波前信息解算。本文从传统自适应光学技术面临的挑战出发，简述了计算光场自适应光学成像技术的优势及发展现状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面开展的主要工作。
自适应光学 计算成像 光场成像 光场相机 adaptive optics computational imaging plenoptic imaging plenoptic camera
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Key Laboratory of Optical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 10039, China
4 The College of Opto-electric Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
In this Letter, we report a Golay3 sparse-aperture telescope newly built in the Key Laboratory of Optical Engineering, Chinese Academy of Sciences and present the experimental results of enhanced resolution. The telescope consisting of 3 collector telescopes of 127 mm diameter can achieve a theoretical resolution corresponding to a monolithic aperture of 245 mm diameter. It is shown by the experimental results that the resolution is improved to 3.33 μrad with respect to the diffraction limit of 6.07 μrad for a single aperture using the Rayleigh criteria at 632 nm. The compact optical configuration and cophasing approach are also described.
110.1758 Computational imaging 110.0110 Imaging systems 100.6640 Superresolution Chinese Optics Letters
2017, 15(4): 041101
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
小孔扫描傅里叶叠层成像术已在三维全息重聚焦和超分辨宏观成像领域显示出巨大的潜力。对小孔扫描傅里叶叠层成像技术的关键参量对光场恢复质量的影响进行了研究，根据小孔扫描傅里叶叠层成像的迭代算法，通过仿真实验研究了小孔的交叠率和孔径大小对光场恢复质量的影响。仿真结果表明：在相同孔径情况下，小孔交叠率存在一个阈值，当交叠率大于该阈值时，光场恢复质量随交叠率增大而显著提高；在相同交叠率情况下小孔孔径越小光场恢复质量越高。该研究成果对小孔扫描傅里叶叠层成像术在进一步应用中的参数优化能起到一定程度的理论指导作用。
成像系统 傅里叶光学 傅里叶叠层 相位恢复 光学学报
2015, 35(10): 1011002
