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期刊信息/Journal information
中国光学
中国科学院长春光学 精密机械与物理研究所 中国光学学会
中国光学

中国科学院长春光学 精密机械与物理研究所 中国光学学会

王家骐

双月刊

2095-1531

zggxcn@126.com

0431-84627061

130033

吉林省长春市东南湖大路3888号

中国光学/Journal Chinese Journal of OpticsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国光学》的前身是1985年创办的《中国光学与应用光学文摘》，当时是国内光学领域唯一的检索刊物。2008年底《中国光学与应用光学文摘》转型更名为《中国光学与应用光学》期刊，刊载内容突破了文摘的限制，正式成为学术刊物。2011年更名为《中国光学》，并成为中国光学学会会刊，由中科院长春光机所与中国光学学会共同主办，激光与物质相互作用国家重点实验室协办。经过多年发展，《中国光学》先后被Scopus、EI、ESCI、中文核心期刊要目总览等多个国内外知名数据库收录。主要刊出方向包括：微纳光学、信息光学、集成光电子、光谱学和光谱仪器、激光技术与应用、光学功能材料、光学设计与工艺、大气与空间光学、光学仪器与测试等。
正式出版
收录年代

    高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究

    陈斐王树青程年恺张婉飞...
    253-262页
    查看更多>>摘要：为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-in-duced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化.本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本.将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测.实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度.在 1～50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为 10 kHz.在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在 45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间tot为 426 ns.在激光重复频率为 10 kHz、光纤采集角为 45°、延迟时间为 400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2 为 0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的 0.8%可以降低至 0.18%.定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平.因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用.

    激光诱导击穿光谱自吸收免疫光学薄高重频激光器声光门控

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    基于金属-介质-金属的可调谐窄带完美吸收的研究

    王晓坤李周梁国龙
    263-270页
    查看更多>>摘要：为了实现窄带完美吸收,本文提出了一种简单的三层金-二氧化硅-金薄膜(MDM)结构.通过电磁波时域差分算法(FDTD)进行模拟仿真和理论计算,详细分析了该结构的可调谐吸收特性,同时建立了理论模型,分析了其中存在的电磁模式以及窄带完美吸收的物理机制.首先,利用电磁波时域差分算法和传输矩阵算法(TMM)对该结构进行了理论计算,详细地分析了各个结构参数对吸收光谱的影响.然后,对该结构形成的窄带完美吸收物理机制进行了分析讨论.最后,利用磁控溅射制备手段,成功制备了三层结构的样片.实验观测到的结果与理论仿真一致.实验结果表明:本文提出的窄带完美吸收结构,最窄带宽约为 21 nm,最高吸收可达 99.51%,基本实现了窄带完美吸收.本文研究成果为相关应用奠定了基础.

    薄膜完美吸收超薄薄膜

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    深度相机的测量误差建模及校正

    魏瑞丽王明军周熠铭易芳...
    271-277页
    查看更多>>摘要：ToF(Time of Flight)深度相机是获取三维点云数据的重要手段之一,但ToF深度相机受到自身硬件和外部环境的限制,其测量数据存在一定的误差.本文针对ToF深度相机的非系统误差进行研究,通过实验验证了被测目标的颜色、距离和相对运动等因素均会对深度相机获取的数据产生影响,且影响均不相同.本文提出了一种新的测量误差模型对颜色和距离产生的误差进行校正,对于相对运动产生的误差,建立了三维运动模糊函数进行恢复,通过对所建立的校正模型进行数值分析,距离和颜色的残余误差小于 4 mm,相对运动所带来的误差小于 0.7 mm.本文所做工作改善了ToF深度相机的测量数据的质量,为开展三维点云重建等工作提供了更精准的数据支持.

    ToF深度相机深度误差误差校正

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    基于多特征SAD-Census变换的立体匹配算法

    吴福培黄耿楠刘宇豪叶玮琳...
    278-290页
    查看更多>>摘要：视差不连续区域和重复纹理区域的误匹配率高一直是影响双目立体匹配测量精度的主要问题,为此,本文提出一种基于多特征融合的立体匹配算法.首先,在代价计算阶段,通过高斯加权法赋予邻域像素点的权值,从而优化绝对差之和(Sum of Absolute Differences,SAD)算法的计算精度.接着,基于Census变换改进二进制链码方式,将邻域内像素的平均灰度值与梯度图像的灰度均值相融合,进而建立左右图像对应点的判断依据并优化其编码长度.然后,构建基于十字交叉法与改进的引导滤波器相融合的聚合方法,从而实现视差值再分配,以降低误匹配率.最后,通过赢家通吃(Winner Take All,WTA)算法获取初始视差,并采用左右一致性检测方法及亚像素法提高匹配精度,从而获取最终的视差结果.实验结果表明,在Middlebury数据集的测试中,所提SAD-Census算法的平均非遮挡区域和全部区域的误匹配率为分别为 2.67%和 5.69%,测量 200～900 mm距离的平均误差小于 2%;而实际三维测量的最大误差为 1.5%.实验结果检验了所提算法的有效性和可靠性.

    机器视觉立体匹配SAD-Census变换十字交叉法引导滤波

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    基于双峰谐振长周期光纤光栅的海水盐度传感器

    杜超赵爽宋桦可王秋雨...
    291-299页
    查看更多>>摘要：为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO2 激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG).首先,利用CO2 激光器在 80 μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO2 激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性.其次,通过调控CO2 激光器的制备周期,使高阶包层模式LP1,9 工作在DTP附近,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度.在双峰谐振增敏效应的作用下,当海水盐度从 5.001‰变化到39.996‰时,光栅周期为 115.4 μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达 0.279 nm/‰.研究结果表明,本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点,其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景.

    光纤光学长周期光纤光栅色散转折点海水盐度CO2激光技术

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    一维阵列涡旋光束在海面大气中的传输特性

    侯政诚张明明白胜闯厉淑贞...
    300-311页
    查看更多>>摘要：相较于单涡旋光束,涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量,研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义.本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIGn,n)模式,采用海上大气折射率变换的功率谱,模拟海面大气湍流.基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况.结果表明:(1)HIGn,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加;(2)n为奇数的HIGn,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小,且高于n为偶数的HIGn,n模式;(3)阶数n>1的HIGn,n模式比LG0,1 模式具有更好的稳定性;(4)阶数越高,HIGn,n模式的质心漂移标准差越小.其次,选取线性阵列涡旋光束(LAVBs)进行对比,研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能,但由于HIG光束具有独特的结构,故可适用于不同的应用场景.最后,分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响,结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力.本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义.

    大气光学螺旋因斯高斯模式阵列涡旋光束闪烁因子湍流

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    光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调

    周朕蕊张国强邱宗甲郭少朋...
    312-323页
    查看更多>>摘要：为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统.首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响.然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan).该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数.针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan).该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取 3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号.最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性.实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调.PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了 11.602 dB,总谐波失真降低了 10.951%.两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高.

    相位生成载波解调非线性失真椭圆拟合光纤法珀传感器

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    基于掩模光刻的液晶波前校正器设计与制备

    杜莹陈梅蕊刘禹彤曹宗新...
    324-333页
    查看更多>>摘要：液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成,因此其研制成本高、定制难度大.本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器,以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制.基于掩模光刻技术设计并制备了 91像素的无源液晶驱动电极,并封装成液晶光学校正单元.设计并制备了驱动连接电路板,实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接.对液晶波前校正器响应特性进行检测.结果显示,其相位调制量为 5.5个波长,响应时间为 224 ms.利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正.结果显示,其可以产生正负离焦波前,且对水平倾斜像差校正后,Zernike多项式中第一项的值从 1.18降至 0.16,校正幅度达 86%,实现了像差的有效校正.本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路,进而拓宽其应用领域和场景.

    液晶波前校正器掩模光刻波前响应特性像差校正

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    星间通信系统高精度分光镜的研制

    王振宇付秀华林兆文黄健山...
    334-341页
    查看更多>>摘要：随着星间通信系统的迅速发展,数据传输的精度要求不断提高.分光镜作为系统的核心元件,其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度.本文基于薄膜干涉理论,选取Ta2O5 与SiO2 作为高低折射率膜层材料进行膜系设计,采用电子束蒸发的方式在石英基板上制备高精度分光镜.同时根据膜层应力补偿原理建立面形修正模型,修正分光镜面形.光谱分析仪检测结果显示,分光镜在入射角度为 21.5°～23.5°内,1563 nm透过率大于 98%,1540 nm反射率大于 99%.激光干涉仪检测结果显示,分光镜反射面形精度 RMS由 λ/10修正至 λ/90(λ=632.8 nm),透过面形精度RMS为λ/90.

    星间通信分光镜应力补偿面形精度

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    可见光波段多路激光合束及闭环校正技术研究

    徐新行李高生谢兵韩旭东...
    342-353页
    查看更多>>摘要：为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统.首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案.然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法.闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节.最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证.实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7 μrad,位置精度优于±0.84 mm.本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性.

    激光合束光束监测光束控制指向偏差位置偏差

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