相干激光通信光学系统偏振像差研究

相干激光通信系统中,光学系统的偏振像差会改变信号光的偏振态,降低信号光与本振光的混频效率。为了定量分析和研究光学系统的偏振特性,提出了三维偏振光线追迹算法。针对大口径相干激光通信检测平台系统,利用该算法对平台的通信系统进行偏振光线追迹,并根据追迹计算所得的偏振变换矩阵,分析了偏振像差对圆偏振信号光偏振态的影响。通过搭建实验平台,验证了平台通信系统的偏振特性。     

弹光调制器准单色光波偏振测量与仿真

弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法,能够同时实现三个斯托克斯光谱偏振参数测量,克服了现有方法的无法用阵列探测器有效采集,调制频率高的缺点,保留了原有弹光调制器偏振测量的优点。文章以光学系统的准单色光的偏振特性以及常用的偏振分析方法为基础,引入了Stokes矢量来表示入射光波的偏振特性。分析了弹光调制器实现偏振测量新方法的原理,利用三个弹光调制器工作在互相差异的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,再通过锁相放大即可得到偏振信息,并给出利用MATLAB模拟仿真实现Stokes参量复原的过程。理论分析及仿真结果证明了该方法在理论上的可行性。     

面向光载无线系统的混合频相调制信号产生

为提高光载无线系统传输容量,提出一种混合频相调制信号光学产生技术。利用保偏光纤布拉格光栅对不同输入偏振态响应不同的特性,将加载到信号偏振态的基带信息转换到输出波长上,并通过在接收端的外插拍频实现频率调制。同时通过光学相位调制将信息映射到拍频产生的微波信号上,最终产生混合频相调制信号。搭建基带传输式光载无线系统,验证了该信号产生方法的有效性。产生了码率为1Gbit/s、频率为12.5GHz/9.5GHz的混合频相调制信号,该信号经过5km光纤传输后由接收端解调。信号的时域波形及解调后信号眼图与星座图等结果证明了所产生的混合频相调制信号的可靠性。     

光子晶体光纤中多泵浦四波混频光谱增益特性研究

研究了信号与泵浦光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的多泵浦四波混频光谱增益特性,从光谱学的角度分析了泵浦光波长漂移,泵浦光偏振方向平行与正交,信号光相对于泵浦光偏振态失配,二者总功率对多泵浦四波混频光谱增益特性的影响,探讨了泵浦光数目对多泵浦四波混频光谱增益特性的冲击。研究发现在36.4 nm波长范围,二者偏振态匹配时多泵浦四波混频效果最好,同时,多泵浦四波混频效应对偏振极为敏感,若两束泵浦光偏振态垂直,则它们分别与信号光发生四波混频,反之,则两束泵浦光之间亦会发生四波混频作用,且在正交泵浦的前提下,信号光偏振方向变化会直接导致各闲频光增益大小发生变化;进一步指出当采用三束连续泵浦光时,同样可以在一定波长范围内实现多泵浦四波混频效应。这些研究对于开发基于光子晶体光纤中多泵浦四波混频效应工作的超快光子器件具有一定的指导意义。     

与偏振无关双向2×2和4×4自由空间光开关

利用成熟的偏振控制技术,设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器和反射镜构成的2×2光开关,该光开关所用器件少,具有结构简单紧凑、控制灵活方便、功能实现与信号光的偏振态无关以及可以双向交换等特点;在此基础上通过2×2光开关的串连,设计了一种与偏振无关的双向4×4光开关的实验模块,根据其路由选择与控制方法,得到了4×4光开关实现信号光全排列无阻塞输出与交换对应的路由状态表,并对该实验模块的功能实现进行了详细的分析与讨论。     

与偏振无关的双向3×3光开关结构设计

利用传统成熟的偏振控制技术,设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器、反射镜和四分之一波片构成的3×3光开关。该光开关具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。根据其路由控制表对该3×3光开关交换模块功能的实现进行了分析,结果表明,通过对各相位型空间光调制器状态的调整,控制通过其信号光的偏振态,完成信号光的路由,该交换模块可以完成输入信号光的全排列无阻塞输出与交换。同时,该交换模块具有一定的扩容和重构能力,对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上，研制磁光玻璃光纤，偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中，当线偏振光通过该光纤时，其偏振面旋转一定角度，把该角度转换成光信号的强度，然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验，提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器，可用于电流和磁场测试。     

基于频谱信息的浑浊水下偏振成像技术

水体中悬浮粒子对光的散射导致浑浊水下成像质量下降。偏振光学成像技术可基于偏振信息分离散射光和信号光,是浑浊水下成像的有效方法。然而,现有的水下偏振成像技术主要从空域分离散射光和信号光,对于散射光的抑制效果较为有限。利用散射光和信号光在频域的差异性,基于对偏振图像频谱信息的处理实现了对后向散射光的有效抑制,从而实现了成像清晰度的显著提升。在不同浑浊程度水体环境下对于不同物体开展了多组实验,实验结果表明,所提方法相对于传统的水下偏振成像方法可更好地抑制后向散射光和凸显物体信号光,最终实现在浑浊水体环境下的清晰成像,尤其对于高浑浊水体,成像清晰度提升效果明显。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

基于半导体光放大器垂直双泵浦对偏振复用正交相移键控信号波长变换的性能研究

针对偏振复用相位调制信号的全光波长变换特性问题,基于半导体光放大器中四波混频效应,建立了对偏振复用正交相移键控信号的全光波长变换理论模型.根据理论分析,建立了仿真系统,仿真结果表明:泵浦光与信号光之间的频率间隔、偏振复用信号中的一个信号与一号泵浦光的偏振夹角对系统转换效率和信号质量有影响;波长转换过程中交叉相位调制产生的相位噪音会对信号质量有影响,且当泵浦光功率较大、泵浦光功率远大于信号光功率时,交叉相位调制效应的影响较小,仿真结果与理论分析一致.本文研究方法和相关结论对其它偏振复用信号基于半导体光放大器四波混频效应的波长变换研究有一定的参考价值.     

采用双液晶空间光调制器的激光立体显示方法研究

利用激光的高亮度、高方向性和液晶空间光调制器的光强可调制特性和旋光特性,提出了一种新的激光立体显示方法。阐述了该方法的基本原理,设计了相应的实验系统,获得了较为满意的立体显示效果。由于该立体显示方法采用全电子时序控制,无需复杂的机械扫描控制,系统结构简单,程序可控性好,在长景深、大屏幕立体显示领域具有较好的应用前景。     

彩色液晶显示用彩色滤色膜的光学与色度特性

利用可溶性高聚合物和光感剂材料,采用光刻技术制成了用于彩色液晶显示的彩色滤色膜,并对其进行了光学与色度特性的测量.     

Computer-generated kinoforms of real-existing full-color 3D objects using pure-phase look-up-table method

A computational method based on pure-phase look-up-table (LUT) is proposed for generating kinoforms of full-color real-existing three-dimensional (3D) objects. The principle of the pure-phase LUT method is described. 3D depth as well as color information of a full-color 3D object is obtained by the full-color 3D profile measurement approach based on binocular vision. The obtained full-color 3D data is decomposed into red (R), green (G), and blue (B) channels, and kinoforms of each channel are calculated from the depth map and color information of the corresponding channel using the pure-phase LUT method. In order to reduce the speckle noise of reconstructed full-color 3D image, sequential kinoforms of each color channel are generated by adding dynamic-pseudorandom phase factor into the object domain. Numerical reconstruction and optical reconstruction with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that, with the proposed method, full-color holographic 3D display of real-existing full-color 3D objects is available.     

基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究

彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.     

Progress of three-dimensional light-field display [Invited]

In this review, the principle and the optical methods for light-field display are introduced. The light-field display is divided into three categories, including the layer-based method, projector-based method, and integral imaging method. The principle, characteristic, history, and advanced research results of each method are also reviewed.The advantages of light-field display are discussed by comparing it with other display technologies including binocular stereoscopic display, volumetric three-dimensional display, and holographic display.     

A novel color fringe projection based Fourier transform 3D shape measurement method

A novel Fourier transform 3D shape measurement method based on color fringe projection is proposed in order to solve the spectrum overlapping and phase unwrapping problems existed in Fourier transform profilometry (FTP). The R and G components of the color fringe are set to two sinusoidal patterns with different frequencies and the B component is set to the average value of R or G component. Then this pattern is projected to the object and the deformed fringe image is captured. Three gray patterns are separated from the color fringe, the background and high frequency noise can be eliminated using our method and the accurate unwrapped phase can be got. Only one shot color pattern is projected to get the 3D information of the object. Experiment results show that the 3D information of an object can be obtained rapidly and accurately.     

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.     

Surface-enhanced resonance Raman scattering spectroscopy of single R6G molecules

Surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) of Rhodamine 6G (R6G) adsorbed on colloidal silver clusters has been studied. Based on the great enhancement of the Raman signal and the quench of the fluorescence, the SERRS spectra of R6G were recorded for the samples of dye colloidal solution with different concentrations. Spectral inhomogeneity behaviours from single molecules in the dried sample films were observed with complementary evidences, such as spectral polarization, spectral diffusion, intensity fluctuation of vibrational lines and even ``breathing' of the molecules. Sequential spectra observed from a liquid sample with an average of 0.3 dye molecules in the probed volume exhibited the expected Poisson distribution for actually measuring 0, 1 or 2 molecules. Difference between the SERRS spectra of R6G excited by linearly and circularly polarized light were experimentally measured.     

基于梳状小波理论的颜色滤光片设计

渐变折射率薄膜因为消除了界面而克服了传统的分层介质膜的固有弊端。探讨了一种基于这种渐变膜系的设计方法。从小波理论及渐变折射率增透理论出发,以分层介质高反膜系为参照,给出了采用梳状(Rugate)滤光片设计不同类型颜色滤光片的设计原理,并以目前背投系统中使用的红、绿、蓝颜色滤光片为指标,理论设计出了具有优良光谱特性的红、绿、蓝颜色滤光片;对该设计结果进行了角度敏感性分析、偏振效应分析并与传统的反射膜叠加法得到的分层膜系进行比较,发现通过梳状滤光片理论设计的滤光片较传统的多层膜滤光片具有更小的角度敏感性和较小的偏振效应。     

图象差异的彩色立体显示

本文提出一种简单的实现图象差异的立体彩色显示方法,对两张黑白图片能够用不同的颜色显示出差异部分在立体空间的相对位置。