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光子学报
光子学报

侯洵

月刊

1004-4213

photon@opt.ac.cn

029-88887564

710119

西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱

光子学报/Journal Acta Photonica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为学术月刊。宗旨是展示光子学的新理论、新概念、新思想、新技术和新进展，反映代表本学科前沿并具有国内外先进水平而为国际上关心的最新研究成果，促进国内外学术交流和讨论，加速科学技术进步。主要刊登本学科的学术论文、研究简报、研究快报。内容涉及光学，及其量子光学、瞬态光学、光电子学、光物理、光化学、光生物学、生物光子学、光医学、光通信、光传播、光传感、光计算、光神经网络、集成光学、信息光学、导波光学、非线性光学、高速摄影、智能光仪、微尺度光子技术、光装置中的电子学、力热声电磁核的光效应与光的力热声电磁核效应、光子功能材料、光子自身相互作用、光子的时空特性与结构、光子的经典与非经典效应等。本刊载文已被国内外多家数据库收录，并被国际检索刊物SA、EI、CA、PЖ作为源刊使用。
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    可见光脉冲输入下微通道板光电倍增管的动态范围研究

    魏佳男刘虎林陈萍李阳...
    1-12页
    查看更多>>摘要：结合理论分析与实验测试，研究了在可见光脉冲输入条件下频率以及第二片微通道板与阳极之间电势差对微通道板光电倍增管动态范围的影响。研究结果表明:随着信号光脉冲频率的增大，微通道板壁面电荷补充不充分致使阳极输出偏离线性，并逐渐趋于饱和。当输入可见光脉冲宽度为50 ns，频率为500 Hz时，阳极的最大线性输出达到2 V(即40 mA);当输入光频率增加到1000 Hz，阳极输出在 1 V(即 20 mA)时线性偏离程度达到 10%以上;当输入光频率增加到 5000 Hz，阳极输出在0。3 V(即6 mA)时线性偏离程度达到约15%。随着第二片微通道板与阳极之间电势差的增大，阳极最大线性输出电压呈现波动性变化而非与其呈线性关系。当第二片微通道板与阳极之间的电势差在200 V左右时，阳极线性输出电压达到峰值，随着电势差不断增大，阳极线性输出电压开始出现波动，在电势差为500 V左右时达到第二个峰值，这主要是由于极板间电场强度与空间电荷效应共同作用的结果。该研究可为提升微通道板光电倍增管的动态范围提供指导，便于其应用于强辐射脉冲测量、激光通信等领域。

    微通道板型光电倍增管动态范围输入光脉冲频率微通道板-阳极电压线性偏离

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    红外焦平面探测器复合条件工作点闪元标定方法

    赵雯昕赖雪峰夏昱成李素钧...
    13-25页
    查看更多>>摘要：针对闪元传统标定方法的不足，提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明，单一工作点上闪元检测率平均提高了12。49%，与传统方法相比，整体闪元检测率提高了9。41%。本文所提方法有效提高了闪元的检出率。

    红外焦平面探测器闪元检测闪元标定复合条件工作点能量域图像

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    基于NSGA-Ⅱ传感位置优化的曲面重构及误差补偿方法

    尚秋峰张晓旭
    26-36页
    查看更多>>摘要：通过优化光纤布拉格光栅形状传感技术中传感点位置和补偿重构结果来提高薄层合金板三维形状重构精度。通过ANSYS workbench建立合金板仿真模型，提取应变和位移模态振型，根据模态置信准则、转换矩阵稳定性和模态振型相似性分别设计了三个目标函数，采用快速和精英机制的多目标遗传算法优化传感器位置。将镍钛合金板弯曲成不同曲率半径的弧形，利用光纤布拉格光栅中心波长漂移量和线性插值算法计算得出不同形状下的结构应变，重构合金板形状，均方根误差和最大误差相较于单目标优化算法分别减小30%和15%。利用粒子群优化径向基函数神经网络算法拟合误差与位移的关系实现误差补偿，均方根误差和最大误差比无补偿时分别减小了90%和70%，最大相对百分比误差仅为5%，提高了三维形状重构算法精度。

    光纤传感光纤布拉格光栅粒子群优化径向基函数形状重构模态法多目标优化误差补偿

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    广义Gamma分布弱湍流环境含指向误差串行中继水下无线光通信系统误码性能分析

    王懿旭李岳衡黄平居美艳...
    37-51页
    查看更多>>摘要：鉴于目前普遍选用的水下弱湍流模型无法准确拟合实测数据的缺陷，选取经实验测试验证的广义Gamma分布来表征海洋弱湍流，以期合理评估受湍流等因素影响的水下无线光通信系统的误码性能。提出一种包含广义Gamma分布弱湍流、零/非零视轴指向误差以及无衰落信道冲激响应隐路径损耗和多径效应的混合衰落信道模型，据此推导混合衰落串行中继无线光通信系统平均误码率的数学闭型表达;通过数值仿真验证所推导的误码率理论表达式的准确性，并考察不同系统核心参数对误码率的影响。研究结果表明:串行中继节点的引入可有效提高系统的误码性能，以零视轴指向误差、最终传输距离达45 m、误码率需求10-3为例，引入1至3个串行中继节点后，系统从一开始的无法工作，变为所需的发射功率分别降低至24 dBm、12 dBm和6 dBm;而光源初始发散角增大导致的无衰落信道冲激响应时延扩展，即符号间干扰，则会严重降低此性能改善。

    水下无线光通信串行中继性能分析误码率广义Gamma分布

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    基于外部气相沉积的S+C+L波段低色散斜率大有效面积非零色散位移光纤的设计与制备

    查健江王元达何学荣侯伟...
    52-63页
    查看更多>>摘要：针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求，设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面，利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤，并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比，探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现，当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时，零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在 0。52%～0。53%，芯层半径比在2。6～2。7时，光纤的有效面积接近70 μm2，零色散波长在1420 nm附近，在1550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm-1·km-1，色散斜率为0。059 ps·nm-2·km-1，可以较好地抑制传输过程中光非线性效应，满足长途干线网与城域网的使用要求。

    光纤通信非零色散位移光纤外部气相沉积工艺S+C+L波段低色散斜率大有效面积波分复用

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    空间碎片干扰下的卫星光网络路由算法研究

    曹阳邢雯珺彭小峰包朝园...
    64-74页
    查看更多>>摘要：针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题，提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构，对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真，得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可见性分析，提出了方向影响因子和方向增强指数，结合星间链路距离及传输时延综合考虑链路代价，从而选择合适的传输路径方向，依次在每个卫星节点对间进行最小路径选择，并以路由跳数为评价指标。仿真结果表明，在有空间碎片存在的环境中，所提算法能够在不牺牲通信质量的前提下，实现路由跳数相比Dijkstra算法降低14%，传输时延相比Dijkstra算法减少17%。

    激光通信卫星路由链路状态路由算法空间碎片

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    基于光纤光栅的矢量位移测量传感装置与试验研究

    郑勇余洁陈洪凯易兴...
    75-84页
    查看更多>>摘要：为了同时确定监测结构的位移大小和方向，提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元，以杠杆杆件来传递位移，测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构(核心传感单元)的标定试验，结果表明所有传感单元均具有较高的线性度，测量范围为0～140 mm，灵敏度为4。362 pm/mm，迟滞性误差为3。25%，重复性误差为6。62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中，研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能，并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较，两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高，表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形，在智能监控领域有广阔的应用前景。

    光纤布拉格光栅位移传感装置二维位移大量程结构监测

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    光纤光栅滑触感知和分类训练的材质识别方法

    潘睿智冯艳刘贺祥王昊祥...
    85-96页
    查看更多>>摘要：利用光纤布拉格光栅在触觉传感方面的高灵敏和柔韧性优势，进行了滑触感知和分类训练研究，实现了在线材质识别。通过理论分析，优化光纤光栅封装，搭建了光纤光栅滑触感知平台，并研究其上位机控制方法及材质在线识别分类算法，提取中心波长的均值最大差值、差值、极差特征作为三维特征，应用支持向量机算法进行分类训练。训练结果表明，在5、10、15 cm/s滑移的混合数据集下，对粗布、PLA、砂纸800目的分类准确度达96。6%。相较于其他特征分类法，具有更好的分类能力和适应不同滑移速度的优势。在5～15 cm/s随机滑速的36次(3类材质×3个样品×4次滑移)验证测试中正确识别了34次。研究成果可为智能感知机器人提供一种在线新颖的材质识别方法。

    光纤布拉格光栅滑触感知三维特征分类算法材质识别

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    基于两平晶三面互检的折射率均匀性测量方法

    马致遥郑东晖陈磊马骏...
    97-106页
    查看更多>>摘要：结合奇偶函数理论，提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量，对折射率均匀性引入的误差进行分部求解，生成4个随机波面作为初始 3个表面面形和折射率均匀性误差，对其中的均匀性误差复原，结果与初始值仅相差 0。6×10-6，残差与平晶表面面形的低频信息无关，仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测，将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同，指标结果仅相差0。2×10-6，波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项，旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下，均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。

    物理光学光干涉测量奇偶函数法光学均匀性绝对检测

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    基于温度场与D-Kalman参数估计的光学电压传感温度补偿方法

    陈胜硕李岩松陈东旭康世佳...
    107-126页
    查看更多>>摘要：光学电压传感器在温度稳定性方面仍有亟待解决的问题，一是电光晶体在温度变化时存在温度梯度，导致表面温度与光路温度不等;二是晶体物性参数也会受到温度影响。为此提出一种基于温度场与双卡尔曼滤波(Dual Kalman，D-Kalman)参数估计的温度补偿方法。以锗酸铋晶体为研究对象，在对传感器输出信号进行交直流分离的基础上，先利用半解析法建立晶体暂态温度场模型，再分别通过卡尔曼滤波与中心差分卡尔曼滤波实现对晶体内部温度和初始温度下晶体折射率的状态估计，最后将修正参数与传感器输出信号高频分量相结合计算补偿电压。实验结果表明，传感器在外界温度为[20℃，40℃]以0。5℃/min速率不断升高的环境下，暂态温度场解析式的仿真精度在0。02%以内，实验测量精度在0。2%左右，补偿输出电压测量精度优于0。52%。与同平台下反向传播神经网络温度补偿效果以及不同平台下的补偿效果相比，该方法提高了传感器测量精度。

    光学电压传感器温度稳定性暂态温度场卡尔曼滤波中心差分卡尔曼滤波

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