摘要：长春理工大学光电工程学院依托其光电工程国家级实验教学示范中心开展了一系列面向在校本科生,旨在培养学生科研创新与实践能力的实验室开放计划.以开放实验室之一人工智能与光电感知实验室的基于多线激光雷达环境感知实验为例,介绍了实验的设计和具体实施过程.该培训计划均由指导教师亲自设计并实施辅导,使得同学们能够对所学的知识加以验证并将其利用到实践中.实验内容主要包括实验之前的准备、传感器的校准、三维空间重构和目标识别4个部分.经过几轮计划实施,效果证明实验室开放计划能够帮助学生培养独立开展科研活动的能力和学生创新意识的积累起到了良好作用.

摘要：目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

摘要：针对直接式光学膜厚监控系统中卤素灯光源发散和探测器接收信号幅值弱,导致短波波段监控精度差,并且制备窄带滤光膜(带宽<5 nm)监控误差大引起光谱矩形度差等问题,通过分析HLX64623卤素灯的光强分布和光纤耦合原理,根据镀膜机的结构参数设计准直聚焦耦合光路系统的初始结构,通过采用非球面U型反光镜结构和自由曲面透镜实现发散光源的准直以及光信号聚焦与光纤耦合,利用Zemax软件以基板和光纤接收端面上的辐照强度和光斑尺寸为优化目标进行迭代优化,相比于独立光源结构,优化后基板辐照强度提高了147%,光纤接收端辐照强度从0提高到1.53%。将准直聚焦耦合光路系统安装在镀膜机上进行测试,相比独立光源信号强度提高了362.3%,信噪比提高了91.9%,通过制备365 nm带宽10 nm的窄带滤光膜,连续镀制三炉的中心波长偏移量在1 nm以内,半高宽均为10 nm。实验结果表明,该装置可实现对近紫外到可见近红外波段高精度窄带滤光膜的稳定监控.

摘要：为适应卫星遥感载荷轻量化和小型化的需求,基于同轴四反光学系统初级像差理论,采用偶次非球面反射镜,设计了一种大视场、长焦距的同轴四反光学成像系统。系统视场角±2.5°,焦距550mm,总长度210mm。调制传递函数(MTF)值优于0.2@100lp/mm,±2.5°视场内最大畸变为0.7%,±1.5°视场内最大畸变为0.27%。与传统±1.5°视场同轴四反光学系统相比,主四镜共体加工简化了装配难度而且显著抑制杂散光。对比分析发现,同视场内相比传统同轴四反光学系统,杂散光减少81%。此系统可降低设计复杂性和系统重量,为未来卫星遥感光学系统的设计提供有价值的参考。

摘要：为了满足脊柱微创手术的成像需求,设计物镜F数为7带有30°视向角的硬性内窥镜。采用光导纤维传导来自冷光源的光线进行照明。通过内窥镜观察可以清晰地看到突出的椎间盘、受压力变形的硬膜囊、脊神经根和增生的各种组织。设计的医用硬性内窥镜,采用一体化设计思路,其中还包括反远距物镜系统设计、对称式的棒状镜中继系统设计、目镜和适配器设计。所设计的硬性内窥镜系统的光学系统F数为13,视场角为80°,总光学长度为255 mm,物镜系统和棒状镜光学外径不大于1.80 mm,调制传递函数在90 lp/mm处大于0.2且接近衍射极限。内窥镜的设计特点:对称的棒状镜中继系统和物像以远心的形式进行衔接。

摘要：设计一种基于半导体可饱和吸收镜的掺镱(Yb)光纤激光器。通过啁啾光纤布拉格光栅调节腔内净色散,研究谐振腔内净色散处于负色散区域时,激光器输出脉冲的特性。实验采用全保偏的线性腔结构,当泵浦功率为138 mW时,实现了稳定的自启动锁模。输出脉冲的最小脉冲宽度为4.5 ps,最高重复频率为46.5 MHz,中心波长为1063.7 nm,3 dB光谱宽度为1.44 nm。当泵浦功率为220 mW、腔内滤波带宽为4 nm时,可以观察到束缚态孤子,其脉宽为6.24 ps,脉冲间隔为46.58 ps。最后通过12 h的稳定测试,证明该激光器具有良好的功率稳定性,可以作为稳定的种子源应用。

摘要：为满足激光通信系统的共形设计和实现轻小型化的空间激光通信组网,设计一种应用于机载平台下的基于偏振光栅与快反镜(FSM)的新型单探测器复合轴系统。针对旋转偏振光栅实际应用与理论之间的差异,将偏振光栅光束偏转问题与目标脱靶量之间进行关联,定义了目标位置与双偏振光栅角度关系,进行了偏振光栅光束偏转坐标构建及解耦。随后对复合系统偏振光栅单元与FSM单元进行设计,通过目标闭环试验检测了系统跟踪性能,结果表明,在5°@0.2 Hz载体扰动情况下,双偏振光栅方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为126.1002μrad(RMS)与149.5309μrad(RMS),FSM方位轴、俯仰轴脱靶量闭环残差分别为3.4921μrad(RMS)与4.0131μrad(RMS),动态目标闭环控制双轴精跟踪残差为5.3197μrad(RMS),相比于Risley棱镜,光束偏转范围提升4倍,精度提升45.8%。整个跟踪过程中,两偏振光栅旋转角度值连续且平稳变化,满足轻量型机载平台对光电跟瞄设备的使用需求。

摘要：提出了一种针对异形光声池的参数优化方法,该方法结合了试验设计与非支配排序遗传算法,设计了一种突触形光声池并确定了其最佳尺寸,模拟了突触形光声池的声场与流场特性,比较了最优尺寸下突触形光声池与传统圆柱形光声池的各项性能指标。优化后的突触形光声池声压相对增长了41.8%、品质因数相对增长了16.03%,涡旋回流得到了改善,瞬态浓度平衡所需调节时间相对降低了62.75%,腔体容积相对降低了66.27%,各性能优化效果显著。以此为基础,搭建了NO_(2)光声光谱检测系统,实验结果表明,突触形光声池的谐振频率为2553 Hz,品质因数约为70.16,响应速度快,具有较好的稳定性,结构紧凑。为提升光声光谱检测系统中光声池性能的结构设计与参数优化提供参考。

摘要：针对双层衍射光学元件传统优化方法斜入射时衍射效率偏低的问题,基于双层衍射光学元件衍射效率与入射角度及波长的理论关系模型,提出了角度优化设计方法。通过分析设计过程中不同入射角和微结构高度对衍射效率的影响,优化选取微结构高度,显著提高了大视场下的衍射效率。为了验证上述理论,采用长短波衍射效率相等法、带宽积分平均衍射效率最大法以及提出的角度优化设计方法,分别对可见光波段和红外波段的双层衍射光学元件进行设计。结果表明,角度优化设计方法能够有效提高双层衍射光学元件的角度带宽积分平均衍射效率,进而提高光学系统的成像质量。最后,基于角度优化设计方法设计了长焦折衍混合系统,实现了高衍射效率下的高像质折衍混合系统。

摘要：为了提高相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统测量振动信号信噪比,提出了一种基于互补集合经验模态分解(CEEMD)的新型去噪方法。CEEMD算法对数字正交(I/Q)解调算法获取的瑞利后项散射光幅值信号和相位信号进行分解,经多尺度排列熵(MPE)算法筛选后,通过改进的小波阈值算法进行去噪,并设计采用多元宇宙优化(MVO)算法对参数进行优化。实际搭建了外差式Φ-OTDR系统,经仿真和实际测试验证文中算法有效性。最后,将设计算法与以往的经验模态分解-皮尔逊相关系数(EMD-PCC)、自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)及变分模态分解-改进小波阈值(VMD-NWT)去噪方法进行了对比。结果表明,在10.14 km的传感光纤位置上,该方法对于低频10 Hz、中频200 Hz以及高频1 200 Hz的振动事件,其位置信息信噪比分别可达8.88、30.26、11.90 dB,对不同频率段的振动信号均具备有效的去噪能力,且系统定位精度更高。该方法在提高系统信噪比的同时,成功地对振动信号进行了解调,且解调效果比其他三种算法效果更好,为Φ-OTDR系统降噪研究提供了新思路。