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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
正式出版
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    高分辨率大气谱线并行计算方法研究

    马志昂李大成吴军程晨...
    264-272页
    查看更多>>摘要：大气谱线计算是大气辐射传输中的一个重要环节,其计算速度慢是长期以来限制大气辐射传输计算效率的主要问题之一.通过对大气透过率中谱线计算可并行性的分析,利用图形处理器(GPU)构建了基于GPU并行处理的大气谱线计算模型.针对大气环境和高温环境进行仿真计算,结果表明,相较于中央处理器(CPU),基于GPU的并行算法模型可以在达到相同精度的同时,计算速度提升1～3个数量级.在此基础上,使用Malkmus带模式参数拟合法,基于并行计算构建了相关K分布系数表,能够支持并行计算成果在无GPU或内存受限设备上的使用,提高该技术的普适性.为常规大气、高温燃气等条件下的高分辨快速辐射传输计算提供新的技术途径.

    光学计算并行处理逐线积分法计算统一设备架构相关K分布

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    基于GF-5卫星遥感数据的大气CO2快速反演方法

    孙志强王先华叶函函李超...
    273-282页
    查看更多>>摘要：以高分五号卫星(GF-5)搭载的大气温室气体监测仪(GMI)的观测数据为研究对象,设计一种大气CO2快速反演算法,在物理反演算法框架基础上,利用逐线积分法构建适用GMI的气体吸收截面查找表,加速气体吸收光学厚度计算,并通过构建气溶胶光学厚度参数查找表,拟合计算气溶胶光学厚度廓线,从而实现大气CO2快速反演.在此基础上,利用两年的GMI数据验证所提反演算法,并与全球总碳柱观测网(TCCON)站点观测结果进行对比.结果表明,所提出的加速算法与原始算法反演所得的大气CO2柱浓度之间的平均绝对误差为0.75×10-6,相关性达到85.5％,与TCCON站点之间平均绝对误差为3.01×10-6,满足1％的反演精度要求,在计算效率上,加速算法减少80％以上的计算时间.

    大气光学高分五号卫星气体检测仪XCO2快速反演算法气体吸收截面气溶胶光学厚度查找表

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    水下无线光轨道角动量通信湍流斜射信道建模及其系统性能分析

    赵阳殷洪玺季秀阳
    283-293页
    查看更多>>摘要：提出一种适用于水下涡旋光束湍流斜射光链路的信道模型,将海水的温度与盐度在深度上的分布情况与海洋湍流光信道相关联,基于多相位屏法搭建拉盖尔-高斯涡旋光束在海洋湍流中的斜射链路传播模型.数值仿真分析不同海水湍流参数、温度和盐度及链路倾斜角度等,对拉盖尔-高斯涡旋光束经海洋湍流斜射链路传输的闪烁指数和探测概率的影响.最后,基于全球海洋实时观测网Argo的真实数据,对湍流斜射链路的轨道角动量频移键控调制通信系统的性能进行数值分析,验证所提出的水下涡旋光束湍流斜射光链路信道模型的有效性.

    光通信水下无线光通信涡旋光束轨道角动量多层相位屏斜射光信道

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    空间分集信号间光程同步和共相合成方法研究

    李雨婷刘家盈潘姿廷李自强...
    294-301页
    查看更多>>摘要：受限于空间传输相差、光学器件误差、光纤长度不一致、外界环境干扰等因素,空间分集信号间不可避免地存在光程差和相位差,极大地影响了光学合成的效果.提出利用光纤延迟线补偿光程差,确保信息间的时域同步;通过光纤相位调制器校正相位差,实现分集信号的共相合成.搭建基于两通道的基础模块传输速率为10 Gbit/s的分集信号光学合成实验系统,结果表明,当实施光程补偿和共相控制之后,通信误码率稳定为零.此外,还探究了分集信号间光程时域同步的容差范围,对于非归零脉冲信号,信号间允许的最大光程差约为比特周期长度的70％.进一步地,完成了四路分集信号的光学合成通信实验,亦实现零误码,证明该方法的可扩展性.

    自由空间光通信空间分集光程同步共相合成

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    国际月球科研站光学监视系统发展设想(特邀)

    裴照宇徐之海邹永廖王琼...
    302-311页
    查看更多>>摘要：简要回顾了国内外月球与深空探测中光学相机监视系统的现状,分析了现有空间光学相机的基本技术特点,针对国际月球科研站,提出了光学监视系统的感知、协同配合、资源优化的总体建设目标及其功能完备、组网智能、轻小可靠等具体技术要求.基于对光学监视系统组成和前端各种光学相机成像特点的分析,提出了总体发展设想,梳理了技术树及主要关键技术的攻关方向.

    国际月球科研站光学监视系统任务需求关键技术

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    基于深度光流网络的光学气体成像中气体流速估计

    顾笑宇谷小婧丁杰顾幸生...
    312-322页
    查看更多>>摘要：聚焦于提升光学气体成像技术中气体流速估计的精度.首先,提出一种基于物理仿真的气体光流数据生成方法,构建真实且多样的气体光流数据集.此外,针对气体运动的特点设计一种基于梯度的损失函数,增强网络对气体边缘和内部微小运动的关注.最后,使用所提方法在合成数据上定量评估气体速度.结果表明,在气体光流估计任务中,经气体光流数据集微调的光流网络的性能提升较为显著,真实红外图像上的测试进一步证实所提方法在真实场景中的有效性.定量分析表明,使用所提方法估计得到的气体截面速度场准确率提升22百分点.所提方法不仅能够提高光学气体成像技术中气体流速估计的精度,也为类似应用的深度学习模型提供重要的技术支持.

    光学气体成像速度估计光流法合成数据梯度约束

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    非分散红外分析仪设计建模分析和应用

    张猛刘洋盛训超汤玉美...
    323-330页
    查看更多>>摘要：阐述了基于气体滤波相关的非分散红外(NDIR)检测技术.首先,依据NDIR技术原理建立仿真模型,利用模型仿真构建系统核心件参数与探测信号之间的关系,得出参考光路和测量光路的光强比值,为后续放大电路设计提供参考.其次,通过系统响应函数评估系统的测量误差最大不超过1×10-6,并定量评估外界温度变化对系统造成的误差.外界温度变化10 ℃会导致反演的CO2气体体积分数最大变化约为9×10-6,研究表明,为了保证仪器的精度和漂移要求,对长光程测量气室进行控温是必要的.所研制的NDIR分析仪使用模拟参数,并采用恒温技术将测量气室的温度控制在(45±0.1)℃,NDIR分析仪的测试结果表明,仪器检出限达到0.075×10-6,示值误差为0.19％,精密度(相对标准偏差)为0.11％,24 h内零点漂移低于0.033％ξFS(ξFS为满量程),且量程漂移也低于0.3％ξFS.NDIR技术测试结果和激光技术测试结果显著相关,其线性拟合度R2为0.94.实际设计的仪器测试结果表明,该仿真方法具有一定的应用价值.

    光学设计非分散红外技术温度控制检出限漂移

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    微小体积紫外可见反射式成像光谱仪的光学系统设计

    郭宝泽石恩涛王咏梅刘玖...
    331-340页
    查看更多>>摘要：目前,对于成像光谱仪系统的微型化,缺少有效方式来自动获得在固定体积范围内的良好设计起点.提出了一种微型反射式光谱成像仪初始结构的构建方法,建立体积与成像质量之间的联系,基于像差理论合理地缩小潜在结构的数量,求出在体积限制条件下包含色散元件的离轴初始结构,以为新型光谱仪提供准确的设计起始点,之后经过设计软件优化得到理想结果.基于此方法设计了一款在3 L体积限制下的离轴反射式成像光谱仪,设计结果表明:工作谱段为320～500 nm,在奈奎斯特频率(12 lp/mm)处各特征波长的调制传递函数优于0.8,系统弥散斑均方根小于10µm,光谱分辨率达到0.5 nm.整个设计系统的结构紧凑、分辨率高、成像质量好,为相关离轴反射结构设计提供了新思路和新方法.

    光学设计成像光谱仪反射系统像差理论

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    基于MEMS的收发分置的全景激光雷达系统

    王润苏宙平
    341-347页
    查看更多>>摘要：设计一款基于微机电系统(MEMS)扫描的全景激光雷达光学系统,该系统可以实现在水平方向对周围环境360°环扫.该系统包含环状透镜、异形棱镜及MEMS微振镜.光源出射的光束经过异形棱镜的球面进行会聚,会聚后的光束经过MEMS反射后进入棱镜,在棱镜内部经过一次全反射,从棱镜中折射并水平射出,水平方向发散角已达0.32°.当光束进一步经过环状透镜时,垂直方向的发散角也被压缩至0.13°.通过模拟发现,当MEMS扫描到不同位置时,出射光束在水平和垂直方向的发散角都分别保持在0.32°和0.13°附近.该系统的发射和接收单元位于MEMS双侧,模拟结果表明接收系统可以有效接收周围环境散射回来的光信号.该系统使用的元件数量较少,结构简单,光效率高,且不需要任何额外的转动的光学元件,为实现大视场的激光雷达提供一种有价值的方案.

    光学设计激光和激光光学激光雷达全景扫描异形棱镜环状透镜

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    真空管吸收体非对称复合平面聚光器模型构建与聚能特性

    易云帆郑灿阳肖李业戴鑫...
    348-356页
    查看更多>>摘要：复合抛物面聚光器(CPC)具有无需跟踪装置、系统结构稳定、聚集直散辐射等特征.其中太阳能复合平面聚光器(M-CPC)还具有面形利用率高、工作时间长、制造成本低等优点.本文基于边缘光线原理和蒙特卡罗光线追迹法,成功构建了非对称结构的无漏光复合平面聚光器(N-CPC),随后从工程适用性的角度进一步设计了无光线逃逸的非对称复合平面聚光器(NM-CPC),并通过可视化激光实验验证了面形结构的可靠性.研究发现,相比于贝壳形复合抛物面聚光器(SS-CPC),NM-CPC的光学效率变化更加平缓;吸热面上能流密度分布更加均匀,高温点峰值能量更低;春季、秋季具有更好的辐射能收集量,分别为206 MJ和190 MJ.研究结果表明NM-CPC具有良好的聚能特性.

    太阳能非成像聚光器非对称平面化效率

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