摘要：在水下无线光通信系统中,水的吸收、散射以及湍流等效应将造成信道估计与信号检测的困难,从而导致了通信误比特率(bit error rate,BER)升高,甚至无法通信。针对水下复杂信道下光通信信道估计与信号检测的难题,提出了基于机器学习(machine learning,ML)的信道估计与解调算法,研究其在直流偏置光-正交频分复用(direct current biased optical-orthogonal frequency division multiplexing,DCO-OFDM)光通信系统中水下信道估计及信号检测性能。首先基于所提信道估计与解调算法(深度神经网络(deep neural network,DNN)和无监督学习的k-means星座解调器)完成复杂信道频率响应、二次均衡及误比特分析的仿真建模。其次对比传统最小二乘法(least squares,LS)、线性最小均方误差(linear minimum mean square error,LMMSE)信道估计算法及最小距离解调算法,完成复杂信道下光通信信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)增益等研究。仿真结果中,在湍流闪烁指数为0.18、距离为10m的水下信道中,当子载波为8阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation,QAM)、误比特率为10^(-5)时,所提信道估计算法相比LS与LMMSE估计分别有大于6dB与1dB的信噪比增益。另外采用所提信号检测算法,对比传统算法有大于1dB的SNR增益。仿真结果表明,所提出基于ML的信道估计与解调算法可提高复杂信道水下光通信的性能。研究结果为远距离、高速复杂水下光通信系统设计提供一定参考。

摘要：基于石墨烯的电控特性提出了一种由金属线谐振器和"H"型谐振器组成的宽带可调的类电磁诱导透明(类EIT)超材料结构.首先,利用CST Microwave Studio软件对该超材料结构的透射特性进行了仿真.该结构在1.05—1.46 THz内的透射窗由金属线谐振器的等离子谐振和"H"型谐振器的电感-电容谐振干涉相消引起,且暗模式谐振器的数量增多导致了透射窗带宽的增加.其次,仿真模拟了该结构在不同石墨烯费米能级下的透射特性.当石墨烯费米能级由0 eV逐渐增加到1.5 eV时,该结构透射窗在1.05—1.46 THz内的平均透射振幅由87%逐渐减少到25%,实现了宽带可调.同时,通过仿真模拟该结构在1.26 THz下的电场分布对其透射机理进行了分析,并实验制备了类EIT超材料结构样品,且利用太赫兹时域光谱对样品进行了透射性能测试,测试结果与仿真分析的趋势基本一致.

摘要：设计了一个可同时在3~5μm中波红外(MWIR)和8~11μm长波红外(LWIR)成像的非制冷双波段红外光学系统。该系统由4片透镜组成,有效焦距为21 mm,F数为2.6,其中第4表面为Q-type非球面,透镜材料采用Ge和Ge10As40Se50硫系玻璃,对系统进行优化设计使之达到无热化效果。设计结果显示此系统在-40~60℃范围内成像质量良好,调制传递函数接近衍射极限。在设计参数和初始结构相同的情况下,设计了一个包含偶次非球面的光学系统,并对这两种光学系统进行比较分析。结果表明:Q-type非球面在光学系统设计过程中具有较大优势,其校正像差的能力更强,面形与最佳拟合球面的偏离量更小,有利于提高加工精度和效率。

摘要：激光内雕机在进行激光内雕时,经常会存在激光"炸点"不均匀的情况,需要对其进行放大分析,从而更好地控制激光束的能量。根据企业激光内雕"炸点"观察需求,设计了一款长工作距变焦显微物镜。玻璃内部的"炸点"观察范围为9~32 mm,系统采用光学变焦方式,变焦范围为6~24 mm,放大倍率为4×~16×,变倍比为4倍。探测器采用了一款型号为VA-1MG2的1/2 in(1 in=2.54 cm)CCD,其像元大小为5.5μm。利用Zemax进行光学系统设计优化,在截止频率91 lp/mm处,各组态下各视场的MTF值均大于0.4,在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限。点列图的RMS半径也均小于艾里斑半径,满足长工作距变焦显微系统的各项指标需求。

摘要：为了突破基底材料的选择局限性,实现成像波段范围内的高质量成像,在环形孔径超薄成像系统引入成像衍射光学元件,设计了以光学塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基底材料、焦距为35 mm、有效孔径为29 mm的4次反射结构的折衍射混合环形孔径超薄成像系统.该系统倍率色差小于2.2μm,在空间频率为166 lp/mm时的MTF值大于0.4,实现了高质量成像.对环形孔径成像系统分别进行了公差分析与热分析,结果表明,在空间频率为166 lp/mm时,各视场的子午和弧矢衍射MTF值大于0.2,在温度0℃~40℃时,各视场的子午和弧矢MTF值大于0.28.

摘要：运用ZEMAX光学设计软件基于Liou-Brennan眼模型,材料选用疏水性丙烯酸酯,设计了前表面为衍射面,后表面为非球面的多焦点人工晶体,该设计利用0级、+1级衍射级次,当物在不同位置时,使不同衍射级次发挥作用.对于所设计的人工晶体,采用的附加光焦度为1.66D,即两个焦点处的光焦度分别对应20D、21.66D,小附加光焦度的确立旨在着重优化人工晶状体在中距处的光学质量.首先基于衍射光学理论计算衍射面的衍射效率,利用ZEMAX光学设计软件得到衍射面及非球面的光学参数,继而利用MATLAB模拟仿真软件模拟衍射面位相结构及实际表面轮廓,最后利用单点金刚石超精密车床对所设计的人工晶体进行加工,根据实测光学调制传递函数分析所设计的人工晶体的光学质量并利用实测离焦量曲线验证附加光焦度的正确性.该设计满足光学调制传递函数在空间频率50lp/mm处大于0.3,可为白内障患者在不同距离视物提供较好的视觉清晰度.新型人工晶体应用于物距为75.3cm的工作距离,为小附加光焦度人工晶体应用领域提供理论及实验基础.

摘要：设计了一种集激光光束质量分析、光电自准直、激光自准直和光轴一致性检测等多种检测功能为一体的多功能光电检测系统．系统工作波长范围为300～1700nm，准直准确度2”，角分辨力0．1”．设计了一种长焦距平行光扩束系统和三光轴系统，采用带有中心平面的、可移动的复曲面摄远物镜，物镜口径75mm，扩展口径至400mm，使系统实现了光轴一致性、出射激光指向及多参量集成检测功能，集成化程度高．利用光学设计软件ZEMAX进行系统仿真和优化设计，在全视场内，不同波长所对应的各焦距位置50lp／mm处MTF〉0．2．成功研制一台功能样机，并于加工装调后进行了测试试验，结果表明该仪器获取图像清晰准确，能够满足测试要求．

摘要：研究通过分析共焦法检测透镜厚度的原理,并结合实际,给出了共焦光学系统的设计指标及要求,据此设计了一套共焦光学系统,结合光纤、耦合器、光谱仪等设备构成了基于共焦原理的透镜厚度测量系统。文中分析了本共焦光学系统的公差,分析结果表明,所给公差相对较宽松,整个光学系统设计合理,且在此公差下,本光学系统仍能清晰成像。本系统的测量范围至少为15 mm,可以有较广泛的应用。对于普通的K9玻璃,本检测系统的测量范围可达23.4 mm,测量精度为1μm。

摘要：为实现高能激光的有效发射,设计了一种高能激光精确指向监视系统.该系统通过调整主、次镜的相对位置来进行调焦,同时能够在100-1000m范围内对自然目标清晰成像.利用ZEMAX软件对光学系统进行设计优化,运用ZYGO干涉仪和大口径平行光管进行辅助装调,使成像系统成像角分辨率达到3.38μrad〈5μrad,光学系统同轴度达到4.75″≤5″,满足设计指标要求.该系统能够捕获、识别、跟踪目标,从而引导高能激光进行精确打击.

摘要：致冷红外系统的设计无法避免冷反射问题,通常需要复杂化光学系统来减弱冷反射的影响。通过分析致冷红外系统的冷反射特性,提出差分阈值冷反射校正法,可以放宽光学设计阶段对冷反射的限制,不用特意考虑冷反射。系统优化完成后进行光线追迹,以模拟真实场景中的冷反射现象,再通过本方法消除冷反射。设计了致冷红外光学系统,采用该方法处理后,从主观上看,图像明显清晰,从客观上看,多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明,该方法可以有效减弱致冷红外系统冷反射,简化光学系统设计,对系统小型化、轻量化具有重要意义。