摘要：飞秒激光飞行时间测距是一种新型的绝对测距手段,具有精度高、量程大、可以同时测量多个目标等优点。其测量误差主要来源于飞秒激光源的量子噪声,为了保证高测量精度,可以采用多次测量取平均,然而这会使测量更新速率受限。文中采用FPGA作为距离解算的高速信号处理单元,利用Verilog语言设计了卡尔曼滤波硬件算法,对1.5 m处的合作靶标开展了测距实验,在1.5 kHz的更新速率下,测距标准偏差达到1.47μm,目标以20μm为步长运动时,测距仪能够准确更新目标位置。卡尔曼滤波硬件算法的引入不仅实现了高精度、高更新速率的绝对测距,并有效地提升了飞秒激光绝对测距装置的便携性。

摘要：基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤相接构成光纤环形谐振腔。通过拉锥光纤耦合在薄壁微管腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与盐度线性对应,实现薄壁微管腔内溶液盐度的传感测量。与无增益的微管腔透射谱相比,激光可以提供具有更高信噪比和更窄线宽的传感信号。实验结果表明,在0‰—45‰盐度范围内,提出的光纤激光盐度传感器的传感灵敏度为36.5 pm/‰,线性度达到0.99924,盐度测量误差小于±0.751 3‰,最小探测极限为0.485 5‰,且不需要额外的流体测量通道,有望成为海洋盐度探测的有力工具。

摘要：自制的太赫兹量子级联激光器性能良好且易于集成和实际应用。利用该激光器出射的太赫兹波对非金属物质的穿透性,在该激光器中配以辅助光路与阵列接收模块,设计出具有一定空间尺度和分辨率的透射式成像系统,对该成像系统中的光束整形关键参数选择因素进行了分析。将此成像系统与基于光电导天线对收发的全光纤太赫兹时域光谱系统相结合,实现了联动式太赫兹分析仪的设计。此联动式太赫兹分析仪可对非金属包装中的隐匿物品进行太赫兹波段成像与指纹谱的联动获取,整机操作软件能在后台控制与监控内部各设备,实现了对危险品的快速、直观、准确的定位以及对物品种类的无损分析。

摘要：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。

摘要：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%。

摘要：为了充分发挥多传感器融合系统的优点,提高其同步授时的精确性和信息融合的鲁棒性,设计了一种基于FPGA的多传感器融合同步授时系统。系统传感器包含激光雷达、相机以及惯性测量单元IMU;通过FPGA内部的秒脉冲(PPS)校准模块产生的精确且稳定的信号作为标准触发信号,触发校准模块以该标准触发信号作为基准结合各传感器自身工作频率产生同步脉冲触发各传感器,以此方式实现激光雷达、惯性测量单元IMU和相机的同步授时。实验结果表明:基于FPGA的多传感器融合同步授时系统实现了各传感器的同步授时,且传感器信息融合的有效性与鲁棒性较好。

摘要：采用具有高重复频率的连续变量脉冲量子态进行量子通信,不仅可利用单个脉冲编码信息,还可进行波分复用和时分复用,因而有助于提高量子通信系统的速度和容量。为了消除脉冲光重复频率信号对探测系统的饱和效应,设计制作了一种适用于测量脉冲光正交分量或强度噪声起伏的差分探测系统。对于利用变压器耦合的两个光电二极管的差分光电流交流分量,在采用低噪声放大器放大之前,先利用高隔离度的低通滤波器抑制脉冲光重复频率的拍频。该探测系统共模抑制比可达54dB。入射的总光功率约为0.32mW时,测得的光电流散粒噪声比电子噪声基底高8.7dB。通过平衡零拍探测对散粒噪声基准进行标定,结果说明该系统适于测量脉冲光的量子噪声。

摘要：在公路的使用过程中,其表面会产生危害结构健康的裂缝,研究高效精确裂缝分割算法已成为交通运输领域的一个重要课题.在现有的基于图像的裂缝分割方法中,由数据驱动的深度学习技术展现出了强大的适用性.但基于神经网络的裂缝分割模型普遍缺乏对模型实时性的关注,为平衡模型精度和速度,选择合适的架构超参数,设计了一套架构超参数挑选框架,提出了实时路面裂缝分割模型(FastCrack-SPOS).首先,设置不同的待选宽度(16,32,48,64,80)、深度(D1,D2,D3)、下采样倍率(1/4,1/8,1/32),构建出45组不同结构模型,分析每种参数对模型性能的影响;然后,使用神经架构搜索技术为模型每层自动搜索合适类型的卷积块,进而构建出最终模型.实验结果表明:所提架构超参数挑选框架在轻量级裂缝分割模型的设计上十分有效;构建出的FastCrack-SPOS在路面裂缝数据集上的交并比达62.88%;参数量仅0.29×106,相比现有模型,减少95%;处理1024×1024的图像的速度达147 frame/s,在速度和精度间取得了平衡,具有较高的实际应用价值.

摘要：为了克服近地面湍流对几十到几百米中长成像距离下光学系统成像质量的不利影响,设计了基于长焦距望远物镜和一体化自适应模块的光学成像系统。在系统中心高度1.9 m及50~200 m的成像距离下,开展了分辨率板的室外成像实验。实验结果表明,在近地面的50~200 m中长距离下湍流对成像质量的影响明显,所搭建的实验系统能够在不同距离下有效克服湍流影响,提高图像的分辨率和清晰度的一致性,但随着成像距离的增加,湍流影响的增大,系统的校正能力降低,成像质量下降。系统在100 m成像距离下的成像分辨率能够达到0.5 mm。在200 m的距离对混凝土模型表面裂缝进行了观测及校正实验,实验结果表明,系统能够抑制湍流影响,提高裂缝图像的清晰度,验证了系统的实际应用能力。

摘要：利用具有逆反射特性的光学元件构成激光器的谐振腔,能够赋予激光器大范围免调试工作的潜力.本文讨论了谐振激光自适应无线传能/通信等新兴应用对激光器免调试工作范围的要求,设计了基于猫眼逆反射器的大范围免调试激光器,采用腔内望远镜系统和复合腔结构分别拓展激光器的工作距离范围和提升激光安全性.通过对激光谐振腔的稳定性分析和对猫眼逆反射器的像差分析,明确了球差和场曲导致的猫眼离焦分别是限制免调试激光器工作距离和视场的关键因素.实验中通过优化光学设计补偿像差,实现了端面泵浦Nd:GdVO4激光器的大范围免调试运转.16.6W泵浦功率下,激光器接收端在1—5 m工作距离范围内移动和在±30°接收端视场范围内转动时输出功率保持在5 W以上,功率波动小于10%,无需重新准直调节.5 m工作距离下,在4.6°发射端视场内输出功率保持在其最大值的50%以上,对应接收端横向移动范围达到40 cm.本工作明确了猫眼腔免调试激光器的设计优化原则,为相关研究提供了实验结果参考.