平面镜子孔径加权拼接检测算法(特邀)

为了解决大口径平面反射镜高精度检测问题,建立了一种基于全局优化的子孔径拼接检测数学模型,同时提出了一种拼接因子用于重叠区域取值。基于上述方法,结合工程实例,对一口径为120 mm的平面反射镜完成拼接检测,检测中共规划了四个待测子孔径,为了对比文中所述算法与传统最小二乘拟合拼接算法的拼接性能,分别利用两种算法完成了待测平面镜的面形重构。实验结果表明,两种算法所得拼接结果光滑、连续、无“拼痕”,同时分别将两种算法所得拼接结果与全口径检测结果进行了对比分析,从传统拼接算法残差图中可以看到明显的“拼痕”,而加权拼接方法得到的拼接结果光滑、连续,同时其残差图的PV与RMS值分别为0.012λ与0.002λ,小于传统算法残差图的PV与RMS值,验证了算法的可靠性与精度。     

双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制,对待测波前采样不足,影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论,提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法,弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证,对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%,该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。     

基于FPGA的夏克-哈特曼探测器实时波前处理机

夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器.本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克-哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的实时波前处理机结构及波前斜率计算方法.该方...     

一种数学形态学的哈特曼-夏克传感器阈值选取方法

为了提高计算哈特曼-夏克波前传感器的质心探测精度,设计了基于数学形态学的滤波器.此滤波器基于四个有向结构元素形态滤波,设计的每个元素充分考虑了哈特曼-夏克波前传感器探测人眼波前像差时的光斑点大致形态.这个滤波器优化了阈值,经此滤波器处理后,可以保持传感器探测到每个光斑点的形态特征,保留了更多的光斑信息.通过在视网膜细胞显微镜项目的应用其速度和精度均能满足要求.     

哈特曼原理子口径斜率扫描检测及误差研究

提出了一种基于哈特曼原理子口径斜率扫描再重构波面的检测方式,研究了一种解决大口径光学系统不同俯仰角下的像质评价的方法。该方法无需同等口径标准镜,通过扫描方式获取波面信息。采用光学软件与数学分析软件通过DDE接口连接进行计算机联合仿真的方式进行探究,仿真光学系统采用主镜720 mm,次镜100 mm的卡塞-格林系统来验证该方法的可行性,利用随机误差注入及多次扫描平均的方法进行了该检测方式中重构波面精度的研究;系统探究了光斑中心提取误差、子口径定位误差、子口径倾斜误差对于该检测方法重构波面精度的影响。给出了该方法仿真结果与光学软件仿真结果的对比,并获取了误差注入时各误差与重构波面精度的物理模型。     

子孔径拼接和计算全息混合补偿检测大口径凸非球面(特邀)

为了实现大口径凸非球面的高精度检测,提出了将子孔径拼接检测法和计算全息补偿检测法相结合的检测方法。由于其中心的非球面度较小,采用球面波直接检测;而外圈的非球面度较大,采用子孔径拼接和计算全息混合补偿的方法进行测量,再通过拼接算法将中心检测数据和外圈检测数据进行拼接从而得到全口径面形。结合实例对一块口径为540 mm的大口径凸非球面进行测量,并将检测结果与Luphoscan 检测结果进行对比,两种方法检测面形残差的RMS值为0.019λ,自检验子孔径与拼接结果点对点相减后的RMS值为0.017λ。结果表明该方法能够实现大口径凸非球面的高精度检测。     

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图。在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定。鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接。     

子孔径拼接检测浅度非球面

子孔径拼接技术可实现无需辅助元件且低成本、高精度地对大口径光学镜面的测量。针对浅度非球面,在用子孔径拼接检测平面和高陡度非球面的基础上,提出了利用圆形子孔径检测浅度非球面的算法。对其数学模型、拼接算法以及检测过程进行了分析和探讨。利用37项Zernike多项式拟合浅度非球面,用圆形子孔径进行了划分。最后完成子孔径的拼接仿真,验证了数学模型及拼接算法的可行性,同时分析了子孔径的平移、倾斜和随机误差对拼接精度的影响。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图.在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定.鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接.     

Anchor-free轻量级红外目标检测方法（特邀）

针对红外目标的特点,提出了一种anchor-free轻量级红外目标检测方法,提高了嵌入式平台对红外目标的检测能力。针对计算资源有限的平台,提出了一种新的轻量级卷积结构,引入非对称卷积增强标准卷积的特征表达能力,同时有效减少参数和计算量。设计并行多路特征通道,经过通道拼接生成丰富的特征,结合注意力模块和Channel Shuffle构建轻量级特征提取单元。增加SkipBranch促进浅层信息向高层传递,进一步丰富高层特征。在FLIR数据集进行实验验证,设计的轻量级网络结构精度为81.7% ,超过了 YOLOv4-tiny,但模型参数量减少了75.0%、计算量下降了71.1%,并且推理时间压缩了91.3%,能够满足嵌入式平台红外目标的实时检测需求。     

微波光子检测 （特邀）

微波信号检测是电子信息领域的关键技术,广泛应用于通信、雷达、电子战。随着新一代信息技术的快速发展,现有的微波测量系统面临着速率和带宽瓶颈。微波光子学技术融合了微波和光波技术各自优势,具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势,文中围绕微波光子检测,特别是微波光子信号的频率测量方案,如频率-幅度映射型、频率-时间映射型、光信道化型等,介绍与分析国内外现状与发展动态,并对现有微波光子测量面临的问题和下一步发展方向进行了简单总结。     

可用于多波段融合的超结构/阻挡杂质带复合结构探测器（特邀）

太赫兹辐射是指频率在30 μm~1 mm范围内的电磁波,具有穿透性强、安全性高、特征性强及定向性好等特点,因此,太赫兹技术在天文观测、安全监控、物质鉴定及生物医学等领域具有广阔的应用前景。阻挡杂质带探测器具有灵敏度高、阵列规模大、探测谱段宽等核心优势,是太赫兹辐射探测的优良选择。阻挡杂质带探测器目前主要采用三种材料体系,分别为Si、Ge、GaAs。基于这三种材料体系的阻挡杂质带探测器可实现在3~500 μm的超宽波段探测。超结构是由亚波长结构单元构成人工复合结构,在光电探测器上引入超结构,利用等离激元共振、偶极共振调控特性,可以将电磁场能量强烈的局域在金属/探测器界面位置。因此,超结构与阻挡杂质带结合,可有效调控探测峰位、缩小探测峰半高宽、强化光谱分辨能力,并有望大规模应用于3~500 μm的多波段融合探测。同时,超结构与阻挡杂质带探测器结合,可进一步提高器件响应率,减小器件尺寸,降低工艺难度。文中简要叙述了阻挡杂质带探测器的工作机理,介绍了国内外阻挡杂质带探测器的研究历史及研究现状。最后,在探测器波段调控、光谱分辨、增强吸收等角度详细介绍了Si、Ge、GaAs基超结构/阻挡杂质带复合结构探测器的研究现状,并结合目前该技术发展瓶颈问题,在高纯材料生长、光场局域效应机理研究等方面提出了下一步的研究展望。     

单像素几何矩探测运动物体定位技术（特邀）

针对快速实时定位运动物体的需求,提出了一种使用几何矩探测的单像素快速定位运动物体的方法。该方法的核心是通过探测运动物体的质心实现快速定位运动物体。根据几何矩性质构造3个几何矩照明光,并照射运动物体,利用单像素探测器收集运动物体与调制光相互作用后的反射或透射光的强度值。根据单像素成像理论,探测强度值与物体的零阶和一阶几何矩值相对应。标识物体位置的质心参数可由物体的零阶和一阶几何矩值获取。结合数字微镜调制器(DMD)和时间抖动的方法产生几何矩照明光,利用所提方法在不成像的前提下分别实现了帧频约为500 fps和1 000 fps运动物体定位。所提方法获取质心的误差在1.63个像素以内,均方误差为0.118 3个像素。文中所提方法为使用单像素探测器实现快速追踪运动物体提供了一种新思路。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

硫系集成光频梳（特邀）

硫系玻璃集成光学微腔（硫系微腔）具有高线性折射率和高非线性系数、超宽透光窗口、较低的热光系数,并且可通过常规半导体微纳加工技术实现精确的色散调控,在非线性集成光子学领域备受关注。近年来,来自中山大学的研究者们开发了新型Ge₂₅Sb₁₀S₆₅硫系材料平台并实现了一系列具有高品质的硫系集成光子器件。主要综述了基于硫系微腔实现集成孤子光频梳产生和调控方面的工作。通过不断优化集成光子器件的加工工艺,实现了具有高品质因子（Q>106）的集成微环谐振腔,进一步通过精确的色散调控分别在该硫系集成微腔内实现了低泵浦功率的锁模光孤子频梳和宽带可调谐的拉曼-克尔光频梳。     

谐波锁模光电振荡器（特邀）

提出了一种主动锁模光电振荡器（OEO）方案,可以实现高阶谐波锁模,从而产生具有高重复频率的微波脉冲信号。在所提方案中,通过在OEO腔内的电光强度调制器直流偏置端口引入一个正弦驱动信号,当该正弦信号的频率为OEO环腔自由光谱范围的整数倍时,实现基频（）或谐波（）锁模,输出重复频率为的微波脉冲信号。实验中分别实现了10阶、50阶和100阶谐波锁模,输出微波脉冲信号的重复频率分别为360 kHz、1.8 MHz和3.6 MHz。该方案为脉冲多普勒雷达等系统应用提供了一种全新的、具备低相噪潜力的微波脉冲信号产生的技术途径。     

中红外超表面的成像和检测原理及应用进展（特邀）

中红外波段包含两个大气窗口及分子指纹区,在红外成像与物质检测方面具有重要应用。传统中红外光学器件在成像方面受材料、加工等限制成本昂贵、加工复杂;在检测方面,受分子吸收截面小的限制,检测灵敏度低,对微量化学物质检测具有较大挑战。超表面是由亚波长尺度的人造单元构成的二维结构阵列,具有体积小、易集成、调控自由度高等特点,能够为制造低成本、轻型化、集成化的中红外光学器件提供一种新的实现方案。表面增强红外吸收能够有效增强分子振动信号,提高检测灵敏度。文章介绍了中红外超表面在电磁波调控方面的机理及其中红外检测应用的原理。着重整理了超表面结构在中红外波段的成像与检测领域的研究进展,包括偏振成像、可调及可重构超表面、其他特殊功能以及用于检测的基于等离子体激元或连续体束缚态原理的使用金、银、铝、石墨烯、硅、锗等材料的超表面结构。     

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究（特邀）

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。