- 海小华;陈宇;赵帅明;
为实现头盔显示器图像清晰、尺寸合适、结构紧凑等方面的应用需求，选用自由曲面棱镜方案设计了一款基于自由曲面双棱镜结构的头盔显示光学系统。采用循序渐进、逐步迭代的优化策略，对投影系统和透视系统进行优化设计。最终实现了在全视场范围内，调制传递函数值在30 lp/mm处大于0.3。将投影系统和透视系统组合后，整体系统工作于可见光波段，视场为34.7°×20°，出瞳直径为6 mm，出瞳距离为20 mm，整体尺寸为33.16 mm×23.13 mm×12.3 mm。设计结果表明，这款头盔显示光学系统具备大视场、大出瞳距以及小体积等优点，可以充分满足用户对增强现实型头盔显示器的需求。
2024年06期 v.47;No.202 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 4085K] - 王涛;汪向阳;刘瑞起;赵新宇;曹永刚;
为适应不同任务场景的需求，地基望远镜逐步向车载等活动站模式发展，而主镜是地基望远镜的重要组成部件之一，其性能直接影响望远镜的成像质量和测量精度。为适应地基望远镜机动测量的需求，研究了某有效通光650 mm口径的碳化硅主镜的轻量化设计。首先确定了主镜的材料和采用经典传统模式进行支撑，然后针对支撑结构和材料特性，经综合比较确定了主镜背部采用扇形半封闭结构形式。利用先进的碳化硅烧结技术可制备异性结构的特性，结合优化设计理论，在满足主镜面型精度的前提下，对主镜进行了轻量化设计。优化后的主镜质量设计重量仅为28.25 kg，面密度为82.6 kg/m2，相比同等尺寸的微晶主镜质量轻量56.5%，通过不同光轴指向状态下的主镜面型仿真分析，水平状态下可达RMS值λ/47.5，天顶状态下为RMS值λ/100.6，主镜面型均满足光学设计要求，为工程设计提供了理论基础和技术储备。
2024年06期 v.47;No.202 9-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1695K] - 袁野;姜成昊;刘宇;张志坚;朱精果;
针对调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光雷达后端信号处理FFT频率估计算法存在的栅栏效应、频谱泄露效应及处理速度瓶颈等问题，提出一种改进型apFFT(all-phase FFT,apFFT)时移相差高鉴频精度高处理速度算法，将数字下变频（Digital Down Conversion,DDC）输出信号的相位特征与apFFT算法的初相不变性有效结合，利用功率特征减少FFT运算点数来加速鉴频过程，此外将功率信息处理得到补偿的频谱偏移参数用于apFFT相差法鉴频的频移补偿提高鉴频精度。通过仿真和FPGA验证，该算法在1 024采样点时相较于传统FFT算法，均方根误差降低了85%，平均鉴频误差小于100 Hz。最后搭建了FMCW测距测速系统进行外场实验，对10 000次测量结果进行统计，测距标准差均小于8 mm，最小测距标准差为0.58 mm，测速标准差均小于0.04 m/s，最小测速标准差为0.008 7 m/s，鉴频速率可达25 kHz。
2024年06期 v.47;No.202 15-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 2943K] - 牛家旋;冯玉玲;匡尚奇;
半导体激光器系统输出同步混沌光在保密光通讯领域具有重要的研究意义和应用价值。对单向耦合混沌同步系统中具有外腔光反馈的驱动半导体激光器和响应半导体激光器输出混沌激光，以及这两台半导体激光器输出混沌光的同步性进行数值分析。首先，应用多目标优化算法对外腔光反馈半导体激光器参数进行了全局优化，得到单一半导体激光器输出混沌光的带宽、安全性和复杂性同时增强的优化参数，分析了输出混沌光的有效带宽、自相关函数和最大李雅普诺夫指数之间的相互关系，获得一系列优化的混沌光输出。其次，针对优化得到的不同混沌光，进一步全局搜索单向耦合半导体激光器系统中的注入强度和频率失谐，并探究了闭环结构响应激光器的外腔光反馈结构对混沌同步度的影响，最终获得了两台激光器可以输出无时延特征宽带宽且具有较好复杂性的混沌激光，可以实现互相关系数达0.995的广义同步。
2024年06期 v.47;No.202 26-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 3067K] - 曾小松;宦克为;曹献文;金明杭;
本研究利用近红外光谱（NIRS）系统获取了小麦的光谱，然后提出了一种基于竞争性自适应重加权（CARS）与格拉姆角差场（GADF）的二维卷积神经网络（CARS-GADF-2DCNN）模型。CARS-GADF-2DCNN利用CARS方法选择全光谱中波长的最佳集合，随后利用GADF将选择结果编码为二维图像，最后使用二维卷积神经网络学习图像特征，完成了小麦水分的定量分析，并将该模型的预测结果与其他模型进行了比较。结果表明，与1DCNN、GADF-2DCNN、VCPA-GADF-2DCNN和IRIV-GADF-2DCNN相比，CARS-GADF-2DCNN的预测精度分别提高了68.8%、45.6%、20.2%和17.5%。综上，CARS-GADF-2DCNN解决了NIRS建模时预测准确度低和过拟合的问题。本研究为小麦的水分含量测定提供了一种准确快速的方法。
2024年06期 v.47;No.202 36-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1964K] - 张子奇;张钰清;孔梅;
相敏光时域反射（Φ-OTDR）分布式振动传感系统需要通过一定的识别算法将规则的振动信号从无规则的噪声中识别出来，从而定位振动源。以往小波直接重构算法只适用于已知振动频率信号的识别，现在对采集到的背向瑞利散射信号在可测量频率范围内进行完整的小波分解和分层重构，然后结合动态阈值进行信号判定。实验显示该方法可以识别出可测量频率范围内的未知频率信号，特别是可以分辨极低频率的振动，其时间消耗与移动平均-移动差分算法在同一水平。
2024年06期 v.47;No.202 45-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1418K] - 窦紫伟;张荣;孔梅;
倾斜光纤光栅（TFBG）结合表面等离激元谐振（SPR）现象，可以实现对外界折射率的高精度传感。这一组合不仅可以提高传感的灵敏度，还可以拓宽传感范围，目前TFBG-SPR传感器的研究集中于对生物物质、气体、化学成分等检测的具体应用。TFBG-SPR传感器的传感范围与光栅倾角有关，不同的倾角会改变光栅内部的光波导模式分布，进而影响到SPR效应的激发条件及其对外界折射率变化的响应范围。实际应用中TFBG倾角与传感范围的关系还不明确。本文给出了结合理论和仿真计算分析不同倾角TFBG-SPR传感范围的方法，用5°倾角TFBG-SPR传感器进行了折射率传感的实验验证，对TFBG-SPR传感器的设计有重要参考意义。
2024年06期 v.47;No.202 51-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K] - 侯明旺;张光伟;向阳;
针对荧光免疫分析仪对光谱成像系统小体积、高分辨率和多通道的需求，提出了使用反射式平面光栅作为分光元件的光谱成像系统。根据反射式平面光栅的分光原理，采用离轴反射式结构与非球面校正透镜组合的方式，实现了对待检光源的精准分光。通过分辨率、光谱范围等设计要求确定了光谱仪的初始结构，利用Zemax软件对结构进行了进一步的仿真优化。仿真结果表明，该光学系统能够在狭缝宽度25μm，光栅刻线0.3的条件下，实现了在多谱段范围内，结构紧凑、分辨率高的设计目标，波长分辨率优于1.5 nm，为荧光免疫分析仪的便携化提供了一种有效的设计方案。
2024年06期 v.47;No.202 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1405K] - 张良;李岩;杨拓;徐英添;许鑫;
设计了一款多波长激光二极管阵列（Laser diode array,LDA）侧面脉冲泵浦Nd:YAG晶体的电光调Q激光器。泵浦源采用峰值功率4 000 W的4-λ激光二极管阵列，增益介质为φ5 mm×50 mm Nd:YAG晶体，并用磷酸二氘钾晶体进行电光调Q实验。激光器在工作温度30℃，重复频率30 Hz下，得到最大输出能量176 mJ、脉宽4.8 ns的1 064 nm脉冲激光输出，光光转化效率达到15.1%，光束质量M_x~2=3.1,M_y~2=3.2。对控温和无温控时激光器输出做了稳定性测试，二者的平均能量均为144 mJ，最低输出能量121 mJ。
2024年06期 v.47;No.202 62-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1709K] - 郭飞;宋鸿飞;闫厚任;谭文;张科航;
在非恒温室且进行宽温度范围（-50℃～300℃）标定时，为使非致冷红外辐射计在不同环境温度下保持较高的测量精度，建立了考虑探测器温度效应的辐射定标模型和标定数据处理方法。在不同黑体温度和不同环境温度条件下进行红外辐射计的辐射定标实验，得到黑体温度、环境温度与响应度之间的函数关系，建立相应的数学模型，并对标定结果进行了实验验证。结果表明不同黑体温度与环境温度关系式系数可做线性化处理。实验建立的数据处理模型可使非致冷红外辐射计的测量误差<1℃，在低成本的情况下，提高了非致冷红外辐射计在不同温度环境下的测温精度。
2024年06期 v.47;No.202 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1465K]