1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室, 四川 成都 610209
针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。
单传感器 透镜阵列 多波段成像系统 光学设计 single sensor lens array multi-band imaging system optical design
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程，定义了光学口径和吊舱舱径之比（光舱比）作为衡量集成度的标准，重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计：二者均拥有Φ150 mm口径，约1.5°×1.5°视场，在0.7~0.9 μm和3.7~4.8 μm波段的传递函数接近衍射限，前者为透射式前置望远系统，后者为离轴三反式前置望远系统，二者的结构布局为：前置望远系统置于吊舱前部压缩光束，通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中，部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中，类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内，光舱比约0.492；类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内，光舱比约0.455。作为对比，采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内，光舱比约0.37，其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求，类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力，其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。
光电瞄准吊舱 光学设计 多波段共光路 前置望远系统 EO targeting pod optical design multiband common optical path front telescope system 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230353
1 辽宁师范大学地理科学学院, 辽宁 大连 116029 国家海洋环境监测中心, 辽宁 大连 116023
2 辽宁师范大学计算机与信息技术学院, 辽宁 大连 116081
3 辽宁师范大学地理科学学院, 辽宁 大连 116029 辽宁师范大学计算机与信息技术学院, 辽宁 大连 116081
受成像机理的限制, 目前的遥感硬件技术条件尚无法获取同时具备高空间、 高光谱分辨率的多波段遥感影像。 多波段遥感影像作为一种反映各个不同窄波段区间信息的三维影像集合, 其包含二维空间信息和一维光谱信息, 空间信息反映场景中的几何特性, 而光谱信息则对应地物在不同波段的电磁波特性。 为弥补多波段遥感影像空间信息采集的不足, 利用辅助影像增强其空间分辨率, 即多波段遥感影像的锐化受到重视。 多波段遥感影像锐化不仅可提升影像的视觉效果, 同时可为诸如地物分类、 变化检测和参数反演等后继的定性、 定量化遥感应用奠定基础, 因而一直是遥感影像处理领域非常重要且持续活跃的研究方向。 为此, 对多波段遥感影像锐化方法的研究进展进行综述: 一是对多波段遥感影像锐化的内涵进行了表述； 二是以多光谱（MS）影像的全色锐化为视角、 以算法实现的技术为脉络, 分别从基于成分替代（CS）、 基于多分辨率分析（MRA）、 基于最优化模型（OM）和基于深度学习（DL）四个方面对多光谱遥感影像锐化方法的研究进展和存在的问题进行分析和讨论； 三是结合高光谱（HS）影像所存在的不同于MS的自身特性, 对HS影像的锐化特点进行了分析, 并对不同于MS的一些特有HS锐化方法进行了讨论和归纳； 最后对多波段遥感影像锐化方法未来的发展进行了展望, 分别从目前CS和MRA方法更受到主流认可的原因, 以及未来多波段遥感影像锐化领域将呈现出多种方法的相关融合两个方面进行了讨论。
多波段遥感影像 锐化 多光谱 高光谱 分辨率 Multi-band remote sensing images Sharpening Multispectral Hyperspectral Resolution 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 2999
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 国家卫星海洋应用中心， 北京 100081
以海洋一号C/D卫星中国水色水温扫描仪［COCTS （HY-1C/D）］的光学薄膜研制为例，介绍了海洋水色定量化遥感中应用的光学薄膜技术。在单片基片的不同通道区域依次镀制多块滤光膜以抑制杂散光的产生，充分研究了光束空间角频率分布带来的光谱及偏振影响，实现了5%带宽的定位精度，将通道滤光膜对偏振灵敏度的影响降到0.3%以下，采用双离子束溅射工艺来保证膜层的可靠性和光谱性能。此外，通过光学薄膜元件的偏振调控设计以及元件间的偏振补偿，实现了系统偏振灵敏度达到国际先进水平，0°扫描角时的平均偏振灵敏度小于1%。光学薄膜技术的应用有效提升了海洋水色的定量化遥感质量，结合大气校正，COCTS （HY-1C/D）获得的水色产品数据量化精度与美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）相当。
海洋光学 中国水色水温扫描仪 定量化遥感 光学薄膜 多波段集成滤光片 偏振灵敏度 光学学报
2023, 43(24): 2401001
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
为了使遥感相机同时具备大视场搜索和多波段高分辨成像功能，提出了一种成像与搜索模块一体化的遥感相机光学系统。大视场搜索模块采用离轴四反结构，通过推扫的模式对目标区域进行扫描；小视场成像模块通过次镜分光，实现可见光和中波红外同时高分辨成像。各系统复用大口径主镜有效降低了遥感相机的体积和质量。当轨道高度为500 km时，该系统可实现以8 m的地面分辨率对33 km线宽的地面进行推扫搜索，确定目标后，通过调整卫星姿态，使可见光和中波红外成像模块分别以 0.45 m 和 3.2 m 的分辨率对地面目标进行高分辨凝视成像。公差分析结果表明，可见光成像模块、中波红外成像模块以及搜索模块各视场的调制传递函数（MTF）分别在其奈奎斯特频率处（133 lp/mm、20 lp/mm和33 lp/mm）均大于0.2。该系统能够满足实际加工和装调要求，为实现紧凑型空间光学系统的设计提供了一种可行性方案。
光学设计 一体化光学系统 遥感相机 多波段 optical design integrative optical system remote sensing camera multi-waveband 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230066
华中科技大学武汉光电国家研究中心，武汉 430070
动态调光玻璃可根据气候变更选择性地调控目标光谱波段的光通量，从而具备良好的光热管理能力，因此在建筑行业的节能转型中备受重视。其中，能够对可见光、近红外、长波红外等多波段进行独立调控的动态调光玻璃因高效的光谱利用率，更有利于发挥节能优势。本文围绕多波段调控节能玻璃，简要介绍了光谱调控对玻璃节能的作用，详细概述了现阶段实现多波段调控的主要手段，并基于研究现状提出产业化进程中面临的诸多挑战。同时结合近期报道的前沿技术，展望其未来发展趋势。
建筑能耗 节能玻璃 多波段调控 电致变色 热致变色 building energy consumption energy-efficient glazing multi-band modulation electrochromism thermochromism
多波段激光合束技术在光电对抗领域的应用越来越受到重视，基于此提出了一种使用折射棱镜组的多波段激光合束方法，优选了牌号依次为H-ZLaF92、D-ZLaF85LS、H-ZBaF21的3种火石玻璃作为棱镜材料，通过对棱镜组的顶角值、入射角度以及位置关系的计算和仿真，设计了包含调整镜组、折射棱镜组、反射镜组和偏振滤光片的合束方案，同时利用将单一线性偏振激光束电矢量方向调整为平行于入射面的方法减小反射损耗。分析计算表明：在波长分别为550 nm、1060 nm、2000 nm情况下，入射角分别选择63.05°、61.35°、59.58°，3种材料的棱镜顶角值分别取51°、55°、60°；在光斑间距ΔX1、ΔX2分别为10 mm、20 mm的情况下，3种材料对应棱镜的远表面距离D、近表面距离d分别为289 mm、83.5 mm，366.4 mm、107.7 mm，381.6 mm、103.6 mm；在不进行光学镀膜的情况下，仅使用单一线性偏振光以布儒斯特角入射，也能够达到92.8%~97.6%的合束效率，与现有多波段合束技术相比，在成本方面有巨大的优势。
激光合束 多波段合束 折射棱镜 p偏振 合束效率 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714002
1 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院，浙江 嘉兴 314001
谷赝自旋是构筑光学拓扑绝缘体的重要手段，其性质决定了光波拓扑传输特性。双波段能谷结构为同时调控多波段范围内的光波提供了重要平台。构筑了具有双波段能谷结构的光子晶体超胞，研究了zigzag型和armchair型界面在两个波段内拓扑边界态的传输特性及鲁棒性。结果表明：对于zigzag型界面，对称型界面与反对称型界面的光波传输特性差异显著，对称型界面允许平面波传输而反对称型界面大幅抑制平面波传输；而对于armchair型界面，对称型界面与反对称型界面的光波传输未表现出差异性。对于允许平面波传输的界面，无论是zigzag型还是armchair型界面均对杂质、缺陷、尖锐拐角等具有良好的鲁棒性。双波段拓扑边界态传输特性的系统性研究对于拓展光学拓扑绝缘体的应用空间具有重要价值。
材料 拓扑光子晶体 能谷结构 多波段 界面类型 拓扑边界态
为了满足光电设备窗口片的使用要求, 设计了一种以硒化锌为基底的多波段红外增透膜。为了达到多波段增透的目的, 选取硫化锌、氟化镱分别作为高、低折射率材料, 在硒化锌基底前后表面镀制相同的多波段红外增透膜。最终实现0.808 μm、0.880 μm、0.915 μm处透过率在91%以上, 3.7~4.8 μm和10.6 μm处透过率在95%以上, 并且膜层具有良好耐环境适应性。
光学薄膜 红外增透膜 多波段 硒化锌 optical film infrared antireflection coating multi-band zinc selenide
为了提升通信系统的灵活性, 扩大应用范围, 同时降低建设成本, 提出一种多波段信号输出的全双工光载无线系统。在单光源条件下, 通过灵活控制偏振控制器、线性偏振器的角度, 实现3路不同频段的下行矢量信号传输; 利用载波重用和相干检测技术, 实现上行基带信号输出。仿真结果表明: 6 Gb/s四进制正交幅度调制(16QAM)信号经30 km光纤传输后, 下行链路中5 GHz、45 GHz和25 GHz频段输出信号的最小误差矢量幅度(EVM)分别为5.66%、4.03%和2.67%, 上行链路输出信号的最小EVM为4.01%。
光载无线系统 多波段信号 偏振复用 全双工 抗色散 radio-over-fiber system, multi-band signal, polari
