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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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    基于现场可编程门阵列和大功率LED阵列光源的小型化水下无线光通信系统的研究与实现

    黄安殷洪玺季秀阳梁彦军...
    218-228页
    查看更多>>摘要：针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输，二者的误码率(BER)分别为2。467×10-4和3。467×10-3。此外，该系统还实现了 22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m)，BER为3。619× 10-4。最后，实现了 12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。

    水下无线光通信现场可编程门阵列LED阵列高阶调制小型化光端机

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    基于高空飞机激光通信的轨迹预报、跟踪和指向系统

    焦崇淼贺岩胡善江侯春鹤...
    229-237页
    查看更多>>摘要：针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题，设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报，并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差，并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明，水下平台接收到航行参数后，能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0。6 s内预测60 s内的轨道位置，误差小于350 m，对应的理论指向误差不超过0。51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角，得到系统的指向误差为0。77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间，为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。

    激光通信跟踪指向系统指向精度轨迹预报

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    一种低复杂度和便于硬件移植的非线性均衡算法及其UWOC实时补偿实验演示

    肖胡浩殷洪玺王建英黄安...
    238-247页
    查看更多>>摘要：提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信(UWOC)系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra(31-sVolterra)算法，它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数，有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗，同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理，便于移植到小型硬件系统中。随后，在C6748芯片上实现了所提出的算法，并搭建了基于绿光LED的UWOC系统，对设计的数字信号处理(DSP)系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明，与无稀疏操作的Volterra算法相比，所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时，将资源消耗降低30％，在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了 20 Mbit/s的通信速率。

    光通信非线性均衡算法数字信号处理链表与线性表非线性项稀疏处理

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    蓝绿激光跨介质下行链路的偏振传输特性

    张建磊田雨欣王洁朱云周...
    248-255页
    查看更多>>摘要：为了研究粗糙动态海平面对折射偏振光的影响，利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换生成随机动态海面，建立了激光跨粗糙空气-海水界面的偏振光传输模型。研究了不同风速、不同距离、不同光发散角下激光穿过空气-海水信道后的偏振特性和闪烁指数。仿真结果表明，风速越大，接收偏振度越小，相同条件下，圆偏振光偏振度远大于线偏振光;信道距离越长，偏振度越低;风速和链路距离变大时，闪烁指数也变大;当光束发散角减小时，闪烁指数变大;反之闪烁指数减小。验证了所提模型的可行性。本文研究为空气-海水光通信提供了理论依据。

    水下无线光通信Elfouhaily谱跨介质偏振光闪烁指数

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    太阳上层过渡区极紫外三级次无狭缝成像光谱仪系统设计

    沈文杰邢阳光黄一帆彭吉龙...
    256-268页
    查看更多>>摘要：提出了一款工作在Ne Ⅶ 46。52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪，该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件，其中单个光栅仅工作于一个级次，这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端，显著提升了系统校正离轴光栅像差的能力，结合光谱数据反演算法可以实现24'×24'视场下的高空间(1。547")和高光谱分辨率(0。0078 nm)观测。

    成像系统太阳空间观测太阳极紫外成像光谱仪无狭缝超环面等线距光栅

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    基于宏微复合标定的跨尺度零件测量方法

    宋瑞张益华崔海华
    269-281页
    查看更多>>摘要：为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量，提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型，利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征，利用双目系统测量定位显微设备，从控制坐标转换精度的角度设计加工特殊的标定块，将其作为跨尺度中转坐标系，标定变焦扫描显微重建点云坐标系与测头坐标系的空间转换关系，从而将局部测量点云统一至一个数据集中以完成所有局部区域的整体拼接。与理论模型对比分析，所提测量方法的各孔圆心坐标分布圆度误差为0。0438 mm，平面度误差为0。0252 mm，对喷注器各孔位姿的点误差值小于0。029 mm，孔轴向误差小于0。1140°。与面结构光传感器重建结果对比分析，所提模型能够在保证高精度重建三维形貌的情况下，更加正确地获取跨尺度零件的尺寸和位置。

    表面形貌测量跨尺度多传感器方法点云拼接

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    水下光纤纳秒激光推进的短微腔结构性能研究

    葛杨李寒阳王鸿涛唐显淇...
    282-294页
    查看更多>>摘要：针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题，提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟，分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响，并在矩形微腔基础上提出U形微腔、双管微腔及含有阻塞结构的微腔。通过仿真得到了不同微腔对推力和冲量耦合系数的增大效果，证明了添加微腔可使水下光纤激光推进的冲量耦合系数得到103数量级的增大，并通过对比得出4种微腔结构中，双管微腔的结构形态对激光推进的性能提升影响最大，提升效果最好。

    激光光学水下激光推进微腔结构性能优化冲量耦合系数

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    空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

    段紫雯邢阳光彭吉龙代树武...
    295-307页
    查看更多>>摘要：太阳上层大气，即日冕、过渡区和色球，是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成，其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程，以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测，缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力，严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测，本文提出并设计了一款同时工作在17～21nm、70～80 nm和95～105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪，该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距(EVLS)光栅像差校正理论，采用狭缝扫描式成像光谱结构，实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验，仿真结果表明，所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果，系统空间分辨率优于0。6"，光谱分辨率在17～21 nm波段优于0。006 nm，在70～80 nm和95～105 nm波段优于0。008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义，对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。

    太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

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    服役载荷与结构参数对塔式太阳能定日镜光学精度的影响

    李彬颜健周炜彭佑多...
    308-317页
    查看更多>>摘要：以典型的20 m2小型定日镜为对象，采用光-机集成建模方法，研究了自重和风载荷联合作用下定日镜的服役光学精度特性，综合考虑了定日镜工作高度角、风压大小和关键结构参数的影响。结果表明，沿镜面横向的斜率误差分量Dx要明显大于沿其竖向的Dy，螺栓数量N增加对 影响不显著，但能显著减小Dy，反射镜面自身刚度弱是其服役光学精度下降的主要原因;机架中角钢型材的边长a在30～50 mm之间对光学精度影响较小，但厚度t对光学精度的影响较为显著。定日镜结构变形与镜面斜率误差均随着风压载荷的增加而线性增加，且不同高度角β下总镜面斜率误差变化曲线斜率基本一致;仅在自重作用下，高度角0°～90°内总斜率误差能控制在1。45 mrad以内;镜面变形与其斜率误差分布规律完全不同，镜面斜率误差与镜面变形之间并非呈线性正比关系，采用光学精度进行评价或指导定日镜结构优化设计是最佳途径。

    光学器件塔式定日镜服役载荷光-机集成镜面斜率误差光学精度

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    基于特征重组的遥感图像有向目标检测

    王友伟郭颖邵香迎王季宇...
    318-328页
    查看更多>>摘要：针对遥感有向目标存在的检测问题，设计了一个基于改进Rotated RPN的网络，设计特征重组机制，通过加权使网络关注有效目标区域。使用新的有向框标注方法，避免在临界角度出现错位等问题。在检测头前端使用极化注意力模块，改善因为分类和回归任务所需特征不一致导致的性能下降问题。实验结果表明，该模型可以提高多类目标的检测精度。相较于基准Rotated RPN，该模型在Dior-R数据集上精度提升4。95％，在HRSC2016数据集上精度提升11。75％。

    遥感有向目标检测深度学习特征重组极化注意力

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