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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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    线性菲涅耳聚光系统柱面反射镜的优化与聚光特性

    马军刘潮刘芳庞如帅...
    209-216页
    查看更多>>摘要：线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法，建立了通用计算模型，详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明，柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联，只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近，最大偏差为1。26％，平均偏差为0。38％。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下，当横向入射角大于45°时，系统瞬时光学效率保持在59。46％以上。在聚焦平面的较小范围(相对距离为-0。05～0。05)内，能流密度高且均匀性较好，适合布置光伏电池组件。

    光学设计线性菲涅耳柱面反射镜光学性能能流分布

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    基于CGH多镜定姿定态的离轴光学系统装调方法

    吴一凡陈建发崔泽曜黄浩阳...
    217-225页
    查看更多>>摘要：针对离轴光学系统装调过程中自由度高且互相耦合的问题，提出一种新的离轴自由曲面反射式光学系统装调方法，采用计算全息图(CGH)实现多镜共基准定姿定态，解耦合系统各镜片的装调自由度，显著降低系统装调复杂度;分析CGH用于定姿定态时的定位精度，提高系统装调精度和效率，适应不同构型的离轴光学系统。利用上述方法，完成口径为210mm、视场为2°× 2°的近红外长波红外双波段离轴反射式光学系统装调，全视场波像差RMS小于0。126λ(λ=632。8 nm)，达到设计预期，装配周期短，成像质量优良。

    光学设计计算全息图离轴三反自由曲面

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    制造约束下自由曲面离轴多反光学系统设计方法

    孙艺玮魏阳杰陈思轲赵继...
    226-237页
    查看更多>>摘要：在离轴多反光学系统的装调过程中，光学对准工作成本高、操作复杂。光学系统的一体化加工制造方法通过在设计过程中加入制造约束避免了离轴多反系统的反复装调。然而，现有自由曲面离轴多反系统的设计方法很少考虑制造约束，设计的光学系统无法满足一体化加工制造的要求。针对这一问题，提出了一种符合制造约束的离轴多反系统自动生成方法。首先，提出了由共圆程度函数和遮拦评估函数构成的制造约束模块，对初始结构的合理性进行判断;其次，通过对离轴多反系统的光路结构进行光线追迹，构建了光学系统初始结构的综合目标搜索函数;然后，以搜索获取的初始结构参数为输入，结合改进的Wassermann-Wolf(W-W)法，提出了制造约束下自由曲面离轴多反系统的设计方法。实验结果表明，所提方法可以在保证较高成像质量的前提下，快速、准确地设计出符合制造约束的自由曲面离轴多反系统。

    制造约束离轴多反设计起点自由曲面

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    轻小型短波红外自准直高光谱成像仪设计

    刘洋李博顾国超李寒霜...
    238-246页
    查看更多>>摘要：随着搭载平台技术的不断进步，对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求，轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题，本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导，得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构，并逐步进行优化。同时，在狭缝处引入一块平面反射镜，对望远系统进行折叠，避免狭缝与探测器干涉，并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610～1640 nm，F数优于3，在奈奎斯特频率为20 lp/mm时，调制传递函数(MTF)均优于0。8，全视场均方根半径(RMS)均小于7μm，光谱分辨率均优于0。1nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。

    光学设计成像光谱仪自准直轻小型

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    全向双功能太赫兹超表面器件

    张丽娜李九生
    247-259页
    查看更多>>摘要：传统太赫兹多功能超表面器件只适用于对圆极化波或线极化波进行单独操控，应用场景受到局限。针对这一问题，提出一种全向双功能太赫兹超表面用于对圆极化和线极化波进行操控。该超表面单元由4层聚酰亚胺介质以三明治形式分隔5个金属层(顶层和底层椭圆金属图案、第3和第7层的金属光栅以及中间矩形金属条结构)组成。当圆极化太赫兹波入射时，该超表面结构在频率1。4 THz和1。5 THz处产生拓扑荷数l=±1、±2涡旋波束，在1。3 THz处产生l=-1四个涡旋波束和l=+2偏移涡旋波束，并且在1。5 THz处同时产生l=-1、+2叠加涡旋波束。当线极化太赫兹波从±z方向入射时，所设计的超表面在频率0。72 THz处实现透射波极化转换功能，极化转换率大于95％。研究结果表明，该超表面为实现双向多功能太赫兹波调控器件设计提供了一种创新思路。

    太赫兹涡旋波束发生器极化转换多功能

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    可切换频段的太赫兹编码超表面

    汪静丽杨志雄尹亮董先超...
    260-270页
    查看更多>>摘要：依据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面，其顶层是金属-二氧化钒(VO2)复合结构层，中间是聚酰亚胺介质层，底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面，可以产生多种太赫兹波束形式，并且随着VO2的相变，可以在不改变原波束形式的情况下实现从单频段到双频段的切换功能。通过设计不同的编码序列，令编码超表面分别产生了涡旋波和散射波，对于垂直入射的右旋圆极化波(左旋圆极化波类似):当VO2处于绝缘态时，在频段1。17～1。37 THz处可以产生与编码序列所对应的波束形式;当VO2相变为金属态时，在0。87～0。92 THz和1。4～1。6 THz两个不同频段处分别获得与VO2处于绝缘态时相同的波束形式，进一步拓宽波束产生的频段。所提出的编码超表面利用了VO2的相变特性增加了太赫兹工作的频段，为实现频段可切换的太赫兹编码超表面提供了思路，在太赫兹波束调控中的调频方面有一定参考意义。

    光学器件太赫兹编码超表面二氧化钒可切换频段

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    双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

    廖庆洪邱海燕程绍平朱泓宇...
    271-279页
    查看更多>>摘要：机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数，对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下，利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱，基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA，使腔场内形成强烈的非线性压缩效应，量子反作用加热过程得到有效抑制，系统净冷却率得到显著提高。此外，讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数，声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。

    量子光学双拉盖尔-高斯腔基态冷却腔内压缩光力噪声谱

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    基于EPR导引的连续变量安全量子克隆

    王俊翟淑琴
    280-287页
    查看更多>>摘要：利用量子信道和经典信道相结合的方法，采用部分脱体传输设计了连续变量1→2量子克隆方案，在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明:双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模Clone 1，取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引，但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于2/3。在输出模Clone 1的最优增益下，观察了输出模Clone 1和输出模Clone 2的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化，发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度，且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。

    量子光学量子克隆量子关联双向导引

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    改进对称零面积变换寻峰算法在拉曼光谱中的应用

    王海黄宁何泽王鹏...
    288-299页
    查看更多>>摘要：拉曼光谱法是一种高效、无损的化学信息获取分析方法。拉曼光谱中的特征峰位包含了物质的化学信息。对称零面积变换寻峰法是一种常用的寻峰方法，但在寻峰前需要输入有关谱线的各项参数，如窗宽、洛伦兹函数半峰全宽、高斯函数半峰全宽等等。对于不同的拉曼光谱，需要输入的这些参数可能不同。如果输入参数与当前拉曼光谱不符合，寻得的峰位可能不准确。本文对对称零面积法进行改进，将拉曼光谱谱峰的半峰全宽归一化，减少了需要输入的各项参数，并结合Whittaker Smoother去噪算法和非对称加权惩罚最小二乘(arPLS)去基线算法，形成WALPSZ寻峰算法。该算法提高了对不同分辨率的拉曼光谱寻峰的准确性和普适性。将该算法应用于Raman Open Database和实际测量的光谱数据的寻峰中，并将获取的峰位与相关文献的数据进行对比，验证了其可靠性和对不同拉曼光谱数据的适用性。

    光谱学拉曼光谱自动寻峰对称零面积变换

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    基于Geant4-CST联合仿真的条纹变像管光电子产生与控制

    廖宇翔王子辰唐林冯俞铭...
    300-307页
    查看更多>>摘要：碘化铯(CsI)光电阴极广泛应用于超快诊断中，光电子的空间分布、能量分布、时间分布等与条纹变像管的整体性能有着密切的关联。本文联合粒子仿真软件Geant4和三维电磁软件CST实现了对CsI光电阴极的光电子产生与控制过程的全动态模拟。采用Geant4软件对CsI光电阴极的光电转换过程进行建模，分析了二次电子出射能量、时间、位置、角度等发射特性;通过数据交互，统计了出射光电子的分布规律，然后将其应用于CST中建立阴极发射模型，并在CST中设计出一款弧矢、子午方向上放大倍率皆为2的各向异性聚焦条纹变像管。

    X射线光学Geant4联合仿真碘化铯光电发射特性各向异性聚焦条纹变像管

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