光电瞄具多光轴平行性检测系统的设计与研究

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad～0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。

多层微纳薄膜的高精度检测技术进展

在半导体、机械加工等行业中广泛应用的多层微纳薄膜通常是由数个纳米厚度的单层膜叠加形成的,在其制造过程中,由于工艺条件所限,薄膜厚度的均匀性会出现误差,进而影响其性能。因此薄膜厚度的准确测量至关重要,亟需一种无损、高精度、快速的检测技术对薄膜的厚度及其均匀性进行测量、检测。回顾近年来多层膜在不同领域的应用现状,分析了目前应用于多层膜厚度测量的技术(如X射线衍射等)及其不足,以及椭圆偏振法技术的研究进展,最后介绍了机器学习在厚度测量中的应用,并对未来机器学习与测量结合的前景进行了展望。

高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐晕现象也导致视场(field of view,FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀,这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题,该文基于增加计算得到的非球面场镜,设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析,从而确定焦距区间,最终求解其面型参数,设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°,F#为1.87,调制传递函数在125 lp/mm处大于0.5。仿真结果表明,系统照度均匀性相对提高了14%,边缘FOV的光学效率相对提高了15%,具有良好的成像性能,该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。

航空航天光纤传感技术研究进展

光纤传感器具有体积小、重量轻、测量灵敏度高、复用能力强、抗电磁干扰、易于嵌入材料内部等诸多优点,非常适合航空航天极端环境下温度、应变、压力、声振动以及角速度等多种参量的测量。着重介绍基于EFPI、FBG以及FOG的航空航天光纤传感技术研究现状,以及天津大学在航空航天光纤传感技术研究领域的最新进展,包括航空航天温度、应变、压力、声振动传感系统,航空光纤法珀大气压力测量实验及多参量光纤传感系统在空间环境模拟设备中的应用实例。讨论航空航天光纤传感技术的难点问题,在此基础上指出航空航天光纤传感技术的发展趋势。

用于语义分割的自监督对比式表征学习

为了提升语义分割模型的精度,并减少逐像素标注大规模语义分割数据集的人力和时间成本,研究了自监督对比式表征学习的预训练方法,并结合语义分割任务的特点,设计了全局-局部交叉对比学习(GLCCL)方法。该方法将全局图像和局部分块后的一系列图像块输入到网络中分别编码全局和局部视觉表征,并通过构建包含全局对比、局部对比和全局-局部交叉对比的损失函数来指导模型训练,使得模型能够同时学习全局和局部区域的视觉表征以及跨区域语义相关性。使用该方法预训练BiSeNet再迁移到语义分割任务时,对比现有的自监督对比式表征学习和有监督预训练方法分别具有0.24%和0.9%平均交并比(MIoU)的性能提升。实验结果表明,该方法能够采用无标注的数据训练语义分割模型而实现分割效果的提升,具有一定的实用价值。

基于信道频域模型及OFDM技术的超分辨率时延估计算法

就非自由空间电磁波测距这一课题,给出了信道的参数化频域模型,提出了互相关MUSIC超分辨率时延估计(TDE)算法,进一步结合先进的OFDM技术提出了基于信道频域响应及OFDM技术的互相关MUSIC算法,利用OFDM这一特殊的调制解调技术方便可靠的获得了信道的频域响应。对该算法的时延估计性能进行了仿真,结果表明该算法在[SNR]=0dB、[BW]=20MHz条件下可实现精确的TDE,对应的测距误差不大于30cm,充分体现了算法的超分辨率特性及抗噪性。

主动光幕测速系统中光信号的模拟与探测实验研究

为满足主动光幕测速系统的测试需求,在分析弹丸光信号特征的基础上设计和研制了一种弹丸光信号模拟装置。通过该模拟装置生成了在不同环境条件下的弹丸反射光信号,其中包括弹丸形状、弹丸反射系数、背景光大小、弹丸速度、电磁干扰和蚊虫侵入等。利用这些不同的光信号对主动光幕测速系统探测单元的性能进行了测试实验,获得了弹尾时刻的最佳判决方式。通过与实地靶场实验对比,进一步验证了弹丸光信号模拟装置的正确性和探测单元的有效性。

可编程THz-TDS锁相放大技术

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)其光导天线产生的信号与背景噪声相比极其微弱,需要采用锁相放大技术对信号进行放大处理。根据锁相放大的基本原理和太赫兹时域光谱系统的特点,设计出了基于AD630的可编程THz-TDS锁相放大系统,该系统能够根据使用要求提供合适的中心斩波频率和带宽值。通过实验得到了由模拟开关控制的可编程带通滤波器在不同中心斩波频率处的输出值和带宽的关系曲线,并通过模拟实验验证了系统对微弱信号的探测能力。最后,在光学延迟线移动速度为1 500μm/s,连续扫描的情况下,采集到的THz信号的信噪比在50 dB左右。结果表明,该系统具有中心斩波频率和带宽可调,锁相效果好,体积小,便于太赫兹仪器的集成化等优点。

基于音视频信息融合的目标检测与跟踪算法

针对单一视觉跟踪算法易受遮挡影响的缺陷,提出一种基于音视频信息融合的目标检测与跟踪算法。整个算法框架包括视频检测与跟踪、声源定位、音视频信息融合跟踪3个模块。视频检测与跟踪模块采用YOLOv5m算法作为视觉检测的框架,使用无迹卡尔曼滤波和匈牙利算法实现多目标的跟踪与匹配;声源定位模块采用十字型麦克风阵列获取音频信息,结合各麦克风接收信号的时延计算声源方位;音视频信息融合跟踪模块构建音视频似然函数和音视频重要性采样函数,采用重要性粒子滤波作为音视频融合跟踪的算法,实现对目标的跟踪。在室内复杂环境下对算法性能进行测试,结果表明该算法跟踪准确率达到90.68%,相较于单一模态算法具有更好的性能。

Mn:KLTN晶体相变温度实验测量

基于Kogelnik的耦合波理论,分析了钽铌酸钾锂(potassium lithium tantalite niobate,KLTN)晶体衍射效率与环境温度的关系.环境温度在晶体的居里温度附近时衍射效率最高.设计了基于PID控制算法的KLTN晶体温度控制系统,该系统的测量精度为±0.3℃,控制精度为±0.5℃.利用二波耦合实验装置测量了晶体的衍射效率与环境温度的关系,实验结果与理论仿真吻合.获得晶体的居里温度为22.5℃,与谐振法得到的结果一致.

波分复用系统光接口主要性能参数的实验研究

概述了波分复用系统 (WDM)光接口各参数的定义和要求 ,对重要具体参数提出测试流程图 .实验结果表明 ,在合适的同步传输速率 (STM )和损耗衰减条件下 。

辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤激光器实验研究

铒镱共掺光纤激光器的功率提高主要受热效应和镱波段放大的自发辐射的限制。为了提高铒镱共掺光纤激光器的输出功率,设计了液冷散热结构并采用辅腔泵浦法进行实验研究。结果表明,采用2.1 m长的大模面积铒镱共掺双包层光纤时,在47.5 W的泵浦功率下得到了波长为1548.9 nm、最高功率为21.6 W的输出,综合泵浦转化效率为45.7%;辅助腔中镱波段振荡建立前后的斜率效率分别为48.4%和56.2%。

1.5μm DFB半导体激光器HCN吸收稳频技术

在远距离相干测量系统中,分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)以其直接高速调制特性、低成本、可批量生产等优势成为精密遥测系统的核心光源,因此对DFB-LD的窄线宽和短时频率稳定性提出了更高的要求。为了实现DFB-LD的频率稳定,通过边频锁定与光电反馈回路的方法将激光频率锁定在H^(13)C^(14)N气体吸收谱线1548.956 nm的一侧。将光电探测模块、后续误差信号生成与处理模块和激光器驱动模块集成在一块模拟电路板上,从而有效地降低了系统的噪声;使用除法器代替减法器来产生鉴频信号,大大提高了系统灵敏度和稳频精度;通过这两项技术的改进,将DFB-LD的秒级频率稳定度提高了两个数量级,从稳频前的秒级频率稳定度3.67×10^(-8)提高到稳频后的秒级频率稳定度2.34×10^(-10)。实验结果表明,该DFB-LD稳频方案具有高的稳频精度,且系统结构简单、体积小、可批量生产,适合于无人机机载应用场景,是远距离相干测量系统的理想光源。

基于局部色温估计的电子内镜图像自动白平衡算法

电子内镜的光源老化将导致色温和亮度的降低,严重影响成像质量,不利于医生对病灶处的观察。为补偿色温变化,需要对图像进行白平衡处理。以完美反射理论为基础,通过分析内镜图像共有固有特征,提取图像中高光点作为理想参考点,利用高光点的空间位置信息进行局部色温估计,从而校正图像色差。根据色差修正系数进行算法评估。相对于经典反射理论算法,该算法将平均色差修正系数从9.03%提升至79.34%,能够有效校正色差,剔除光源干扰。采用亚采样模板简化色温估计计算过程,单幅图像的平均处理时间减少54.95%。该算法是针对电子内镜图像的一种有效的自动白平衡算法,能够更加准确地还原人体组织的颜色特征,且具有较好的实时性。

极低时间抖动的飞秒激光技术(特邀)

飞秒激光器的时间抖动(或定时抖动)是指其输出脉冲的时域位置相对于理想周期信号的短期随机偏差。在毫秒量级的时间尺度上,飞秒激光器的脉冲序列具有严格的一致性,其定时抖动甚至低至阿秒量级。飞秒激光器的这种独特性质及其支持的前沿应用构成了"阿秒时间精度的超快光子学"这一全新的超快研究分支。文中回顾了近年来飞秒激光器定时抖动研究进展、高时间分辨率的定时抖动测量技术、以及不同类型的飞秒激光源能够达到的最低抖动水平。最后介绍了低抖动飞秒激光器在大科学装置同步、高速模数转换、绝对测距、相干脉冲合成等领域的应用。

基于偏振成像的水下图像复原技术研究最新进展

在水下环境中,悬浮的散射颗粒对光场的散射和吸收作用导致成像清晰度显著下降。基于偏振成像的水下图像复原技术是实现水下清晰成像的有效方法之一。该技术利用散射光的偏振特性,分离场景光和散射光,估计散射光强和透射系数,实现成像清晰化。近年来,偏振成像技术已广泛、高效地应用于水下图像复原和水下目标识别等诸多领域。水下偏振图像复原技术作为光学成像技术和图像处理技术的交叉领域,引起了广泛的关注并取得了大量优秀的研究成果。文中主要介绍了基于偏振成像的水下复原技术的基本原理、偏振信息处理方法和最新发展现状,综述了近年来偏振水下图像复原技术代表性的改进型方法。

光电信息事件识别感知关键技术研究进展

目前随着公共安全领域非法入侵事件的数量急剧增加,迫切需要新型传感技术来侦测非法入侵事件。针对精确定位、准确识别、多参量融合等瓶颈问题,天津大学、天地伟业技术有限公司等研究机构提出了光电信息事件识别感知关键技术,其紧密融合了视频监控和分布式光纤传感两种技术的优势,通过光时域与光频域分布式扰动定位技术、干涉信号模式识别技术、超星光图像识别技术、视频捕捉分析识别技术、多参量感知融合技术、主动式偏振跟踪感知技术等,实现了重点区域内异常事件的全天候、全覆盖监控识别。重点介绍了光电信息事件识别感知的关键技术研究进展。

新工科背景下光通信课程Comsol仿真实验设计与实施

“新工科”这一概念提出以来,教育部组织高校进行深入研讨,形成了“复旦共识”,“天大行动”和“北京指南”。之后便逐步开启了新工科建设的大幕,新工科建设步入了实质性的具体实施阶段。通过新工科研究与实践项目的组织和实施,来全方位、多角度地深入扎实推进新工科建设。在新工科建设的要求下,本文通过引入多物理场分析软件结合国际研究热点开展了光子灯笼的教学和实验研究,取得了较好的教学效果,为新工科建设进行了一次有益的尝试。

用于光电检测的高精度任意波形光信号源技术研究

光作为信息的有效载体,现在已经在通信、工业控制、国防等领域得到广泛运用。在许多领域,提供实际检测的光信号存在一定的困难,同时仿真信号比实际信号具有误差小、便于量化分析等优点。从光源的选择,驱动电路的设计和通过适当的数据变换等几方面考虑,设计出了一套精密的光信号源发生器。实验结果表明,该系统能够使LED在保持P-I曲线不变的情况下,实现光功率的线性输出。

一种用于自动驾驶场景的轻量级语义分割网络

在自动驾驶场景下,针对语义分割模型在车载硬件设备中部署时内存受限且算力不足的问题,需要设计一种较好权衡效率和精度的语义分割模型。采用单分支网络结构,设计了一个轻量级多尺度双向注意力网络。为了实现高效的特征提取,设计了一种轻量级卷积单元来构成网络的特征提取骨干。为了较好地定位和分割道路场景中尺度差异较大的物体,提出了一种多尺度双向注意力模块。它具有全局多尺度感受野,并且在沿一个方向编码通道注意力的同时保留了另一个方向的空间位置信息。基于该注意力模块,设计了跳跃注意力连接模块和特征注意力融合模块,使得输出特征兼具细节信息和语义信息。模型在Cityscapes数据集上以0.9M的参数量,取得了71.86%的平均交并比,同时在单个RTX2080Ti GPU下实现了88FPS的推理速度。实验结果表明,该模型能够实现较高的分割精度,适用于车载硬件下的部署和应用,具有一定的实用价值。