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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。
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    基于非色散红外光谱的可调光程痕量气体检测系统

    宋栓军程彪张婕
    1-10页
    查看更多>>摘要：针对红外痕量气体检测系统体积大、检测精度低和最低检测限高等问题，研制了基于非色散红外(NDIR)光谱的可调光程痕量气体检测系统。利用该系统实现了4种痕量气体的高精度检测，设计并制作了可调光程气体吸收池及集成化红外气体传感器的关键部件结构。为达到最佳光程和光能利用率，基于怀特池结构，以主副镜片相对位置最佳为优化目标，借助光学仿真软件进行光路优化，得到不同气体对应的最佳光程及副镜位置。基于最小二乘法构建气体体积分数计算模型，对系统准确性及最低检测限进行实验测试。结果表明，该系统可实现的光程调节范围为1。6～16 m，光程相对误差为±1％，在1×10-6～500×10-6的体积分数范围内，SF6、CH4、CO和CO2的最大检测误差不高于8％，最低检测限分别降低至1。361×10-6、0。487×10-6、0。420×10-6、0。769×10-6。该系统体积小、检测精度高、最低检测限低，可广泛应用于多种红外痕量气体检测。

    红外痕量气体检测NDIR光谱技术可调光程怀特池光程自动调节装置

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    高信噪比反射式体布拉格光栅滤光片的设计方法

    郑丽丽晋云霞孔钒宇莫建威...
    11-19页
    查看更多>>摘要：记录在光敏热折变玻璃中的反射式体布拉格光栅是密集波分复用和解复用的优良器件，但光栅两端耦合强度突变引起的旁瓣会导致信道间串扰，进而对复用和解复用效果产生影响。基于F矩阵理论，建立了反射式体布拉格光栅切趾理论模型，通过定义有效折射率调制度实现了对不同切趾体光栅衍射效率的归一化，并对余弦、高斯、双曲正割3种函数的切趾效果进行系统的对比与分析。基于此模型设计了一套C波段通用体布拉格光栅型滤光片，为高信噪比的反射式体布拉格光栅滤光片的研制提供了理论设计依据。

    波分复用光敏热折变玻璃反射式体布拉格光栅切趾光栅

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    星间激光通信组网中改进自抗扰控制研究

    高运普刘洋滕云杰刘建华...
    20-26页
    查看更多>>摘要：为提高星间激光通信组网跟踪精度和光能量利用率，研究了一对多激光通信端机的控制策略。分析了一对多粗跟踪光学天线的结构和控制系统组成，针对实际控制中系统包含的内外部扰动，根据自抗扰控制设计了结合卡尔曼滤波的模型辅助扩张状态观测器，以提升扰动估计能力，并用期望频率响应法设计了控制器。对所提算法进行仿真，根据实际约束条件完成参数整定，仿真结果表明所设计的控制算法相比线性自抗扰和传统控制算法具有更强的跟踪性能和扰动抑制能力。搭建室内平台进行实验，结果表明，所设计的控制算法相比传统控制算法，对主镜的控制精度提高了34％，对从镜的控制精度提高了40％，总体控制精度得到显著提高。

    激光通信组网自抗扰控制卡尔曼滤波四象限探测器

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    基于多谐波混频和非线性曲线拟合的相位解调算法

    黄怿赵宗领蔡冰涛胡程勇...
    27-36页
    查看更多>>摘要：为了消除相位生成载波解调算法中相位调制深度漂移和载波相位延迟引起的非线性失真，提出一种基于多谐波混频和非线性曲线拟合的改进算法。该算法利用三对参考载波分量与干涉信号混频消去相位延迟项;然后，利用列文伯格-马夸尔特非线性曲线拟合算法获取的误差补偿方程，对调制深度漂移引起的非线性误差进行补偿;最后，采用符号恢复方法对解调信号的符号进行恢复。仿真和实验结果表明，改进方案的信纳比达到54。52 dB，总谐波失真低至-63。04 dB，解调系统的输入输出线性度高达99。99％。相比于传统算法，改进算法不受调制深度漂移和相位延迟的共同影响，具有更高的稳定性和更低的谐波失真。该研究为光纤传感器在实际应用中的信号处理方案提供了参考。

    光纤光学相位生成载波相位调制深度载波相位延迟多谐波混频非线性曲线拟合符号恢复

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    基于差分-补偿-积累算法的Ф-OTDR系统相位解调方法

    张立欣康清华黄达霍锴...
    37-45页
    查看更多>>摘要：基于相位敏感光时域反射计的分布式声波传感系统常用于振动信号的检测，但在相位解调时容易产生相位模糊现象，导致解调后的相位值失真、难以准确反映振动信息。针对相位模糊问题，本文提出一种基于差分-补偿-积累的相位解调算法，可有效避免相位变化幅度超出2π时产生的相位错乱现象，实现振动信号相位信息的准确提取。首先，对数字正交相位解调得到的相位信号进行一次后向差分，消除积累的相位噪声，避免相位噪声的全局传播，最小化误差;然后，在差分域选择合适的补偿系数对相位信号进行补偿，扩大差分-补偿-积累方法的解调范围;最后，将补偿后的相位进行累加获得准确的相位值。实验结果表明，本文方法在10 m空间分辨率下实现了20、60、100 Hz振动信号的重建，并有效降低了相位噪声的干扰，提升了系统信噪比。

    相位敏感光时域反射计相位解调振动监测相位模糊

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    基于光子晶体光纤和空芯光纤的法布里-珀罗干涉型气压传感器

    张仁龙孔德旭张嘉伟张雨菲...
    46-55页
    查看更多>>摘要：研究了一种全光纤法布里-珀罗干涉型气压传感器，其中传感探头由单模光纤、空芯光纤以及光子晶体光纤级联组成，空芯光纤与光子晶体光纤的长度分别约为60μm和370μm，传感探头的总长度仅为430μm。空芯光纤作为气压的传感腔，空芯光纤与单模光纤的熔接处为反射面，光子晶体光纤的微纳气孔作为进气以及排气通道，该光子晶体光纤为折射率引导型光纤，其固态纤芯两个端面均为反射面。该传感探头的反射光谱是由多个反射面的反射光干涉叠加形成的。通过快速傅里叶变换和傅里叶带通滤波的方法提取空芯光纤作为传感腔的输出光谱，在气压为0～2。5 MPa范围内实现的气压灵敏度约为3。84 nm/MPa，线性度高达99。8％，温度灵敏度为12。1 pm/℃。所研究的气压传感器在工业、医疗、环境监测、航空航天和地质勘探等领域具有潜在的应用前景。

    气压传感器光子晶体光纤空芯光纤法布里-珀罗干涉仪快速傅里叶变换

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    基于光电二极管阵列传感器的可见光定位系统

    汝贵秦岭王凤英胡晓莉...
    56-64页
    查看更多>>摘要：针对现有煤矿井下可见光定位技术中存在的系统定位精度低、训练时间长的问题，提出一种基于光电二极管(PD)阵列传感器的煤矿井下可见光定位系统。首先，结合各种PD阵列模型，包括方形、圆形和伞形PD阵列传感器，建立仿真模型;然后，提出一种简单循环单元(SRU)算法，以实现快速位置确定，并构建了基于SRU神经网络的定位系统。通过对比多种PD阵列模型，发现伞形PD阵列模型的定位精度最高。仿真结果表明，系统在3。6 m×3。6 m×3。0 m的空间内，基于伞形PD阵列传感器的可见光定位系统的平均定位误差为0。94 cm，训练时间为1 s。因此，该定位系统能够在煤矿井下提供可靠的定位服务。

    PD阵列传感器可见光定位煤矿井下

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    基于DPSK的量子噪声流加密光隐藏通信系统

    刘占琪朱华涛唐正毅殷永亮...
    65-73页
    查看更多>>摘要：量子噪声流加密(QNSC)是一种将传统加密技术与物理层安全技术相结合的新兴光网络安全传输技术，保障传输安全的前提是收发双方共享安全的密钥。一次一密的加密方式在理论上能够保证唯密文攻击情况下的绝对安全，然而在实际的量子噪声流加密系统中，密钥的真随机性难以保证，通信行为的暴露会引起窃听者极大兴趣，密钥被暴力破解的风险将显著增加。将量子噪声流加密信号隐藏在噪声下传输，可提高传输信号的不可感知性。为进一步提高量子噪声流加密通信系统的安全性能，提出一种基于差分相移键控(DPSK)的量子噪声流加密光隐藏通信方案，将量子噪声流加密信号隐藏在公共信道中传输，在确保量子噪声流保密性能不变的前提下，通过增加密钥基数、提高隐藏信道发射功率来提升隐藏信道的传输性能;推导了DPSK平衡接收机量子噪声掩盖状态基数表达式，并探讨了隐藏性与保密性的权衡。仿真结果验证了所提隐藏方案的可行性，该方案能够与波分复用(WDM)系统兼容，在250 km传输距离上可以实现无误码传输。

    量子噪声流加密光隐藏通信相位调制物理层安全

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    光纤扰动信号识别的可解释性特征选择方法

    孙敏方捻
    74-83页
    查看更多>>摘要：特征选择对基于机器学习方法的相敏光时域反射仪(φ-OTDR)系统的扰动信号的识别具有重要意义。提出一种高效的、具有可解释性的特征选择方法。该方法利用机器学习可解释性方法[沙普利加和解释(SHAP)]量化特征对模型的贡献，并按特征重要性进行排名，选择若干重要的特征构建特征子集。利用北京交通大学的开源数据集，提取6种扰动事件的22种特征，并构建4种常用的分类模型进行信号识别。在保证识别准确率的前提下，根据模型的特征重要性排名结果的差异性，选择不同数量的特征重新训练模型后，识别时间均有不同程度的减少，识别性能获得不同程度的提升，其中随机森林的性能最优，平均识别准确率提高到96。5％，且单个样本的平均识别时间减少19。3％。在选择同样数量的特征条件下，所提方法的平均识别准确率均高于其他方法。实验结果证实了所提可解释性特征选择方法的优越性和可靠性。

    传感器相敏光时域反射仪信号识别特征选择机器学习可解释性

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    基于DP-MZM调制交/直流功率检测的瞬时频率测量

    田成李晶赵韦晨裴丽...
    84-94页
    查看更多>>摘要：提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)调制单支路交/直流功率检测的瞬时频率测量(IFM)方案。通过引入可调的射频时延将射频频率信息映射到光场相位，再经光电转换传递至交/直流功率比函数，即幅度比较函数(ACF)，再利用ACF映射关系实现射频信号的瞬时频率测量。对方案进行了理论分析与计算，结果表明，ACF曲线仅与射频时延差有关，通过调节延迟线引入的时延差可实现测频范围的大范围可调。对系统进行了仿真验证，结果表明，测频范围为0～16。7 GHz的IFM系统方案的误差范围为±200 MHz。最后，对影响测频精度的调制系数、调制器偏置电压漂移、调制器消光比进行了讨论，得到了各自的容差范围。

    微波光子瞬时频率测量光信号处理射频光子学

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