Фазовый дальномер лазерный: Самодельный фазовый лазерный дальномер / Хабр

alexxlab | 28.08.1985 | 0 | Разное

Содержание

Самодельный фазовый лазерный дальномер / Хабр

В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

Теория

Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3. 3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы.


Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм).
Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером.
Расстояние определяется по формуле:

Где с — скорость света, f — частота модуляции лазера, фи — фазовый сдвиг.


Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f.
Если частота модуляции равна 10МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см.
При превышении этого расстояния возникает неоднозначность — невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений.
Самый простой случай — использование двух частот, на низкой приблизительно определяют расстояние до объекта (но максимальное расстояние все равно ограничено), на высокой определяют расстояние с нужной точностью — при одинаковой точности измерения фазового сдвига, при использовании высокой частоты точность измерения расстояния будет заметно выше.

Так как существуют относительно простые способы измерять фазовый сдвиг с высокой точностью, то точность измерения расстояния в таких дальномерах может доходить до 0.5 мм. Именно фазовый принцип используется в дальномерах, требующих большой точности измерения — геодезических дальномерах, лазерных рулетках, сканирующих дальномерах, устанавливаемых на роботах.
Однако у метода есть и недостатки — мощность излучения постоянно работающего лазера заметно меньше, чем у импульсного лазера, что не позволяет использовать фазовые дальномеры для измерения больших расстояний. Кроме того, измерение фазы с нужной точностью может занимать определенное время, что ограничивает быстродействие прибора.

Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты.


Пример структурной схемы дальномера с гетеродином. М — генератор сигнала модуляции лазера, Г — гетеродин.

Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается.

Более подробно (с всеми нужными формулами) этот метод рассматривается здесь (на английском) и здесь (на русском).
В первой статье указывается, что если частота дискретизации сигнала (fsp) связана с частотой модуляции (fo) следующим соотношением:

где p — целое число, то процесс вычисления фазы значительно упрощается.
Достаточно взять N выборок сигнала X[i], после чего разность фаз можно вычислить по следующим формулам:

Отмечу, что оба вышеуказанных метода часто применяются вместе — низкочастотные сигналы подаются напрямую на АЦП, высокочастотные переносятся в область более низких частот за счет гетеродинного преобразования, и также подаются на АЦП.

Именно второй вариант фазометра, с использованием частоты модуляции 10МГц я и решил реализовать в своем макете дальномера.

Практика

Структурная схема моего дальномера:


Фактически, вся конструкция состоит из 3 частей — отладочной платы с микроконтроллером, усилителя сигнала лазера с самим лазером, и фотоприемника с усилителем и фильтром.
В вышеописанной теории предполагалось, что излучение лазера модулируется синусоидальным сигналом. Сформировать такой сигнал частотой 10Мгц с использованием контроллера непросто, поэтому в своей конструкции я подаю на лазер меандр частотой 10МГц. После усиления сигнала с фотоприемника от полученного сигнала отсекаются лишние гармоники полосовым LC-фильтром, настроенным на частоту 10МГц, в результате чего на выходе фильтра возникает сигнал, очень близкий к синусоидальному.

Схема аналоговой части (усилителя лазера и приемной части):

Схема была взята из проекта лазерной связи Ronja, описание на русском. В этом проекте как раз реализована передача данных со скоростью 10Mbit, что соответствует выбранной частоте модуляции.
Как видно из схемы — усилитель мощности для лазера простейший, собран на микросхеме 74HC04 (содержит 6 инверторов). Включение микросхемы не совсем корректное, но оно работает. Ток через лазер ограничивается резисторами (тоже не самое лучшее решение). Напряжение питания 5В для усилителя берется с отладочной платы.
Для того, чтобы сигнал с усилителя не наводился на остальную часть схемы, корпус усилителя сделан металлическим, все провода экранированы.
Сам лазер (красного цвета) взят из пишущего DVD-привода, его мощность можно установить достаточно высокой, и он гарантированно будет работать на частоте 10МГц.

Приемник состоит из фотодиода и усилителя, собранного на полевом транзисторе и микросхеме-высокоскоростном усилителе. Так как с увеличением расстояния освещенность фотодиода сильно падает, то усиление должно быть достаточно большим (в этой схеме оно примерно равно 4000). Кроме того, с ростом частоты заметно падает сигнал на выходе фотодиода (сказывается его емкость). Отмечу, что усилитель в данной конструкции — важнейшая и наиболее капризная часть. Как оказалось, его усиления явно не хватает. Изначально я предполагал, что коэффициент усиления можно будет менять (чтобы ослаблять сигнал при его слишком большой величине), используемая схема позволяет это делать, меняя напряжение на втором затворе транзистора. Однако оказалось, что при изменении усиления достаточно сильно изменяется вносимый усилителем сдвиг фаз, что ухудшает точность измерения расстояния, так что пришлось установить коэффициент усиления на максимум, подавая на затвор транзистора напряжение 3В с батарейки.

Приемнику для работы требуется напряжение 12В, так что для его питания приходится использовать отдельный блок питания.
Усилитель очень чувствителен к внешним наводкам, так что он тоже должен быть экранированным. Я взял готовый корпус от нерабочего оптического датчика, и разместил усилитель в нем (белая полоска — фольга для дополнительного экранирования фотодиода):

Отмечу, что наводка сигнала от лазера на приемник довольно сильно ухудшает точность измерения разности фаз, так что нужно контролировать, чтобы такая наводка отсутствовала.

LC-фильтр, используемый в дальномере — взят от приемника. Так как фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала, а АЦП отрицательные сигналы не воспринимает, то ее приходится добавлять при помощи резисторного делителя R15, R16. Постоянное напряжение, подаваемое на делитель, берется c отладочной платы (VCC).

Отладочная плата — STM32F4-DISCOVERY. Ее выбрал потому, что для формирования двух достаточно различающихся частот нужен генератор достаточно высокой частоты (PLL STM32F4 может давать частоты больше 100МГц).
В формуле, связывающей частоту модуляции и дискретизации, коэффициент «p» я принял равным 6, так что при частоте модуляции 10МГц частота дискретизации должна быть 1.6МГц.

Для формирования частоты 10МГц используется таймер TIM2, работающий в режиме формирования ШИМ сигнала. При системной частоте 160МГц его период — 16 «тиков».
АЦП получает запросы на запуск от таймера TIM8. Для формирования частоты 1.6МГц его период — 100 «тиков». Все данные от АЦП при помощи DMA сохраняются в массив, размер которого должен быть равен двойке в N степени. Оба таймера, АЦП и DMA запускаются один раз при включении и больше уже не отключаются. Таким образом, так как таймеры тактируются от одного источника, а одному периоду измеряемого сигнала соответствуют четыре выборки данных, получается, что в массив всегда попадет целое число периодов сигнала.
Так как останавливать DMA не желательно (это упрощает управление захватом данных), при заполнении первой половины массива генерируется прерывание. Обнаружив, что половина массива заполнена, контроллер копирует ее содержимое в другой массив (в целях упрощения программы вторая половина основного массива при этом не используется). После этого полученные данные обрабатываются — вычисляется средняя амплитуда и фаза сигнала, проводится пересчет фазового сдвига в расстояние.
Полученные величины выводятся на ЖК индикатор от кассового аппарата, также подключенный к отладочной плате.

Дальномер должен знать где находится начало отсчета. Для его калибровки при включении на «нулевом» расстоянии от дальномера устанавливается объект, после чего на отладочной плате нужно нажать кнопку, при этом измеренное значение дальности записывается в память, после чего это значение будет вычитаться из измеренной дальномером дальности.

Как я уже отмечал выше, реализовать автоматическое управление усилением не удалось. При этом изменение амплитуды принятого сигнала приводит к изменению фазовых сдвигов в усилителе, и следовательно, к дополнительным ошибкам.
Поэтому мне пришлось регулировать освещенность фотодиода при помощи механической заслонки, поворачиваемой сервоприводом — при слишком большой освещенности заслонка перекрывает световой поток. ШИМ сигнал для управления приводом формируется таймером TIM3.

Про оптику. Без нее дальномер невозможен. Ее конструкция хорошо видна на фотографиях ниже. Лазер находится внутри пластиковой трубки, установленной вертикально. В нее вставлена небольшая втулка с зеркальной призмой. Втулку можно поворачивать, поднимать и опускать, перемещая таким образом луч лазера. Так как я догадывался, что усиления не хватит, то для приема сигнала использовал крупную линзу Френеля.
Так так лазер, линза и фотодиод установлены соосно, то на близких расстояниях лазер закрывает от фотодиода собственный луч. Для компенсации этого эффекта я установил вторую линзу (лупа с оправой), хотя полностью эффект не устраняется, поэтому максимальный сигнал наблюдается на расстоянии примерно 50-70 см от лазера.

А вот и фотографии получившейся конструкции:

На индикаторе первое число — амплитуда в единицах АЦП, второе число — расстояние в сантиметрах от края доски.

Видео работы дальномера:

Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта.
Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера.
Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается.
Фотография отражателя:

Использование отражателя:

Как видно, расстояние до отражателя — 6. 4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

Точность получившегося дальномера — 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз — 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять — на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов — у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность — довольно неплохо.
Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

Программа контроллера: ссылка

Дальномеры. Принцип лазерной дальнометрии | АО “Барс”

  • Тепловизоры
    • Тепловизионные приборы
      • Монокуляры
        • PULSAR HELION
        • PULSAR AXION
        • Yukon/Pulsar
        • IRay
        • Hikvision
      • Насадки
        • Yukon/Pulsar
      • Бинокли!
        • Yukon/Pulsar
    • Тепловизионные прицелы
      • Yukon/Pulsar
      • Dedal
      • IRay
      • Hikmicro
    • Кронштейны
      • Yukon/Pulsar
    • Источники питания для тепловизоров
      • Yukon/Pulsar
  • Цифровые приборы
    • Цифровые прицелы
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • IRay
    • Наблюдательные цифровые приборы
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
    • Цифровые насадки
      • Yukon/Pulsar
    • Цифровые камеры
      • Veber
    • ИК-фонари
      • Yukon/Pulsar
      • Барс
    • Кронштейны
      • Yukon
    • Источники питания для цифровых приборов
      • Yukon/Pulsar
  • Оптические прицелы
    • Оптические прицелы
      • Yukon
      • Leapers
      • Leupold
      • Redfield
      • Hakko
      • Nikon
      • Swarovski
      • Carl Zeiss
      • Schmidt&Bender
      • Bushnell
      • Nikko Stirling
      • Meopta
      • Veber
      • ВОМЗ
      • НПЗ
      • ПОСП (Беларусь)
    • Коллиматоры
      • Leapers
      • Hakko
      • Aimpoint
      • Leupold
      • Sightmark
      • EOTech
      • Holosun
      • Docter
      • НПЗ
      • ВОМЗ
      • Veber
      • Барс
      • Redring
    • Кронштейны
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • Leapers
      • Leupold
      • Contessa Alessandro
      • Dragunov Mount
      • EAW Apel
      • Innomount
      • MAK
      • RECKNAGEL
      • НПЗ
      • Veber
      • WARNE
      • KOZAP
  • Приборы ночного видения
    • Монокуляры ночного видения
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • НПЗ
    • Бинокли и очки ночного видения
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • Барс
      • НПЗ
    • Прицелы ночного видения
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • НПЗ
    • ИК-фонари
      • Yukon/Pulsar
      • Барс
    • Ночные насадки
      • Yukon/Pulsar
    • Кронштейны
  • Подствольные фонари
    • Фонари
      • Барс
    • Аксессуары
      • Барс
  • Лазерные дальномеры
  • Бинокли
    • Бинокли
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • КОМЗ
      • Nikon
      • Olympus
      • Steiner
      • Leupold
      • Bushnell
      • Celestron
      • Veber
      • Pentax
    • Театральные бинокли
      • Veber
  • Подзорные трубы
    • Монокуляры
      • КОМЗ
  • Микроскопы
  • Телескопы
  • Метеодатчики “Пеленг”
  • Лупы
  • Аксессуары
    • Источники питания
      • Yukon/Pulsar
      • Yukon
      • PULSAR AXION
    • Холодная пристрелка оружия
      • Sightmark
      • Firefield
      • Veber
    • Прочие аксессуары
      • Yukon
      • Yukon/Pulsar
      • PULSAR AXION
      • IRay
  • Статьи
    • Тепловизоры
    • Цифровые приборы
    • Оптические прицелы
    • Приборы ночного видения
    • Подствольные фонари
    • Лазерные дальномеры
    • Бинокли
    • Подзорные трубы
    • Микроскопы
    • Телескопы
  • Видео
    • Тепловизоры
    • Цифровые приборы
    • Оптические прицелы
    • Лазерные дальномеры
    • Прочее
  • Инструкции
  • Фото

Главная – Статьи – Лазерные дальномеры – Дальномеры. Принцип лазерной дальнометрии

Измерение дальности
Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:
L = ct/2, где L – расстояние до обьекта, с – скорость распространения излучения, t – время прохождения импульса до цели и обратно.
Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.
Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный.
Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.
При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического  сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10…150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта. 
Использование лазерных дальномеров в военных целях
Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые опыты относятся к 1961г., а сейчас лазерные дальномеры используются в наземной военной техники (артиллерийские, танковые), и в авиации (дальномеры, высотомеры, целеуказатели), и на флоте. Эта техника прошла боевые испытания во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. В настоящее время ряд дальномеров принят в армиях ряда стран.
Первый лазерный дальномер XM-23 прошел испытание во Вьетнаме и был принят на вооружение в армии США. Он был рассчитан на использование передовых наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем являлся лазер с выходной мощностью 2.5Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко использовались интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Питание дальномера осуществлялось от батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24В, обеспечивающий 100 измерений дальности без подзарядки.
Один из первых серийных моделей – шведский дальномер, предназначенный для использования в системах управления бортовой корабельной и береговой артиллерии. Конструкция дальномера отличалось особой прочностью, что позволяло применять его в сложных условиях. Дальномер можно было сопрягать при необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режимом работы дальномера предусматривалось либо измерения через каждые 2с в течение 20с, либо через каждые 4 с в течение длительного времени.
С начала 70-х годов на зарубежных танках устанавливаются лазерные дальномеры. Установка лазерных дальномеров на танки сразу заинтересовала зарубежных разработчиков вооружения. Это объясняется тем, что на танке можно ввести дальномер в систему управления огнем танка, чем повысить его боевые качества. По сравнению с оптическими они имеют ряд преимуществ: высокое быстродействие, автоматизированный процесс ввода измеренной дальности в прицельные устройства, высокую точность измерения, малые размеры, вес и т. д. Для этого в США был разработан дальномер AN/VVS-1 для танка М60А. Он не отличался по схеме от лазерного артиллерийского дальномера на рубине, однако помимо выдачи данных о дальности на цифровое табло имел устройство, обеспечивающее ввод дальности в счетно-решающее устройство системы управления огнем танка. При этом измерение дальности могло производиться как наводчиком пушки так и командиром танка. Режим работы дальномера – 15 измерений в минуту в течение одного часа.
Лазерные дальномеры, установленные на современных танках, позволяют измерять дальность до цели в пределах от 200 м до 8 000 м (на американских и французских танках) и от 200 до 10 000 м (на английских и западногерманских танках) с точностью до 10 м. Большинство активных элементов лазерных дальномеров, устанавливаемых в настоящее время на танках и БМП западного производства, созданы на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент – кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+). Эти лазеры генерируют излучение на длине волны 1,06 мкм. Имеются также лазерные дальномеры в которых активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основой является кристалл окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3*. Лазеры на рубине генерируют излучение на длине волны 0,69 мкм.
 В последнее время на зарубежных боевых машинах начали применяться лазерные дальномеры на углекислом газе. В СО2-лазере в газоразрядной трубке находится смесь, состоящая из углекислого газа (СО2), молекулярного азота (N,) и различных небольших добавок в виде гелия, паров воды и т. д. Активные центры – молекулы СО2. Преимущество лазера на двуокиси углерода заключается в том, что его излучение (длина волны 10,6 мкм) относительно безопасно для зрения и обеспечивает лучшее проникновение через дым и туман. Кроме того, лазер постоянного излучения, работающий на этой длине волны, может использоваться для подсветки цели при работе с тепловизионным прицелом.
  Бурное развитие микроэлектроники обеспечило уменьшение массо-габаритных показатели лазерных дальномеров, что позволило создать портативные дальномеры. Весьма удачным оказался норвежский лазерный дальномер LP-4. Он имел в качестве модулятора добротности оптико- механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно визиром оператора. Диаметр оптической системы составляет 70 мм. Приемником служит портативный фотодиод. Счетчик снабжен схемой стробирования по дальности, действующий по установке оператора от 200 до 3000 м. В схеме оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения глаза от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса. Излучатель и приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели определяется до ~25 градусов. Аккумулятор обеспечивал 150 измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1кг. Дальномер был закуплен Канадой, Швецией, Данией, Италией, Австралией.
Портативные лазерные дальномеры были разработаны для пехотных подразделений и передовых артиллерийских наблюдателей. Один из таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в качестве источника излучения используется алюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1.5 МВт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов исключаются с помощью схемы стробирования по дальности. Источник питания – малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2кг.
Следующий этап военного применения лазерных дальномеров – их интеграция с индивидуальным стрелковым оружием пехотинца. 
Примеров может служить штурмовая винтовка F2000 (Бельгия). Вместо прицела на F2000 может устанавливаться специальный модуль управления огнем, включающий в себя лазерный дальномер и баллистический вычислитель. Основываясь на данных о дальности до цели, вычислитель выставляет прицельную марку прицела как для стрельбы из самого автомата, так и из подствольного гранатомета (если он установлен).  
Американская система OICW (Objective Individual Combat Weapon – объективное индивидуальное боевое оружие) является попыткой резко повысить эффективность вооружения пехотинца. В настоящее время разработка находится на стадии создания прототипов. Начало производства планируется на 2008 год, поступление на вооружение – на 2009 год. По текущим планам, на каждое отделение пехоты будет приходится по 4 OICW.  OICW представляет собой модульную конструкцию, состоящую из трех основных модулей: модуля “KE” (Kinetic Energy), представляющего собой слегка модернизированную винтовку Хеклер-Кох G36; Модуля “HE” (High Explosive), представляющего из себя самозарядный 20мм гранатомет с магазинным питанием, устанавливаемый сверху на модуль “КЕ” и использующий для стрельбы общий с модулем “КЕ” спусковой крючок; и, наконец, модуль управления огнем, включающий в себя дневной/ночной телевизионный прицелы, лазерный дальномер и баллистический вычислитель, который автоматически выставляет в объективе прицельную марку в соответствии с дальностью до цели, а также используется для программирования дистанционных взрывателей 20мм гранат. Перед выстрелом по данным с лазерного дальномера взрыватель гранаты программируется на подрыв в воздухе на заданной дальности, чем обеспечивается поражение укрытых целей осколками сверху или сбоку. Определение дальности для дистанционного подрыва осуществляется путем подсчета оборотов, совершенных гранатой в полете

Принцип работы лазерного дальномера

В ходе ремонта многочисленные промеры рулеткой и вычисления площади объектов требуют высокой концентрации и времени. Справиться с этим помогают лазерные рулетки (дальномеры) — простые в эксплуатации приборы с высокой точностью измерения. Они не только мгновенно определят расстояние, но и вычислят площадь, объем и другие характеристики объекта.

    Принцип работы лазерного дальномера

    Лазерный дальномер называют по-разному. Из-за умения измерять расстояние его окрестили электронной или лазерной рулеткой, хотя на самом деле традиционного для рулетки колеса в нем нет. Этим же объясняется и название лазерной линейки. Дальномеры бывают импульсные и фазовые. Принцип действия импульсных дальномеров схож с принципом работы эхолотов. При включении лазерного дальномера в нем генерируется лазерный луч и посылается излучателем до объекта, например до ближайшей стены комнаты (в звуковых дальномерах генерируется ультразвук). Луч отражается от объекта и поступает в приемник устройства.

    По времени, которое проходит с момента передачи до приема луча, и определяется расстояние до объекта. Полученный сигнал обрабатывается микропроцессором умного устройства и передается на дисплей в понятном для восприятия виде. Фазовые дальномеры измеряют разность фаз волны (подробнее ниже). Для проведения замера достаточно включить функцию лазерного луча, навести дальномер на объект и нажать кнопку измерения расстояния. Расчет площади, объема и прочих характеристик также происходит при нажатии на предусмотренные для этого кнопки.

    Функции лазерных дальномеров

    Определение расстояния из разных точек отсчета

    У лазерного дальномера есть несколько точек отсчета, что связано с особенностями измерения. Луч лазера исходит из корпуса прибора, так что при измерении расстояния от одной стены до другой придется учитывать длину этого корпуса. Чтобы не пришлось вести такие подсчеты в уме, в дальномерах настраивается точка отсчета. Она ведется от заднего торца устройства, от переднего торца или от упорной скобы (при ее наличии). Когда нужно узнать точную длину объекта, скобу выдвигают на 90 градусов (фактически цепляют за край объекта). Если нужно мерить из угла, то скобу выдвигают на 180 градусов, ведь сам прибор строго в угол не поместится.

    Измерение площади и объема

    Для измерения лазерным дальномером площади прямоугольника нужно определить его длину, ширину и нажать на специальную кнопку. Прибор рассчитает площадь фигуры и выведет результат на экран. Для определения объема параллелепипеда придется измерить его длину, ширину и высоту. Некоторые электронные рулетки умеют измерять углы, площади и объемы более сложных фигур. Такие измерения помогут быстро определить площадь пола, потолка, стен или узнать объем конструкции. Последнее потребуется, например, при строительстве бассейна или установке кондиционера, когда нужно знать объем воздуха кондиционируемых комнат. В некоторых приборах есть специальная функция маляра, которая складывает длины стен помещения и умножает на высоту, чтобы узнать общую площадь окрашиваемого или оклеиваемого обоями помещения.

    Непрерывные измерения

    У лазерных рулеток есть один минус по сравнению с обычными рулетками. В то время как мерной лентой легко отступить от стены на заданное расстояние, лазерной линейке нужна поверхность, от которой отразится луч. Для решения этой проблемы придумана функция непрерывных измерений. То есть если нужно отступить от стены, положим, на полтора метра, нужно включить эту функцию и постепенно отходить от стены. В это время прибор будет делать промеры через 1 секунду (зависит от настроек), что поможет отступить на точно заданное расстояние.

    Измерения на основе вычислений

    Если длину линии по каким-то причинам измерить прибором не получается, можно рассчитать ее по определенным формулам. Представим, что у помещения наклонная крыша. Тогда для определения длины наклонной линии понадобится не прямоугольник, а трапеция. Измерить три линии этой трапеции дальномером труда не составит, в то время как длину четвертой линии прибор рассчитает сам по функции трапеции.

    Аналогично рассчитывается и высота до объекта, если напрямую измерить ее затруднительно. Тогда измеряется расстояние до этой точки по диагонали (гипотенуза) и по горизонтали (первый катет). По известной со школьного курса геометрии теореме Пифагора прибор рассчитает вертикаль (второй катет). Такой расчет возможен только для прямоугольных треугольников, то есть в случае вертикальных, а не наклонных поверхностей.

    Определение минимума и максимума

    Определить с помощью лазерной рулетки длину диагонали большой комнаты не так-то просто, поскольку нужно четкое попадание из угла в угол. Режим максимума помогает снизить риск ошибки и предполагает проведение нескольких последовательных замеров. Прибор ориентируется на первый замер и считает его наименьшим. Если при последующих замерах найдется большее значение, то оно и будет считаться длиной диагонали. Это делается из соображений, что длина диагонали всегда является наибольшей величиной из всех возможных длин помещения.

    Режим минимума аналогичен предыдущему и снижает риски измерить расстояние не строго под прямым углом, а по диагонали. Например, нужно измерить расстояние от пола до потолка. Тогда в режиме минимума прибор найдет наименьшее из всех измеренных значений.

    Виды лазерных дальномеров

    По назначению лазерные дальномеры делят на бытовые и профессиональные. Первые чаще всего имеют небольшую (до 10 м) или среднюю (до 50 м) дальность измерения, и ограниченный функционал. Профессиональные электронные рулетки способны измерять расстояния более двухсот метров, имеют широкий набор функций и могут работать в сложных погодных условиях. Большая дальность необходима при возведении крупных объектов, измерении территории и в других случаях.

    По области применения лазерные рулетки делятся на разные категории. Есть дальномеры для промышленности, военной сферы, геодезии, строительства. Есть гаджеты для рыбалки, охоты и даже для гольфа! Они отличаются друг от друга как по внешнему виду, так и по набору функций, так как призваны решать разные задачи. Например, качественный лазерный дальномер для охоты ориентирован на работу в условиях дождя, пыли, высокой влажности, мороза, умеет игнорировать траву, ветки деревьев и рассеянные в воздухе частицы вроде снежинок или дождинок.

    По принципу работы бывают импульсные дальномеры и фазовые. Импульсные содержат встроенный таймер, с помощью которого определяют время отражения луча от объекта. На основании времени и скорости света рассчитывается расстояние. У импульсных лазерных рулеток мощный лазер, так что они могут измерять значительные расстояния, но обладают меньшей точностью по сравнению с фазовыми. Снижение точности связано с тем, что на расстоянии даже в несколько сот метров световой луч отражается слишком быстро (скорость света 300 тыс. км/с), что требует сверхточного таймера. Свое название импульсные рулетки получили из-за того, что в них луч лазера посылается импульсами.

    В фазовых лазерных дальномерах луч посылается постоянно и модулируется сигналом определенной частоты. Отраженная от объекта волна фиксируется фотоприемником. Волна посылается в одной фазе, а отражается в другой, так что разность фаз и позволяет вычислить расстояние до объекта. Фазовые рулетки более точны, но из-за постоянной работы лазера теряют в мощности луча, потому используются в основном для измерения на небольших расстояниях.

    Как выбрать лазерный дальномер       

    При выборе лазерного дальномера советуем определиться с теми задачами, для которых он приобретается. От этого будут зависеть и характеристики гаджета.Максимум и минимум измерений. Для дома подойдет лазерная линейка с дальностью до 30 метров. Но для измерений на улице или в больших помещениях имеет смысл покупать прибор с высоким максимумом (100 и более метров). Минимум связан с тем, что лазерный дальномер не может измерять маленькое расстояние, как обычная линейка. У одних приборов этот показатель составляет около полуметра, у других — только пять сантиметров (чем дороже, тем шире шкала измерений).

    Количество точек начала отсчета. Отсчет можно вести от верхнего края электронной рулетки, нижнего края и скобы (см. выше). Чем больше точек отсчета, тем точнее измерения.

    Функционал. Помимо функциональных возможностей (расчета площади, объема, непрерывных измерений, сохранения измерений в память и пр.) советуем обратить внимание и на наличие автоотключения, жидкостного уровня для точной установки прибора, возможности установки на штатив, наличие дополнительных функций (уклономера, видоискателя, цифрового уровня и пр.).

    Длина волны и класс лазера. Чем короче длина волны, тем лучше видно луч. Измеряется эта величина в нанометрах. Класс лазера характеризует его мощность и безопасность для глаз. Чем выше класс, тем мощнее луч. Его лучше видно в сложных условиях, но и опасность повреждения глаз при попадании в них лазерного луча возрастает. Безопасным и наиболее распространенным считает второй класс, в то время как использовать дальномер с лазером третьего класса рекомендуется только в защитных очках.

    Другие характеристики. Среди них диапазон рабочих температур, подсветка и звуковая индикация, комплектация (наличие USB-зарядки, штатива, сумки, ремешка, адаптера), степень защиты от ударов, влаги и прочего и габариты прибора.

     

    Лазерные дальномеры — устройства для измерения расстояния с широкой сферой применения

    Дальномеры при работе постоянно излучают сигнал, частота которого не превышает 500 МГц. Волна имеет неизменную длину (500-1100 нанометров). Фотоприёмник принимает отражающийся от объекта импульс. Расстояние определяется на основании расчёта разницы между изначальной и конечной фазами сигнала. Такие приборы обеспечивают высокую точность измерений при удалённости объекта не более 1 км.

    Сфера применения

    • Строительство.
    • Некоторые виды геодезических работ.
    • Сканеры.
    • Робототехника.
    • Навигация.
    • Геодезия.
    • Военное дело.
    • Астрономия и т.д.

    Характеристики прибора

    Вне зависимости от того, какими дополнительными опциями оснащён лазерный дальномер, он обладает следующими характеристиками:

    • Диапазон измерений (показывает максимальное расстояние, на котором прибор может измерить параметры объекта с точностью, заявленной производителем. У современных моделей этот показатель достигает 100 м).
    • Точность (допустимая погрешность в измерениях. Обычно находится в пределах 3 мм).
    • Питание. Обычно осуществляется от элементов АА или ААА (так называемых «пальчиковых» или «мизинчиковых» батареек). Некоторые модели питаются от аккумуляторов или элементов питания нестандартных типов, однако лучше выбрать прибор на классических батареях, которые без труда можно найти в магазине.
    • Масса. Современные компактные дальномеры весят до 150 грамм. Более тяжёлые модели неудобны в использовании, особенно если с прибором приходится работать постоянно.

    Дополнительные функции

    Наиболее популярными являются следующие дополнения:

    • Уровень (с его помощью можно определить отклонения плоскостей по вертикали и горизонтали).
    • Угломер (в совокупности с уровнем позволяет производить одновременно несколько измерений).
    • Защита от пыли и влаги. Дальномеры являются точными электронными устройствами. Попадание внутрь пыли или влаги может привести к выходу его из строя. Защищёнными корпусами оснащаются практически все современные модели. Однако если прибор планируется эксплуатировать в неблагоприятных условиях, рекомендуется выбрать вариант с повышенной защитой. Дополнительно можно приобрести специальный чехол.
    • Подсветка. Даже на дорогостоящих моделях со множеством дополнительных опций иногда можно встретить монохромный дисплей и клавиатуру без подсветки. Такие приборы не очень удобны в эксплуатации. Лучше выбрать устройство с активируемой либо постоянной подсветкой и цветным дисплеем.
    • Дальномер, оснащённый этой функцией, можно подключить к смартфону, планшету или ноутбуку для сохранения, анализа и передачи данных. Если выполнять все эти действия вручную, темп работы существенно снизится.

    Критерии выбора лазерного дальномера

    Главное, чтобы прибор мог справиться с поставленной задачей. Чтобы не ошибиться, рекомендуется обратить внимание на несколько важных факторов.

    Место проведения измерений

    При ярком солнечном свете лазерный луч можно визуально распознать на расстоянии до 10 м. Для замеров на более дальних дистанциях в дальномер должен быть встроен оптический или цифровой визир. При работе на больших открытых площадках следует выбирать устройства с повышенной дальностью и точностью. В помещениях можно использовать любую модель.

    Точность и диапазон

    Стандартные дальномеры обеспечивает точность 1-3 мм на расстоянии от 50 см до 100 м.  

    Условия

    Уровень защиты большинства современных дальномеров — IP54. Первая цифра обозначает степень пыленепроницаемости. Показатель 5 говорит о том, что попадание пыли внутрь корпуса в малых количествах не исключается, однако работе прибора это не помешает. Вторая цифра – защита от влаги. Дальномер с уровнем 4 вряд ли выдержит полное погружение в воду, однако вполне может работать под дождём и брызгами.

    В большинстве случаев таких параметров бывает достаточно для бесперебойной работы устройства. Однако если на площадке в большом количестве присутствует мелкая пыль или на прибор может попасть вода, рекомендуется выбрать модель с усиленной защитой либо купить специальный чехол.

    Устройство лазерного дальномера

    Лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний. Работа этого прибора основана на следующем принципе: он посылает лазерный сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, измеряет время его прохождения и относительно него высчитывает расстояние до объекта. Большинство современных дальномеров имеет компактную форму и удобны в применении. Чтобы пользоваться таким устройством, не нужно особых умений. 

    Основные элементы строительного дальномера

    1. Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.
    2. Оптический отражатель — принимает отражённый луч.
    3. Компьютерный преобразователь или микропроцессор.
    4. Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.
    5. Фиксатор дальномера.
    6. Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.
    7. Пузырьковый уровень. Строительный лазерный дальномер: выбор и эксплуатацияПузырьковый уровень, встроенный в лазерный дальномер, позволяет устанавливать прибор ровно на поверхности

    В строительных лазерных дальномерах есть блокнот и калькулятор. Прибор сам будет производить вычисления и сохранять данные в памяти.

    Виды дальномеров

    По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

    Фазовые измерители

    Фазовые дальномеры имеют не очень большую дальность действия, но они намного точнее в силу принципа своей работы и дешевле из-за того, что в них не встраивают дорогой сверхточный таймер. Фазовый дальномер работает на небольших расстояниях, но имеет хорошую точность и низкую цену

    Принцип работы дальномеров такого типа заключается в том, что лазерная волна посылается на объект с одной фазой, а отражаясь, возвращается с другой. Рассчитав сдвиг фаз, прибор определяет расстояние до объекта. Благодаря такому принципу работы измерения фазовым дальномером имеют высокую точность. При необходимости работы на расстояниях, превышающих длину излучаемой волны, прибор посылает сигнал несколько раз, изменяя частоту модуляции. Затем процессор устройства определяет точное расстояние до цели путём решения системы линейных уравнений.

    Импульсные измерители

    Импульсный дальномер состоит из детектора излучения и импульсного лазера. Он вычисляет расстояние до объекта путём умножения времени прохождения луча на величину скорости света. Импульсные измерители работают на гораздо больших расстояниях, чем фазовые, благодаря более высокой мощности излучаемого импульса. Такие дальномеры часто применяют для военных прицелов.

    Видео: принцип работы лазерного дальномера

    Применение и функции лазерного дальномера

    С помощью лазерной рулетки можно рассчитать объём, вычислить площадь помещения, замерить сложные недоступные отрезки, определить длину ската крыши и угол его наклона, найти площадь стены с наклоном у потолка, а также её диагональ.

    Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

    1. Подсветка.
    2. Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.
    3. Визир — специальное устройство, приближающее точку, до которой ведётся измерение. Функция работает аналогично цифровому увеличению (зуму) на видеокамерах и особенно актуальна для работы на больших расстояниях.
    4. Дисплей с цветным экраном.
    5. Измеритель температуры воздуха. Допустимые погодные условия для использования каждого прибора указаны в инструкции. В любом случае при работе на морозе необходимо дать устройству некоторое время на адаптацию к окружающей температуре.
    6. Датчик для измерения наклона в пределах до 45°. Он нужен для проведения расчёта угла ската крыши, наклона навеса и других аналогичных операций. Лазерный дальномер со встроенным датчиком измерения угла наклона позволяет вычислять расстояния на криволинейной поверхности
    7. Индикатор уровня зарядки батареи.
    8. Функция Bluetooth.
    9. Трекинг — непрерывное измерение расстояний. При перемещении дальномера трекинг производит замеры не один, а несколько раз с определённой периодичностью и показывает получаемые результаты. Такая опция необходима для того, чтобы отмерить нужную длину конструкции или помещения.
    10. Различные математические функции.

    Работа с лазерной рулеткой

    1. Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.
    2. Включить дальномер при помощи специальной кнопки.
    3. Выбрать нужную точку отсчёта. Во многих моделях для удобства встроена возможность выбора точки — от передней части корпуса прибора или от задней. Такая функция нужна для определения расстояния без учёта размеров корпуса. Некоторые устройства также оснащены специальными скобами, позволяющими проводить измерения в неудобных местах. Точку отсчёта в них можно выбрать от края корпуса либо от самой скобы.
    4. Выбрать необходимые единицы измерения.
    5. Начать измерения, нажав функциональную кнопку.
    6. Просмотреть результат на дисплее прибора.

    Например, если нужно определить расстояние от одной стены до другой, необходимо провести следующие действия:

    1. Установить прибор на одной стене.
    2. Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.
    3. Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.
    4. Включить функцию начала замеров.
    5. Посмотреть полученные результаты на экране. Для того чтобы измерить необходимое расстояние, нужно приложить прибор к стене и нажать функциональную кнопку — все остальные действия прибор произведёт сам.

    Для получения более точных расчётов не рекомендуется держать прибор в руках при измерении. Запрещается направлять лазерный луч прибора в лицо, потому что он может обжечь сетчатку глаза.

    Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

    Правила эксплуатации дальномера

    1. Лазерную рулетку следует эксплуатировать согласно технической инструкции.
    2. Нельзя допускать попадания влаги и грязи в прибор, а также перегрева и переохлаждения дальномера.
    3. Необходимо беречь прибор от падения и ударов.
    4. Проводить ремонт дальномера следует только в специальных мастерских.
    5. Хранить лазерный дальномер рекомендуется в специальном чехле.

    Устройство компактного лазерного строительного дальномера

    Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

    Схема работы лазерного дальномера

    1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
    2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
    3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
    4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
    5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
    6. Уровень, с помощью которого прибор можно строго выставить в горизонтальной или вертикальной плоскости.

    Дополнительные функции

    Применяемая в составе лазерных дальномеров микроэлектроника позволяет не только выполнять прямые замеры. Многие устройства подобного типа обладают некоторыми дополнительными функции, к которым можно отнести:

    1. Функция непрерывного измерения. При работе в обычном режиме дальномер при нажатии кнопки на пульте фиксирует результат и выводит его на монитор. Но, довольно часто, возникает необходимость в проведении постоянного измерения расстояния, например, от стены до будущей перегородки. Для этого прибор переводят в режим непрерывного измерения. В таком режиме работы, устройство с некоторой частотой самостоятельно выполняет замер и показывает их результаты на монитор. Измерение проходит в реальном режиме времени.

    2. Определение наибольшего и наименьшего расстояния. Эта функция полезна при определении диагонали в комнате. Дело в том, что выполнить ее замер не так и просто при направлении лазерного луча можно промахнуться и в результате будут получены неточные результаты. После установки на приборе минимального расстояния, он будет фиксировать только те замеры, которые больше установленной.

    Понравилась статья? Расскажите друзьям:

    Оцените статью, для нас это очень важно:

    Проголосовавших: 9 чел.
    Средний рейтинг: 4.2 из 5.

    Импульсный и фазовый дальномеры — FINDOUT.SU

    Поможем в ✍️ написании учебной работы

    Имя

    Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

    Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно – исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

    Нажимая кнопку “Продолжить”, я принимаю политику конфиденциальности

    Рис. 15. Оптические схемы импульсного (вверху) и фазового (внизу) дальномеров

     

    Электронное измерение расстояния без отражателя может быть произведено любым из двух методов: с помощью определения времени прохождения сигнала или определения разности фаз. Метод определения времени прохождения сигнала реализован в дальномере DR300+, в котором используется импульсный лазер. Метод определения разности фаз лежит в основе дальномера DR Standard. Как показано на рисунке 15, оптические схемы каждого из методов различны и соответственно имеют свои преимущества и недостатки.

    Импульсный дальномер

    Для вычисления расстояний в импульсном методе определяется точное время прохождения импульса до цели и обратно (TOF).

    Импульсный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к цели. Эти импульсы отражаются от цели и возвращаются к инструменту, где при помощи электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Скорость прохождения света сквозь среду может быть точно определена. Поэтому, зная время прохождения, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Измерения с помощью определения времени прохождения сигнала (TOF) обычно имеют не только наибольшую дальность, но и соответствуют самым высоким стандартам безопасности, поскольку интервалы между импульсами препятствуют накоплению вредной для глаз энергии.

    Каждый импульс – это однократное измерение расстояния, но поскольку каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точность измерений. В ходе измерения делается около 20000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для получения более точного значения расстояния. Точность обычных импульсных дальномеров обычно несколько ниже, чем у фазовых (до 10 мм). Однако в дальномере Trimble DR300+ используется патентованная методика обработки сигнала, позволяющая достичь высокой точности при измерении больших расстояний как с использованием, так и без использования призм. Некоторые тахеометры с импульсным дальномером перед каждым измерением должны быть сфокусированы на цель. При использовании Trimble DR300+ этого не требуется.

    Фазовый дальномер

    DR Standard – это лазерный дальномер, основанный на методе сравнения фаз сигнала. Дальномер передает коаксиальный оптический пучок с модулированной интенсивностью, который отражается от призмы или другой отражающей поверхности. После этого определяется разность фаз между переданным и отраженным принятым сигналом, по которой вычисляется расстояние. В режиме измерений по призмам дальномер DR Standard работает как быстрый и точный дальномер с большим радиусом действия (до 3500 м по одной призме). В безотражательном режиме DR дальномер DR Standard передает красный коллимированный лазерный пучок до цели и вычисляет сдвиг фазы между переданным и принятым сигналами. Метод измерения разности фаз работает по принципу наложения на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в излучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опорного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фазы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем многократных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов определено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.

     

    Угломерная часть

    В оптическом теодолите свет попадает через зеркало подсветки, а приемником информации является глаз наблюдателя, берущего  отсчёт в окуляре оптического микрометра.

    В электронных тахеометрах работу подсветки выполняет светодиод, в качестве микрометра используется дифракционная решетка, а приемником информации является фотоприемное устройство, которое преобразует световую энергию в электрический сигнал.

    Угломерные системы в современных тахеометрах бывают аналоговые и цифровые. Принцип настройки у них один, но исполнение разное. Угломерные системы бывают одно- и двусторонние. Аналоговые угломерные устройства представляют собой лимб со штрихами, где толщина штрихов равна промежутку между ними. Для того чтобы датчик угла мог оценить направление счета, необходимо иметь две полосы со штрихами. Между собой штрихи сбиты на четверть толщины штриха. Под лимбом устанавливается дифракционная решетка.

    Светодиод просвечивает лимб с решеткой, и изображение полученной муаровой картины попадает на фотоприемное устройство. На нем четыре окна; два под внешней полосой штрихами и два под внутренней. Каждая пара окон снимает отсчеты sin и cos. Затем сигналы “sin – sin” и “cos -cos” объединяются, усиливаются предварительным усилителем и передаются в накопительный датчик угла

    Датчик угла способен посчитать число периодов и таким образом определить угол поворота тахеометра.

     

    Рис.16. Растровые лимбы

     

    Счет по растровому лимбу возможен только при наличии дифракционной решетки. В разных тахеометрах применяют разные конструктивные решения. Вот некоторые из них. Лимб вертикального круга (1) прикреплен к оси трубы (2). Дифракционная решетка (4) подкреплена к стойке (3). За решеткой установлен фотоприемник (5), который крепится вместе с излучателем (б) к корпусу (7) болтами (8), Для установки дифракционной решетки (4) используют микроскоп. (рис 16)

    Лимб, установленный на оси зрительной трубы, вращается во втулке корпуса. На корпус монтируется второй лимб на станине, прикрепленной к корпусу. На лимб нанесены две дифракционные решетки. К корпусу монтируют фотоприемные устройства со светодиодами. Посадочные места лимбов скреплены между собой болтами через пружинные шайбы. Затяжка болтов сближает лимбы, ослабляя болты. Пружинные шайбы ослабляют лимбы. Это позволяет фокусировать оптическую систему.

     


    ДАЛЬНОМЕР ЛАЗЕРНЫЙ: ИЗГОТОВЛЕНИЕ СВОИМИ РУКАМИ


    Введение

    В продаже, есть большое количество дешевых датчиков – дальномеров, в их числе ультразвуковые и инфракрасные. Все эти устройства работают хорошо, но из-за значительного веса, не подходят для летающих роботов. Миниатюрный робот вертолет, например, может нести около 100 г полезной нагрузки. Это даёт возможность использовать, для поиска препятствий и предотвращения столкновений с ними, машинное зрение, используя веб-камеры (или другие миниатюрные, беспроводные камеры с подключением к компьютеру через USB). А еще лучше, установить две камеры, что обеспечит роботу, стерео зрение, таким образом, благодаря информации о глубине изображения, улучшится обход препятствий. Недостатком этой идеи является сравнительно большой вес камеры.

    Лазерный дальномер из веб-камеры

    1.1. Принцип работы

    Лазерная точка проектируется на возможное препятствие, лежащие в поле зрения камеры, расстояние до этого препятствия может быть легко вычислено. Математика здесь очень простая, обработку данных лучше всего производить в компьютерных приложениях. (см. рис. 1.1)

    Рисунок 1.1 – Принцип действия дальномера

    Итак, вот как это работает. Лазерный луч проецируется на объект в поле зрения камеры. Этот луч должен быть идеально параллелен оптической оси камеры. Лазерная точка захватывается вместе с остальной сценой. Простой алгоритм ищет на изображении яркие пиксели. Предполагая, что точка лазера является яркой на фоне более тёмной обстановки (я использовал обычную лазерную указку купленную в магазине за доллар), изначально положение точки в кадре не известно. Затем нам нужно рассчитать дальность до объекта, основываясь на том, где вдоль оси Y находится лазерная точка, чем ближе она к центру изображения, тем дальше находится объект.

    Как мы видим из рисунка выше, расстояние (D) может быть рассчитано по формуле:

    Конечно, для решения этого уравнения, вы должны знать, h – фиксированное расстояние между лазерной указкой и камерой. Знаменатель высчитывается так:

    Для калибровки системы, мы будем собирать серию измерений, где нам известно, дальность до цели, а также количество пикселей центра изображения до точки лазера.

    Используя следующее уравнение, мы можем вычислить угол наклона в зависимости от значения h, а также фактическое расстояние до каждой точки.

    Теперь у нас есть расчётные значения, мы можем придумать отношения, что позволяет нам рассчитывать, дальность, зная количеством пикселей от центра изображения. Можно использовать линейную зависимость.

    Зная калибровочные данные, можно посчитать:

    1.2. Компоненты

    Для сборки дальномера требуется не так много деталей: веб-камера и лазерная указка. Для соединения лазерной указки и камеры необходимо вырезать раму из жести или фанеры:

    Собранный дальномер должен выглядеть примерно следующим образом:

    1.3. Программное обеспечение

    Программа-обработчик написана на двух языках: Visual C ++ и Visual Basic. Вы, вероятно, подумаете, что программа на Visual Basic проще, чем на VC ++ в плане кода, но во всём есть компромисс. Код на VC ++ можно собрать бесплатно (при условии, что у вас есть Visual Studio), в то время как код VB требует приобретение программных пакетов сторонних производителей (в дополнение к Visual Studio).

    Коды программ написанных на Visual Basic и Visual C ++ можно найти по ссылке: www. cxem.net

    1.4. Дальнейшая работа

    Одним из конкретных улучшений, которые могут быть внесены в этот дальномер, является проекция горизонтальной лазерной линии, вместо точки. Таким образом, мы сможем вычислять расстояние до цели, для каждого ряда пикселов на изображении [1].

    Послесловие переводчика

    Нельзя не отдать должное изобретательности автора, хотя литературная сторона статьи, конечно, оставляет желать.

    Мне не вполне ясно, каким образом изменение размера зрачка может влиять на расстояние между зрачками. Очевидно, автор подразумевает не расстояние между центрами зрачков, а скорее расстояние между их медиальными краями. По-моему это не совсем правильно. В конце концов, оптическая ось глаза проходит именно через центр зрачка, а потому для наших целей важно именно расстояние между центрами зрачков, которое не зависит от их диаметра. Правда, при расширении зрачка (мидриазе) происходит уменьшение глубины резко изображаемого пространства, в результате чего объекты не в фокусе (в том числе сдвоенный треугольник дальномера) будут выглядеть несколько более размытыми. Это немного снижает точность измерения, но не настолько, чтобы этому факту стоило уделять особое внимание.

    Рис.4 Примерно так выглядит метрический дальномер.

    Прецезионность калибровки дальномера эмпирическим путём, т.е. буквально на глаз, также вызывает у меня определённые сомнения. Слишком уж неточен метод измерения (особенно для дальних дистанций), чтобы применять его при разметке эталонной шкалы. На мой взгляд, расположение горизонтальных меток на шкале дальномера лучше рассчитать. Я даже придумал алгоритм, который способен облегчить эту задачу. Всё что вам нужно, это попросить кого-нибудь измерить расстояние между центрами ваших зрачков (глаза при этом должны смотреть вдаль), а также расстояние от глаз до шкалы дальномера, удерживаемого в вытянутой руке, после чего подставить полученные цифры в соответствующие ячейки формы и нажать на кнопку «Построить таблицу». Для каждой дистанции вы получите высоту соответствующей горизонтальной метки, считая от снования треугольника, а также её длину (отрезок CD на рисунке 3). Все величины, само собой разумеется, метрические.

    Лазерный дальномер из web камеры

    В продаже, есть большое количество, дешёвых, датчиков – дальномеров, в их числе ультразвуковые и инфракрасные. Все эти устройства работают хорошо, но из – за значительного веса, не подходят для летающих роботов. Миниатюрный робот вертолет, например, может нести около 100г полезной нагрузки. Это даёт возможность использовать, для поиска препятствий и предотвращения столкновений с ними, машинное зрение, используя веб-камеры (или другие миниатюрные, беспроводные камеры с подключением к компьютеру через USB). А еще лучше, установить две камеры, что обеспечит роботу, стерео зрение, таким образом, благодаря информации о глубине изображения, улучшится обход препятствий. Недостатком этой идеи, является, добавление веса второй камеры.

    В этой статье описывается, как маленькая лазерная указка, вместе с одной web камерой, может обеспечить моно машинное зрение, с большим диапазоном информации.

    Этот проект основан на статье найденной здесь.

    Принцип работы

    Смотрите рисунок ниже. Лазерная точка проектируется на возможное препятствие, лежащие в поле зрения камеры, расстояние до этого препятствия может быть легко вычислено. Математика здесь очень простая, обработку данных лучше всего производить в компьютерных приложениях.

    Итак, вот как это работает. Лазерный луч проецируется на объект в поле зрения камеры. Этот луч должен быть идеально параллелен оптической оси камеры. Лазерная точка захватывается вместе с остальной сценой. Простой алгоритм ищет на изображении яркие пиксели. Предполагая, что точка лазера является яркой на фоне более тёмной обстановки (я использовал обычную лазерную указку купленную в магазине за доллар), изначально положение точки в кадре не известно. Затем нам нужно рассчитать дальность до объекта, основываясь на том, где вдоль оси Y находится лазерная точка, чем ближе она к центру изображения, тем дальше находится объект.

    Простой дальномер на Arduino

    Добрый день любители самоделок! Сегодня мы соберём простой дальномер на Arduino Pro Mini. Прибор способен измерять расстояние от 2 до 400 см. Погрешность данного устройства доходит всего до +/- 1-5 см, в зависимости от измеряемого расстояния.

    Инструменты и материалы

    -Arduino Pro mini -Датчик hc-04 -Индикатор на tm1637 -Провода ( у меня — МГТФ 0,12 ) -Программатор -Пластмассовый корпус -Li-on аккумулятор -Маленький выключатель -Плата зарядки на TP4056 -Суперклей -Паяльник -Припой -Канифоль -Дрель, свёрла и т.д.

    Шаг первый.Схема:

    По схеме всё просто, без дополнений.

    Шаг второй.Подготовка корпуса:

    Сначала примеряем датчик и сверлом на 15 мм высверливаем два отверстия.

    Шаг третий.Прошивка:

    В скетче выделены переменные которые можно подстроить для себя. Весь код закоментирован.

    Далее подключаем программатор и прошиваем МК.

    Шаг четвёртый.Сборка:

    Так как устройство работает от аккумулятора,то лишние расходы заряда нам не нужны. Поэтому на плате Arduino выпаиваем светодиоды и кнопочку reset (для уменьшения размеров).

    Шаг пятый.Тест:

    Примечание: четвёртый сегмент всегда будет отображать 0. Это сделано для того, чтобы последний сегмент не был пустым. Получается если показание равно 270, то это означает, что расстояние равно 27 см.

    Доброго времени суток читающим! Наверняка не я единственный задавался вопросом приобретения, а лучше создания своими руками достаточно точного дальномера, с возможностью измерять расстояния не менее нескольких км. Как то давно познакомился с интересным материалом, благодаря которому я научился приблизительно измерять расстояния методом «тысячных». При пользовании этим методом, как вы знаете, нужно знать размеры удаленного предмета. Кто сталкивался, знает что в горах сложно найти предмет со знакомыми размерами. Поэтому хотелось так же иметь и другой способ, не требующий обязательных условий. Вчера в интернете случайно попалась конструкция самодельного оптического дальномера. Далее немного копипаста: «Определить расстояние на глаз трудно. Более или менее человек справляется с этой задачей на ровной местности. Если же между предметом и наблюдателем овраг или река, то ошибиться можно в два-три раза. Точно оценить расстояние до различных предметов вам поможет зеркальный дальномер.

    Сделайте из 33-мм фанеры, тонких дощечек или другого жесткого листового материала заготовки, соедините их столярным клеем в продольный футляр, оставив открытой верхнюю крышку 4. Торцевые стенки 5 делают после того, как уже склеен желоб из деталей 1, 2 и 3. Затем в верхней части коробки укрепите полоски зеркала размером 25×50 мм, как показано на рисунке. Зеркало А приклейте намертво клеем БФ-2 к бруску, соединяющему детали 2 и 5, а зеркало Б — на лыску вращающейся оси. Вставьте эту ось нижним концом в отверстие детали 3, накройте футляр крышкой 4 так, чтобы верхний конец оси попал в отверстие детали 4. Наденьте на верхний конец оси стрелку-указатель (из жести или алюминия), смазав место соединения клеем БФ-2, и укрепите защитный хомутик.

    Следующий этан работы — градуировка. Отмерьте мерной лентой или рейкой 50 м от какого-нибудь вертикального предмета, например телеграфного столба, и встаньте на это место. Медленно поворачивая зеркало Б, совместите изображения нижней и верхней частей столба. Отметьте положение стрелки на шкале риской и против этой риски напишите: «50 м». Затем отмерьте от столба 100 м, опять совместите изображения «половинок» столба, риской отметьте положение стрелки, написав против нее: «100 м» — и т. д. После градуировки расстояния между рисками на глаз разделите на более мелкие части.

    Точность дальномера зависит и or длины стрелки: чем она длиннее, тем большее расстояние проходит ее конец (при том же угле поворота зеркала Б). Но особенно длинной делать стрелку не стоит — интервал измеряемых расстояний от этого уменьшается. Чтобы пыль не проникала внутрь прибора, в три отверстия вставьте кусочки стекла, тонкого плексигласа или прозрачного целлулоида.

    Готовый прибор покрасьте нитро или масляной краской в защитный цвет.»

    Так же в других статьях читал что можно вместо зеркал использовать лазерные указки, небольшой увеличительный прибор(мини монокль какой нибудь) Хочу узнать, сталкивался ли кто либо с таким прибором? Если да, какие тонкости в конструкции есть? Из каких подходящих деталей можно изготовить? Рекомендуемая длина прибора для более точного измерения и на большие дистанции. И вообще буду рад любым мыслям о дальномере- этом и других вообще. Спасибо!

    Лазерный дальномер

    Существует множество способов измерения расстояний – шагами, линейкой, рулеткой и пр. ХХ век добавил в средства измерений такой прибор, как лазерный дальномер. Его широко применяют военные, геодезисты для съемки местности. Лазерный дальномер был использован для замера расстояния до земного спутника – Луны.

    В наши дни дальномеры, уровни, использующие лазер в своей работе, можно встретить у любой строительной бригады, занимающейся возведением зданий, и внутренней отделкой внутренней.

    Лазерный дальномер: ремонт, принцип работы и пример самодельного измерителя

    Потребность проведения точных измерений, возникает практически во всех сферах деятельности современного человека: от мелкого ремесла, до крупного строительства. До недавних пор, самым актуальным и удобным прибором для определения размеров, считалась рулетка, оснащенная лентой с мерной шкалой. Массовое же развитие технологий, заложило основу инновационного принципа измерения, на котором базируются все современные лазерные дальномеры. В данной теме, мы проведем детальный разбор подобных устройств, расскажем, как они работают и какие могут иметь неполадки. Опишем способы устранения самых распространенных дефектов, а в завершении, дадим краткую инструкцию по изготовлению лазерного дальномера своими руками.

    Принцип работы

    Лазерные измерительные приборы используют в своей работе два принципа – импульсный и фазовый.

    Первый дальномер состоит из двух компонент – лазера и детектора. Замерив время, которое лазерный луч затратить на движение по пути от источника до отражающего объекта, можно вычислить точное расстояние между ними. Эти устройства применяют для работы на больших расстояниях. Технология работы заключается в следующем, лазер генерирует мощный импульс и отключается. Такое свойство позволяет его скрытно использовать. Это свойство и является решающим фактором, определяющим использования этого прибора военными.

    Второй тип, фазовый, работает по следующему принципу. Лазер на некоторое время включает и направляет луч на удаленный объект, у него (луча) разная моделированная частота и по изменению фазы рассчитывают расстояние до объекта. Фазовые измерительные расстояния не имеют приборов для замера отражаемого сигнала. Эти приборы эффективны на расстояниях до 1 километра и поэтому их применяют для бытовых нужд или в качестве прицельных устройств для стрелкового оружия.

    Схема действия лазерного дальномера

    Лазерный дальномер, применяемый в быту и на строительстве, по сути, является смесью калькулятора и рулетки. Между тем такой прибор обладает рядом неоспоримых достоинств:

    1. это устройство предоставляет возможность выполнения измерения линейных размеров (длина, высота, ширина), при этом встроенный калькулятор автоматически рассчитает периметр. Кроме того, счетное устройство поможет определить объем помещения;
    2. дальномер оснащен возможностью хранения полученных данных во внутренней памяти. Их можно использовать для проведения расчетов;
    1. прибор позволяет измерять расстояние на удаленных расстояниях при чьей-либо помощи, кстати, замеры можно выполнять и на закрытых и на открытых площадках, в разных погодных условиях.

    Новое в блогах

    В статье я расскажу о том, как я делал лазерный дальномер и о принципе его работы. Сразу отмечу, что конструкция представляет собой макет, и ее нельзя использовать для практического применения. Делалась она только для того, чтобы убедится в том, что фазовый дальномер реально собрать самому.

    Теория

    Часто приходится встречать мнение, что с помощью лазера расстояние измеряют только путем прямого измерения времени «полета» лазерного импульса от лазера до отражающего объекта и обратно. На самом деле, этот метод (его называют импульсным или времяпролетным, TOF) применяют в основном в тех случаях, когда расстояния до нужного объекта достаточно велики (>100м). Так как скорость света очень велика, то за один импульс лазера достаточно сложно с большой точностью измерить время пролета света, и следовательно, расстояние. Свет проходит 1 метр примерно за 3.3 нс, так что точность измерения времени должна быть наносекундная, хотя точность измерения расстояния при этом все равно будет составлять десятки сантиметров. Для измерения временных интервалов с такой точностью используют ПЛИС и специализированные микросхемы. Однако существуют и другие лазерные методы изменения расстояния, одним из них является фазовый. В этом методе, в отличие от предыдущего, лазер работает постоянно, но его излучение амплитудно модулируется сигналом определенной частоты (обычно это частоты меньше 500МГц). Отмечу, что длина волны лазера при этом остается неизменной (она находится в пределах 500 — 1100 нм). Отраженное от объекта излучение принимается фотоприемником, и его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала — от лазера. Наличие задержки при распространении волны создает сдвиг фаз, который и измеряется дальномером. Расстояние определяется по формуле: Где с — скорость света, f — частота модуляции лазера, фи — фазовый сдвиг. Эта формула справедлива только в том случае, если расстояние до объекта меньше половины длины волны модулирующего сигнала, которая равна с / 2f. Если частота модуляции равна 10МГц, то измеряемое расстояние может доходить до 15 метров, и при изменении расстояния от 0 до 15 метров разность фаз будет меняться от 0 до 360 градусов. Изменение сдвига фаз на 1 градус в таком случае соответствует перемещению объекта примерно на 4 см. При превышении этого расстояния возникает неоднозначность — невозможно определить, сколько периодов волны укладывается в измеряемом расстоянии. Для разрешения неоднозначности частоту модуляции лазера переключают, после чего решают получившуюся систему уравнений. Самый простой случай — использование двух частот, на низкой приблизительно определяют расстояние до объекта (но максимальное расстояние все равно ограничено), на высокой определяют расстояние с нужной точностью — при одинаковой точности измерения фазового сдвига, при использовании высокой частоты точность измерения расстояния будет заметно выше.
    Так как существуют относительно простые способы измерять фазовый сдвиг с высокой точностью, то точность измерения расстояния в таких дальномерах может доходить до 0.5 мм. Именно фазовый принцип используется в дальномерах, требующих большой точности измерения — геодезических дальномерах, лазерных рулетках, сканирующих дальномерах, устанавливаемых на роботах. Однако у метода есть и недостатки — мощность излучения постоянно работающего лазера заметно меньше, чем у импульсного лазера, что не позволяет использовать фазовые дальномеры для измерения больших расстояний. Кроме того, измерение фазы с нужной точностью может занимать определенное время, что ограничивает быстродействие прибора.

    Наиболее важный процесс в таком дальномере — это измерение разности фаз сигналов, которая и определяет точность измерения расстояния. Существуют различные способы измерения разности фаз, как аналоговые, так и цифровые. Аналоговые значительно проще, цифровые дают большую точность. При этом цифровыми методами измерить разность фаз высокочастотных сигналов сложнее — временная задержка между сигналами измеряется наносекундами (эта задержка возникает также, как и в импульсном дальномере).

    Для того, чтобы упростить задачу, используют гетеродинное преобразование сигналов — сигналы от фотоприемника и лазера по отдельности смешивают с сигналом близкой частоты, который формируется дополнительным генератором — гетеродином. Частоты модулирующего сигнала и гетеродина различаются на килогерцы или единицы мегагерц. Из полученных сигналов при помощи ФНЧ выделяют сигналы разностной частоты.


    Пример структурной схемы дальномера с гетеродином. М — генератор сигнала модуляции лазера, Г — гетеродин.

    Разность фаз сигналов в таком преобразовании не изменяется. После этого разность фаз полученных низкочастотных сигналов измерить цифровыми методами значительно проще — можно легко оцифровать сигналы низкоскоростным АЦП, или измерить задержку между сигналами (при понижении частоты она заметно увеличивается) при помощи счетчика. Оба метода достаточно просто реализовать на микроконтроллере.

    Есть и другой способ измерения разности фаз — цифровое синхронное детектирование. Если частота модулирующего сигнала не сильно велика (меньше 15 МГц), то такой сигнал можно оцифровать высокоскоростным АЦП, синхронизированным с сигналом модуляции лазера. Из теоремы Котельникова следует, что частота дискретизации при этом должна быть в два раза выше частоты модуляции лазера. Однако, так как оцифровывается узкополосный сигнал (кроме частоты модуляции, других сигналов на входе АЦП нет), то можно использовать метод субдискретизации, благодаря которому частоту дискретизации АЦП можно заметно снизить — до единиц мегагерц. Понятно, что аналоговая часть дальномера при этом упрощается. Более подробно (с всеми нужными формулами) этот метод рассматривается здесь (на английском) и здесь (на русском). В первой статье указывается, что если частота дискретизации сигнала (fsp) связана с частотой модуляции (fo) следующим соотношением: где p — целое число, то процесс вычисления фазы значительно упрощается. Достаточно взять N выборок сигнала X, после чего разность фаз можно вычислить по следующим формулам: Отмечу, что оба вышеуказанных метода часто применяются вместе — низкочастотные сигналы подаются напрямую на АЦП, высокочастотные переносятся в область более низких частот за счет гетеродинного преобразования, и также подаются на АЦП.

    Именно второй вариант фазометра, с использованием частоты модуляции 10МГц я и решил реализовать в своем макете дальномера.

    Практика

    Структурная схема моего дальномера:


    Фактически, вся конструкция состоит из 3 частей — отладочной платы с микроконтроллером, усилителя сигнала лазера с самим лазером, и фотоприемника с усилителем и фильтром. В вышеописанной теории предполагалось, что излучение лазера модулируется синусоидальным сигналом. Сформировать такой сигнал частотой 10Мгц с использованием контроллера непросто, поэтому в своей конструкции я подаю на лазер меандр частотой 10МГц. После усиления сигнала с фотоприемника от полученного сигнала отсекаются лишние гармоники полосовым LC-фильтром, настроенным на частоту 10МГц, в результате чего на выходе фильтра возникает сигнал, очень близкий к синусоидальному.


    Схема аналоговой части (усилителя лазера и приемной части):


    Схема была взята из проекта лазерной связи Ronja, описание на русском. В этом проекте как раз реализована передача данных со скоростью 10Mbit, что соответствует выбранной частоте модуляции. Как видно из схемы — усилитель мощности для лазера простейший, собран на микросхеме 74HC04 (содержит 6 инверторов). Включение микросхемы не совсем корректное, но оно работает. Ток через лазер ограничивается резисторами (тоже не самое лучшее решение). Напряжение питания 5В для усилителя берется с отладочной платы. Для того, чтобы сигнал с усилителя не наводился на остальную часть схемы, корпус усилителя сделан металлическим, все провода экранированы. Сам лазер (красного цвета) взят из пишущего DVD-привода, его мощность можно установить достаточно высокой, и он гарантированно будет работать на частоте 10МГц.

    Приемник состоит из фотодиода и усилителя, собранного на полевом транзисторе и микросхеме-высокоскоростном усилителе. Так как с увеличением расстояния освещенность фотодиода сильно падает, то усиление должно быть достаточно большим (в этой схеме оно примерно равно 4000). Кроме того, с ростом частоты заметно падает сигнал на выходе фотодиода (сказывается его емкость). Отмечу, что усилитель в данной конструкции — важнейшая и наиболее капризная часть. Как оказалось, его усиления явно не хватает. Изначально я предполагал, что коэффициент усиления можно будет менять (чтобы ослаблять сигнал при его слишком большой величине), используемая схема позволяет это делать, меняя напряжение на втором затворе транзистора. Однако оказалось, что при изменении усиления достаточно сильно изменяется вносимый усилителем сдвиг фаз, что ухудшает точность измерения расстояния, так что пришлось установить коэффициент усиления на максимум, подавая на затвор транзистора напряжение 3В с батарейки. Приемнику для работы требуется напряжение 12В, так что для его питания приходится использовать отдельный блок питания. Усилитель очень чувствителен к внешним наводкам, так что он тоже должен быть экранированным. Я взял готовый корпус от нерабочего оптического датчика, и разместил усилитель в нем (белая полоска — фольга для дополнительного экранирования фотодиода): Отмечу, что наводка сигнала от лазера на приемник довольно сильно ухудшает точность измерения разности фаз, так что нужно контролировать, чтобы такая наводка отсутствовала.

    LC-фильтр, используемый в дальномере — взят от приемника. Так как фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала, а АЦП отрицательные сигналы не воспринимает, то ее приходится добавлять при помощи резисторного делителя R15, R16. Постоянное напряжение, подаваемое на делитель, берется c отладочной платы (VCC).

    Отладочная плата — STM32F4-DISCOVERY. Ее выбрал потому, что для формирования двух достаточно различающихся частот нужен генератор достаточно высокой частоты (PLL STM32F4 может давать частоты больше 100МГц). В формуле, связывающей частоту модуляции и дискретизации, коэффициент «p» я принял равным 6, так что при частоте модуляции 10МГц частота дискретизации должна быть 1.6МГц.

    Для формирования частоты 10МГц используется таймер TIM2, работающий в режиме формирования ШИМ сигнала. При системной частоте 160МГц его период — 16 «тиков». АЦП получает запросы на запуск от таймера TIM2. Для формирования частоты 1.6МГц его период — 100 «тиков». Все данные от АЦП при помощи DMA сохраняются в массив, размер которого должен быть равен двойке в N степени. Оба таймера, АЦП и DMA запускаются один раз при включении и больше уже не отключаются. Таким образом, так как таймеры тактируются от одного источника, а одному периоду измеряемого сигнала соответствуют четыре выборки данных, получается, что в массив всегда попадет целое число периодов сигнала. Так как останавливать DMA не желательно (это упрощает управление захватом данных), при заполнении первой половины массива генерируется прерывание. Обнаружив, что половина массива заполнена, контроллер копирует ее содержимое в другой массив (в целях упрощения программы вторая половина основного массива при этом не используется). После этого полученные данные обрабатываются — вычисляется средняя амплитуда и фаза сигнала, проводится пересчет фазового сдвига в расстояние. Полученные величины выводятся на ЖК индикатор от кассового аппарата, также подключенный к отладочной плате.

    Дальномер должен знать где находится начало отсчета. Для его калибровки при включении на «нулевом» расстоянии от дальномера устанавливается объект, после чего на отладочной плате нужно нажать кнопку, при этом измеренное значение дальности записывается в память, после чего это значение будет вычитаться из измеренной дальномером дальности.

    Как я уже отмечал выше, реализовать автоматическое управление усилением не удалось. При этом изменение амплитуды принятого сигнала приводит к изменению фазовых сдвигов в усилителе, и следовательно, к дополнительным ошибкам. Поэтому мне пришлось регулировать освещенность фотодиода при помощи механической заслонки, поворачиваемой сервоприводом — при слишком большой освещенности заслонка перекрывает световой поток. ШИМ сигнал для управления приводом формируется таймером TIM3.

    Про оптику. Без нее дальномер невозможен. Ее конструкция хорошо видна на фотографиях ниже. Лазер находится внутри пластиковой трубки, установленной вертикально. В нее вставлена небольшая втулка с зеркальной призмой. Втулку можно поворачивать, поднимать и опускать, перемещая таким образом луч лазера. Так как я догадывался, что усиления не хватит, то для приема сигнала использовал крупную линзу Френеля. Так так лазер, линза и фотодиод установлены соосно, то на близких расстояниях лазер закрывает от фотодиода собственный луч. Для компенсации этого эффекта я установил вторую линзу (лупа с оправой), хотя полностью эффект не устраняется, поэтому максимальный сигнал наблюдается на расстоянии примерно 50-70 см от лазера.

    А вот и фотографии получившейся конструкции:


    На индикаторе первое число — амплитуда в единицах АЦП, второе число — расстояние в сантиметрах от края доски.


    Видео работы дальномера:

    Дальность работы у получившегося дальномера вышла достаточно небольшая: 1,5-2 м в зависимости от коэффициента отражения объекта. Для того, чтобы увеличить дальность, можно использовать специальный отражатель, на который нужно будет направлять луч лазера. Для экспериментов я сделал линзовый отражатель, состоящий из линзы, в фокусе которой расположена матовая бумага. Такая конструкция отражает свет в ту же точку, откуда он был выпущен, правда, диаметр луча при этом увеличивается. Фотография отражателя:

    Использование отражателя:


    Как видно, расстояние до отражателя — 6. 4 метра (в реальности было примерно 6.3). Сигнал при этом возрастает настолько, что его приходится ослаблять, направляя луч лазера на край отражателя.

    Точность получившегося дальномера — 1-2 сантиметра, что соответствует точности измерения сдвига фаз — 0,2-0,5 градуса. При этом, для достижения такой точности, данные приходится слишком долго усреднять — на одно измерение уходит 0.5 сек. Возможно, это связано с использованием PLL для формирования сигналов — у него довольно большой джиттер. Хотя я считаю, что для самодельного макета, аналоговая часть которого сделана довольно коряво, в котором присутствуют достаточно длинные провода, даже такая точность — довольно неплохо. Отмечу, что я не смог найти в Интернете ни одного существующего проекта фазового дальномера (хотя бы со схемой конструкции), что и послужило причиной написать эту статью.

    Программа контроллера: ссылка

    Особенности

    При работе с лазерным дальномером целесообразно учитывать некоторые особенности работы с этим устройством.

    Дальномеры имеют возможность выполнять измерения на разных расстояниях и с определенной погрешностью. Так, предельное расстояние может лежать в диапазоне от 60 до 200 метров, при погрешности в 5 см. Эти данные указываются в паспорте на изделие. Большая часть моделей дальномеров работает в пределах от – 10 до + 50 градусов.

    При эксплуатации прибора на улице, необходимо помнить о том, что не последнюю роль играют погодные условия. Эффективность работы может быть снижена как в плохую, так и в солнечную погоду.

    DIY Ультразвуковой дальномер — Набор для сборки.

    Всем доброго времени суток! Предлагаю на Ваш суд обзор очередного набора сделай сам из Китая. на этот раз собираем дальномер, диапазон измерений от 25 до 400 см. Набор приезжает в небольшом пакете, внутри есть инструкция (правда по большей части на китайском), на удивление даже со схемой и небольшая кучка деталей.


    Инструкция


    Плата, которую предстоит спаять, сделана не плохо, но номиналы компонентов не подписаны, так что без инструкции с табличкой соответствия номиналов обозначениям будет сложновато.

    Кратко про элементную базу.
    Контроллер STC11F02, CD4069 сборка инверторов.


    CX20106A судя по описания из тех что я смог найти это предусилитель для приемника ИК сигналов пультов дистанционного управления. Рядом резисторная сборка.


    Набор конденсаторов, кварц на 12 МГц и транзистор 8550


    Резисторы, разъемы, кроватка под микросхему и бипер.


    Ну и конечно дисплей.


    А еще в пакете есть ярлык контроля ОТК с датой упаковки, ну или что-то похожее на это.


    Приступаем к сборке. Деталей немного и сборка много времени не занимает, но есть пару моментов. Первое это резисторы, обычно в таких наборах резисторы идут в комплекте с бумажками где указан их номинал, тут такого нет, так что нужна либо таблица цветовой маркировки, либо мультиметр. А еще на схеме есть два резистора, один на 4,7 Ом, а второй 4,7 кОм и если не присматриваться к номиналу можно легко перепутать, как я и сделал


    Второй момент — это конденсаторы, в схеме используется четыре конденсатора с маркировкой 104, а в комплекте идет две пары разных конденсаторов.


    Почему именно так поступил производитель я честно не понию (может кто пояснит в коментах?), на мой взгляд тут эти конденсаторы должны работать одинаково, но на всякий случай решил посмотреть на картинку на странице заказа и разместить так как задумал создатель набора.


    Дальше сборка идет просто и опять приостанавливается только на установке передатчика и приемника ультразвука. Первый вопрос — это их положение, на странице товара написано, что устанавливать их нужно навесным монтажом, не подрезая выводы и так что бы корпус не касался платы. Одним словом, как-то так.


    А еще нужно максимально соблюдать параллельность установки. Еще был вопрос с полярностью, но он решается даташитом на датчики или все той же картинкой с сайта магазина И вот так сказать готовый продукт.


    Подключаем к PowerBank и можно начать тестирование. После включения дальномер сразу начинает измерять расстояние и выводить результат на экран, при этом каждое измерение подтверждается пиканьем бипера. Так что первое что захотелось сделать после включения, опять взять паяльник и выпаять нафиг бипер, его постоянный писк раздражат. Но попробую все-таки сравнить результаты с лазерным дальномером. Для начала расстояние до стены в сравнении с лазерным. С одной стороны УЗ вроде бы врет на 6 см, но с другой стороны, я так и не понял какая точка отсчета в него заложена.


    Теперь тест до потолка. Тут разница опять-таки примерно в 6 см.

    Видео сборки:

    Небольшой вывод: Если одним словом, то набор рабочий и не особо сложный для сборки. Правда не знаю можно ли практически куда-то применить полученное устройство

    Заранее приношу свои извинения за орфографию и грамматику текста, все допущенные ошибки сделаны не специально, а только по незнанию и в связи с несовершенством программ автоматической проверки текстов.

    Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

    Порядок работы с лазерной рулеткой

    Использование лазерного дальномера на практике это довольно простая задача. Для выполнения измерения достаточно установить его в исходную точку, направить на объект, до которого необходимо выполнить замер и активировать прибор. При этом надо помнить то, что для повышения точности целесообразно использовать штатив, особенно это актуально при измерении больших величин.

    Порядок работы с лазерной рулеткой

    То есть, проводить выполнения замеров, может, даже один человек без привлечения, помощников.

    Правила пользования

    При работе с такими устройствами необходимо соблюдать определенные правила. Так, категорически недопустимо направлять лазерный луч в сторону человека. Его попадание в глаза может привести к непоправимым последствиям, вплоть до потери зрения.

    Проведение измерений при ярком солнце может быть затруднено из-за сложностей с видимостью лазерного маркера. В таком случае необходимо использовать специальные очки, через которые сразу будет его видно.

    Лазерная съемка на местности

    Во время выполнения измерения на улице, особенно на большие расстояния, необходимо применять пластину, которую называют визир.

    Устройство компактного лазерного строительного дальномера

    Несмотря на внешнюю простоту, лазерная линейка – это сложный инженерный прибор. Устройство лазерного дальномера состоит из следующих узлов:

    Схема работы лазерного дальномера

    1. Излучатель – он генерирует луч и отправляет его в нужную точку.
    2. Отражатель – он необходим для приема, отраженного от объекта луча.
    3. Микропроцессор, для выполнения необходимых расчетов.
    4. Предустановленная программа необходимая для обработки полученных при замерах данных.
    5. Прицел, позволяющий направить луч в необходимое место.
    6. Уровень, с помощью которого прибор можно строго выставить в горизонтальной или вертикальной плоскости.

    На чем основан принцип работы дальномера

    Функционирование лазерного дальномера-рулетки заключается в снятии замеров по времени, за которое происходит отражение луча в одном направлении и обратно (время отклика). Такого типа принцип работы позволяет узнать расстояние с максимальной точностью. Создаваемый луч лазера проецируется на поверхность, а затем отражается от нее, возвращаясь к приемнику. В зависимости от времени возврата луча происходит выявление протяженности до объекта. Исчисления производятся микроконтроллером, который размещен в приборе.

    Многие говорят о том, что принцип работы лазерного дальномера заключается по времени — от прохождения создаваемого луча и его возврате обратно. Инструмент при этом осуществляет исчисления времени возврата луча, на основании которого и выдаются соответствующие показатели длины. Однако так работают далеко не все приборы. Рассмотрим, как работает дальномер лазерный импульсного типа, которым можно измерять расстояние до 15000 метров.

    Дополнительные функции

    Применяемая в составе лазерных дальномеров микроэлектроника позволяет не только выполнять прямые замеры. Многие устройства подобного типа обладают некоторыми дополнительными функции, к которым можно отнести:

    1. Функция непрерывного измерения. При работе в обычном режиме дальномер при нажатии кнопки на пульте фиксирует результат и выводит его на монитор. Но, довольно часто, возникает необходимость в проведении постоянного измерения расстояния, например, от стены до будущей перегородки. Для этого прибор переводят в режим непрерывного измерения. В таком режиме работы, устройство с некоторой частотой самостоятельно выполняет замер и показывает их результаты на монитор. Измерение проходит в реальном режиме времени.
    1. Определение наибольшего и наименьшего расстояния. Эта функция полезна при определении диагонали в комнате. Дело в том, что выполнить ее замер не так и просто при направлении лазерного луча можно промахнуться и в результате будут получены неточные результаты. После установки на приборе минимального расстояния, он будет фиксировать только те замеры, которые больше установленной.

    Как пользоваться дальномером

    При практическом использовании шкала удерживается вертикально на расстоянии вытянутой руки, в то время как глаза сфокусированы на значимой части сцены. Ноготь большого пальца скользит вверх по шкале до видимого пересечения двух треугольников, после чего взгляд можно перевести на треугольник, чтобы увидеть, какую линию отмечает ноготь, и сфокусировать камеру в соответствии с полученным значением. Казалось бы, ничего не может быть проще, однако существуют некоторые досадные помехи, о которых нельзя забывать.

    Наши глаза обманывают нас. Иногда нам кажется, что мы смотрим точно на объект, но на самом деле наши глаза сфокусированы на точке в воздухе. Средство от этого – сделать несколько считываний достаточно быстро, не давая глазам времени уставать или колебаться. Повторяйте до получения согласующихся результатов. Также следует помнить, что глазной зрачок это не точка, и его размер при ярком освещении, не таков, как при тусклом. Вследствие этого, на дальнем конце шкалы возникает определённый недостаток точности, и при чтении со шкалы приходится использовать приблизительно ту же яркость, что и при калибровке. Этот эффект уменьшается, если производить калибровку при умеренно ярком освещении, а непосредственно перед считыванием посмотреть на свет такой же интенсивности.

    Математическое отношение и обоснование для данного прибора показаны на рис. 3, и, как можно увидеть, расстояние между глазами весьма существенно для больших расстояний. Смысл в том, что если шкала откалибрована в светлой комнате и используется также в светлой комнате, расстояние между глазами не меняется. Меж тем, в тёмных местах глазной зрачок расширяется, преувеличивая, таким образом, одни значения и преуменьшая другие.

    Другой источник нестабильности, а именно трудность удерживания шкалы всегда на одном и том же расстоянии, очень легко преодолевается посредством очень небольшой практики, использованием естественного положения и комфортного мышечного усилия. Погрешности в удерживании треугольника особенно значимы на ближних дистанциях.

    Это устройство не приспособлено для коммерческого производства, поскольку оно должно соответствовать определённой паре глаз и конкретной руке. Оно ничего не стоит и может быть изготовлено за полчаса, но при использовании с должным вниманием, оно превращает пару зорких глаз в отличный дальномер, который не требует себе оправдания. Продолжительное использование этого прибора в процессе фотографирования играющих детей с близкого расстояния и при открытой диафрагме позволило получить множество вполне удовлетворительных негативов и продемонстрировало полезность устройства.

    Рис.3 Кривые, показывающие зависимость длины меток на шкале от расстояния до объекта при длине руки 27 дюймов и различных расстояниях между глазами. CD – длина линии на шкале в дюймах. BE – расстояние от глаз до объекта в футах. AB – расстояние между глазами в дюймах.

    ***

    Лазерные дальномеры для работы в помещениях или на небольших дистанциях

    Все дальномеры, можно условно разделить на две большие группы. Одни применяют для внутренних работы, другие для внешних. Диапазон измерений, дальномеров, которые предназначены для внутренних измерений как правило, не превышает 100 метров.

    Лазерный дальномер для работы в помещениях

    Для таких работ могут быть использованы дальномеры, которые используют оба принципа действия.

    На что смотреть при выборе лазерного дальномера

    На рынке представлено множество моделей лазерных дальномеров и зачастую потребитель может просто запутаться в обилии предложении. Поэтому потребитель, делая выбор лазерного дальномера, может руководствоваться определенными критериями, среди которых есть такие:

    1. Для работ внутри помещения достаточно прибора, который может выполнять замеры углов, и иметь функции, например, расчет периметра. Рулетки этого класса имеют небольшой диапазон измерений примерно в пределах 100 метров.
    2. Для работ на открытых пространствах применяют более дорогие модели. Они оснащены большим набором функций, в частности, может выполнять замер минимального и максимального измерения. Кроме того, их оснащают визирами, средствами подключения к компьютеру.
    1. Для работ на улице должны использоваться приборы, выполненные в защищенных корпусах и иметь кейсы, предназначенные для транспортировки.
    2. Разумеется, не последнюю роль играет стоимость изделия. Так, устройства, предназначенные для работы внутри помещений, стоит несколько дешевле, чем те, которые предназначены для работ на открытых пространствах.

    Прибор для измерения расстояния лазерный, дальномер принцип работы

    Содержание

    • Устройство лазерного дальномера
      • Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров
      • Основные элементы строительного дальномера
    • Виды дальномеров
      • Фазовые измерители
      • Импульсные измерители
      • Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей
      • Видео: принцип работы лазерного дальномера
    • Применение и функции лазерного дальномера
      • Дополнительные функции некоторых современных дальномеров
      • Работа с лазерной рулеткой
        • Видео: как пользоваться лазерной рулеткой
      • Правила эксплуатации дальномера
    • Рекомендации по выбору лазерной рулетки
      • Видео: обзор лазерного дальномера ЛДМ-70
      • Дополнительные функции дальномера
      • Видео: измерение площади непрямоугольных стен лазерным дальномером
    • Как работает инструмент лазерный дальномер
    • Принцип работы лазерного дальномера
    • Зависимость техники от условий
    • Как работать инструментом на улице?
    • Правильная эксплуатация
    • Самодельный сканирующий лазерный дальномер
        • Зачем нужен сканирующий дальномер?
        • Самодельный дальномер
          • Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера
        • Электроника
        • Механическая часть
        • Программная часть дальномера
        • Использование дальномера

    Устройство лазерного дальномера

    Лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний. Работа этого прибора основана на следующем принципе: он посылает лазерный сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, измеряет время его прохождения и относительно него высчитывает расстояние до объекта. Большинство современных дальномеров имеет компактную форму и удобны в применении. Чтобы пользоваться таким устройством, не нужно особых умений. Лазерные измерители расстояния получили широкое распространение в астрономии, строительстве, военной отрасли и навигации. Дальномеры также применяются для топографических съёмок.

    Фотогалерея: разновидности лазерных дальномеров

    Топографический лазерный дальномер позволяет вычислять расстояние до территорий или участков землиНавигационный дальномер помогает определять расстояние до объектов на водеЛазерные дальномеры используют в военной отрасли для оружейных прицеловСтроительным лазерным дальномером можно определять расстояния до стен и высчитывать площадь и объём помещений

    В строительстве лазерный дальномер часто используется для измерения расстояния до стен и порогов. С его помощью можно также вычислять площади помещений. Прибор нужно установить на нужную опцию, установить на рабочей поверхности и направить лазер на интересующий объект, например, противоположную стену. Для получения более точных показаний дальномер необходимо устанавливать строго перпендикулярно. Для облегчения этой задачи в строительных лазерных измерителях имеется специальный уровень с пузырьком.

    Основные элементы строительного дальномера

    1. Оптический лазерный излучатель — служит для генерирования и посылки луча в нужную точку.
    2. Оптический отражатель — принимает отражённый луч.
    3. Компьютерный преобразователь или микропроцессор.
    4. Встроенная программа вычислений — предназначена для обработки результатов измерений и выдачи их в нужном виде.
    5. Фиксатор дальномера.
    6. Оптический прицел — позволяет направить луч точно в нужное место.
    7. Пузырьковый уровень.Пузырьковый уровень, встроенный в лазерный дальномер, позволяет устанавливать прибор ровно на поверхности

    В строительных лазерных дальномерах есть блокнот и калькулятор. Прибор сам будет производить вычисления и сохранять данные в памяти.

    Виды дальномеров

    По принципу работы лазерные дальномеры разделяются на фазовые и импульсные.

    Фазовые измерители

    Фазовые дальномеры имеют не очень большую дальность действия, но они намного точнее в силу принципа своей работы и дешевле из-за того, что в них не встраивают дорогой сверхточный таймер.

    Фазовый дальномер работает на небольших расстояниях, но имеет хорошую точность и низкую цену

    Принцип работы дальномеров такого типа заключается в том, что лазерная волна посылается на объект с одной фазой, а отражаясь, возвращается с другой. Рассчитав сдвиг фаз, прибор определяет расстояние до объекта. Благодаря такому принципу работы измерения фазовым дальномером имеют высокую точность. При необходимости работы на расстояниях, превышающих длину излучаемой волны, прибор посылает сигнал несколько раз, изменяя частоту модуляции. Затем процессор устройства определяет точное расстояние до цели путём решения системы линейных уравнений.

    Импульсные измерители

    Импульсный дальномер состоит из детектора излучения и импульсного лазера. Он вычисляет расстояние до объекта путём умножения времени прохождения луча на величину скорости света. Импульсные измерители работают на гораздо больших расстояниях, чем фазовые, благодаря более высокой мощности излучаемого импульса. Такие дальномеры часто применяют для военных прицелов.

    Сравнение принципов работы импульсных и фазовых измерителей

    1. Фазовый дальномер при измерении расстояния использует модулированный световой сигнал, а импульсный — световой импульс.
    2. Импульсные дальномеры измеряют гораздо большие расстояния, чем фазовые, так как мощность посылаемых импульсов у них гораздо больше.
    3. Импульсный метод измерения расстояния менее точен, чем метод измерения разности фаз. Но благодаря современным методикам обработки сигнала в импульсных дальномерах это различие становится не таким значительным.
    4. Размер отражаемой лазерной точки становится больше с увеличением расстояния. Это справедливо для обоих принципов измерения, хотя отклонение лазера от точки отражения разное, так как отличаются размер и форма лазерного пятна.
    5. Фазовый и импульсный принципы работы различаются также чувствительностью к прерыванию сигнала. При работе под воздействием некоторых внешних факторов (в потоке транспорта, при плохих погодных условиях) фазовый дальномер будет работать хуже, чем импульсный.

    Видео: принцип работы лазерного дальномера

    Применение и функции лазерного дальномера

    С помощью лазерной рулетки можно рассчитать объём, вычислить площадь помещения, замерить сложные недоступные отрезки, определить длину ската крыши и угол его наклона, найти площадь стены с наклоном у потолка, а также её диагональ.

    Дополнительные функции некоторых современных дальномеров

    1. Подсветка.
    2. Ватерпас или пузырьковый уровень. Это приспособление чаще всего устанавливают на строительных лазерных рулетках. Оно поможет определить, ровно ли располагается прибор на поверхности.
    3. Визир — специальное устройство, приближающее точку, до которой ведётся измерение. Функция работает аналогично цифровому увеличению (зуму) на видеокамерах и особенно актуальна для работы на больших расстояниях.Визир представляет собой миниатюрную камеру, которая позволяет приблизить объект измерений
    4. Дисплей с цветным экраном.
    5. Измеритель температуры воздуха. Допустимые погодные условия для использования каждого прибора указаны в инструкции. В любом случае при работе на морозе необходимо дать устройству некоторое время на адаптацию к окружающей температуре.
    6. Датчик для измерения наклона в пределах до 45o. Он нужен для проведения расчёта угла ската крыши, наклона навеса и других аналогичных операций.Лазерный дальномер со встроенным датчиком измерения угла наклона позволяет вычислять расстояния на криволинейной поверхности
    7. Индикатор уровня зарядки батареи.
    8. Функция Bluetooth.
    9. Трекинг — непрерывное измерение расстояний. При перемещении дальномера трекинг производит замеры не один, а несколько раз с определённой периодичностью и показывает получаемые результаты. Такая опция необходима для того, чтобы отмерить нужную длину конструкции или помещения.
    10. Различные математические функции.

    Наличие в лазерном дальномере дополнительных функций помогает более точно и удобно производить необходимые замеры и во многом облегчает работу. Но и цена таких приборов гораздо выше.

    Работа с лазерной рулеткой

    1. Установить и зафиксировать прибор в точке начала измерений.
    2. Включить дальномер при помощи специальной кнопки.
    3. Выбрать нужную точку отсчёта. Во многих моделях для удобства встроена возможность выбора точки — от передней части корпуса прибора или от задней. Такая функция нужна для определения расстояния без учёта размеров корпуса. Некоторые устройства также оснащены специальными скобами, позволяющими проводить измерения в неудобных местах. Точку отсчёта в них можно выбрать от края корпуса либо от самой скобы.
    4. Выбрать необходимые единицы измерения.
    5. Начать измерения, нажав функциональную кнопку.
    6. Просмотреть результат на дисплее прибора.Лазерный дальномер позволяет определить длину, ширину и высоту помещений, а также автоматически посчитать его площадь и объём

    Например, если нужно определить расстояние от одной стены до другой, необходимо провести следующие действия:

    1. Установить прибор на одной стене.
    2. Убедиться, что прибор зафиксирован ровно на поверхности и плотно у стены.
    3. Назначить точкой отсчёта прижатую часть корпуса. Это позволит учесть в расчётах толщину самой рулетки.
    4. Включить функцию начала замеров.
    5. Посмотреть полученные результаты на экране.Для того чтобы измерить необходимое расстояние, нужно приложить прибор к стене и нажать функциональную кнопку — все остальные действия прибор произведёт сам

    Для получения более точных расчётов не рекомендуется держать прибор в руках при измерении. Запрещается направлять лазерный луч прибора в лицо, потому что он может обжечь сетчатку глаза.

    Видео: как пользоваться лазерной рулеткой

    Правила эксплуатации дальномера

    1. Лазерную рулетку следует эксплуатировать согласно технической инструкции.
    2. Нельзя допускать попадания влаги и грязи в прибор, а также перегрева и переохлаждения дальномера.
    3. Необходимо беречь прибор от падения и ударов.
    4. Проводить ремонт дальномера следует только в специальных мастерских.
    5. Хранить лазерный дальномер рекомендуется в специальном чехле.

    Рекомендации по выбору лазерной рулетки

    1. Каждый лазерный дальномер имеет определённый диапазон расстояний. При выборе рулетки необходимо знать, какие приблизительные размеры вам надо будет определять. Приобретать рулетку следует с несколько большей максимальной дальностью, чтобы был хотя бы небольшой запас.
    2. Чем мощнее микропроцессор дальномера, тем быстрее и точнее анализируются данные. Но если лазерная рулетка нужна для несложных измерений в быту, будет достаточно самой простой модели, иначе вы переплатите деньги за функции и способности прибора, которыми не будете пользоваться. Простые рулетки настроены только на измерение расстояния. Приборы с мощным микропроцессором и улучшенным программным обеспечением могут производить множество расчётов с применением сложных геометрических формул (площади, объёма, углов и т. д.).Современные лазерные дальномеры с мощными процессорами позволяют рассчитывать расстояния до объектов, площади и объёмы помещений и переводить результат в разные системы единиц
    3. Лазерную рулетку лучше приобретать с надёжным штативом, если в корпусе прибора есть крепёжная резьба. Для произведения расчётов в комнатных условиях достаточно будет неподвижно зафиксировать прибор на полу, у стены или на предмете с ровной поверхностью. Если при измерении дальномер плотно зафиксирован, то погрешность в расчётах сведётся к минимуму.
    4. При покупке важно учитывать тип элементов питания дальномера. Не стоит приобретать прибор со встроенным аккумулятором, так как по истечении ресурса заменить его будет сложно. Лучше остановить выбор на рулетке, работающей от батареек.

    Видео: обзор лазерного дальномера ЛДМ-70

    Дополнительные функции дальномера

    1. Функция измерения площади полезна во время ремонта, когда требуется рассчитать необходимое количество материала. Нужно включить специальную опцию дальномера (кнопка обычно имеет обозначение в виде плоской и объёмной фигуры, они символизируют измерение площади и объёма соответственно) и измерить все стороны помещения. Далее аппарат проведёт расчёты путём умножения сторон и выдаст результат на дисплее. С помощью этой функции можно определить площадь пола, стен и потолка.Выбор режима вычислений производится при помощи специальной кнопки с изображением плоской и объёмной фигуры
    2. Измерение объёма проводится аналогично измерению площади. При нахождении объёма помещения сначала замеряются стороны пола, затем высота. Прибор анализирует полученные данные и вычисляет объём комнаты. Эта опция дальномера полезна, например, при выборе кондиционера, когда нужно знать объём расходуемого в помещении воздуха.
    3. Выдвижная скоба. Для проведения измерений из неудобных точек некоторые модели дальномеров оборудованы специальной скобой. Например, для определения размера комнаты по диагонали можно упереть прибор скобой в один из углов и включить необходимый режим. Для получения точного результата нужно назначить точкой отсчёта начало скобы.
      В современных дальномерах скоба может фиксироваться в нескольких положениях, чтобы можно было максимально просто проводить измерения из неудобных точек
    4. Трекинг. Если нужно отмерить определённое расстояние от стены, например, для того, чтобы возвести перегородку, нужно воспользоваться функцией трекинга. Некоторые строительные модели лазерных рулеток оснащены режимом непрерывного измерения расстояния. Для нахождения нужного отрезка таким способом потребуется включить прибор и перемещать его вдоль выбранной линии до получения искомого расстояния.
    5. Некоторые лазерные дальномеры оснащаются функцией поиска минимальных и максимальных расстояний. С её помощью также можно вычислить точную диагональ помещения. Для этого необходимо установить прибор в одном углу, а луч направить на противоположный угол комнаты, стараясь попасть в границу между стенами как можно точнее. Рулетка произведёт серию измерений и найдёт максимальное значение, которое и будет искомой диагональю. Таким же способом проводится и поиск минимального расстояния.
    6. Измерение сторон стены в форме трапеции — ещё одна опция некоторых современных лазерных рулеток. Для этого необходимо включить нужный режим и измерить три стороны стены, расположенных под углом 90o друг к другу. Далее дальномер с помощью полученных данных автоматически произведёт расчёт четвёртой стены и выведет результат на экран.Одну из сторон трапеции (например, длину ската кровли) лазерный дальномер может рассчитать по трём остальным сторонам
    7. Косвенный метод измерения расстояний — функция теоремы Пифагора. Позволяет определить расстояния и длины отрезков на труднодоступных участках. Допустим, нужно измерить расстояние от пола до шурупа в стене. Сначала выбираем начальную точку на небольшом расстоянии от стены на полу и измеряем расстояние от неё до стены. Затем направляем точку лазера на шуруп. Отрезок от рулетки до стены будет являться катетом, а длина от прибора до шурупа — гипотенузой. При включении рассматриваемой опции прибор автоматически произведёт вычисления, найдёт второй катет треугольника и выдаст, на какой высоте от пола находится шуруп.
    8. В солнечную погоду удобно пользоваться специальными очками. Они имеют красный или зелёный цвет стекла в зависимости от цвета луча лазера. Эти защитные стёкла оснащены световым фильтром, который приглушает все остальные цвета, кроме своего, тем самым позволяя легко находить точку отражения луча.Световой фильтр в очках приглушает все цвета, кроме своего, поэтому, например, в красных очках намного проще увидеть луч красного лазера

    Видео: измерение площади непрямоугольных стен лазерным дальномером

    Сделав правильный выбор лазерной рулетки, можно во многом облегчить работу. С использованием лазерного дальномера будет возможно вычислить любые нужные длины и площади. Несмотря на множество проводимых вычислительных операций, такой прибор прост для использования и не требует никаких особых знаний или навыков.

    • Александр Макарычев

    Как работает инструмент лазерный дальномер

    Благодаря тому, как работает лазерный дальномер, можно осуществлять замеры плоскостей с максимальной точностью. Поэтому его применяют в военном деле, астрономии строительстве, инженерной геодезии и т.д.

    Лазерный дальномер — удобное современное устройство для измерения площадей поверхностей.

    Он представляет собой рулетку электронного типа. Такой прибор достаточно прост в эксплуатации, поэтому его используют профессиональные бригады, да и начинающие строители тоже.

    Инструкция по работе с таким инструментом выглядит следующим образом:

    1. Дальномер включается на необходимую опцию.
    2. Далее он устанавливается вблизи одной из рабочих поверхностей.
    3. Луч лазера наводится на противолежащую сторону помещения.
    4. Аналогичным образом осуществляются замеры и других плоскостей.

    Устройство лазерного дальномера.

    Благодаря таким нехитрым действиям дальномер выдаст размер площади помещения. Если необходимо просчитать объем, действуют так же. Все приборы такого типа работают по схожему принципу.

    Одно из главных удобств дальномера в том, что он заменяет калькулятор и блокнот с карандашом. Каждая модель может складывать и вычитать имеющиеся значения, а полученные цифры автоматически сохраняются. Но тут главное — знать о том, может ли потерять прибор данные, если извлечь из него флеш-карту.

    Чтобы лазерный дальномер давал точные показания, очень важным моментом является соблюдение условий перпендикулярности рулетки. Чтобы облегчить эту задачу, современные производители оснащают свои изделия встроенным пузырьковым уровнем. Это значительно облегчает задачу.

    Принцип работы лазерного дальномера

    Чтобы осуществить замеры стен при помощи дальномера, сначала необходимо включить уровень. После этого измеряют поверхность стены по высоте и длине. От полученных значений следует отнять площадь, занимаемую окнами и дверными проемами.

    Полученные цифры помогут сориентироваться в необходимом количестве строительных материалов, чтобы максимально избежать перерасхода. Для новичков лазерный дальномер является хорошим помощником.

    Для удобства использования в различных условиях некоторые производители оснащают приборы встроенными камерами и визорами.

    Но это касается геометрически правильных форм. Однако прибор используют и в инженерной сфере, например, для измерения котлованов. Тут будут присутствовать определенные погрешности. Кстати, на точность показаний во многом влияет и результативность самой рулетки, так как в темное время суток она выше, чем днем. Поэтому нередко используется дополнительное оборудование в виде визира или видеокамер, чтобы была возможность хорошо видеть лазер.

    Чтобы определить дальность нахождения объекта, используют беспрерывное электромагнитное излучение. Дальномер может работать в трех режимах:

    • фазовом;
    • импульсном;
    • комбинированном, который объединяет в себе предыдущие два.

    В первом случае принцип действия — модуляция синусоидального сигнала, при этом частота будет варьироваться от 10 до 150 МГц.

    Во втором варианте идет отражение импульса и его периодическая задержка. Несмотря на то что такая техника достаточно умна, контроль за ней все-таки необходим, так как сбои свойственны любой аппаратуре. Для того чтобы иметь правильное представление о принципе работы дальномера, руководство по эксплуатации требует тщательного изучения.

    В зависимости от того, насколько тщательно придерживаться требований инструкции, дальномер будет работать точно или давать погрешности.

    Зависимость техники от условий

    Дальномер имеет два функциональных блока: излучательный, в составе которого есть лазерный диод, и приемник. За счет электромагнитной волны возникает лазерный луч. Сама волна производится дальномером, далее она отражается от рабочей плоскости, будь то полы, стены, потолок или другая рабочая сторона объекта. После этого идет ее возврат в приемник. Каждая волна имеет свою амплитуду и длину. Последний показатель изначально известен вычислителю дальномера, поэтому дальнейшие его вычисления производятся за счет принципа сложения всех длин волн, которые прошли путь до объекта и обратно. После этого выполняется деление данной суммы надвое. А если есть «обрезанная» волна, то и ее показатель приплюсовывается.

    Сравнительные характеристики нескольких моделей лазерного дальномера.

    Полученная цифра выводится на дисплей прибора. Измерительная величина, то есть метры или сантиметры, устанавливается по личным требованиям.

    Дальномер отлично справляется в условиях закрытых помещений, так как в этом случае расстояния имеют небольшие значения, а помехи и вовсе отсутствуют. А что касается природы, то тут есть несколько факторов, которые могут создать погрешности в работе:

    1. Солнце. Зачастую цвет лазеров является красным, поэтому чем ярче поверхность, тем хуже видна конечная точка. Почему это так важно? Потому что дальномер должен уметь обработать сигнал, а он будет слишком слабым, что может повлиять на точность показаний. Поэтому в темное время суток показания лазерного дальномера более точны.
    2. Загрязненность окружающей среды. Лучший вариант — если работа проводится за городом, так как воздух там прозрачнее. В условиях загазованности или туманности опять-таки возникает риск возникновения погрешностей.
    3. Надежность крепления дальномера. Ручные измерения всегда сопровождаются неточностями. Поэтому лучше для замеров использовать специальный штатив. Кстати, многие современные приборы имеют уже в стандартной комплектации такой элемент.
    4. Рабочая поверхность. Если измеряемая плоскость будет иметь темный цвет или шершавую структуру, то луч станет поглощаться. Поэтому для таких целей используют светлую поверхность, которая за счет гладкости и цвета помогает повысить коэффициент отражения.

    Как работать инструментом на улице?

    Для удобства использования дальномер можно закрепить на штативе.

    Все же в большинстве случаев дальномер применяют с внешней стороны зданий. Поэтому, чтобы максимально обеспечить точность показаний, можно воспользоваться следующими рекомендациями:

    1. Использовать для таких работ необходимо те приборы, которые имеют дальность работы в пределах 150-200 м, то есть для больших расстояний.
    2. Следует использовать мишень. В большинстве стандартных комплектов она уже имеется.
    3. Для того чтобы показания были точны, следует применять штатив. Если данная деталь покупается отдельно, то дальномер в обязательном порядке должен иметь специальное гнездо с нижней стороны.

    Многие модели дальномеров имеют скобу, расположенную сзади. Она может устанавливаться под 90-градусным или 180-градусным углом. Если ее положение перпендикулярно, то прибор измеряет расстояние заподлицо с краем или внешним углом.

    Это позволяет знать размер диагонали помещения. В данном случае точка отсчета устанавливается вручную, она начинается от задней или передней стенки скобы. Но некоторые модели оснащены автоматической функцией переноса нулевой точки.

    Правильная эксплуатация

    Для удобства хранения лазерные дальномеры комплектуются специальными чехлами.

    Так как длина волны составляет 635 нм, человеческий глаз видит луч красного цвета. Поэтому, работая с таким прибором, следует быть аккуратными. Попадая в глаз, такой луч может нести разрушительное воздействие. Все зависит от класса используемого лазера: чем он выше, тем опаснее контакт луча и глаза. По стандарту дальномеры имеют луч со вторым классом излучения. Это, в свою очередь, означает, что при кратковременном воздействии перед глазами человека непродолжительный период будут мелькать пятна света. Но если луч будет напрямую и долго воздействовать, то последствия могут стать крайне неприятными.

    Дальномер — прибор, которому для работы требуются батарейки. После того как их заряд окончен (примерно 5-10 тысяч измерительных процессов), их следует правильно утилизировать. Если содержимое батарейки вытечет внутри прибора, это может привести к поломке аппарата, что однозначно потребует дорогостоящего ремонта. Поэтому перед и после каждого применения батарейки следует тщательно осматривать.

    Такой прибор требует деликатного обращения, поэтому для него не допускаются воздействия физической силой, а тем более падения. Это тоже чревато ремонтом или даже покупкой новой техники.

    Иметь под рукой такой прибор — значит ощутимо улучшить условия своей работы. Во-первых, исчезает необходимость производить вычисления в уме — все делает техника. Во-вторых, это значительно экономит время, особенно если дальномер — новой модификации, так как в нем много дополнительных функций. В-третьих, автоматическое сохранение данных помогает не забивать голову большим количеством цифр, что тоже крайне удобно.

    Самодельный сканирующий лазерный дальномер



    В этой статье я расскажу о том, как я делал самодельный лазерный сканирующий дальномер, использующий триангуляционный принцип измерения расстояния, и об опыте его использования на роботе.

    Зачем нужен сканирующий дальномер?

    На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков. В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
    Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов. Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния.
    Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
    На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:

    Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$. Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.

    Самодельный дальномер

    Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме.
    Первая версия дальномера:

    Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.

    Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера

    Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние.
    Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:

    Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка.
    Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
    Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим. Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким.
    Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку. Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
    Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.

    Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
    Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя. Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании. Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
    Фотография второй версии дальномера:

    Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м.
    Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.

    Электроника

    В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее. Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные. Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые.
    В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей. Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
    В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:

    Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет.
    Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей. Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
    Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
    Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.

    Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно.
    В результате у меня получилась такая схема:

    Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора.
    Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
    Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.

    Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):

    В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
    Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
    Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
    Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:

    Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер.
    Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
    Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).

    Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.

    Механическая часть

    После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть.
    В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму. Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс.
    Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух. Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
    Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:

    Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
    Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла. Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.

    Силиконовая форма для отливки этой детали:

    Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.

    Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ. Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется. Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.

    Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек.
    Вот так выглядит основание дальномера снизу:

    Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера.
    Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
    Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.

    Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:

    Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера.
    Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).

    Вот так выглядит собранный дальномер:

    Вид сверху:

    Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
    Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.

    Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера. В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
    Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
    Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:

    Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.

    В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.

    Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке. Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно. Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.

    Эволюция самодельных дальномеров:

    Габаритные размеры получившегося дальномера:
    Размер основания: 88×110 мм.
    Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
    Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).

    Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния.
    При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0. 7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:

    РасстояниеРазброс
    1 м<1 см
    2 м2 см
    5 м7 см

    Стоимость изготовления дальномера:

    DIY, $Опт., $
    Основание
    Пластина основания1,000,50
    Двигатель0,001,00
    Подшипник1,501,00
    Щеточный узел7,505,00
    Крепежные детали0,002,00
    Сканирующая головка
    Контроллер STM32F303CBT65,004,00
    Фотоприемная линейка18,0012,00
    Остальная электроника4,003,00
    Плата1,500,50
    Объектив2,001,50
    Держатель объектива1,000,50
    Лазер1,000,80
    Пластиковые детали3,002,00
    Крепежные детали0,001,00
    Сборка0,0020,00
    Итого:45,5054,80

    В первой колонке — во сколько дальномер обошелся мне, во второй — сколько он мог бы стоить при промышленном изготовлении (оценка очень приблизительная).

    Программная часть дальномера

    Перед написанием программы нужно рассчитать тактовую частоту, на которой будет работать фотоприемная линейка.
    В старых версиях дальномера частота сканирования была ограничена 3 Гц, в новом дальномере я решил сделать ее выше — 6Гц (это учитывалось при выборе линейки). Дальномер делает 360 измерений на один оборот, так что при указанной скорости он должен быть способен производить 2160 измерений в секунду, то есть одно измерение должно занимать менее 460 мкс. Каждое измерение состоит из двух этапов — экспозиция (накопление света линейкой) и считывание данных с линейки. Чем быстрее будет произведено считывание сигнала, тем длиннее может быть время экспозиции, а значит, и тем больше будет амплитуда сигнала. При тактовой частоте линейки 8 МГц время считывания 1024 пикселей будет составлять 128 мкс, при 6 МГц — 170 мкс.

    При тактовой частоте микроконтроллера серии STM32F303 в 72 МГц максимальная частота выборок АЦП — 6 MSPS (при разрядности преобразования 10 бит). Так как я хотел проверить работу дальномера при тактовой частоте линейки 8 МГц, я решил использовать режим работы АЦП, в котором два АЦП работают одновременно (Dual ADC mode — Interleaved mode). В этом режиме по сигналу от внешнего источника начала запускается ADC1, а затем, через настраиваемое время, ADC2:

    Как видно из диаграммы, суммарная частота выборок АЦП в два раза выше, чем частота триггера (в данном случае это сигнал от таймера TIM1).
    При этом TIM1 также должен формировать сигнал тактовой частоты для фотоприемной линейки, синхронный с выборками АЦП.
    Чтобы получить с одного таймера два сигнала с частотами, различающимися в два раза, можно переключить один из каналов таймера в режим TIM_OCMode_Toggle, а второй канал должен формировать обычный ШИМ сигнал.

    Структурная схема программы дальномера:

    Ключевой частью программы является именно захват данных с линейки и управление ей. Как видно из схемы, этот процесс идет на аппаратном уровне, за счет совместной работы TIM1, ADC1/2 и DMA. Для того, чтобы время экспозиции линейки было постоянным, используется таймер TIM17, работающий в режиме Single Pulse.

    Таймер TIM3 генерирует прерывания при срабатывании компаратора, соединенного с энкодером. За счет этого рассчитывается период вращения сканирующей головки дальномера и ее положение. По полученному периоду вращения рассчитывается период таймера TIM16 таким образом, чтобы он формировал прерывания при повороте головки на 1 градус. Именно эти прерывания служат для запуска экспозиции линейки.

    После того, как DMA передаст все 1024 значения, захваченные ADC, в память контроллера, программа начинает анализ эти данных: сначала производится поиск положения максимума сигнала с точностью до пикселя, затем, при помощи алгоритма поиска центра тяжести — с более высокой точностью (0.1 пикселя). Полученное значение сохраняется в массив результатов. После того, как сканирующая головка сделает полный оборот, в момент прохождения нуля этот массив предаются в модуль UART при помощи еще одного канала DMA.

    Использование дальномера

    Качество работы этого дальномера, как предыдущих, проверялось при помощи самописной программы. Ниже пример изображения, формируемого этой программой в результате работы дальномера:

    Однако дальномер делался не для того, чтобы просто лежать на столе — он был установлен на старый пылесос Roomba 400 вместо дальномера второй версии:

    Также на роботе установлен компьютер Orange Pi PC, предназначенный для управления роботом и связи с ним.
    Как оказалось, из-за большой просадки напряжения на линейном источнике питания двигателя дальномера, для работы на скорости 6 об/сек дальномеру требуется питающее напряжение 6В. Поэтому Orange Pi и дальномер питаются от отдельных DC-DC преобразователей.

    Для управления роботом и анализа данных от дальномера я использую ROS.
    Данные от дальномера обрабатываются специальным ROS-драйвером (основанном на драйвере дальномера Neato), который получает по UART данные от дальномера, пересчитывает их в расстояния до объектов (используя данные калибровки) и публикует их в стандартном формате ROS.
    Вот так выглядит полученная информация в rviz (программа для визуализации данных ROS), робот установлен на полу:

    Длина стороны клетки — 1 метр.

    После того, как данные попали в ROS, их можно обрабатывать, используя уже готовые пакеты программ. Для того, чтобы построить карту квартиры, я использовал hector_slam. Для справки: SLAM — метод одновременного построения карты местности и определения положения робота на ней.
    Пример получившейся карты квартиры (форма несколько необычна, потому что дальномер «видит» мебель, а не стены, и не все комнаты показаны):

    ROS позволяет объединять несколько программ («узлов» в терминологии ROS), работающих на разных компьютерах, в единую систему. Благодаря этому, на Orange Pi можно запускать только ROS-драйверы Roomba и дальномера, а анализ данных и управление роботом вести с другого компьютера. При этом эксперименты показали, что hector_slam нормально работает и на Orange Pi, приемлемо загружая процессор, так что вполне реально организовать полностью автономную работу робота.

    Система SLAM благодаря данным от дальномера позволяет роботу определять свое положение в пространстве. Используя данные о положении робота и построенную карту, можно организовать навигационную систему, позволяющую «направить» робота в указанную точку на карте. ROS содержит в себе пакет программ для решения этой задачи, но, к сожалению, я так и не смог заставить его качественно работать.

    Видео работы дальномера:

    Более подробное видео построения карты при помощи hector_slam:

    Исходные коды программы контроллера

    P. S. Также у меня есть проект более простого лидара.

    AO Early Posting

    Полуаналитическое моделирование распространения оптических волн через турбулентность

    Джейсон Шмидт, Джейсон Теллез и Грегори Гбур

    DOI: 10.1364/AO.465905 Jun 02 Получено; Принято 20 сентября 2022 г . ; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Волново-оптическое моделирование с разделением шагов полезно для изучения оптического распространения в случайных средах, таких как атмосферная турбулентность. Стандартный метод включает чередующиеся этапы параксиального распространения вакуума и накопления турбулентной фазы. Мы представляем полуаналитический подход к оценке интеграла дифракции Френеля с одним фазовым экраном между плоскостями источника и наблюдения и другим экраном в плоскости наблюдения. Эта конкретная установка полезна для моделирования геометрии астрономических изображений и лабораторных экспериментов с двумя экранами, которые имитируют реальную турбулентность с помощью фазовых колес, пространственных модуляторов света и т. д. произвольное количество экранов. По сравнению со стандартным подходом с угловым спектром, использующим быстрое преобразование Фурье, полуаналитический метод обеспечивает смягченные ограничения выборки и произвольную вычислительную сетку. Кроме того, когда оценивается ограниченное количество точек плоскости наблюдения или когда используется много временных шагов или случайных рисунков, полуаналитический метод может выполнять вычисления быстрее, чем метод углового спектра.

    Влияние шероховатости поверхности на эффекты усиления наносекундной лазерной ударной волны AO.469596 Поступила в редакцию 04.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается эффективный метод повышения энергии ударных волн, которые генерируются плазмой, расширяющейся наружу и сталкивающейся с другим газом. Кремниевые мишени используются в качестве ответной среды с шероховатостью 2,3 нм, 457,8 нм, 1,1 мкм и 37,1 мкм соответственно. В качестве источника излучения используется лазер с длиной волны 532 нм, длительностью импульса 8 нс и частотой следования 10 Гц. ICCD используется для фотографирования морфологии ударных волн. Эмиссионные изображения факелов кремниевой плазмы с временным разрешением наблюдаются в интервале (20~200 нс). По мере увеличения шероховатости поверхности цели интенсивность ударной волны постепенно увеличивается, а энергия ударной волны достигает 390,45 мДж при шероховатости 37,1 мкм.

    Обучение локальной глубиной регрессии от Defocus blur Bysoft-Assignment Кодирование

    РЕМИ ЛЕРОЙ, ПОЛИН ТРЕВЕВЕ, Бертран Ле Сау, Бенджамин Буат и Фредерик Шампаннат

    DOI: 10.1364/ao.47111105 9000 2 ; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем новый подход на основе патчей для регрессии глубины от расфокусированного размытия. В большинстве современных методов определения глубины по расфокусировке (DFD) используется метод классификации участков среди набора потенциальных размытий расфокусировки, связанных с глубиной, что приводит к ошибкам из-за постоянного изменения глубины. Здесь мы предлагаем адаптировать простую модель классификации, используя мягкое кодирование истинной глубины в вектор вероятности принадлежности во время обучения и шкалу регрессии для прогнозирования промежуточных значений глубины. В нашем методе не используется ни модель размытия, ни модель сцены, для него требуется только обучающий набор данных патчей изображения (либо RAW, в оттенках серого, либо RGB) и соответствующая им метка глубины. Мы показываем, что наш метод превосходит как классификацию, так и прямую регрессию на смоделированных изображениях из структурированных наборов данных или наборов данных с естественной текстурой, а также на реальных данных RAW с оптическими аберрациями из активного эксперимента DFD.

    Обратная конструкция оптических диффузоров на основе нанокристаллов для эффективного белого светодиодного освещения с поддержкой глубокого обучения

    Gangyi Li, Yuan Liu, Qi Wei Xu, Hao Liang и Xihua Wang 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г . ; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Угловая однородность цвета и световой поток являются наиболее важными показателями качества белого светодиода (WLED), и желательно одновременное улучшение обоих показателей качества. . Оптический рассеиватель на основе нанокристаллов целлюлозы (CNC) был применен к модулю WLED для улучшения угловой однородности цвета, но это неизбежно приводит к уменьшению светового потока. Здесь мы демонстрируем подход обратного проектирования, основанный на глубоком обучении, для проектирования модулей WLED с ЧПУ-покрытием. Разработанная прямая нейронная сеть успешно предсказывает две добротности с высокой точностью, а обратная модель предсказания может быстро рассчитать структурные параметры пленки с ЧПУ. Дальнейшие исследования, использующие преимущества как прямых, так и обратных нейтральных сетей, могут эффективно создать слой покрытия для модулей WLED для достижения наилучшей производительности.

    Метод переноса модели, основанный на кусочно-прямой стандартизации в спектроскопии лазерного пробоя

    Ge Xie, Lanxiang Sun, Dong Shang, Yuan Gao, Xin Ling, Xiuye ​​Liu 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Для построения моделей при количественном анализе сложных матриц в спектроскопии лазерного пробоя обычно требуется большое количество сертифицированных образцов. Из-за различий между приборами, включая эффективность возбуждения и сбора данных, количественную модель, созданную на одном приборе, трудно применить непосредственно к другим приборам. Для моделирования каждого прибора требуется большое количество образцов, что очень трудоемко и будет препятствовать быстрому применению техника ЛИБС. С целью устранения различий спектральных данных от разных приборов и снижения стоимости построения новых моделей в данной работе исследуется метод кусочно-прямой стандартизации в сочетании с методом частичных наименьших квадратов (PLS_PDS). Для получения спектральных данных используются два портативных прибора LIBS с одинаковой конфигурацией, один из которых называется ведущим прибором, поскольку его калибровочная модель напрямую построена на большом количестве размеченных образцов, а другой называется подчиненным прибором, поскольку его модель получена из мастер инструмент. Метод PLS_PDS используется для построения передаточной функции спектров между ведущим и подчиненным приборами, чтобы уменьшить спектральную разницу между двумя приборами, и, таким образом, одну калибровочную модель можно адаптировать к разным приборам. Результаты показывают, что для множественного элементного анализа образцов алюминиевого сплава количество образцов, необходимых для подчиненного моделирования, было уменьшено с 51 до 14 после передачи модели с помощью PLS_PDS, а количественные характеристики подчиненного прибора были близки к показателям главного прибора. Таким образом, метод переноса модели, очевидно, может уменьшить число образцов построения моделей для ведомых приборов, и это будет полезно для продвижения применения LIBS.

    Об измерении отражательной способности дистанционного зондирования традиционным надводным подходом в малых водоемах

    Лянфэн Чен, Чжунпин Ли, Гонг Линь, Юнчао Ван, Цзюньвэй Ван и Вендиан Лай

    DOI: 10.1364/AO. 472122 Поступила в редакцию 01.08.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Малые водоемы являются важной частью пресноводной системы Земли и играют важную роль в защите биоразнообразия и предоставлении экосистемных услуг. Из-за различных окружающих особенностей неизвестно, в какой степени мы можем получить точную отражательную способность дистанционного зондирования (Rrs) такой среды с помощью обычного надводного подхода (AWA). В этом исследовании мы использовали как AWA, так и подход с блокировкой светового люка (SBA), бок о бок, для измерения Rrs в типичном небольшом водоеме. Установлено, что вариация Rrs в УФ-синей области от AWA составляет около 50% и не согласуется с вариацией полного коэффициента поглощения (at), полученного из проб воды, в то время как, наоборот, вариация Rrs, полученная из SBA, составляет очень последовательный, с коэффициентом вариации менее ~ 5%. Эти результаты подчеркивают большие погрешности в измерении Rrs с помощью AWA из-за сложности такой среды, а также отражают надежность SBA при измерении Rrs в полевых условиях даже в таких сложных условиях.

    Гибридная визуализация структурных модальных форм с использованием тонких вариаций высокоскоростного видео

    Дашан Чжан, Андонг Чжу, Ювэй Ван и Цзе Го Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Техника фазового увеличения движения может преувеличивать определенные структурные вибрации и находит потенциальное применение в визуализации и понимании модальных форм. Однако на качество MotionMagnification влияют шумы и артефакты отсечения, особенно при большом увеличении. В этой статье предлагается гибридная структура увеличения движения, которая сочетает в себе эйлерову и лагранжеву обработку движения. Поскольку структурная глобальная пространственная вибрация, соответствующая различным модальным формам, обычно аккумулирует энергетические различия на временной шкале, с точки зрения Эйлера временные вариации интенсивности очищаются и разделяются в соответствии с распределением энергии для управления пространственными движениями. Между тем, с точки зрения Лагранжа, увеличение движения реализуется путем компенсации пространственного движения в соответствии с увеличенным векторным полем межкадрового движения. Используя как эйлерову, так и лагранжеву обработку движения, предлагаемая структура поддерживает больший коэффициент усиления и обеспечивает лучшую производительность при восприятии тонких вибраций в контролируемых модальных тестах.

    Оптический дизайн имитатора солнечного излучения для метеорологических полей для улучшения однородности облучения и расширения диапазона регулирования облучения /AO.471462 Поступила в редакцию 25.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Нацеленный на проблемы низкой однородности излучения и узкого диапазона регулирования освещенности в существующих солнечных симуляторах, метод оптического проектирования для метеорологических солнечных имитаторов с высокой однородностью излучения и широким диапазоном излучения предложенный. Использование ксеноновой лампы и некоаксиального эллипсоидного рефлектора с переменным коэффициентом в качестве концентратора. Проанализированы причины появления рассеянного света в оптическом интеграторе, предложен оптимальный метод проектирования интегратора на основе антиперекрестной диафрагмы и матричная модель распространения света, эффективно подавляющая паразитное излучение. Система регулирования освещенности предназначена для непрерывной регулировки освещенности в широком диапазоне. Приведен оптимальный метод проектирования коллимационной системы. Рациональность конструкции системы подтверждается моделированием в программе Lighttools. Результаты показывают, что в пределах эффективной поверхности облучения 100 мм x 100 мм освещенность плавно регулируется в диапазоне 100 Вт/м2-1400 Вт/м2, а равномерность облучения лучше, чем 99,10% при различном освещении. Это исследование преодолевает ограничения низкой однородности излучения и узкого диапазона регулировки освещенности традиционных метеорологических имитаторов солнечной радиации и может предоставить точные и надежные данные солнечной радиации для проверки и калибровки пиранометров.

    Полностью основанная на волокне SBS установка для комбинированной генерации оптических частот с использованием технологии рециркуляции накачки и изоляции гребенки за счет применения бриллюэновского усиления

    Аритра Пол и Прадип Кумар Кришнамурти

    DOI: 10.1364/AO.470532 Поступила в редакцию 14 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы описываем установку на основе полностью стимулированного бриллюэновского рассеяния (ВРМБ) для генерации, усиления и выделения частотной составляющей из оптической частотной гребенки (ЧЧЧ). Каскадный SBS-OFC ​​получается за счет использования насоса и метода рециркуляции энергии Стокса. В общей сложности в диапазоне длин волн 1550 нм наблюдается более 15 гребенчатых линий в пределах полосы пропускания 45 дБ со средней мощностью 16 дБм. Путем реализации установки поляризатор-анализатор, использующей слабое двойное лучепреломление в кварцевых волокнах, мы усилили и выделили первую стоксову компоненту генерируемой гребенки. Выделенная компонента при 1550,03 нм была усилена на ≈ 55 дБ. Чтобы проверить изоляцию одной гребенчатой ​​линии, SBS-OFC ​​модулируется по интенсивности с использованием синусоидальных сигналов разных частот, и модуляция обнаруживается после изоляции гребенчатой ​​линии. Мы также наблюдаем, что с увеличением мощности бриллюэновской накачки во время изоляции гребенчатых линий спонтанный бриллюэновский шум действует как ограничение процесса избирательного усиления.

    Электрически активное управление терагерцовыми волнами в гибридной метаповерхностно-решетчатой ​​структуре с жидким кристаллом

    Цзюнь Ян, Лу Сюй, ГоЧжэнь Чжан, Ин Ли, Минганг Ху, Цзянь Ли, Хунбо Лу, Гуаншэн Дэн и Чжипин Инь

    DOI: 10.1364/AO.470935 Поступило 22 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Предложен отражательный терагерцовый фазовращатель для широкодиапазонной динамической и непрерывной фазовой модуляции. Вводя перестраиваемый жидкий кристалл между метаповерхностью с прорезями и микроструктурой решетки, можно модулировать фазу отраженных волн с помощью различных электрических методов. Численное моделирование показывает, что предложенный терагерцовый фазовращатель имеет разность фаз более 360° между несмещенным и смещенным состояниями. Кроме того, была разработана и изготовлена ​​матрица из 35×35 накладных элементов. Производительность фазовращателя обеспечивает более 360° между 3790,6 ГГц и 391,8 ГГц, где максимальный фазовый сдвиг достигает 422,4° на частоте 385,9 ГГц. Более того, полностью электрически управляемая фазовая модуляция более чем на 180° достигается между 382,0 ГГц и 394,1 ГГц с максимальной фазовой модуляцией 248,4° на 383,3 ГГц. Эта работа может предоставить отражательный терагерцовый фазовый модулятор для управления лучом.

    Экспериментальный анализ высокотемпературной ползучести стали FV566 на основе корреляции цифровых изображений

    Huanqing Wang, Pengxiang Ge, Wu Wen, Yonghong Wang, and Biao Wang

    DOI: 10. 1364/AO.469885 Поступила в редакцию 06 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Цифровая корреляция изображений (DIC) — это метод оптического измерения деформации/смещения материала, основанный на освещении видимым светом, который можно использовать для измерения долговременного механического поведения. В данной работе независимо разработана экспериментальная методика анализа высокотемпературной ползучести стального материала ФВ566 на основе ДИК. С учетом проблем преломления среды стеклянных смотровых окон и нарушения теплового потока воздуха при высокотемпературных испытаниях были предложены соответствующие методы коррекции для повышения точности измерений. Затем на основе изложенных выше методик были проведены испытания на высокотемпературную ползучесть трех образцов различной формы и рассчитана площадь концентрации деформации при 600 °С. Затем было исследовано влияние формы и других свойств на разрушение материала при ползучести, распределение напряжения и фактическую деформацию. Наконец, результаты расчета DIC были проанализированы и сопоставлены с результатами анализа методом конечных элементов и окончательным положением излома образца. Три результата имели высокую степень согласованности, что подтвердило, что предложенный метод может точно измерять и анализировать поведение материалов при ползучести.

    Валидация метода лидара с двойной поляризацией поля зрения для восстановления микрофизических свойств однородных водяных облаков: исследование, основанное на поляриметрическом моделировании методом Монте-Карло Liu

    DOI: 10.1364/AO.468142 Поступила в редакцию 23 июня 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье освещается проверка метода поляризационного лидара с двойным полем зрения (FOV) для определения эффективного радиуса облачных капель в сочетании с коэффициентом ослабления облаков однородной воды. облачный подход через моделирование. Моделирование основано на поляриметрическом методе Монте-Карло с полуаналитическими функциями в условиях многократного рассеяния. Результаты моделирования показывают, что коэффициент деполяризации, измеренный при двойном поле зрения, является функцией эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака. Используя метод стандартного отклонения на обширных результатах моделирования, а затем применяя полиномиальную регрессию, получают два полиномиальных соотношения, выражающих восстановление эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака из интегрального коэффициента деполяризации слоя на малых оптических глубинах вблизи нижней части облака. В конце концов, результаты, представленные в [1], подтверждены. Микрофизические свойства водяного облака, содержание жидкой воды и числовая концентрация капель в облаке являются функциями этих двух параметров и, таким образом, могут быть найдены численно

    Исследование очистки сшитого полимерного покрытия на металлической сетке лазером CO2

    Yating Shi, Wei Chen, Jun Wang, Chi Zhang, Chengjun Zhang и Hongjun Li

    DOI: 10. 1364/AO.469947

    4 Получено июль 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Загрязнение, вызванное химической очисткой полимерных покрытий при переработке печатных трафаретов, можно уменьшить с помощью лазерной очистки. Исследован механизм взаимодействия лазерного луча с полимерным покрытием, построена пороговая модель лазерной абляции сшитого полимера, обсуждены принципы лазерного связывания и фотоионизации. Когда плотность энергии лазера составляет 7,8 Дж/см2, ширина лазерного импульса и энергия воздействия влияют на характеристики после абляции. При энергии осаждения > 1,2 Дж/см2 происходит карбонизация полимерного материала. Когда энергия осаждения

    Обсерватория Саймонса: широкополосные метаматериалы с антибликовым покрытием для большой апертуры AluminaOptics. Wollack

    DOI: 10.1364/AO.472459 Поступила в редакцию 04 августа 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г . ; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем дизайн, изготовление и измеренные характеристики метаматериала Anti-Reflection Cuttings (ARC) для широкоформатных фильтров из оксида алюминия, работающих более чем на октаву полосы пропускания. размещены в обсерватории Саймонса (SO). ARC состоит из субволновых элементов, нарезанных на поверхность оптики с помощью специальной пилы для нарезки кубиками с почти микронной точностью. Конструкции позволяют контролировать отражения на процентном уровне при углах падения до 20°. ARC были продемонстрированы на четырех фильтрах диаметром 42 см, перекрывающих диапазон 75–170 ГГц, и прототипе диаметром 50 мм, перекрывающем диапазон 200–300 ГГц. 1,2 ТГц. Эти измерения демонстрируют управление коэффициентом отражения на процентном уровне в целевых полосах пропускания и быстрое снижение пропускания по мере того, как длина волны приближается к масштабу длины структуры метаматериала, где рассеяние преобладает над оптическим откликом. Последнее поведение позволяет использовать ARC метаматериала в качестве рассеивателя. фильтр в этом пределе.

    Имитационный анализ ближнего и дальнего поля массива лазеров ARROW с узкими щелями

    Кун Тянь, Юнган Цзоу, Хуэй Тан и Сяохуэй Ма

    DOI: 10.1364/AO.471756

    4 Получено 02 июля; Принято 17 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Исследована структура трехъядерной щелевой антирезонансной отражающей лазерной решетки на оптических волноводах. Периодические узкие прорези используются для определения функциональных областей в решетке, что напрямую позволяет избежать повторного эпитаксиального роста при изготовлении традиционных антипроводниковых решеток. Сравнительное исследование подтвердило реализуемость схемы. Кроме того, результаты расчетов показывают, что с увеличением ширины противоводной сердцевины увеличивается коэффициент мощности главного лепестка в дальней зоне, а угол расходимости главного лепестка и угол между вторичным лепестком и главным лепестком уменьшаются. Этот закон дает идеи для оптимизации структуры массива.

    Расширение частотно-динамического диапазона датчиков DMZI на основе системы обратной связи управления переключением AO.465370 Поступила в редакцию 01.06.2022; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Контур обратной связи в датчиках двойного интерферометра Маха-Цендера (DMZI) стабилизирует систему, работающую в квадратичной точке, для обеспечения максимальной чувствительности, но требует минимальной измеряемой частоты вибрации вне обратной связи. полосы пропускания, что приводит к ограничению динамического диапазона. В этом письме мы отмечаем, что операция обратной связи не нужна при наличии вибрации, и предлагаем стратегию адаптивного включения/отключения фазовой компенсации обратной связи в зависимости от состояния вибрации, снижая минимально измеримую частоту вибрации в 10 раз. Более того, используемая переменная состояния позволяет напрямую извлекать данные, связанные с вибрацией, без необходимости сложных алгоритмов постобработки.

    Система возбуждения электрооптических модуляторов MZ в микроволновой фотонике 2022 г.; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы получить сигнал модуляции с широкой полосой пропускания и очень стабильной выходной мощностью без искажений, в Эта бумага. Система в основном состоит из трех частей: модуля источника питания, модуля генерации микроволнового сигнала и модуля автоматической регулировки усиления. Модуль питания обеспечивает соответствующее напряжение и ток для двух других модулей. Модуль генерации микроволнового сигнала используется для генерации микроволнового сигнала. Модуль автоматической регулировки усиления (АРУ) использует цифровую структуру управления АРУ и принцип ПИД-регулирования для обеспечения стабильного управления выходной мощностью микроволнового сигнала. Разработано аппаратное обеспечение, а программный алгоритм интегрирован в систему вождения для проверки эффективности и стабильности. Результаты экспериментов показывают, что полоса пропускания модуля автоматической регулировки усиления достигает 20 ГГц. Предлагаемый модуль автоматической регулировки усиления позволяет эффективно стабилизировать выходную мощность СВЧ-сигнала на уровне 10 дБм при флуктуациях менее ±1,5 дБ, а его стабильность повышается в 74,9 раза.5% по сравнению с существующим инструментом. Когда входная мощность изменяется на частоте 10 кГц, система по-прежнему может достигать стабильных характеристик управления и демонстрирует отличные динамические характеристики.

    Алмазный микрошабер для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме

    Songtao Meng, Ziqiang Yin, Jinwen Liu, Yawen Guo, Jian Yao и Senbin Xia 27 июля 2022 г .; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Рулонная печать (R2R) представляет собой высокопроизводительный и недорогой метод непрерывного производства для массового производства высококачественных функциональных оптических полимерных пленок. При изготовлении оптических пленок роликовые формы с высокой точностью и чистотой поверхности являются ключевыми компонентами оснастки в процессе импринтинга R2R. Однако усеченная радиальная матрица Френеля приводит к разрыву траектории обработки. Поэтому прямое алмазное точение обрезанной радиальной матрицы Френеля на валковом пресс-форме считалось невозможным. В этой статье используется метод алмазного микроскребка (DMS) для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме. Обрезанная радиальная матрица Френеля делится на обрезанную и полную структуру Френеля, которые обрабатываются отдельно. Обрезанная деталь использует метод закругления углов, чтобы избежать повреждения обработанной поверхности. Из-за большого размера и большого веса роликовой пресс-формы невозможно использовать обычные автономные методы измерения, поэтому в этой статье измеряется и оценивается профиль поперечного сечения с помощью метода измерения на машине, чтобы проверить осуществимость предлагаемого метода. Это исследование предлагает решение для обработки поверхности прерывистых и сложных микроструктур на роликовой пресс-форме.

    Оптическая асимметричная криптосистема JTC, основанная на бинарной фазовой модуляции и операции наложения-вычитания изображений .466386 Поступила в редакцию 10 июня 2022 г .; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Криптосистема коррелятора совместного преобразования (JTC) — это простая и практичная оптическая криптосистема. Но одинаковый ключ как при шифровании, так и при дешифровании создает неудобства и риски для безопасности при распределении ключей и управлении ими. Чтобы преодолеть эти недостатки, мы сначала создаем одностороннюю функцию с лазейкой, основанную на операции наложения и вычитания изображений. Затем в этой статье в сочетании с односторонней бинарной фазовой модуляцией предлагается оптическая асимметричная криптосистема JTC. Эти два вида односторонних функций с лазейкой не только эффективны и реализуемы, но и могут значительно повысить устойчивость нашего предложения к различным атакам. Кроме того, мы выбираем структурированную спиральную фазовую маску (SSPM), управляемую ее структурными параметрами, в качестве ключевой маски криптосистемы JTC для облегчения передачи ключа. Когда структурные параметры SSPM защищены алгоритмом RSA во время шифрования и дешифрования, одновременно могут быть достигнуты как удобство распределения и управления ключами, так и повышение безопасности, что также делает наше предложение более близким к базовому соглашению об открытом ключе. криптосистема. Анализ моделирования и первоначальные экспериментальные результаты подтвердили правильность и осуществимость нашего предложения.

    Характеристика индуцированных лазером ударных волн, генерируемых во время инфракрасной лазерной абляции меди методом оптического отклонения луча 472340 Поступила в редакцию 05. 08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 16 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Ударные волны, генерируемые при лазерной абляции медной мишени, исследованы методом отклонения оптического луча. Плотность наносекундного импульсного инфракрасного лазерного луча находилась в диапазоне 15-700 Дж/см2. Скачки плотности, связанные с натеканием ударной волны в двух точках взаимодействия, регистрировались с помощью зондов гелий-неонового лазера. В общем случае возникает сверхзвуковая ударная волна, которая распространяется по воздуху и постепенно затухает в акустическую волну. Были проведены эксперименты по изучению влияния плотности потока лазерного излучения и расстояния распространения на скорость и давление ударной волны. Скорость ударной волны зависит от плотности потока лазерного излучения как 𝑣 ∝ 𝐹0,3𝑙 и с расстоянием распространения как 𝑣 ∝ 𝑑―1,5. Эти результаты сравниваются с предсказаниями теоретических моделей. В исследованном диапазоне плотности энергии давление ударной волны возрастает на порядок (~1-10 МПа). Мы продемонстрировали, что давление ударной волны и аблированная масса могут быть связаны, что дает давление ударной волны, зависящее от массы, которое линейно увеличивается с плотностью потока лазерного излучения. Мы также заметили фокусировку зондирующего луча ударной волны при определенных условиях, что указывает на то, что ударная волна изменяет показатель преломления сжатого слоя воздуха. Сообщенные результаты полезны для фундаментального понимания, а также прокладывают путь к новым применениям лазерно-индуцированных ударных волн.

    Однократное получение 3D-формы с использованием метода структурированного света на основе обучения

    Хиеу Нгуен, Кхань Ли, Шарлотта Цюн Ли и Чжаоян Ван

    DOI: 10.1364/AO.470208 2 Receive0 12 Jul 20; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Обучение трехмерному (3D) представлению формы объекта из одиночного изображения было преобладающей темой в компьютерном зрении и глубоком обучении в течение последних нескольких лет. Несмотря на широкое распространение в динамических приложениях, точность измерения получения трехмерной формы из одиночного изображения все еще неудовлетворительна из-за широкого круга проблем. В этой статье представлен точный метод получения трехмерной формы из однократного двумерного (2D) изображения с использованием интеграции метода структурированного света и подхода глубокого обучения. Вместо прямого преобразования из 2D в 3D сеть шаблонов в шаблоны обучается преобразовывать одноцветное структурированное световое изображение в несколько двухчастотных интерференционных шаблонов со сдвигом по фазе для последующей реконструкции трехмерной формы. Профилометрия интерференционной проекции, известный метод структурированного света, используется для создания высококачественных наземных меток для обучения сети и выполнения трехмерной реконструкции формы после прогнозирования интерференционных узоров. Был проведен ряд экспериментов, чтобы продемонстрировать практичность и потенциал предлагаемой методики для научных исследований и промышленных применений.

    Сверхвысокочувствительный датчик микроперемещений на основе U-образного изогнутого SMF

    shuying Li, Feng wu, Yu Liu, Kun Li, Shishuai Sun, Xiaolan Li, and Miao Yinping

    DOI: 10.1364/AO .471712 Поступила в редакцию 02.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 15 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Датчики на основе изогнутых оптических волокон неправильной формы вызвали значительный интерес во многих приложениях. Однако эффективная интерференционная длина и радиус изгиба волокна неправильной формы не были указаны точно. Здесь предлагается модель эквивалентной дуги для определения эффективной интерференционной длины и радиуса изгиба U-образного волоконного устройства: U-образное оптическое волокно эквивалентно регулярной дуге. Мы обнаружили, что эффективная интерференционная длина устройств сильно зависит от изменения высоты конструкции в некоторых размерах специальной конструкции, что очень полезно для измерения микроперемещений. В рамках этой модели был реализован сверхвысокочувствительный датчик микроперемещения -1,2838 нм/мкм в диапазоне измерений 0-60 мкм. Чувствительность этого устройства на порядок выше, чем у любого ранее описанного устройства с изогнутым оптическим волокном. Что еще более важно, стратегия анализа модели эквивалентной дуги может быть обобщена на различные датчики микроперемещения с неправильным изогнутым волокном и другие поля восприятия.

    Применение технологии трехмерной реконструкции на основе алгоритма MC в роботе для торкретирования

    Qi Ouyang, Yanhua Lin, Xinglan Zhang, Yuexin Fan, Weijing Yang и Tao Huang

    2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Роботу для торкретирования необходимо реконструировать поверхность арки в трехмерном виде в процессе распыления туннеля. Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем метод реконструкции Marching Cubes (MC), основанный на соединении облака точек и нормальной переориентации. Во-первых, мы используем взрывозащищенный LIDAR для получения данных облака точек арки туннеля, а затем используем алгоритм итеративной ближайшей точки (ICP), сквозную фильтрацию и фильтрацию StatisticalOutlierRemoval для сращивания облака точек, сегментации данных и упрощения соответственно. Чтобы повысить точность реконструкции, мы скорректировали оценочную нормаль облака точек для нормальной согласованности и получили геометрические характеристики поверхности сложного облака точек. Кроме того, в сочетании с улучшенным алгоритмом MC реализована трехмерная реконструкция свода туннеля. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод может быстро и точно реконструировать 3D-модель поверхности свода туннеля, что закладывает основу для дальнейших исследований плана траектории, мониторов состояния распыления и стратегий управления.

    Метод устранения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Канни

    Xing Peng and Lingbao Kong

    DOI: 10. 1364/AO.467923 2 Получено 0; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Аддитивное производство — это высококонкурентная, недорогая технология с высоким уровнем производства, хотя в деталях, изготовленных аддитивным способом, всегда существуют дефекты, которые еще больше влияют на характеристики продукта. . Технология обнаружения дефектов необходима для контроля качества и улучшения процесса аддитивного производства. Эффективное извлечение дефектов по-прежнему затруднено из-за топологической сложности дефектов. В этом исследовании был предложен метод извлечения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Кэнни (LSRC), который основан на методологии прямого сопоставления. Метод LSRC сравнивается с алгоритмом бикубической интерполяции и алгоритмом встраивания соседей по качеству и надежности реконструкции сверхвысокого разрешения. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод LSRC значительно лучше сравниваемых алгоритмов по качеству и надежности реконструкции. Предлагаемый метод полезен для извлечения и анализа ключевых дефектов и, следовательно, для предоставления информации о диагностике процесса для процесса аддитивного производства.

    Алгоритм оконной фильтрации для импульсной лазерной когерентной комбинированной системы с низкой частотой повторения

    Jiali Zhang, jie CAO, Qun Hao, Yang Cheng, Liquan Dong, kaixin xiong, Bin Han и Xuesheng Liu

    DOI: 10.1364/AO .473505 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Метод мультидизеринга был хорошо проверен в экспериментах по фазовой синхронизации поляризационных когерентных комбинаций. Однако это трудно применить к когерентной комбинации импульсного лазера с низкой частотой повторения, поскольку существует перекрытие в частотной области между импульсным лазером и большим амплитудно-фазовым шумом, в результате чего традиционные фильтры не могут эффективно отделять фазовый шум. Для решения этой проблемы мы предлагаем новый метод обнаружения, идентификации и фильтрации импульсных шумов, основанный на характеристиках автокорреляции между шумовыми сигналами. Алгоритм адаптивной оконной фильтрации собственной разработки может эффективно фильтровать импульсный сигнал с примесью фазового шума около 0,1 мс. После того, как импульсы отфильтрованы, оставшийся сигнал фазового шума используется в качестве входного сигнала метода множественного дизеринга для фазовой синхронизации, разность фаз двух импульсных лучей (10 кГц) успешно компенсируется до нуля, и когерентная комбинация реализована фазовая синхронизация с обратной связью. При этом периоды фазовой коррекции короткие, эффект фазовой синхронизации стабилен, а интенсивность итоговых объединенных импульсов достигает идеального значения (0,9Imax). Кроме того, предложенный нами алгоритм адаптивной оконной фильтрации может быть применен к когерентной комбинированной системе волоконных лазеров с большой решеткой и в дальнейшем заложить основу для лидара с волоконной фазированной решеткой.

    Анализ рассеяния двумерных пучков Эйри типичными несферическими частицами

    Чживэй Цуй, Ю Ван, Ванци Ма и Фупин Ву

    DOI: 10.1364/AO.469959 Поступила в редакцию 2 июля; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Abstract: Рассеяние структурированных световых лучей различными частицами является важным предметом исследований с множеством практических приложений, таких как манипулирование, измерение и диагностика малых частиц. В данной работе проводится анализ рассеяния двумерных (2D) пучков Эйри типичными несферическими частицами. Векторы электрического и магнитного поля падающих пучков Эйри получаются путем введения векторного потенциала в калибровку Лоренца. Поля рассеяния частиц получают с помощью метода моментов (МоМ), основанного на поверхностных интегральных уравнениях (ПИУ). Выполнены и проанализированы некоторые численные модели рассеяния двумерных пучков Эйри несколькими выбранными несферическими частицами. В частности, на примере сфероидальной частицы исследуется влияние различных параметров, описывающих двумерные пучки Эйри, на ее дифференциальное сечение рассеяния (ДСРП). Ожидается, что эта работа будет полезна для понимания взаимодействия двумерных пучков Эйри с несферическими частицами и их дальнейших приложений.

    Путь к 200-МГц фемтосекундному волоконному лазеру с легированным Yb-волокном, работающим только на ФМ, с высоким выходным коэффициентом связи

    DOI: 10.1364/AO.472038 Поступила в редакцию 03.08.2022; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе не зависящих от времени уравнений скорости и нелинейного уравнения Шредингера мы моделируем 200-МГц волоконный Yb-лазер с синхронизацией мод с сохранением всех поляризаций (PM). . Присутствует двусторонняя эволюция резонатора в направлении стабильной синхронизации мод. Кроме того, исследуются коэффициенты усиления вдоль усиливающего волокна, а также импульсы, чирп и спектры в различных местах резонатора. Исследовано также влияние параметров брэгговской решетки с чирпированным волокном на форму импульса и профиль спектра. Согласно расчетам, экспериментально реализуется фемтосекундный волоконный лазер на частоте 200 МГц с выходной мощностью 115 мВт. Временной джиттер и интегральный шум относительной интенсивности измеряются как 158 фс [1 кГц-10 МГц] и 0,0513% [1 Гц 300 кГц] соответственно. В итоге средняя усиленная мощность 610 мВт и 79Получаются сжатые импульсы с пиковой мощностью около 28 кВт. Представленная фемтосекундная волоконная лазерная система allPM может быть принята в качестве основы для оптической гребенки частот.

    Чувствительность приемника ридберг-атома к частотной и амплитудной модуляции микроволн

    Себастьян Борувка, Ульяна Пилипенко, Матеуш Мазеланик и Михал Парняк Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Известно, что электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИП) в атомных системах, содержащих ридберговские состояния, является чувствительным зондом падающих микроволновых (МВ) полей, в частности резонансных с ридберговскими переходами. Здесь мы предлагаем понятную аналитическую модель отклика ридберговского атомного приемника на амплитудно- (АМ) и частотно-модулированные (ЧМ) сигналы и сравниваем ее с экспериментальными результатами: мы представляем установку, которая позволяет посылать сигналы либо с АМ, либо с ЧМ и оценивать их эффективность с демодуляцией. Кроме того, установка демонстрирует новую конфигурацию обнаружения, использующую все круговые поляризации для оптических полей и позволяющую обнаруживать поля СВЧ с круговой поляризацией, распространяющиеся коллинеарно с оптическими лучами. В наших измерениях мы систематически показываем, что некоторые параметры демонстрируют локальные оптимальные характеристики, а затем оцениваем эти оптимальные параметры и рабочие диапазоны, обращая внимание на необходимость разработки надежного ридберговского СВЧ-датчика и протокола его работы.

    Utilising Broadband Wavelength-Division MultiplexingCapabilities of Hollow-Core Fiber for QuantumCommunications

    Umberto Nasti, Hesham Sakr, Ian A. Davidson, Francesco Poletti, and Ross Donaldson

    DOI: 10.1364/AO.471632 Received 01 Aug 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Одной из основных проблем при развертывании квантовой связи (КК) по оптоволокну с твердой кварцевой сердцевиной является снижение производительности из-за оптического шума, возникающего при совместном распространении классических оптические сигналы. Чтобы уменьшить влияние оптического шума, исследовательские группы обращаются к новым и новаторским архитектурам оптического волокна с твердой и полой сердцевиной. Исследовалось воздействие при совместном распространении однофотонного уровня (850 нм) и двух классических оптических сигналов (940 нм и 1550 нм) при использовании вложенного антирезонансного безузлового волокна (NANF) с двумя окнами с низкими потерями. Было показано, что сигнал 940 нм влияет на однофотонное измерение из-за реализованной технологии кремниевого детектора, однако методы мультиплексирования и фильтрация могут уменьшить это влияние. Было показано, что сигнал 1550 нм не оказывает вредного воздействия. Результаты показывают, что как широкополосный оптический трафик на длине волны 1550 нм, так и канал QC на длине волны 850 нм могут совместно распространяться без ухудшения качества канала QC.

    Быстрая физическая случайная генерация битов на основе системы хаотической оптической инжекции с многолучевой оптической обратной связью 10.1364/AO.472006 Поступила в редакцию 29 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе хаотического сигнала, обеспечиваемого простой хаотической системой, генерируется случайная битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с с использованием циркулирующего исключающего ИЛИ (CXOR). метод постобработки. Такая простая хаотическая система строится с помощью ведомого полупроводникового лазера (SSL), подвергающегося оптической инжекции хаотического сигнала, исходящего от ведущего полупроводникового лазера (MSL) при многолучевой оптической обратной связи (MPOF). Во-первых, путем изучения зависимостей временной характеристики (TDS) и полосы пропускания хаотического сигнала от некоторых ключевых параметров работы определяются оптимальные параметры для генерации высококачественного хаотического сигнала с большой полосой пропускания и низким TDS. Во-вторых, высококачественный хаотический сигнал преобразуется в 8-битный цифровой сигнал путем дискретизации цифровым осциллографом со скоростью 80 Гвыб/с. Затем, применяя метод постобработки CXOR, получается битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с. Наконец, случайность оценивается с помощью статистических тестов Специальной публикации 800-22 Национального института стандартных технологий (NIST), и результаты показывают, что полученная случайная последовательность битов может пройти через все тесты NIST.

    Вейвлет-подавление шума в оптической связи на большие расстояния

    Цян Ван, Лэй Цуй, Сюевэй Ван, Цзин Ма, Лиин Тан и Хуэй Ван

    DOI: 10.1364/AO. 471142

    4 Получено 02 июля; Принято 12 сентября 2022 г.; Posted 13 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Для оптических линий связи в свободном пространстве световое пятно, собираемое фотоприемником на приемном терминале, не является идеальным световым пятном, на которое влияет атмосферная турбулентность. Световое пятно, собираемое фотоприемником, также будет сопровождаться различными шумами. Что еще более важно, наличие всех шумов приведет к ошибкам при определении центра светового пятна. В результате ошибка слежения может повлиять на стабильность оптоэлектронной системы слежения. Поэтому необходимо убрать шум с собранных изображений. Метод удаления шума должен быть эффективным, но он не может требовать большого объема вычислений, влияющих на производительность в реальном времени. Количество вычислений вейвлет-преобразования невелико, а эффект удаления шума лучше, что позволяет сосредоточиться на локальных деталях с произвольными коэффициентами расширения. В этой статье предлагается усовершенствованный метод шумоподавления вейвлетов. Эксперимент по проверке на большом расстоянии (11,16 км) подтвердил эффективность этого подхода по сравнению с традиционным методом. Кроме того, этот новый подход будет полезен для проектирования систем оптической связи.

    Устройство и его принцип компенсации тепловой аберрации

    Ю Синфэн, Хуайцзян Ян и Минъян Ни

    DOI: 10.1364/AO.464483 Поступила в редакцию 19 мая 2022 г.; Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 14 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Тепловые аберрации, вызванные поглощением лазерных лучей, ухудшают качество изображения экспонирующих инструментов в процессе работы. Многие компенсаторы, такие как движение или деформация линзы, используются для компенсации тепловых аберраций низкого порядка оптических систем. В этой статье представлен аппарат с возможностью коррекции аберраций высших порядков. Основной принцип устройства заключается в активном нагреве и охлаждении линзы вблизи зрачка для создания желаемого температурного профиля для компенсации тепловых аберраций. Сначала мы представили основную концепцию аппарата. Затем мы создали аналитическую модель для описания температуры линзы аппарата на основе принципа его работы и продемонстрировали его компенсационную способность. Наконец, был предложен алгоритм динамической компенсации термоаберраций для преодоления эффектов временной задержки терморегулируемой линзы.

    Генерация модулированных импульсов с длиной волны 532 нм на основе петли временной задержки и поворота поляризации Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: В данной статье теоретически и экспериментально исследуется простая и недорогая схема генерации модулированных импульсов с длиной волны 532 нм. Модулятор представляет собой внешний резонатор на основе петли временной задержки и поворота поляризации, который реализуется двумя полуволновыми пластинами. Распространяясь во временной петле задержки несколько раз и частично выходя после каждого кругового обхода, модулируется интенсивность начального импульса зеленого лазера. Путем анализа поляризации импульса в каждом круговом обходе моделируется последовательность импульсов для имитации формы модулированного импульса. Этот модулятор соединен с субнаносекундным лазерным источником с длиной волны 532 нм для проверки модели модуляции интенсивности. В эксперименте вращением ГВП получаются модулированные импульсы с различным временным профилем. Расчетная основная частота модуляции составляет 520 МГц, а частота второй гармоники также превышает 1 ГГц. Такая схема модуляции интенсивности может быть применена при подводном обнаружении и дальнометрии.

    Неравномерное освещение подводного изображения с помощью слияния событий и кадров

    Xiuwen Bi, Tao Wu, Pengfei Wang, Fusheng Zha и Peng Xu

    Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Поглощение и рассеяние водной средой может ослаблять свет и создавать трудности при подводном оптическом изображении. Источники искусственного света обычно используются для получения изображений глубоководных объектов. Из-за ограниченного динамического диапазона стандартных камер искусственные источники света часто приводят к тому, что подводные изображения получаются недоэкспонированными или переэкспонированными. Событийные камеры, напротив, имеют широкий динамический диапазон и высокое временное разрешение, но не могут обеспечить кадры с богатыми цветовыми характеристиками. В этом письме мы используем взаимодополняемость двух типов камер, чтобы предложить эффективный, но простой метод улучшения изображения неравномерного подводного освещения, который может генерировать улучшенные изображения с лучшими деталями сцены и цветами, похожими на стандартные кадры. Кроме того, мы создаем набор данных, записанный датчиком Dynamic and Active-pixelVision, который включает как потоки событий, так и кадры, что позволяет протестировать предлагаемый метод и методы улучшения изображения на основе кадров. Экспериментальные результаты, проведенные на нашем наборе данных с качественными и количественными показателями, показывают, что предлагаемый метод превосходит сравниваемые алгоритмы улучшения.

    Усовершенствованная двумерная конечно-элементная модель и ее применение в лазерной резке углепластиковых композитов

    Яо Лу, Пейин Гао, Цзяньань Сюй, Ян Ван и Лицзюнь Ян

    август 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Инновационная адаптированная двумерная модель конечных элементов (МКЭ) предназначена для описания распределения температуры и распределения напряжений с помощью ультрафиолетовой (УФ) наносекундной (нс) импульсной лазерной резки углерода. Композиты из армированного волокном пластика (CFRP). Эта модель, связанная с термодинамическим и тепловым напряжением, учитывает эффекты теплопроводности, теплового напряжения и теплового потока во время резки углепластика УФ-лазером. В этом исследовании выясняется основной механизм УФ-лазерной резки углепластика, такой как градиент давления, плазма и эффекты испарения. На основе этих теоретических моделей успешно моделируются температурное поле и поле напряжений за один период импульса. В целом ожидается, что это исследование предоставит теоретическую основу для УФ-лазерной резки углепластиковых композитов и проложит путь для аэрокосмической отрасли в будущем.

    Всеоптичный цифровой мультиплексор/демольтиплекзер в линейном трехъядерном волоконном устройстве

    Франсиско Леонардо Безерра Мартинс, Жоу Паулу Родригес и Хосе Клаудио до Насименто

    DOI: 10.1364/AO.47063306

    . ; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Цифровые мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) необходимы для вычислений, передачи и обработки данных. Однако исследования полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров немногочисленны и обычно предлагают однофункциональные нелинейные устройства. В этой работе представлено численное получение полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров с использованием линейного трехжильного оптоволоконного устройства. импульсы любой длины волны и могут быть изготовлены с использованием любой волоконной технологии. Этот результат является еще одним свидетельством возможности получения логической обработки, даже нелинейной логической обработки, с использованием только конструкции волокна.

    Ультрафиолетовая беспроводная связь 760 Мбит/с на основе передатчика с МКЯ AlGaN/InGaN

    Xin Li, Meipeng Chen, Xu Wang, Fangchen Hu, Mingyu Han, Yun Li и Yongjin Wang

    70003 DOI 6 10.13 20 июля 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: III-нитридные светодиоды предлагают решение для высокоскоростной связи в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне в качестве высокопроизводительного передатчика. В этой статье основное внимание уделяется передатчику с МКЯ AlGaN/InGaN для УФ-связи. Передатчик реализован на платформе GaN-на-кремнии методом двойного травления. Область излучения передатчика с небольшой площадью полезна для повышения скорости передачи данных при УФ-связи. Пик эмиссии остается стабильным при 376,48 нм в диапазоне UVA. Передача со скоростью 300 Мбит/с получается в настроенной системе связи UV с модуляцией OOK (on-off-keying). Реализована передача цифрового сигнала со скоростью до 760 Мбит/с за счет побитовой дискретной мультиаудио (DMT) модуляции.

    Управление поляризацией лазеров с вертикальным резонатором на длине волны 795 нм с помощью синфазных поверхностных решеток 472435 Поступила в редакцию 05.08.2022; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: 795-нм вертикально-излучающие лазеры с поверхностным излучением (VCSEL) с синфазными поверхностными решетками изготовлены и исследованы теоретически и экспериментально. Поляризационные характеристики 795-нм VCSEL с различными периодами и глубинами решетки анализируются с использованием метода строгого анализа связанных волн (RCWA), зависимость стабильности поляризации от профиля решеток демонстрирует, что трапециевидный гребень решетки немного увеличивает коэффициент подавления ортогональной поляризации (OPSR), но увеличивает порог Текущий. Изготовленные ВИЛ с субволновой синфазной поверхностной решеткой с рабочим циклом 0,5 демонстрируют стабилизированную выходную поляризацию за счет увеличения порогового тока, что согласуется с расчетами. Решетчатые ВИЛ с периодом 200 нм и оксидной апертурой 3,43 мкм  4,39мкм дают одномодовый выходной сигнал с OPSR 16,6 дБ и эффективностью 0,42 Вт/А при 85°C.

    Расширенные связанные состояния в континууме в пластине фотонного кристалла с помощью РБО июль 2022 г.; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 13 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Связанные состояния в континууме (BICs) — это строго ограниченные резонансы в континууме излучения. Новые характеристики одиночных БИК были детально изучены в различных волновых системах, включая электромагнитные волны, акустические волны, волны на воде и упругие волны в твердых телах. На практике производительность BIC ограничена конечным размером конструкции, в то время как комбинация нескольких BIC может еще больше улучшить локализацию резонансов. В этом исследовании мы экспериментально демонстрируем комбинацию BIC Фабри-Перо и BIC с защитой симметрии в ближнем инфракрасном диапазоне, используя составную фотонно-кристаллическую систему, состоящую из фотонно-кристаллической пластины и брэгговского отражателя, что приводит к повышению качества.

    Повышение точности демодуляции поля напряжений с помощью StressUnet в области фотоупругости

    Weiliang Zhao, Guanglei Zhang, and Jiebo Li

    DOI: 10.1364/AO.464466 Поступила в редакцию 20 мая 2020 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Оценка поля напряжений на основе фотоупругости имеет жизненно важное значение в инженерных областях. Для достижения цели эффективной демодуляции распределения напряжений и преодоления ограничений традиционных методов важно разработать метод глубокого обучения, чтобы упростить и ускорить процесс получения и обработки изображений. В этой работе была предложена новая структура для повышения точности прогнозирования. Приняв Resnet в качестве основы, применив архитектуру U-Net и добавив модуль физических ограничений, наша модель восстановила поле напряжений с более высоким структурным сходством (SSIM). В различных условиях наша модель работала надежно, несмотря на сложную геометрию и наибольший диапазон напряжений. Результаты подтвердили универсальность и эффективность нашей модели и предоставили возможность мгновенного обнаружения стресса.

    Улучшенный алгоритм спектральной демодуляции с EEMDAD для высокотемпературного зондирования Фабри-Перо на сапфировом волокне

    Shuang Wang, Meiyu Yan, Junfeng Jiang, Zhiyuan Li, Anqi Chen, Ke Tan и T. Liu : 10.1364/AO.468884 Поступила в редакцию 28 июня 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается усовершенствованный алгоритм спектральной демодуляции с усреднением эмпирического разложения по ансамблю (EEMDAD) для подавления скачков порядка в сапфировом волокне Фабри-Перо с высокой система измерения температуры. Доказано, что отношение сигнал/шум (SNR) датчика тесно связано с выраженностью скачков демодуляции. Предлагаемый алгоритм может уменьшить флуктуации основных параметров за счет уменьшения шума в спектре, тем самым преодолевая это препятствие. Моделирование и эксперименты показывают, что алгоритм может эффективно устранять скачки порядка как в условиях стабильной, так и переменной температуры. Предложенный алгоритм решает проблему скачка порядка, которая долгое время мешала демодуляции этой системы, повышает точность демодуляции, обеспечивает надежную работу высокотемпературного датчика и демонстрирует отличные характеристики демодуляции.

    Высокоэффективные многослойные диэлектрические решетки с простой структурой, не зависящие от поляризации

    Хён-Джу Чо, Сук-Джун Ким, Кьюнг-Дак Ким, Сунг-Пил Чо, Ин-Сан Так, Гван-Ха Ким, Бьюнг-Джун Мун , DONG HWAN KIM, Yong-Soo Lee, Sang-In Kim, Hyun Tae Kim и Joonyoung Cho

    DOI: 10.1364/AO.469253 Поступила в редакцию 13 июля 2022 г. ; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Разработана и изготовлена ​​поляризационно-независимая многослойная диэлектрическая дифракционная решетка с малым аспектным отношением и высокой дифракционной эффективностью. Дифракционная решетка, спроектированная с плотностью 1200 штр/мм, имела аспектное отношение 0,59., а средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность в диапазоне углов Литтрова ±2,5° и длин волн 1030~1080 нм составила 97,2%. Разработанные решетки были изготовлены с использованием методов ионно-стимулированного осаждения (IAD) и реактивного ионного травления (RIE). Средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность изготовленной решетки составила 96,1 %, а ее стандартное отклонение — 0,68 %. Изготовленную дифракционную решетку облучали непрерывным лазером с длиной волны 1064 нм и плотностью мощности 30 кВт/см2 в течение 1 мин для измерения изменения температуры до и после применения лазера. Было подтверждено, что изменение температуры дифракционной решетки без термической обработки составило 8,8 ℃, а изменение температуры после термической обработки при 400 ℃ уменьшилось до 2,3 ℃.

    Изготовление и анализ диаметра односторонней конструкции наконечника SMF

    Кулдип Чоудхари и Сантош Кумар

    DOI: 10.1364/AO.471501 Поступила в редакцию 26 июля 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Оптоволоконная технология в сочетании с поверхностным плазмонным резонансом обеспечивает быстрое и точное определение химических, биохимических и биологических параметров. В последние десятилетия было предложено множество гибридных волоконно-оптических структур для повышения чувствительности волоконно-оптических биосенсоров. В этой работе структура наконечника оптического волокна изготавливается на одномодовом волокне (SMF) путем травления в растворе плавиковой кислоты (40%) при комнатной температуре. Предложенный метод формирования иглы методом жидкостного травления эффективен для изготовления высокочувствительных волоконных структур, которые обязательно необходимы для разработки биосенсоров на основе оптических волокон. Измерение диаметра сформированного наконечника волокна было выполнено с использованием составного микроскопа.

    Влияние температуры отжига на характеристики автономных УФ-фотодетекторов на основе пористых нанолистов ZnO

    zhitao chen, juan yao, hongli zhao, tengfei bi, yuechun fu, Xiaoming Shen, and huan he

    60 AO 3:0002 . 473483 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Пористые нанолисты ZnO (ZnO NS) могут играть важную роль в автономных УФ-фотодетекторах из-за их превосходных свойств, а их особенность пористости сильно влияет на характеристики фотоотклика. В данной работе пористые НС ZnO были получены гидротермальным методом с последующим одностадийным отжигом. Исследовано влияние температуры отжига на микроструктуру и фотоотклик пористых НС ZnO и автономных УФ-фотодетекторов n-ZnO НС/p-PEDOT:PSS. Результаты показывают, что плотность пор и размер НС ZnO можно регулировать, изменяя температуру отжига. При оптимальной температуре отжига 450 oC НС ZnO проявляют большую поглощающую способность для подходящей плотности и размера пор. Между тем, большее количество дефектов кристалла из-за сократимости поверхности увеличивает количество фотогенерируемых носителей. Исходя из этого, фотодетектор n-ZnO NSs/p-PEDOT:PSS обеспечивает больший фототок и высокую скорость фотодетектирования без внешнего напряжения смещения, что указывает на работу с автономным питанием. Более высокое поглощение света и большое количество электронно-дырочных пар, возникающие из-за плотных пор и поверхностных дефектов в пористых НС ZnO, могут объяснить улучшенные характеристики.

    Проект суперахроматического триплета VIS-NIR с пятицветовой коррекцией для широкополосного интерферометра июнь 2022 г. ; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В общем, линзы 𝑘 из разных материалов могут обеспечить максимум (𝑘+1)-коррекцию цвета (𝑘≥2). В этой статье суперахромат, содержащий три линзы, предназначен для достижения пятицветной коррекции в диапазоне длин волн 600–1600 нм, где максимальное хроматическое фокусное смещение контролируется в пределах 1/100 000 фокусного расстояния, достигая практически беспрецедентного результата. Сначала выводятся условия для комбинации оптических сил трех контактирующих тонких линз на основе дисперсионного уравнения Бухдаля, затем вводится метрика для проверки пятицветной коррекции, и предлагается метод коррекции для повышения точности подгонки показателя преломления модели Бухдаля из от ~10―3 до ~10―7. Пройдя 197 экологически чистых стеклянных материалов в библиотеке стекла CDGM итеративно, 113 исходных структур получаются всего за 61,75 секунды, из которых выбирается структура с минимальным хроматическим фокусным сдвигом для оптимизации с помощью Opticstudio. При задании необходимых операндов конечная структура, находящаяся в пределах дифракционного предела в поле зрения ±0,05°, получается всего за 6 секунд, где максимальная продольная хроматическая аберрация близка к максимальному хроматическому фокальному сдвигу. В документе представлена ​​полная теоретическая основа и важные рекомендации по разработке широкополосных суперахроматов с (𝑘+2)-цветовой коррекцией с использованием только линз 𝑘 и наименьшего хроматического фокусного сдвига, и на основе этих теорий мы разработали широкополосный интерферометр.

    Подход с поперечной накачкой для мощного одномодового титан-сапфирового лазера для лидаров ближнего инфракрасного диапазона

    Hannes Vogelmann, Johannes Speidel, Matthias Perfahl и Thomas Trickl май 2022 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем новую конструкцию мощного Ti:Sapphire лазера с поперечной накачкой, пригодного для лазерного дистанционного зондирования в ближнем инфракрасном (NIR) спектре. 2= 1.7$, $\varphi_x = 0.5$\,мрад, $\varphi_y = 0.8$\,мрад. Спектральная чистота (засеянная, $P_\mathrm{seed}\ge 170\,\upmu \mathrm{W}$) было лучше, чем 99,8\%. Кроме того, мы показываем установку с двумя длинами волн, применимую к лидару водяного пара в атмосфере. Основные характеристики этой теории работы предполагают хорошую возможность масштабирования для значительного повышения мощности будущих Ti:Sapphire лазеров.

    Полнодуплексная передача без источника света для миллиметровых волн по системе FSO

    Shuai Zhang, Lun Zhao, Song Song, Lei Guo и Yejun Liu август 2022 г .; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Система радиосвязи по оптическим каналам в свободном пространстве (RoFSO) является многообещающей альтернативой для мобильных передовых сетей, таких как воздушные базовые станции, где оптоволоконные линии недоступны для развертывания. Однако полнодуплексная передача создает проблемы при проектировании системы RoFSO из-за дополнительной структурной сложности, когда простота установки является обязательным требованием. Взаимодействие между восходящей линией связи и нисходящей линией связи для упрощенной структуры менее исследовано в смежных работах. В этой статье мы предлагаем структуру полнодуплексной системы передачи RoFSO, в которой физически сохраняется источник света восходящей линии связи. Центральная оптическая несущая сигнала с двухполосной модуляцией (DSB) в нисходящей линии связи выделяется как источник света для восходящей линии связи, и, таким образом, сложность системы снижается. Чтобы смягчить ухудшение перманентности передачи по восходящей линии связи из-за ослабленного источника света, оценка канала и предварительная компенсация мощности выполняются без дополнительных обучающих символов путем использования характеристик корреляции каналов между восходящей и нисходящей линиями и информационной независимости оптического сигнала. центральный перевозчик в DSB. В случае избыточной компенсации мощности и возникающих в результате эффектов в предварительную компенсацию мощности вводится механизм управления мощностью. -3 соответственно в условиях канала со средней и слабой турбулентностью. Благодаря механизму управления питанием уровень энергосбережения нисходящей и восходящей линии связи составляет до 78% и 67%.

    Оптимизация матрицы переноса резонатора одномерного фотонного кристалла для улучшенного поглощения однослойного графена Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Повышение оптического поглощения графена представляет значительный интерес из-за его замечательных применений в оптических устройствах. Одним из наиболее полезных методов является размещение графена в асимметричной полости Фабри-Перо, состоящей из одномерных диэлектрических мультислоев, образующих два зеркала. В связи с этим, используя метод матрицы переноса, мы явно рассчитали необходимую периодичность переднего фотонного многослойного зеркала, чтобы максимизировать возможное поглощение в графене для любой данной комбинации типа материала и количества слоев. Затем мы изучили эквивалентность этих структурных конфигураций произвольной периодичности, но с дефектами, где эквивалентность выполняется при ω = ξω0, ξ ∈ Z≥0. Эти дефекты вносятся через изменение положения слоев, на основе чего мы предлагаем алгоритм оптимизации для максимизации поглощения в структурах, имеющих полость с произвольной периодичностью. Численные расчеты даны для комбинаций диэлектрических материалов TiO2/SiO2 и Ta2O5/SiO2, и для понимания поведения этих оптимизированных структур для любой общей комбинации типов материалов было проведено сопоставление их расчетной периодичности переднего зеркала в пространстве показателей преломления двух типов материалов. было изучено.

    Алгоритм шумоподавления лазерных данных ICESat-2 на основе нейронной сети BP Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Фотонные данные ICESat-2 — это новые спутниковые данные LiDAR, которые широко используются в съемке и картографировании из-за небольшого фотометрического пятна и высокой плотности. Поскольку данные ICESat-2 собирают слабые сигналы, шумоподавление в мелководных островных районах затруднено, а качество метода шумоподавления напрямую влияет на точность батиметрии. В этой статье предлагается алгоритм шумоподавления на основе нейронной сети BP для характеристик данных мелководных островных рифовых областей. Во-первых, для фотонов в наборе данных создается горизонтальная эллиптическая область поиска. В области поиска выбираются подходящие значения признаков для обучения нейронной сети BP. Наконец, данные с географическим расположением далеко друг от друга, включая дневные и ночные данные, выбираются соответственно для экспериментов, чтобы проверить универсальность сети. Путем сравнения результатов с доверительными метками, представленными в официальных документах набора данных ATL03, алгоритма DBSCAN и ручной визуальной интерпретации, доказано, что алгоритм шумоподавления, предложенный в этой статье, имеет лучший эффект обработки на мелководных островных участках.

    Сканирование измерения погрешности поверхности и изменения толщины полусферического резонатора

    Деде Чжай, Цзинъян Го, Шаньонг Чен и Венвен Лу

    DOI: 10. 1364/AO.467742

    Получено 0 22 июня; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Полусферические резонансные гироскопы (HRG) представляют собой твердотельные вибрационные гироскопы с высочайшей точностью и широко используются в аэрокосмической области. Основной частью гироскопа является резонатор, представляющий собой тонкостенную полусферическую оболочку. Погрешность поверхности и изменение толщины полусферической оболочки вызывают расщепление частот, что ухудшает характеристики HRG. В целях руководства выравниванием массы полусферического резонатора в этой статье представлен новый метод сканирующего измерения поверхностной ошибки и изменения толщины полусферических резонаторов. Во-первых, многоосная платформа предназначена для бесконтактных сканирующих измерений датчиков вдоль меридиана и широты полусферического резонатора. Во-вторых, устанавливается модель ошибки измерительной системы. Погрешность поверхности стандартной сферы измеряется для калибровки и компенсации погрешностей сборки измерительного устройства. Кроме того, компьютером моделируется точность идентификации ошибок сборки и влияние ошибок сборки на измерение толщины. Наконец, измеряются поверхностная ошибка и изменение толщины полусферических резонаторов. Метод экспериментально продемонстрирован и проверен с помощью теста интерферометрии волнового фронта. Результаты показывают, что метод может обеспечить высокую точность и высокую повторяемость, что полезно для оценки погрешности обработки и дальнейшей оценки полусферического резонатора.

    Метод обнаружения легковесных запрещенных предметов на основе YOLOV4 для рентгеновской проверки безопасности

    Дунмин Лю, Цзяньчан Лю, Пейсинь Юань и Фэн Юй Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В области общественной безопасности и предупреждения преступности некоторые исследования, основанные на глубоком обучении, добились успеха в обнаружении запрещенных предметов для рентгеновского досмотра. Параметры и вычислительные затраты большинства методов обнаружения объектов, основанных на глубоком обучении, огромны, что делает требования к аппаратным средствам этих методов чрезвычайно высокими и ограничивает их применение. В этой статье предлагается облегченный метод обнаружения запрещенных предметов на основе YOLOV4 для досмотра с помощью рентгеновских лучей. Во-первых, MobilenetV3 используется для замены магистральной сети YOLOV4, а свертка с разделением по глубине используется для оптимизации шеи и головы YOLOV4, чтобы уменьшить количество параметров и потребление вычислительных ресурсов. Во-вторых, блок адаптивного пространственно-канального внимания предназначен для оптимизации шеи YOLOV4, чтобы улучшить возможности извлечения признаков нашего метода и сохранить точность обнаружения. В-третьих, фокусная потеря используется, чтобы избежать проблемы дисбаланса классов во время тренировочного процесса. Наконец, метод оценивается на нашем реальном наборе данных псевдоцветных рентгеновских изображений с YOLOV4 и YOLOV4-tiny. Для общей производительности средняя средняя точность нашего метода составляет 4,9.На 8% выше, чем у YOLOV4-tiny, и на 0,07% ниже, чем у YOLOV4. Количество параметров и вычислительные затраты нашего метода немного выше, чем у YOLOV4-tiny, и намного ниже, чем у YOLOV4.

    Малошумящий распределенный акустический датчик для сейсмологических приложений

    Алексей Алексеев, Борис Горшков, Михаил Таранов, Денис Симикин, Владимир Потапов и Дмитрий Ильинский

    DOI: 10.1364/AO.468804 Поступила в редакцию 0 2 июл 22; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Предлагается конфигурация распределенного акустического датчика (фазового рефлектометра) с низким уровнем шума в герцовом и субгерцовом диапазонах частот. Схема датчика использует интерферометр Маха-Цендера для генерации двухимпульсного зондирующего сигнала и реализует стабилизацию частоты лазерного источника с использованием того же интерферометра, что и частотный эталон. Схема одновременно обеспечивает низкий уровень шума за счет компенсации оптической разности хода мешающих полей обратного рассеяния и малого дрейфа выходного сигнала. Экспериментально показано, что стабилизация частоты лазера обеспечивает усиление сигнал/шум до 35 дБ в субгерцовых частотах, представляющих интерес для сейсмологии. Применимость предложенной схемы экспериментально продемонстрирована на примере телесейсмических землетрясений, зарегистрированных оптоволоконным кабелем, проложенным по дну Черного моря.

    Оценка разреженности позиционирования для коррекции Саньяка при передаче времени по оптоволоконному кабелю .467987 Поступила в редакцию 16 июня 2022 г .; Принято 06 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Эффект Саньяка является важным фактором, который приводит к невзаимности в волоконно-оптической системе передачи времени и частоты на большие расстояния. Для высокоточной передачи времени необходимо выполнить коррекцию, чтобы устранить разницу во времени на основе траектории пути. Однако информация о маршрутизации может быть недостаточно подробной, чтобы гарантировать достаточную точность для коррекции Саньяка. Таким образом, узлы на пути должны быть обследованы с определенной разреженностью. Представленная работа обеспечивает практический метод для оценки среднего расстояния этих узлов. Шесть смоделированных путей генерируются для проверки метода для различных неопределенностей.

    Трехмерный метод оценки функции рассеяния для средневолновой инфракрасной микроскопии

    Ансельмо Хара, Серхио Торрес, Гильермо Мачука, Пабло Коэльо и Лаура Виафора

    DOI: 10.1364 Jul. 2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен метод экспериментальной оценки трехмерной функции рассеяния точки, основанный на пространственно-локальной импульсной характеристике матрицы фокальной плоскости системы средневолнового инфракрасного микроскопа. Метод использует несколько расфокусированных двухмерных плоскостей функции рассеяния точки для достижения единой трехмерной функции рассеяния точки всего оптического рассеяния микроскопа, расширяя пределы инфракрасной оптической технологии на одно измерение. Этот метод включает этапы получения изображения, коррекции неоднородности, фильтрации и многоплоскостной реконструкции, и его эффективность продемонстрирована на восстановлении изображений биологических образцов с помощью приложения многоплоскостной перефокусировки.

    Метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для интерферометрии с фазовым сдвигом Поступила в редакцию 04.07.2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы уменьшить вибрационную ошибку фазосдвигающей интерферометрии и повысить точность демодуляции фазы волнового фронта, метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для фазосдвигающей интерферометрии, предложенный в данной статье. Для двух последовательностей интерференционных изображений со сдвигом фаз 0, 𝜋/2 метод сначала корректирует ошибку вибрации с помощью механизма предварительной обработки и многокомпонентного синтеза. При этом синтезируются два кадра интерференционных изображений со сдвигом фазы 0, 𝜋/2. Затем алгоритм проекции градиента используется для фильтрации фонового света синтезированного изображения, и фаза волнового фронта демодулируется на основе операции арктангенса. Экспериментальные результаты показывают, что процент пикселей, эффективно демодулированных на усеченном интерфейсе, превышает 9.0%. По сравнению с традиционным методом демодуляции количество эффективно демодулируемых пикселей (точность демодуляции) увеличивается.

    Автоматическое проектирование системы объективов для литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне на основе теории аберраций Зейделя

    Wei Tan, Huiru Ji, Yan Mo, Zhu Zhengbo и Donglin Ma ; Принято 05 сентября 2022 г .; Опубликовано 06. 09.2022   Просмотр: PDF

    Резюме: В этой статье предлагается метод решения исходной оптической структуры внеосевой многозеркальной системы для применения в экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVL). Отслеживая характерные лучи, первичную аберрацию можно выразить как функцию расстояния и кривизны на основе теории аберрации Зейделя. Исходная структура с благоприятными характеристиками аберрации рассчитывается, когда значение функции равно 0. Мы решаем две различные исходные структуры с внеосевой конфигурацией из шести зеркал с различной оптической силой. Числовая апертура (NA) окончательно оптимизированной оптической системы составляет 0,25, среднеквадратичное значение аберрации волнового фронта меньше 0,04λ, а абсолютная дисторсия меньше 1,2 нм.

    Моноимпульсный ладар: 3-D-локализация сверхвысокого разрешения с помощью Si-Photonic Serpentine Optical Phases Arrays

    Ченнинг Филбрик и Кельвин Вагнер

    Принято 04 сентября 2022 г . ; Posted 06 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем метод оптической локации и локализации объектов сверхвысокого разрешения, моноимпульсный ладар, используемый для определения угла точечной цели в двух измерениях с точностью до нескольких процентов оптического угла. ширины луча из дифференциальных измерений четырех только что разрешенных лучей с кодированием формы сигнала, одновременно обеспечивая целевой диапазон посредством когерентной или некогерентной корреляции кодированных сигналов. Обычная оптическая несущая сдвинута на четыре тона по шкале ГГц, каждый из которых модулируется различными волнами дальности, которые при передаче из Si-фотонной двумерной апертуры змеевидной оптической фазированной решетки (SOPA) с управляемой длиной волны формируют закодированный прямоугольный кластер луча, который распространяется на и рассеивается от удаленной точечной цели. Наложенные обратно рассеянные цели, отраженные от каждого луча, декодируются путем корреляции с эталонными сигналами в приемнике. Угловое положение цели вдоль двух ортогональных осей вычисляется из попарных соотношений амплитуд лучей, в то время как дальность до цели определяется из временной задержки каждого луча туда и обратно, измеренной с помощью широкополосного корреляционного пика. Представленный здесь анализ когерентных и некогерентных моноимпульсных ладарных архитектур показывает, что достижимо тридцатикратное увеличение углового разрешения — до уровня десятков угловых секунд — точечной цели, расположенной в широком поле обзора, при сохранении разрешения в сантиметровом масштабе. – ограниченная дальность с использованием одного передатчика тайла SOPA, с дальнейшим улучшением углового разрешения, возможным за счет массивного мозаичного расположения SOPA. Внедрение моноимпульсного ладара с апертурой SOPA позволяет немеханически управляемую локализацию трехмерных объектов с высоким разрешением в компактном форм-факторе с низкой сложностью управления.

    Томографическое изображение двуокиси углерода в выхлопных трубах больших коммерческих авиационных двигателей Эдвард Фишер, Руи Чжан, Чанг Лю, Ник Полидоридес, Алекс Цекенис, Пол Райт, Джошуа Климент, Йохан Нильссон, Ютонг Фенг, Виктор Прат, Хавьер Кармона, ХЕСУС ВАЛЬДЕПЕНАС, Марта Белтран, Валентин Поло, Ян Армстронг, Иэн Моклин, Дуглас Уолш , Марк Джонсон, Джоанна Боулдри и Хью Макканн

    DOI: 10. 1364/AO.467828 Поступила в редакцию 01 июля 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Здесь мы сообщаем о первом внедрении химически специфичной визуализации в выхлопном шлейфе газовой турбины, типичной для тех, которые используются для движения в коммерческих самолетах. Используемый метод — химическая видовая томография (CST), а целевым веществом является CO2, поглощающий в ближней инфракрасной области на длине волны 1999,4 нм. В общей сложности 126 лучей распространяются поперек оси шлейфа по траекториям длиной 7 м в копланарной геометрии для зондирования центральной области диаметром ≈ 1,5 м. Спектр поглощения CO2 измеряется с помощью перестраиваемой диодной лазерной спектроскопии с модуляцией длины волны (TDLS-WM) с использованием метода отношения второй гармоники к первой гармонике (2f/1f). Двигатель работает во всем диапазоне тяги, при этом данные записываются в квазисинхронном режиме с частотой кадров 1,25 Гц и 0,3125 Гц. Рассмотрены и представлены различные методики инверсии данных для реконструкции изображений. На всех уровнях тяги в центральной части плоскости измерений наблюдается устойчивая кольцевая структура с высокой концентрацией СО2, с приподнятой областью в середине шлейфа, предположительно из-за хвостовой части двигателя. Описанный здесь метод CST, способный работать с различными видами выхлопных газов, предлагает новый подход к исследованиям сгорания в турбинах, разработке газотурбинных двигателей и исследованиям и разработкам в области авиационного топлива.

    Алгоритм сшивания данных на основе эластичности

    Микио Курита и Аска Исии

    DOI: 10.1364/AO.466327 Поступила в редакцию 09 июня 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Алгоритмы сшивания данных широко используются для объединения нескольких последовательных данных или расширения рабочей области измерительных систем. Однако сшитые данные по методу наименьших квадратов имеют несогласованность на пересечениях из-за ошибок их измерения: в основном ошибка дрейфа. Мы предлагаем новый алгоритм сшивания, который рассматривает последовательные данные как упругое тело. Мы исследуем алгоритм с несколькими типами последовательных данных и подтверждаем уменьшение ошибки дрейфа.

    Нечувствительная к расстоянию отражательная установка для спектрально-разрешенного определения оптических свойств сильно мутных сред Поступила в редакцию 07.07.2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Posted 07 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Представлена ​​измерительная система для нечувствительного к расстоянию измерения коэффициента отражения от мутных сред. Геометрические соотношения блока обнаружения обсуждаются теоретически и впоследствии проверяются с помощью моделирования методом Монте-Карло. Кроме того, экспериментальная установка представлена ​​для подтверждения теоретических соображений и моделирования. Использование представленной измерительной системы позволяет проводить измерения коэффициента отражения в диапазоне расстояний примерно 2,5 см с отклонением менее ±0,5 % для сильно рассеивающих сред. Это отличается от использования волокна в классическом блоке детектирования, расположенного под определенным углом и положением относительно поверхности образца, что приводит к отклонениям в ±30 % в измеренном коэффициенте отражения в том же диапазоне расстояний.

    TEMPERATURE AND STRAIN SENSITIVITIES OF BONDED FIBER BRAGG GRATING AT ROOM TEMPERATURES AND CRYOGENIC TEMPERATURES

    Xiyong Huang, Mike Davies, Dominic Moseley, Erica Salazar, Charlie Sanabria, Owen Duke, Bart Ludbrook, and Rodney Badcock

    DOI: 10.1364/AO.460218 Поступила в редакцию 14.04.2022; Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Оптоволоконные датчики на решетке Брэгга (ВБР) хорошо подходят для применения в качестве датчиков температуры и/или деформации в суровых условиях, например, обнаружение горячих точек в термоядерных магнитах из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) при криогенных температурах и в условиях высокой радиации. Чтобы максимизировать отношение сигнал/шум (SNR) датчиков к горячей точке, мы предлагаем устанавливать датчики ВБР в V-образные канавки медного каркаса HTS. Чтобы исследовать различия между различными клеями при передаче напряжения и тепла в этой конфигурации, пять массивов ВБР монтируются в V-образные канавки медной собачки с использованием эпоксидной смолы Scotch-Weld™, Stycast® 2850 FT, Apiezon N и Loctite®. силикон 5145™. Медь циклически подвергается растягивающим усилиям в модифицированном универсальном приборе для испытаний на растяжение, подвергаясь тепловому циклу между 293 К и 77 К, а также распространение теплового импульса при 293 К и 80 К. Установлено, что ВБР, связанные эпоксидной смолой и Stycast, имеют одинаковую температурную и деформационную чувствительность при комнатной температуре и криогенных температурах. Было обнаружено, что Apiezon N стабильно передает деформации значительно ниже 245 K, что сравнимо с другими связующими материалами в диапазоне температур от 77 K до 110 K. В этой статье подчеркивается важность максимизации термической деформации, передаваемой от меди через связующие материалы, для достижения высокая температурная чувствительность ВБР. Не обнаружено существенной разницы между Ormocer и ВБР с полиимидным покрытием. Показано, что ВБР, склеенные четырьмя клеями в конфигурациях с V-образными канавками, имеют отношение сигнал-шум, сравнимое с повышением температуры на 20 К при 80 К9.0005

    Коэффициент отражения с пространственным разрешением от мутных сред, имеющих шероховатую поверхность. Часть I: моделирование

    Бенджамин Линднер, Флориан Фошум и Алвин Кинле

    DOI: 10.1364/AO.469985 Поступила в редакцию 7 июля 2022 г.; Принято 01 сентября 2022 г .; Posted 01 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Определение оптических свойств мутных сред с помощью измерений коэффициента отражения с пространственным разрешением является хорошо известным методом в оптической метрологии. Обычно поверхности исследуемых материалов предполагаются идеально гладкими. Однако в большинстве реалистичных случаев поверхность имеет неровный рельеф и рассеивает свет. В этом исследовании мы исследовали влияние модели поверхностного рассеяния Кука-Торранса и обобщенной модели поверхностного рассеяния Харви-Шака на коэффициент отражения с пространственным разрешением на основе моделирования методом Монте-Карло. Помимо анализа пространственно разрешенного сигнала отражения, мы сосредоточились на влиянии поверхностного рассеяния на определение приведенного коэффициента рассеяния и коэффициента поглощения мутных сред. Обе модели приводили к значительным ошибкам в определении оптических свойств без учета шероховатости.

    Аналитические уравнения для неконфокальной стигматической системы трех зеркал произвольной формы

    Рафаэль Гонсалес Акунья

    Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен новый метод проектирования систем с тремя зеркалами произвольной формы с нуля. Этот метод заключается в получении исходной настройки перед оптимизацией, которая получается непосредственно из множества всех возможных стигматических трехзеркальных систем произвольной формы. Затем к каждой поверхности добавляются коэффициенты деформации, которые оптимизируются для уменьшения аберрации, создаваемой дополнительными полями. Метод был протестирован, и результаты соответствуют ожиданиям.

    AO Early Posting

    Полуаналитическое моделирование распространения оптических волн через турбулентность

    Джейсон Шмидт, Джейсон Теллез и Грегори Гбур

    Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Волново-оптическое моделирование с разделением шагов полезно для изучения оптического распространения в случайных средах, таких как атмосферная турбулентность. Стандартный метод включает чередующиеся этапы параксиального распространения вакуума и накопления турбулентной фазы. Мы представляем полуаналитический подход к оценке интеграла дифракции Френеля с одним фазовым экраном между плоскостями источника и наблюдения и другим экраном в плоскости наблюдения. Эта конкретная установка полезна для моделирования геометрии астрономических изображений и лабораторных экспериментов с двумя экранами, которые имитируют реальную турбулентность с помощью фазовых колес, пространственных модуляторов света и т. д. произвольное количество экранов. По сравнению со стандартным подходом с угловым спектром, использующим быстрое преобразование Фурье, полуаналитический метод обеспечивает смягченные ограничения выборки и произвольную вычислительную сетку. Кроме того, когда оценивается ограниченное количество точек плоскости наблюдения или когда используется много временных шагов или случайных рисунков, полуаналитический метод может выполнять вычисления быстрее, чем метод углового спектра.

    Влияние шероховатости поверхности на эффекты усиления наносекундной лазерной ударной волны AO. 469596 Поступила в редакцию 04.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается эффективный метод повышения энергии ударных волн, которые генерируются плазмой, расширяющейся наружу и сталкивающейся с другим газом. Кремниевые мишени используются в качестве ответной среды с шероховатостью 2,3 нм, 457,8 нм, 1,1 мкм и 37,1 мкм соответственно. В качестве источника излучения используется лазер с длиной волны 532 нм, длительностью импульса 8 нс и частотой следования 10 Гц. ICCD используется для фотографирования морфологии ударных волн. Эмиссионные изображения факелов кремниевой плазмы с временным разрешением наблюдаются в интервале (20~200 нс). По мере увеличения шероховатости поверхности цели интенсивность ударной волны постепенно увеличивается, а энергия ударной волны достигает 390,45 мДж при шероховатости 37,1 мкм.

    Обучение локальной глубиной регрессии от Defocus blur Bysoft-Assignment Кодирование

    РЕМИ ЛЕРОЙ, ПОЛИН ТРЕВЕВЕ, Бертран Ле Сау, Бенджамин Буат и Фредерик Шампаннат

    DOI: 10. 1364/ao.47111105 9000 2 ; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем новый подход на основе патчей для регрессии глубины от расфокусированного размытия. В большинстве современных методов определения глубины по расфокусировке (DFD) используется метод классификации участков среди набора потенциальных размытий расфокусировки, связанных с глубиной, что приводит к ошибкам из-за постоянного изменения глубины. Здесь мы предлагаем адаптировать простую модель классификации, используя мягкое кодирование истинной глубины в вектор вероятности принадлежности во время обучения и шкалу регрессии для прогнозирования промежуточных значений глубины. В нашем методе не используется ни модель размытия, ни модель сцены, для него требуется только обучающий набор данных патчей изображения (либо RAW, в оттенках серого, либо RGB) и соответствующая им метка глубины. Мы показываем, что наш метод превосходит как классификацию, так и прямую регрессию на смоделированных изображениях из структурированных наборов данных или наборов данных с естественной текстурой, а также на реальных данных RAW с оптическими аберрациями из активного эксперимента DFD.

    Обратная конструкция оптических диффузоров на основе нанокристаллов для эффективного белого светодиодного освещения с поддержкой глубокого обучения

    Gangyi Li, Yuan Liu, Qi Wei Xu, Hao Liang и Xihua Wang 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Угловая однородность цвета и световой поток являются наиболее важными показателями качества белого светодиода (WLED), и желательно одновременное улучшение обоих показателей качества. . Оптический рассеиватель на основе нанокристаллов целлюлозы (CNC) был применен к модулю WLED для улучшения угловой однородности цвета, но это неизбежно приводит к уменьшению светового потока. Здесь мы демонстрируем подход обратного проектирования, основанный на глубоком обучении, для проектирования модулей WLED с ЧПУ-покрытием. Разработанная прямая нейронная сеть успешно предсказывает две добротности с высокой точностью, а обратная модель предсказания может быстро рассчитать структурные параметры пленки с ЧПУ. Дальнейшие исследования, использующие преимущества как прямых, так и обратных нейтральных сетей, могут эффективно создать слой покрытия для модулей WLED для достижения наилучшей производительности.

    Метод переноса модели, основанный на кусочно-прямой стандартизации в спектроскопии лазерного пробоя

    Ge Xie, Lanxiang Sun, Dong Shang, Yuan Gao, Xin Ling, Xiuye ​​Liu 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Для построения моделей при количественном анализе сложных матриц в спектроскопии лазерного пробоя обычно требуется большое количество сертифицированных образцов. Из-за различий между приборами, включая эффективность возбуждения и сбора данных, количественную модель, созданную на одном приборе, трудно применить непосредственно к другим приборам. Для моделирования каждого прибора требуется большое количество образцов, что очень трудоемко и будет препятствовать быстрому применению техника ЛИБС. С целью устранения различий спектральных данных от разных приборов и снижения стоимости построения новых моделей в данной работе исследуется метод кусочно-прямой стандартизации в сочетании с методом частичных наименьших квадратов (PLS_PDS). Для получения спектральных данных используются два портативных прибора LIBS с одинаковой конфигурацией, один из которых называется ведущим прибором, поскольку его калибровочная модель напрямую построена на большом количестве размеченных образцов, а другой называется подчиненным прибором, поскольку его модель получена из мастер инструмент. Метод PLS_PDS используется для построения передаточной функции спектров между ведущим и подчиненным приборами, чтобы уменьшить спектральную разницу между двумя приборами, и, таким образом, одну калибровочную модель можно адаптировать к разным приборам. Результаты показывают, что для множественного элементного анализа образцов алюминиевого сплава количество образцов, необходимых для подчиненного моделирования, было уменьшено с 51 до 14 после передачи модели с помощью PLS_PDS, а количественные характеристики подчиненного прибора были близки к показателям главного прибора. Таким образом, метод переноса модели, очевидно, может уменьшить число образцов построения моделей для ведомых приборов, и это будет полезно для продвижения применения LIBS.

    Об измерении отражательной способности дистанционного зондирования традиционным надводным подходом в малых водоемах

    Лянфэн Чен, Чжунпин Ли, Гонг Линь, Юнчао Ван, Цзюньвэй Ван и Вендиан Лай

    DOI: 10.1364/AO. 472122 Поступила в редакцию 01.08.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Малые водоемы являются важной частью пресноводной системы Земли и играют важную роль в защите биоразнообразия и предоставлении экосистемных услуг. Из-за различных окружающих особенностей неизвестно, в какой степени мы можем получить точную отражательную способность дистанционного зондирования (Rrs) такой среды с помощью обычного надводного подхода (AWA). В этом исследовании мы использовали как AWA, так и подход с блокировкой светового люка (SBA), бок о бок, для измерения Rrs в типичном небольшом водоеме. Установлено, что вариация Rrs в УФ-синей области от AWA составляет около 50% и не согласуется с вариацией полного коэффициента поглощения (at), полученного из проб воды, в то время как, наоборот, вариация Rrs, полученная из SBA, составляет очень последовательный, с коэффициентом вариации менее ~ 5%. Эти результаты подчеркивают большие погрешности в измерении Rrs с помощью AWA из-за сложности такой среды, а также отражают надежность SBA при измерении Rrs в полевых условиях даже в таких сложных условиях.

    Гибридная визуализация структурных модальных форм с использованием тонких вариаций высокоскоростного видео

    Дашан Чжан, Андонг Чжу, Ювэй Ван и Цзе Го Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Техника фазового увеличения движения может преувеличивать определенные структурные вибрации и находит потенциальное применение в визуализации и понимании модальных форм. Однако на качество MotionMagnification влияют шумы и артефакты отсечения, особенно при большом увеличении. В этой статье предлагается гибридная структура увеличения движения, которая сочетает в себе эйлерову и лагранжеву обработку движения. Поскольку структурная глобальная пространственная вибрация, соответствующая различным модальным формам, обычно аккумулирует энергетические различия на временной шкале, с точки зрения Эйлера временные вариации интенсивности очищаются и разделяются в соответствии с распределением энергии для управления пространственными движениями. Между тем, с точки зрения Лагранжа, увеличение движения реализуется путем компенсации пространственного движения в соответствии с увеличенным векторным полем межкадрового движения. Используя как эйлерову, так и лагранжеву обработку движения, предлагаемая структура поддерживает больший коэффициент усиления и обеспечивает лучшую производительность при восприятии тонких вибраций в контролируемых модальных тестах.

    Оптический дизайн имитатора солнечного излучения для метеорологических полей для улучшения однородности облучения и расширения диапазона регулирования облучения /AO. 471462 Поступила в редакцию 25.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Нацеленный на проблемы низкой однородности излучения и узкого диапазона регулирования освещенности в существующих солнечных симуляторах, метод оптического проектирования для метеорологических солнечных имитаторов с высокой однородностью излучения и широким диапазоном излучения предложенный. Использование ксеноновой лампы и некоаксиального эллипсоидного рефлектора с переменным коэффициентом в качестве концентратора. Проанализированы причины появления рассеянного света в оптическом интеграторе, предложен оптимальный метод проектирования интегратора на основе антиперекрестной диафрагмы и матричная модель распространения света, эффективно подавляющая паразитное излучение. Система регулирования освещенности предназначена для непрерывной регулировки освещенности в широком диапазоне. Приведен оптимальный метод проектирования коллимационной системы. Рациональность конструкции системы подтверждается моделированием в программе Lighttools. Результаты показывают, что в пределах эффективной поверхности облучения 100 мм x 100 мм освещенность плавно регулируется в диапазоне 100 Вт/м2-1400 Вт/м2, а равномерность облучения лучше, чем 99,10% при различном освещении. Это исследование преодолевает ограничения низкой однородности излучения и узкого диапазона регулировки освещенности традиционных метеорологических имитаторов солнечной радиации и может предоставить точные и надежные данные солнечной радиации для проверки и калибровки пиранометров.

    Полностью основанная на волокне SBS установка для комбинированной генерации оптических частот с использованием технологии рециркуляции накачки и изоляции гребенки за счет применения бриллюэновского усиления

    Аритра Пол и Прадип Кумар Кришнамурти

    DOI: 10.1364/AO.470532 Поступила в редакцию 14 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы описываем установку на основе полностью стимулированного бриллюэновского рассеяния (ВРМБ) для генерации, усиления и выделения частотной составляющей из оптической частотной гребенки (ЧЧЧ). Каскадный SBS-OFC ​​получается за счет использования насоса и метода рециркуляции энергии Стокса. В общей сложности в диапазоне длин волн 1550 нм наблюдается более 15 гребенчатых линий в пределах полосы пропускания 45 дБ со средней мощностью 16 дБм. Путем реализации установки поляризатор-анализатор, использующей слабое двойное лучепреломление в кварцевых волокнах, мы усилили и выделили первую стоксову компоненту генерируемой гребенки. Выделенная компонента при 1550,03 нм была усилена на ≈ 55 дБ. Чтобы проверить изоляцию одной гребенчатой ​​линии, SBS-OFC ​​модулируется по интенсивности с использованием синусоидальных сигналов разных частот, и модуляция обнаруживается после изоляции гребенчатой ​​линии. Мы также наблюдаем, что с увеличением мощности бриллюэновской накачки во время изоляции гребенчатых линий спонтанный бриллюэновский шум действует как ограничение процесса избирательного усиления.

    Электрически активное управление терагерцовыми волнами в гибридной метаповерхностно-решетчатой ​​структуре с жидким кристаллом

    Цзюнь Ян, Лу Сюй, ГоЧжэнь Чжан, Ин Ли, Минганг Ху, Цзянь Ли, Хунбо Лу, Гуаншэн Дэн и Чжипин Инь

    DOI: 10.1364/AO.470935 Поступило 22 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Предложен отражательный терагерцовый фазовращатель для широкодиапазонной динамической и непрерывной фазовой модуляции. Вводя перестраиваемый жидкий кристалл между метаповерхностью с прорезями и микроструктурой решетки, можно модулировать фазу отраженных волн с помощью различных электрических методов. Численное моделирование показывает, что предложенный терагерцовый фазовращатель имеет разность фаз более 360° между несмещенным и смещенным состояниями. Кроме того, была разработана и изготовлена ​​матрица из 35×35 накладных элементов. Производительность фазовращателя обеспечивает более 360° между 3790,6 ГГц и 391,8 ГГц, где максимальный фазовый сдвиг достигает 422,4° на частоте 385,9 ГГц. Более того, полностью электрически управляемая фазовая модуляция более чем на 180° достигается между 382,0 ГГц и 394,1 ГГц с максимальной фазовой модуляцией 248,4° на 383,3 ГГц. Эта работа может предоставить отражательный терагерцовый фазовый модулятор для управления лучом.

    Экспериментальный анализ высокотемпературной ползучести стали FV566 на основе корреляции цифровых изображений

    Huanqing Wang, Pengxiang Ge, Wu Wen, Yonghong Wang, and Biao Wang

    DOI: 10.1364/AO.469885 Поступила в редакцию 06 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Цифровая корреляция изображений (DIC) — это метод оптического измерения деформации/смещения материала, основанный на освещении видимым светом, который можно использовать для измерения долговременного механического поведения. В данной работе независимо разработана экспериментальная методика анализа высокотемпературной ползучести стального материала ФВ566 на основе ДИК. С учетом проблем преломления среды стеклянных смотровых окон и нарушения теплового потока воздуха при высокотемпературных испытаниях были предложены соответствующие методы коррекции для повышения точности измерений. Затем на основе изложенных выше методик были проведены испытания на высокотемпературную ползучесть трех образцов различной формы и рассчитана площадь концентрации деформации при 600 °С. Затем было исследовано влияние формы и других свойств на разрушение материала при ползучести, распределение напряжения и фактическую деформацию. Наконец, результаты расчета DIC были проанализированы и сопоставлены с результатами анализа методом конечных элементов и окончательным положением излома образца. Три результата имели высокую степень согласованности, что подтвердило, что предложенный метод может точно измерять и анализировать поведение материалов при ползучести.

    Валидация метода лидара с двойной поляризацией поля зрения для восстановления микрофизических свойств однородных водяных облаков: исследование, основанное на поляриметрическом моделировании методом Монте-Карло Liu

    DOI: 10. 1364/AO.468142 Поступила в редакцию 23 июня 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье освещается проверка метода поляризационного лидара с двойным полем зрения (FOV) для определения эффективного радиуса облачных капель в сочетании с коэффициентом ослабления облаков однородной воды. облачный подход через моделирование. Моделирование основано на поляриметрическом методе Монте-Карло с полуаналитическими функциями в условиях многократного рассеяния. Результаты моделирования показывают, что коэффициент деполяризации, измеренный при двойном поле зрения, является функцией эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака. Используя метод стандартного отклонения на обширных результатах моделирования, а затем применяя полиномиальную регрессию, получают два полиномиальных соотношения, выражающих восстановление эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака из интегрального коэффициента деполяризации слоя на малых оптических глубинах вблизи нижней части облака. В конце концов, результаты, представленные в [1], подтверждены. Микрофизические свойства водяного облака, содержание жидкой воды и числовая концентрация капель в облаке являются функциями этих двух параметров и, таким образом, могут быть найдены численно

    Исследование очистки сшитого полимерного покрытия на металлической сетке лазером CO2

    Yating Shi, Wei Chen, Jun Wang, Chi Zhang, Chengjun Zhang и Hongjun Li

    DOI: 10.1364/AO.469947

    4 Получено июль 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Загрязнение, вызванное химической очисткой полимерных покрытий при переработке печатных трафаретов, можно уменьшить с помощью лазерной очистки. Исследован механизм взаимодействия лазерного луча с полимерным покрытием, построена пороговая модель лазерной абляции сшитого полимера, обсуждены принципы лазерного связывания и фотоионизации. Когда плотность энергии лазера составляет 7,8 Дж/см2, ширина лазерного импульса и энергия воздействия влияют на характеристики после абляции. При энергии осаждения > 1,2 Дж/см2 происходит карбонизация полимерного материала. Когда энергия осаждения

    Обсерватория Саймонса: широкополосные метаматериалы с антибликовым покрытием для большой апертуры AluminaOptics. Wollack

    DOI: 10.1364/AO.472459 Поступила в редакцию 04 августа 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем дизайн, изготовление и измеренные характеристики метаматериала Anti-Reflection Cuttings (ARC) для широкоформатных фильтров из оксида алюминия, работающих более чем на октаву полосы пропускания. размещены в обсерватории Саймонса (SO). ARC состоит из субволновых элементов, нарезанных на поверхность оптики с помощью специальной пилы для нарезки кубиками с почти микронной точностью. Конструкции позволяют контролировать отражения на процентном уровне при углах падения до 20°. ARC были продемонстрированы на четырех фильтрах диаметром 42 см, перекрывающих диапазон 75–170 ГГц, и прототипе диаметром 50 мм, перекрывающем диапазон 200–300 ГГц. 1,2 ТГц. Эти измерения демонстрируют управление коэффициентом отражения на процентном уровне в целевых полосах пропускания и быстрое снижение пропускания по мере того, как длина волны приближается к масштабу длины структуры метаматериала, где рассеяние преобладает над оптическим откликом. Последнее поведение позволяет использовать ARC метаматериала в качестве рассеивателя. фильтр в этом пределе.

    Имитационный анализ ближнего и дальнего поля массива лазеров ARROW с узкими щелями

    Кун Тянь, Юнган Цзоу, Хуэй Тан и Сяохуэй Ма

    DOI: 10.1364/AO.471756

    4 Получено 02 июля; Принято 17 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Исследована структура трехъядерной щелевой антирезонансной отражающей лазерной решетки на оптических волноводах. Периодические узкие прорези используются для определения функциональных областей в решетке, что напрямую позволяет избежать повторного эпитаксиального роста при изготовлении традиционных антипроводниковых решеток. Сравнительное исследование подтвердило реализуемость схемы. Кроме того, результаты расчетов показывают, что с увеличением ширины противоводной сердцевины увеличивается коэффициент мощности главного лепестка в дальней зоне, а угол расходимости главного лепестка и угол между вторичным лепестком и главным лепестком уменьшаются. Этот закон дает идеи для оптимизации структуры массива.

    Расширение частотно-динамического диапазона датчиков DMZI на основе системы обратной связи управления переключением AO.465370 Поступила в редакцию 01.06.2022; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Контур обратной связи в датчиках двойного интерферометра Маха-Цендера (DMZI) стабилизирует систему, работающую в квадратичной точке, для обеспечения максимальной чувствительности, но требует минимальной измеряемой частоты вибрации вне обратной связи. полосы пропускания, что приводит к ограничению динамического диапазона. В этом письме мы отмечаем, что операция обратной связи не нужна при наличии вибрации, и предлагаем стратегию адаптивного включения/отключения фазовой компенсации обратной связи в зависимости от состояния вибрации, снижая минимально измеримую частоту вибрации в 10 раз. Более того, используемая переменная состояния позволяет напрямую извлекать данные, связанные с вибрацией, без необходимости сложных алгоритмов постобработки.

    Система возбуждения электрооптических модуляторов MZ в микроволновой фотонике 2022 г.; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы получить сигнал модуляции с широкой полосой пропускания и очень стабильной выходной мощностью без искажений, в Эта бумага. Система в основном состоит из трех частей: модуля источника питания, модуля генерации микроволнового сигнала и модуля автоматической регулировки усиления. Модуль питания обеспечивает соответствующее напряжение и ток для двух других модулей. Модуль генерации микроволнового сигнала используется для генерации микроволнового сигнала. Модуль автоматической регулировки усиления (АРУ) использует цифровую структуру управления АРУ и принцип ПИД-регулирования для обеспечения стабильного управления выходной мощностью микроволнового сигнала. Разработано аппаратное обеспечение, а программный алгоритм интегрирован в систему вождения для проверки эффективности и стабильности. Результаты экспериментов показывают, что полоса пропускания модуля автоматической регулировки усиления достигает 20 ГГц. Предлагаемый модуль автоматической регулировки усиления позволяет эффективно стабилизировать выходную мощность СВЧ-сигнала на уровне 10 дБм при флуктуациях менее ±1,5 дБ, а его стабильность повышается в 74,9 раза.5% по сравнению с существующим инструментом. Когда входная мощность изменяется на частоте 10 кГц, система по-прежнему может достигать стабильных характеристик управления и демонстрирует отличные динамические характеристики.

    Алмазный микрошабер для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме

    Songtao Meng, Ziqiang Yin, Jinwen Liu, Yawen Guo, Jian Yao и Senbin Xia 27 июля 2022 г . ; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Рулонная печать (R2R) представляет собой высокопроизводительный и недорогой метод непрерывного производства для массового производства высококачественных функциональных оптических полимерных пленок. При изготовлении оптических пленок роликовые формы с высокой точностью и чистотой поверхности являются ключевыми компонентами оснастки в процессе импринтинга R2R. Однако усеченная радиальная матрица Френеля приводит к разрыву траектории обработки. Поэтому прямое алмазное точение обрезанной радиальной матрицы Френеля на валковом пресс-форме считалось невозможным. В этой статье используется метод алмазного микроскребка (DMS) для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме. Обрезанная радиальная матрица Френеля делится на обрезанную и полную структуру Френеля, которые обрабатываются отдельно. Обрезанная деталь использует метод закругления углов, чтобы избежать повреждения обработанной поверхности. Из-за большого размера и большого веса роликовой пресс-формы невозможно использовать обычные автономные методы измерения, поэтому в этой статье измеряется и оценивается профиль поперечного сечения с помощью метода измерения на машине, чтобы проверить осуществимость предлагаемого метода. Это исследование предлагает решение для обработки поверхности прерывистых и сложных микроструктур на роликовой пресс-форме.

    Оптическая асимметричная криптосистема JTC, основанная на бинарной фазовой модуляции и операции наложения-вычитания изображений .466386 Поступила в редакцию 10 июня 2022 г .; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Криптосистема коррелятора совместного преобразования (JTC) — это простая и практичная оптическая криптосистема. Но одинаковый ключ как при шифровании, так и при дешифровании создает неудобства и риски для безопасности при распределении ключей и управлении ими. Чтобы преодолеть эти недостатки, мы сначала создаем одностороннюю функцию с лазейкой, основанную на операции наложения и вычитания изображений. Затем в этой статье в сочетании с односторонней бинарной фазовой модуляцией предлагается оптическая асимметричная криптосистема JTC. Эти два вида односторонних функций с лазейкой не только эффективны и реализуемы, но и могут значительно повысить устойчивость нашего предложения к различным атакам. Кроме того, мы выбираем структурированную спиральную фазовую маску (SSPM), управляемую ее структурными параметрами, в качестве ключевой маски криптосистемы JTC для облегчения передачи ключа. Когда структурные параметры SSPM защищены алгоритмом RSA во время шифрования и дешифрования, одновременно могут быть достигнуты как удобство распределения и управления ключами, так и повышение безопасности, что также делает наше предложение более близким к базовому соглашению об открытом ключе. криптосистема. Анализ моделирования и первоначальные экспериментальные результаты подтвердили правильность и осуществимость нашего предложения.

    Характеристика индуцированных лазером ударных волн, генерируемых во время инфракрасной лазерной абляции меди методом оптического отклонения луча 472340 Поступила в редакцию 05.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 16 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Ударные волны, генерируемые при лазерной абляции медной мишени, исследованы методом отклонения оптического луча. Плотность наносекундного импульсного инфракрасного лазерного луча находилась в диапазоне 15-700 Дж/см2. Скачки плотности, связанные с натеканием ударной волны в двух точках взаимодействия, регистрировались с помощью зондов гелий-неонового лазера. В общем случае возникает сверхзвуковая ударная волна, которая распространяется по воздуху и постепенно затухает в акустическую волну. Были проведены эксперименты по изучению влияния плотности потока лазерного излучения и расстояния распространения на скорость и давление ударной волны. Скорость ударной волны зависит от плотности потока лазерного излучения как 𝑣 ∝ 𝐹0,3𝑙 и с расстоянием распространения как 𝑣 ∝ 𝑑―1,5. Эти результаты сравниваются с предсказаниями теоретических моделей. В исследованном диапазоне плотности энергии давление ударной волны возрастает на порядок (~1-10 МПа). Мы продемонстрировали, что давление ударной волны и аблированная масса могут быть связаны, что дает давление ударной волны, зависящее от массы, которое линейно увеличивается с плотностью потока лазерного излучения. Мы также заметили фокусировку зондирующего луча ударной волны при определенных условиях, что указывает на то, что ударная волна изменяет показатель преломления сжатого слоя воздуха. Сообщенные результаты полезны для фундаментального понимания, а также прокладывают путь к новым применениям лазерно-индуцированных ударных волн.

    Однократное получение 3D-формы с использованием метода структурированного света на основе обучения

    Хиеу Нгуен, Кхань Ли, Шарлотта Цюн Ли и Чжаоян Ван

    DOI: 10.1364/AO.470208 2 Receive0 12 Jul 20; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Обучение трехмерному (3D) представлению формы объекта из одиночного изображения было преобладающей темой в компьютерном зрении и глубоком обучении в течение последних нескольких лет. Несмотря на широкое распространение в динамических приложениях, точность измерения получения трехмерной формы из одиночного изображения все еще неудовлетворительна из-за широкого круга проблем. В этой статье представлен точный метод получения трехмерной формы из однократного двумерного (2D) изображения с использованием интеграции метода структурированного света и подхода глубокого обучения. Вместо прямого преобразования из 2D в 3D сеть шаблонов в шаблоны обучается преобразовывать одноцветное структурированное световое изображение в несколько двухчастотных интерференционных шаблонов со сдвигом по фазе для последующей реконструкции трехмерной формы. Профилометрия интерференционной проекции, известный метод структурированного света, используется для создания высококачественных наземных меток для обучения сети и выполнения трехмерной реконструкции формы после прогнозирования интерференционных узоров. Был проведен ряд экспериментов, чтобы продемонстрировать практичность и потенциал предлагаемой методики для научных исследований и промышленных применений.

    Сверхвысокочувствительный датчик микроперемещений на основе U-образного изогнутого SMF

    shuying Li, Feng wu, Yu Liu, Kun Li, Shishuai Sun, Xiaolan Li, and Miao Yinping

    DOI: 10.1364/AO .471712 Поступила в редакцию 02.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 15 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Датчики на основе изогнутых оптических волокон неправильной формы вызвали значительный интерес во многих приложениях. Однако эффективная интерференционная длина и радиус изгиба волокна неправильной формы не были указаны точно. Здесь предлагается модель эквивалентной дуги для определения эффективной интерференционной длины и радиуса изгиба U-образного волоконного устройства: U-образное оптическое волокно эквивалентно регулярной дуге. Мы обнаружили, что эффективная интерференционная длина устройств сильно зависит от изменения высоты конструкции в некоторых размерах специальной конструкции, что очень полезно для измерения микроперемещений. В рамках этой модели был реализован сверхвысокочувствительный датчик микроперемещения -1,2838 нм/мкм в диапазоне измерений 0-60 мкм. Чувствительность этого устройства на порядок выше, чем у любого ранее описанного устройства с изогнутым оптическим волокном. Что еще более важно, стратегия анализа модели эквивалентной дуги может быть обобщена на различные датчики микроперемещения с неправильным изогнутым волокном и другие поля восприятия.

    Применение технологии трехмерной реконструкции на основе алгоритма MC в роботе для торкретирования

    Qi Ouyang, Yanhua Lin, Xinglan Zhang, Yuexin Fan, Weijing Yang и Tao Huang

    2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Роботу для торкретирования необходимо реконструировать поверхность арки в трехмерном виде в процессе распыления туннеля. Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем метод реконструкции Marching Cubes (MC), основанный на соединении облака точек и нормальной переориентации. Во-первых, мы используем взрывозащищенный LIDAR для получения данных облака точек арки туннеля, а затем используем алгоритм итеративной ближайшей точки (ICP), сквозную фильтрацию и фильтрацию StatisticalOutlierRemoval для сращивания облака точек, сегментации данных и упрощения соответственно. Чтобы повысить точность реконструкции, мы скорректировали оценочную нормаль облака точек для нормальной согласованности и получили геометрические характеристики поверхности сложного облака точек. Кроме того, в сочетании с улучшенным алгоритмом MC реализована трехмерная реконструкция свода туннеля. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод может быстро и точно реконструировать 3D-модель поверхности свода туннеля, что закладывает основу для дальнейших исследований плана траектории, мониторов состояния распыления и стратегий управления.

    Метод устранения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Канни

    Xing Peng and Lingbao Kong

    DOI: 10. 1364/AO.467923 2 Получено 0; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Аддитивное производство — это высококонкурентная, недорогая технология с высоким уровнем производства, хотя в деталях, изготовленных аддитивным способом, всегда существуют дефекты, которые еще больше влияют на характеристики продукта. . Технология обнаружения дефектов необходима для контроля качества и улучшения процесса аддитивного производства. Эффективное извлечение дефектов по-прежнему затруднено из-за топологической сложности дефектов. В этом исследовании был предложен метод извлечения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Кэнни (LSRC), который основан на методологии прямого сопоставления. Метод LSRC сравнивается с алгоритмом бикубической интерполяции и алгоритмом встраивания соседей по качеству и надежности реконструкции сверхвысокого разрешения. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод LSRC значительно лучше сравниваемых алгоритмов по качеству и надежности реконструкции. Предлагаемый метод полезен для извлечения и анализа ключевых дефектов и, следовательно, для предоставления информации о диагностике процесса для процесса аддитивного производства.

    Алгоритм оконной фильтрации для импульсной лазерной когерентной комбинированной системы с низкой частотой повторения

    Jiali Zhang, jie CAO, Qun Hao, Yang Cheng, Liquan Dong, kaixin xiong, Bin Han и Xuesheng Liu

    DOI: 10.1364/AO .473505 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Метод мультидизеринга был хорошо проверен в экспериментах по фазовой синхронизации поляризационных когерентных комбинаций. Однако это трудно применить к когерентной комбинации импульсного лазера с низкой частотой повторения, поскольку существует перекрытие в частотной области между импульсным лазером и большим амплитудно-фазовым шумом, в результате чего традиционные фильтры не могут эффективно отделять фазовый шум. Для решения этой проблемы мы предлагаем новый метод обнаружения, идентификации и фильтрации импульсных шумов, основанный на характеристиках автокорреляции между шумовыми сигналами. Алгоритм адаптивной оконной фильтрации собственной разработки может эффективно фильтровать импульсный сигнал с примесью фазового шума около 0,1 мс. После того, как импульсы отфильтрованы, оставшийся сигнал фазового шума используется в качестве входного сигнала метода множественного дизеринга для фазовой синхронизации, разность фаз двух импульсных лучей (10 кГц) успешно компенсируется до нуля, и когерентная комбинация реализована фазовая синхронизация с обратной связью. При этом периоды фазовой коррекции короткие, эффект фазовой синхронизации стабилен, а интенсивность итоговых объединенных импульсов достигает идеального значения (0,9Imax). Кроме того, предложенный нами алгоритм адаптивной оконной фильтрации может быть применен к когерентной комбинированной системе волоконных лазеров с большой решеткой и в дальнейшем заложить основу для лидара с волоконной фазированной решеткой.

    Анализ рассеяния двумерных пучков Эйри типичными несферическими частицами

    Чживэй Цуй, Ю Ван, Ванци Ма и Фупин Ву

    DOI: 10.1364/AO.469959 Поступила в редакцию 2 июля; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Abstract: Рассеяние структурированных световых лучей различными частицами является важным предметом исследований с множеством практических приложений, таких как манипулирование, измерение и диагностика малых частиц. В данной работе проводится анализ рассеяния двумерных (2D) пучков Эйри типичными несферическими частицами. Векторы электрического и магнитного поля падающих пучков Эйри получаются путем введения векторного потенциала в калибровку Лоренца. Поля рассеяния частиц получают с помощью метода моментов (МоМ), основанного на поверхностных интегральных уравнениях (ПИУ). Выполнены и проанализированы некоторые численные модели рассеяния двумерных пучков Эйри несколькими выбранными несферическими частицами. В частности, на примере сфероидальной частицы исследуется влияние различных параметров, описывающих двумерные пучки Эйри, на ее дифференциальное сечение рассеяния (ДСРП). Ожидается, что эта работа будет полезна для понимания взаимодействия двумерных пучков Эйри с несферическими частицами и их дальнейших приложений.

    Путь к 200-МГц фемтосекундному волоконному лазеру с легированным Yb-волокном, работающим только на ФМ, с высоким выходным коэффициентом связи

    DOI: 10.1364/AO.472038 Поступила в редакцию 03.08.2022; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе не зависящих от времени уравнений скорости и нелинейного уравнения Шредингера мы моделируем 200-МГц волоконный Yb-лазер с синхронизацией мод с сохранением всех поляризаций (PM). . Присутствует двусторонняя эволюция резонатора в направлении стабильной синхронизации мод. Кроме того, исследуются коэффициенты усиления вдоль усиливающего волокна, а также импульсы, чирп и спектры в различных местах резонатора. Исследовано также влияние параметров брэгговской решетки с чирпированным волокном на форму импульса и профиль спектра. Согласно расчетам, экспериментально реализуется фемтосекундный волоконный лазер на частоте 200 МГц с выходной мощностью 115 мВт. Временной джиттер и интегральный шум относительной интенсивности измеряются как 158 фс [1 кГц-10 МГц] и 0,0513% [1 Гц 300 кГц] соответственно. В итоге средняя усиленная мощность 610 мВт и 79Получаются сжатые импульсы с пиковой мощностью около 28 кВт. Представленная фемтосекундная волоконная лазерная система allPM может быть принята в качестве основы для оптической гребенки частот.

    Чувствительность приемника ридберг-атома к частотной и амплитудной модуляции микроволн

    Себастьян Борувка, Ульяна Пилипенко, Матеуш Мазеланик и Михал Парняк Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Известно, что электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИП) в атомных системах, содержащих ридберговские состояния, является чувствительным зондом падающих микроволновых (МВ) полей, в частности резонансных с ридберговскими переходами. Здесь мы предлагаем понятную аналитическую модель отклика ридберговского атомного приемника на амплитудно- (АМ) и частотно-модулированные (ЧМ) сигналы и сравниваем ее с экспериментальными результатами: мы представляем установку, которая позволяет посылать сигналы либо с АМ, либо с ЧМ и оценивать их эффективность с демодуляцией. Кроме того, установка демонстрирует новую конфигурацию обнаружения, использующую все круговые поляризации для оптических полей и позволяющую обнаруживать поля СВЧ с круговой поляризацией, распространяющиеся коллинеарно с оптическими лучами. В наших измерениях мы систематически показываем, что некоторые параметры демонстрируют локальные оптимальные характеристики, а затем оцениваем эти оптимальные параметры и рабочие диапазоны, обращая внимание на необходимость разработки надежного ридберговского СВЧ-датчика и протокола его работы.

    Utilising Broadband Wavelength-Division MultiplexingCapabilities of Hollow-Core Fiber for QuantumCommunications

    Umberto Nasti, Hesham Sakr, Ian A. Davidson, Francesco Poletti, and Ross Donaldson

    DOI: 10.1364/AO.471632 Received 01 Aug 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Одной из основных проблем при развертывании квантовой связи (КК) по оптоволокну с твердой кварцевой сердцевиной является снижение производительности из-за оптического шума, возникающего при совместном распространении классических оптические сигналы. Чтобы уменьшить влияние оптического шума, исследовательские группы обращаются к новым и новаторским архитектурам оптического волокна с твердой и полой сердцевиной. Исследовалось воздействие при совместном распространении однофотонного уровня (850 нм) и двух классических оптических сигналов (940 нм и 1550 нм) при использовании вложенного антирезонансного безузлового волокна (NANF) с двумя окнами с низкими потерями. Было показано, что сигнал 940 нм влияет на однофотонное измерение из-за реализованной технологии кремниевого детектора, однако методы мультиплексирования и фильтрация могут уменьшить это влияние. Было показано, что сигнал 1550 нм не оказывает вредного воздействия. Результаты показывают, что как широкополосный оптический трафик на длине волны 1550 нм, так и канал QC на длине волны 850 нм могут совместно распространяться без ухудшения качества канала QC.

    Быстрая физическая случайная генерация битов на основе системы хаотической оптической инжекции с многолучевой оптической обратной связью 10.1364/AO.472006 Поступила в редакцию 29 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе хаотического сигнала, обеспечиваемого простой хаотической системой, генерируется случайная битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с с использованием циркулирующего исключающего ИЛИ (CXOR). метод постобработки. Такая простая хаотическая система строится с помощью ведомого полупроводникового лазера (SSL), подвергающегося оптической инжекции хаотического сигнала, исходящего от ведущего полупроводникового лазера (MSL) при многолучевой оптической обратной связи (MPOF). Во-первых, путем изучения зависимостей временной характеристики (TDS) и полосы пропускания хаотического сигнала от некоторых ключевых параметров работы определяются оптимальные параметры для генерации высококачественного хаотического сигнала с большой полосой пропускания и низким TDS. Во-вторых, высококачественный хаотический сигнал преобразуется в 8-битный цифровой сигнал путем дискретизации цифровым осциллографом со скоростью 80 Гвыб/с. Затем, применяя метод постобработки CXOR, получается битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с. Наконец, случайность оценивается с помощью статистических тестов Специальной публикации 800-22 Национального института стандартных технологий (NIST), и результаты показывают, что полученная случайная последовательность битов может пройти через все тесты NIST.

    Вейвлет-подавление шума в оптической связи на большие расстояния

    Цян Ван, Лэй Цуй, Сюевэй Ван, Цзин Ма, Лиин Тан и Хуэй Ван

    DOI: 10.1364/AO. 471142

    4 Получено 02 июля; Принято 12 сентября 2022 г.; Posted 13 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Для оптических линий связи в свободном пространстве световое пятно, собираемое фотоприемником на приемном терминале, не является идеальным световым пятном, на которое влияет атмосферная турбулентность. Световое пятно, собираемое фотоприемником, также будет сопровождаться различными шумами. Что еще более важно, наличие всех шумов приведет к ошибкам при определении центра светового пятна. В результате ошибка слежения может повлиять на стабильность оптоэлектронной системы слежения. Поэтому необходимо убрать шум с собранных изображений. Метод удаления шума должен быть эффективным, но он не может требовать большого объема вычислений, влияющих на производительность в реальном времени. Количество вычислений вейвлет-преобразования невелико, а эффект удаления шума лучше, что позволяет сосредоточиться на локальных деталях с произвольными коэффициентами расширения. В этой статье предлагается усовершенствованный метод шумоподавления вейвлетов. Эксперимент по проверке на большом расстоянии (11,16 км) подтвердил эффективность этого подхода по сравнению с традиционным методом. Кроме того, этот новый подход будет полезен для проектирования систем оптической связи.

    Устройство и его принцип компенсации тепловой аберрации

    Ю Синфэн, Хуайцзян Ян и Минъян Ни

    DOI: 10.1364/AO.464483 Поступила в редакцию 19 мая 2022 г.; Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 14 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Тепловые аберрации, вызванные поглощением лазерных лучей, ухудшают качество изображения экспонирующих инструментов в процессе работы. Многие компенсаторы, такие как движение или деформация линзы, используются для компенсации тепловых аберраций низкого порядка оптических систем. В этой статье представлен аппарат с возможностью коррекции аберраций высших порядков. Основной принцип устройства заключается в активном нагреве и охлаждении линзы вблизи зрачка для создания желаемого температурного профиля для компенсации тепловых аберраций. Сначала мы представили основную концепцию аппарата. Затем мы создали аналитическую модель для описания температуры линзы аппарата на основе принципа его работы и продемонстрировали его компенсационную способность. Наконец, был предложен алгоритм динамической компенсации термоаберраций для преодоления эффектов временной задержки терморегулируемой линзы.

    Генерация модулированных импульсов с длиной волны 532 нм на основе петли временной задержки и поворота поляризации Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: В данной статье теоретически и экспериментально исследуется простая и недорогая схема генерации модулированных импульсов с длиной волны 532 нм. Модулятор представляет собой внешний резонатор на основе петли временной задержки и поворота поляризации, который реализуется двумя полуволновыми пластинами. Распространяясь во временной петле задержки несколько раз и частично выходя после каждого кругового обхода, модулируется интенсивность начального импульса зеленого лазера. Путем анализа поляризации импульса в каждом круговом обходе моделируется последовательность импульсов для имитации формы модулированного импульса. Этот модулятор соединен с субнаносекундным лазерным источником с длиной волны 532 нм для проверки модели модуляции интенсивности. В эксперименте вращением ГВП получаются модулированные импульсы с различным временным профилем. Расчетная основная частота модуляции составляет 520 МГц, а частота второй гармоники также превышает 1 ГГц. Такая схема модуляции интенсивности может быть применена при подводном обнаружении и дальнометрии.

    Неравномерное освещение подводного изображения с помощью слияния событий и кадров

    Xiuwen Bi, Tao Wu, Pengfei Wang, Fusheng Zha и Peng Xu

    Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Поглощение и рассеяние водной средой может ослаблять свет и создавать трудности при подводном оптическом изображении. Источники искусственного света обычно используются для получения изображений глубоководных объектов. Из-за ограниченного динамического диапазона стандартных камер искусственные источники света часто приводят к тому, что подводные изображения получаются недоэкспонированными или переэкспонированными. Событийные камеры, напротив, имеют широкий динамический диапазон и высокое временное разрешение, но не могут обеспечить кадры с богатыми цветовыми характеристиками. В этом письме мы используем взаимодополняемость двух типов камер, чтобы предложить эффективный, но простой метод улучшения изображения неравномерного подводного освещения, который может генерировать улучшенные изображения с лучшими деталями сцены и цветами, похожими на стандартные кадры. Кроме того, мы создаем набор данных, записанный датчиком Dynamic and Active-pixelVision, который включает как потоки событий, так и кадры, что позволяет протестировать предлагаемый метод и методы улучшения изображения на основе кадров. Экспериментальные результаты, проведенные на нашем наборе данных с качественными и количественными показателями, показывают, что предлагаемый метод превосходит сравниваемые алгоритмы улучшения.

    Усовершенствованная двумерная конечно-элементная модель и ее применение в лазерной резке углепластиковых композитов

    Яо Лу, Пейин Гао, Цзяньань Сюй, Ян Ван и Лицзюнь Ян

    август 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Инновационная адаптированная двумерная модель конечных элементов (МКЭ) предназначена для описания распределения температуры и распределения напряжений с помощью ультрафиолетовой (УФ) наносекундной (нс) импульсной лазерной резки углерода. Композиты из армированного волокном пластика (CFRP). Эта модель, связанная с термодинамическим и тепловым напряжением, учитывает эффекты теплопроводности, теплового напряжения и теплового потока во время резки углепластика УФ-лазером. В этом исследовании выясняется основной механизм УФ-лазерной резки углепластика, такой как градиент давления, плазма и эффекты испарения. На основе этих теоретических моделей успешно моделируются температурное поле и поле напряжений за один период импульса. В целом ожидается, что это исследование предоставит теоретическую основу для УФ-лазерной резки углепластиковых композитов и проложит путь для аэрокосмической отрасли в будущем.

    Всеоптичный цифровой мультиплексор/демольтиплекзер в линейном трехъядерном волоконном устройстве

    Франсиско Леонардо Безерра Мартинс, Жоу Паулу Родригес и Хосе Клаудио до Насименто

    DOI: 10.1364/AO.47063306

    . ; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Цифровые мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) необходимы для вычислений, передачи и обработки данных. Однако исследования полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров немногочисленны и обычно предлагают однофункциональные нелинейные устройства. В этой работе представлено численное получение полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров с использованием линейного трехжильного оптоволоконного устройства. импульсы любой длины волны и могут быть изготовлены с использованием любой волоконной технологии. Этот результат является еще одним свидетельством возможности получения логической обработки, даже нелинейной логической обработки, с использованием только конструкции волокна.

    Ультрафиолетовая беспроводная связь 760 Мбит/с на основе передатчика с МКЯ AlGaN/InGaN

    Xin Li, Meipeng Chen, Xu Wang, Fangchen Hu, Mingyu Han, Yun Li и Yongjin Wang

    70003 DOI 6 10.13 20 июля 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: III-нитридные светодиоды предлагают решение для высокоскоростной связи в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне в качестве высокопроизводительного передатчика. В этой статье основное внимание уделяется передатчику с МКЯ AlGaN/InGaN для УФ-связи. Передатчик реализован на платформе GaN-на-кремнии методом двойного травления. Область излучения передатчика с небольшой площадью полезна для повышения скорости передачи данных при УФ-связи. Пик эмиссии остается стабильным при 376,48 нм в диапазоне UVA. Передача со скоростью 300 Мбит/с получается в настроенной системе связи UV с модуляцией OOK (on-off-keying). Реализована передача цифрового сигнала со скоростью до 760 Мбит/с за счет побитовой дискретной мультиаудио (DMT) модуляции.

    Управление поляризацией лазеров с вертикальным резонатором на длине волны 795 нм с помощью синфазных поверхностных решеток 472435 Поступила в редакцию 05.08.2022; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: 795-нм вертикально-излучающие лазеры с поверхностным излучением (VCSEL) с синфазными поверхностными решетками изготовлены и исследованы теоретически и экспериментально. Поляризационные характеристики 795-нм VCSEL с различными периодами и глубинами решетки анализируются с использованием метода строгого анализа связанных волн (RCWA), зависимость стабильности поляризации от профиля решеток демонстрирует, что трапециевидный гребень решетки немного увеличивает коэффициент подавления ортогональной поляризации (OPSR), но увеличивает порог Текущий. Изготовленные ВИЛ с субволновой синфазной поверхностной решеткой с рабочим циклом 0,5 демонстрируют стабилизированную выходную поляризацию за счет увеличения порогового тока, что согласуется с расчетами. Решетчатые ВИЛ с периодом 200 нм и оксидной апертурой 3,43 мкм  4,39мкм дают одномодовый выходной сигнал с OPSR 16,6 дБ и эффективностью 0,42 Вт/А при 85°C.

    Расширенные связанные состояния в континууме в пластине фотонного кристалла с помощью РБО июль 2022 г.; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 13 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Связанные состояния в континууме (BICs) — это строго ограниченные резонансы в континууме излучения. Новые характеристики одиночных БИК были детально изучены в различных волновых системах, включая электромагнитные волны, акустические волны, волны на воде и упругие волны в твердых телах. На практике производительность BIC ограничена конечным размером конструкции, в то время как комбинация нескольких BIC может еще больше улучшить локализацию резонансов. В этом исследовании мы экспериментально демонстрируем комбинацию BIC Фабри-Перо и BIC с защитой симметрии в ближнем инфракрасном диапазоне, используя составную фотонно-кристаллическую систему, состоящую из фотонно-кристаллической пластины и брэгговского отражателя, что приводит к повышению качества.

    Повышение точности демодуляции поля напряжений с помощью StressUnet в области фотоупругости

    Weiliang Zhao, Guanglei Zhang, and Jiebo Li

    DOI: 10.1364/AO.464466 Поступила в редакцию 20 мая 2020 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Оценка поля напряжений на основе фотоупругости имеет жизненно важное значение в инженерных областях. Для достижения цели эффективной демодуляции распределения напряжений и преодоления ограничений традиционных методов важно разработать метод глубокого обучения, чтобы упростить и ускорить процесс получения и обработки изображений. В этой работе была предложена новая структура для повышения точности прогнозирования. Приняв Resnet в качестве основы, применив архитектуру U-Net и добавив модуль физических ограничений, наша модель восстановила поле напряжений с более высоким структурным сходством (SSIM). В различных условиях наша модель работала надежно, несмотря на сложную геометрию и наибольший диапазон напряжений. Результаты подтвердили универсальность и эффективность нашей модели и предоставили возможность мгновенного обнаружения стресса.

    Улучшенный алгоритм спектральной демодуляции с EEMDAD для высокотемпературного зондирования Фабри-Перо на сапфировом волокне

    Shuang Wang, Meiyu Yan, Junfeng Jiang, Zhiyuan Li, Anqi Chen, Ke Tan и T. Liu : 10.1364/AO.468884 Поступила в редакцию 28 июня 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается усовершенствованный алгоритм спектральной демодуляции с усреднением эмпирического разложения по ансамблю (EEMDAD) для подавления скачков порядка в сапфировом волокне Фабри-Перо с высокой система измерения температуры. Доказано, что отношение сигнал/шум (SNR) датчика тесно связано с выраженностью скачков демодуляции. Предлагаемый алгоритм может уменьшить флуктуации основных параметров за счет уменьшения шума в спектре, тем самым преодолевая это препятствие. Моделирование и эксперименты показывают, что алгоритм может эффективно устранять скачки порядка как в условиях стабильной, так и переменной температуры. Предложенный алгоритм решает проблему скачка порядка, которая долгое время мешала демодуляции этой системы, повышает точность демодуляции, обеспечивает надежную работу высокотемпературного датчика и демонстрирует отличные характеристики демодуляции.

    Высокоэффективные многослойные диэлектрические решетки с простой структурой, не зависящие от поляризации

    Хён-Джу Чо, Сук-Джун Ким, Кьюнг-Дак Ким, Сунг-Пил Чо, Ин-Сан Так, Гван-Ха Ким, Бьюнг-Джун Мун , DONG HWAN KIM, Yong-Soo Lee, Sang-In Kim, Hyun Tae Kim и Joonyoung Cho

    DOI: 10.1364/AO.469253 Поступила в редакцию 13 июля 2022 г. ; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Разработана и изготовлена ​​поляризационно-независимая многослойная диэлектрическая дифракционная решетка с малым аспектным отношением и высокой дифракционной эффективностью. Дифракционная решетка, спроектированная с плотностью 1200 штр/мм, имела аспектное отношение 0,59., а средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность в диапазоне углов Литтрова ±2,5° и длин волн 1030~1080 нм составила 97,2%. Разработанные решетки были изготовлены с использованием методов ионно-стимулированного осаждения (IAD) и реактивного ионного травления (RIE). Средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность изготовленной решетки составила 96,1 %, а ее стандартное отклонение — 0,68 %. Изготовленную дифракционную решетку облучали непрерывным лазером с длиной волны 1064 нм и плотностью мощности 30 кВт/см2 в течение 1 мин для измерения изменения температуры до и после применения лазера. Было подтверждено, что изменение температуры дифракционной решетки без термической обработки составило 8,8 ℃, а изменение температуры после термической обработки при 400 ℃ уменьшилось до 2,3 ℃.

    Изготовление и анализ диаметра односторонней конструкции наконечника SMF

    Кулдип Чоудхари и Сантош Кумар

    DOI: 10.1364/AO.471501 Поступила в редакцию 26 июля 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Оптоволоконная технология в сочетании с поверхностным плазмонным резонансом обеспечивает быстрое и точное определение химических, биохимических и биологических параметров. В последние десятилетия было предложено множество гибридных волоконно-оптических структур для повышения чувствительности волоконно-оптических биосенсоров. В этой работе структура наконечника оптического волокна изготавливается на одномодовом волокне (SMF) путем травления в растворе плавиковой кислоты (40%) при комнатной температуре. Предложенный метод формирования иглы методом жидкостного травления эффективен для изготовления высокочувствительных волоконных структур, которые обязательно необходимы для разработки биосенсоров на основе оптических волокон. Измерение диаметра сформированного наконечника волокна было выполнено с использованием составного микроскопа.

    Влияние температуры отжига на характеристики автономных УФ-фотодетекторов на основе пористых нанолистов ZnO

    zhitao chen, juan yao, hongli zhao, tengfei bi, yuechun fu, Xiaoming Shen, and huan he

    60 AO 3:0002 . 473483 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Пористые нанолисты ZnO (ZnO NS) могут играть важную роль в автономных УФ-фотодетекторах из-за их превосходных свойств, а их особенность пористости сильно влияет на характеристики фотоотклика. В данной работе пористые НС ZnO были получены гидротермальным методом с последующим одностадийным отжигом. Исследовано влияние температуры отжига на микроструктуру и фотоотклик пористых НС ZnO и автономных УФ-фотодетекторов n-ZnO НС/p-PEDOT:PSS. Результаты показывают, что плотность пор и размер НС ZnO можно регулировать, изменяя температуру отжига. При оптимальной температуре отжига 450 oC НС ZnO проявляют большую поглощающую способность для подходящей плотности и размера пор. Между тем, большее количество дефектов кристалла из-за сократимости поверхности увеличивает количество фотогенерируемых носителей. Исходя из этого, фотодетектор n-ZnO NSs/p-PEDOT:PSS обеспечивает больший фототок и высокую скорость фотодетектирования без внешнего напряжения смещения, что указывает на работу с автономным питанием. Более высокое поглощение света и большое количество электронно-дырочных пар, возникающие из-за плотных пор и поверхностных дефектов в пористых НС ZnO, могут объяснить улучшенные характеристики.

    Проект суперахроматического триплета VIS-NIR с пятицветовой коррекцией для широкополосного интерферометра июнь 2022 г. ; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В общем, линзы 𝑘 из разных материалов могут обеспечить максимум (𝑘+1)-коррекцию цвета (𝑘≥2). В этой статье суперахромат, содержащий три линзы, предназначен для достижения пятицветной коррекции в диапазоне длин волн 600–1600 нм, где максимальное хроматическое фокусное смещение контролируется в пределах 1/100 000 фокусного расстояния, достигая практически беспрецедентного результата. Сначала выводятся условия для комбинации оптических сил трех контактирующих тонких линз на основе дисперсионного уравнения Бухдаля, затем вводится метрика для проверки пятицветной коррекции, и предлагается метод коррекции для повышения точности подгонки показателя преломления модели Бухдаля из от ~10―3 до ~10―7. Пройдя 197 экологически чистых стеклянных материалов в библиотеке стекла CDGM итеративно, 113 исходных структур получаются всего за 61,75 секунды, из которых выбирается структура с минимальным хроматическим фокусным сдвигом для оптимизации с помощью Opticstudio. При задании необходимых операндов конечная структура, находящаяся в пределах дифракционного предела в поле зрения ±0,05°, получается всего за 6 секунд, где максимальная продольная хроматическая аберрация близка к максимальному хроматическому фокальному сдвигу. В документе представлена ​​полная теоретическая основа и важные рекомендации по разработке широкополосных суперахроматов с (𝑘+2)-цветовой коррекцией с использованием только линз 𝑘 и наименьшего хроматического фокусного сдвига, и на основе этих теорий мы разработали широкополосный интерферометр.

    Подход с поперечной накачкой для мощного одномодового титан-сапфирового лазера для лидаров ближнего инфракрасного диапазона

    Hannes Vogelmann, Johannes Speidel, Matthias Perfahl и Thomas Trickl май 2022 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем новую конструкцию мощного Ti:Sapphire лазера с поперечной накачкой, пригодного для лазерного дистанционного зондирования в ближнем инфракрасном (NIR) спектре. 2= 1.7$, $\varphi_x = 0.5$\,мрад, $\varphi_y = 0.8$\,мрад. Спектральная чистота (засеянная, $P_\mathrm{seed}\ge 170\,\upmu \mathrm{W}$) было лучше, чем 99,8\%. Кроме того, мы показываем установку с двумя длинами волн, применимую к лидару водяного пара в атмосфере. Основные характеристики этой теории работы предполагают хорошую возможность масштабирования для значительного повышения мощности будущих Ti:Sapphire лазеров.

    Полнодуплексная передача без источника света для миллиметровых волн по системе FSO

    Shuai Zhang, Lun Zhao, Song Song, Lei Guo и Yejun Liu август 2022 г .; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Система радиосвязи по оптическим каналам в свободном пространстве (RoFSO) является многообещающей альтернативой для мобильных передовых сетей, таких как воздушные базовые станции, где оптоволоконные линии недоступны для развертывания. Однако полнодуплексная передача создает проблемы при проектировании системы RoFSO из-за дополнительной структурной сложности, когда простота установки является обязательным требованием. Взаимодействие между восходящей линией связи и нисходящей линией связи для упрощенной структуры менее исследовано в смежных работах. В этой статье мы предлагаем структуру полнодуплексной системы передачи RoFSO, в которой физически сохраняется источник света восходящей линии связи. Центральная оптическая несущая сигнала с двухполосной модуляцией (DSB) в нисходящей линии связи выделяется как источник света для восходящей линии связи, и, таким образом, сложность системы снижается. Чтобы смягчить ухудшение перманентности передачи по восходящей линии связи из-за ослабленного источника света, оценка канала и предварительная компенсация мощности выполняются без дополнительных обучающих символов путем использования характеристик корреляции каналов между восходящей и нисходящей линиями и информационной независимости оптического сигнала. центральный перевозчик в DSB. В случае избыточной компенсации мощности и возникающих в результате эффектов в предварительную компенсацию мощности вводится механизм управления мощностью. -3 соответственно в условиях канала со средней и слабой турбулентностью. Благодаря механизму управления питанием уровень энергосбережения нисходящей и восходящей линии связи составляет до 78% и 67%.

    Оптимизация матрицы переноса резонатора одномерного фотонного кристалла для улучшенного поглощения однослойного графена Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Повышение оптического поглощения графена представляет значительный интерес из-за его замечательных применений в оптических устройствах. Одним из наиболее полезных методов является размещение графена в асимметричной полости Фабри-Перо, состоящей из одномерных диэлектрических мультислоев, образующих два зеркала. В связи с этим, используя метод матрицы переноса, мы явно рассчитали необходимую периодичность переднего фотонного многослойного зеркала, чтобы максимизировать возможное поглощение в графене для любой данной комбинации типа материала и количества слоев. Затем мы изучили эквивалентность этих структурных конфигураций произвольной периодичности, но с дефектами, где эквивалентность выполняется при ω = ξω0, ξ ∈ Z≥0. Эти дефекты вносятся через изменение положения слоев, на основе чего мы предлагаем алгоритм оптимизации для максимизации поглощения в структурах, имеющих полость с произвольной периодичностью. Численные расчеты даны для комбинаций диэлектрических материалов TiO2/SiO2 и Ta2O5/SiO2, и для понимания поведения этих оптимизированных структур для любой общей комбинации типов материалов было проведено сопоставление их расчетной периодичности переднего зеркала в пространстве показателей преломления двух типов материалов. было изучено.

    Алгоритм шумоподавления лазерных данных ICESat-2 на основе нейронной сети BP Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Фотонные данные ICESat-2 — это новые спутниковые данные LiDAR, которые широко используются в съемке и картографировании из-за небольшого фотометрического пятна и высокой плотности. Поскольку данные ICESat-2 собирают слабые сигналы, шумоподавление в мелководных островных районах затруднено, а качество метода шумоподавления напрямую влияет на точность батиметрии. В этой статье предлагается алгоритм шумоподавления на основе нейронной сети BP для характеристик данных мелководных островных рифовых областей. Во-первых, для фотонов в наборе данных создается горизонтальная эллиптическая область поиска. В области поиска выбираются подходящие значения признаков для обучения нейронной сети BP. Наконец, данные с географическим расположением далеко друг от друга, включая дневные и ночные данные, выбираются соответственно для экспериментов, чтобы проверить универсальность сети. Путем сравнения результатов с доверительными метками, представленными в официальных документах набора данных ATL03, алгоритма DBSCAN и ручной визуальной интерпретации, доказано, что алгоритм шумоподавления, предложенный в этой статье, имеет лучший эффект обработки на мелководных островных участках.

    Сканирование измерения погрешности поверхности и изменения толщины полусферического резонатора

    Деде Чжай, Цзинъян Го, Шаньонг Чен и Венвен Лу

    DOI: 10. 1364/AO.467742

    Получено 0 22 июня; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Полусферические резонансные гироскопы (HRG) представляют собой твердотельные вибрационные гироскопы с высочайшей точностью и широко используются в аэрокосмической области. Основной частью гироскопа является резонатор, представляющий собой тонкостенную полусферическую оболочку. Погрешность поверхности и изменение толщины полусферической оболочки вызывают расщепление частот, что ухудшает характеристики HRG. В целях руководства выравниванием массы полусферического резонатора в этой статье представлен новый метод сканирующего измерения поверхностной ошибки и изменения толщины полусферических резонаторов. Во-первых, многоосная платформа предназначена для бесконтактных сканирующих измерений датчиков вдоль меридиана и широты полусферического резонатора. Во-вторых, устанавливается модель ошибки измерительной системы. Погрешность поверхности стандартной сферы измеряется для калибровки и компенсации погрешностей сборки измерительного устройства. Кроме того, компьютером моделируется точность идентификации ошибок сборки и влияние ошибок сборки на измерение толщины. Наконец, измеряются поверхностная ошибка и изменение толщины полусферических резонаторов. Метод экспериментально продемонстрирован и проверен с помощью теста интерферометрии волнового фронта. Результаты показывают, что метод может обеспечить высокую точность и высокую повторяемость, что полезно для оценки погрешности обработки и дальнейшей оценки полусферического резонатора.

    Метод обнаружения легковесных запрещенных предметов на основе YOLOV4 для рентгеновской проверки безопасности

    Дунмин Лю, Цзяньчан Лю, Пейсинь Юань и Фэн Юй Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В области общественной безопасности и предупреждения преступности некоторые исследования, основанные на глубоком обучении, добились успеха в обнаружении запрещенных предметов для рентгеновского досмотра. Параметры и вычислительные затраты большинства методов обнаружения объектов, основанных на глубоком обучении, огромны, что делает требования к аппаратным средствам этих методов чрезвычайно высокими и ограничивает их применение. В этой статье предлагается облегченный метод обнаружения запрещенных предметов на основе YOLOV4 для досмотра с помощью рентгеновских лучей. Во-первых, MobilenetV3 используется для замены магистральной сети YOLOV4, а свертка с разделением по глубине используется для оптимизации шеи и головы YOLOV4, чтобы уменьшить количество параметров и потребление вычислительных ресурсов. Во-вторых, блок адаптивного пространственно-канального внимания предназначен для оптимизации шеи YOLOV4, чтобы улучшить возможности извлечения признаков нашего метода и сохранить точность обнаружения. В-третьих, фокусная потеря используется, чтобы избежать проблемы дисбаланса классов во время тренировочного процесса. Наконец, метод оценивается на нашем реальном наборе данных псевдоцветных рентгеновских изображений с YOLOV4 и YOLOV4-tiny. Для общей производительности средняя средняя точность нашего метода составляет 4,9.На 8% выше, чем у YOLOV4-tiny, и на 0,07% ниже, чем у YOLOV4. Количество параметров и вычислительные затраты нашего метода немного выше, чем у YOLOV4-tiny, и намного ниже, чем у YOLOV4.

    Малошумящий распределенный акустический датчик для сейсмологических приложений

    Алексей Алексеев, Борис Горшков, Михаил Таранов, Денис Симикин, Владимир Потапов и Дмитрий Ильинский

    DOI: 10.1364/AO.468804 Поступила в редакцию 0 2 июл 22; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Предлагается конфигурация распределенного акустического датчика (фазового рефлектометра) с низким уровнем шума в герцовом и субгерцовом диапазонах частот. Схема датчика использует интерферометр Маха-Цендера для генерации двухимпульсного зондирующего сигнала и реализует стабилизацию частоты лазерного источника с использованием того же интерферометра, что и частотный эталон. Схема одновременно обеспечивает низкий уровень шума за счет компенсации оптической разности хода мешающих полей обратного рассеяния и малого дрейфа выходного сигнала. Экспериментально показано, что стабилизация частоты лазера обеспечивает усиление сигнал/шум до 35 дБ в субгерцовых частотах, представляющих интерес для сейсмологии. Применимость предложенной схемы экспериментально продемонстрирована на примере телесейсмических землетрясений, зарегистрированных оптоволоконным кабелем, проложенным по дну Черного моря.

    Оценка разреженности позиционирования для коррекции Саньяка при передаче времени по оптоволоконному кабелю .467987 Поступила в редакцию 16 июня 2022 г .; Принято 06 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Эффект Саньяка является важным фактором, который приводит к невзаимности в волоконно-оптической системе передачи времени и частоты на большие расстояния. Для высокоточной передачи времени необходимо выполнить коррекцию, чтобы устранить разницу во времени на основе траектории пути. Однако информация о маршрутизации может быть недостаточно подробной, чтобы гарантировать достаточную точность для коррекции Саньяка. Таким образом, узлы на пути должны быть обследованы с определенной разреженностью. Представленная работа обеспечивает практический метод для оценки среднего расстояния этих узлов. Шесть смоделированных путей генерируются для проверки метода для различных неопределенностей.

    Трехмерный метод оценки функции рассеяния для средневолновой инфракрасной микроскопии

    Ансельмо Хара, Серхио Торрес, Гильермо Мачука, Пабло Коэльо и Лаура Виафора

    DOI: 10.1364 Jul. 2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен метод экспериментальной оценки трехмерной функции рассеяния точки, основанный на пространственно-локальной импульсной характеристике матрицы фокальной плоскости системы средневолнового инфракрасного микроскопа. Метод использует несколько расфокусированных двухмерных плоскостей функции рассеяния точки для достижения единой трехмерной функции рассеяния точки всего оптического рассеяния микроскопа, расширяя пределы инфракрасной оптической технологии на одно измерение. Этот метод включает этапы получения изображения, коррекции неоднородности, фильтрации и многоплоскостной реконструкции, и его эффективность продемонстрирована на восстановлении изображений биологических образцов с помощью приложения многоплоскостной перефокусировки.

    Метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для интерферометрии с фазовым сдвигом Поступила в редакцию 04.07.2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы уменьшить вибрационную ошибку фазосдвигающей интерферометрии и повысить точность демодуляции фазы волнового фронта, метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для фазосдвигающей интерферометрии, предложенный в данной статье. Для двух последовательностей интерференционных изображений со сдвигом фаз 0, 𝜋/2 метод сначала корректирует ошибку вибрации с помощью механизма предварительной обработки и многокомпонентного синтеза. При этом синтезируются два кадра интерференционных изображений со сдвигом фазы 0, 𝜋/2. Затем алгоритм проекции градиента используется для фильтрации фонового света синтезированного изображения, и фаза волнового фронта демодулируется на основе операции арктангенса. Экспериментальные результаты показывают, что процент пикселей, эффективно демодулированных на усеченном интерфейсе, превышает 9.0%. По сравнению с традиционным методом демодуляции количество эффективно демодулируемых пикселей (точность демодуляции) увеличивается.

    Автоматическое проектирование системы объективов для литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне на основе теории аберраций Зейделя

    Wei Tan, Huiru Ji, Yan Mo, Zhu Zhengbo и Donglin Ma ; Принято 05 сентября 2022 г .; Опубликовано 06. 09.2022   Просмотр: PDF

    Резюме: В этой статье предлагается метод решения исходной оптической структуры внеосевой многозеркальной системы для применения в экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVL). Отслеживая характерные лучи, первичную аберрацию можно выразить как функцию расстояния и кривизны на основе теории аберрации Зейделя. Исходная структура с благоприятными характеристиками аберрации рассчитывается, когда значение функции равно 0. Мы решаем две различные исходные структуры с внеосевой конфигурацией из шести зеркал с различной оптической силой. Числовая апертура (NA) окончательно оптимизированной оптической системы составляет 0,25, среднеквадратичное значение аберрации волнового фронта меньше 0,04λ, а абсолютная дисторсия меньше 1,2 нм.

    Моноимпульсный ладар: 3-D-локализация сверхвысокого разрешения с помощью Si-Photonic Serpentine Optical Phases Arrays

    Ченнинг Филбрик и Кельвин Вагнер

    Принято 04 сентября 2022 г . ; Posted 06 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем метод оптической локации и локализации объектов сверхвысокого разрешения, моноимпульсный ладар, используемый для определения угла точечной цели в двух измерениях с точностью до нескольких процентов оптического угла. ширины луча из дифференциальных измерений четырех только что разрешенных лучей с кодированием формы сигнала, одновременно обеспечивая целевой диапазон посредством когерентной или некогерентной корреляции кодированных сигналов. Обычная оптическая несущая сдвинута на четыре тона по шкале ГГц, каждый из которых модулируется различными волнами дальности, которые при передаче из Si-фотонной двумерной апертуры змеевидной оптической фазированной решетки (SOPA) с управляемой длиной волны формируют закодированный прямоугольный кластер луча, который распространяется на и рассеивается от удаленной точечной цели. Наложенные обратно рассеянные цели, отраженные от каждого луча, декодируются путем корреляции с эталонными сигналами в приемнике. Угловое положение цели вдоль двух ортогональных осей вычисляется из попарных соотношений амплитуд лучей, в то время как дальность до цели определяется из временной задержки каждого луча туда и обратно, измеренной с помощью широкополосного корреляционного пика. Представленный здесь анализ когерентных и некогерентных моноимпульсных ладарных архитектур показывает, что достижимо тридцатикратное увеличение углового разрешения — до уровня десятков угловых секунд — точечной цели, расположенной в широком поле обзора, при сохранении разрешения в сантиметровом масштабе. – ограниченная дальность с использованием одного передатчика тайла SOPA, с дальнейшим улучшением углового разрешения, возможным за счет массивного мозаичного расположения SOPA. Внедрение моноимпульсного ладара с апертурой SOPA позволяет немеханически управляемую локализацию трехмерных объектов с высоким разрешением в компактном форм-факторе с низкой сложностью управления.

    Томографическое изображение двуокиси углерода в выхлопных трубах больших коммерческих авиационных двигателей Эдвард Фишер, Руи Чжан, Чанг Лю, Ник Полидоридес, Алекс Цекенис, Пол Райт, Джошуа Климент, Йохан Нильссон, Ютонг Фенг, Виктор Прат, Хавьер Кармона, ХЕСУС ВАЛЬДЕПЕНАС, Марта Белтран, Валентин Поло, Ян Армстронг, Иэн Моклин, Дуглас Уолш , Марк Джонсон, Джоанна Боулдри и Хью Макканн

    DOI: 10. 1364/AO.467828 Поступила в редакцию 01 июля 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Здесь мы сообщаем о первом внедрении химически специфичной визуализации в выхлопном шлейфе газовой турбины, типичной для тех, которые используются для движения в коммерческих самолетах. Используемый метод — химическая видовая томография (CST), а целевым веществом является CO2, поглощающий в ближней инфракрасной области на длине волны 1999,4 нм. В общей сложности 126 лучей распространяются поперек оси шлейфа по траекториям длиной 7 м в копланарной геометрии для зондирования центральной области диаметром ≈ 1,5 м. Спектр поглощения CO2 измеряется с помощью перестраиваемой диодной лазерной спектроскопии с модуляцией длины волны (TDLS-WM) с использованием метода отношения второй гармоники к первой гармонике (2f/1f). Двигатель работает во всем диапазоне тяги, при этом данные записываются в квазисинхронном режиме с частотой кадров 1,25 Гц и 0,3125 Гц. Рассмотрены и представлены различные методики инверсии данных для реконструкции изображений. На всех уровнях тяги в центральной части плоскости измерений наблюдается устойчивая кольцевая структура с высокой концентрацией СО2, с приподнятой областью в середине шлейфа, предположительно из-за хвостовой части двигателя. Описанный здесь метод CST, способный работать с различными видами выхлопных газов, предлагает новый подход к исследованиям сгорания в турбинах, разработке газотурбинных двигателей и исследованиям и разработкам в области авиационного топлива.

    Алгоритм сшивания данных на основе эластичности

    Микио Курита и Аска Исии

    DOI: 10.1364/AO.466327 Поступила в редакцию 09 июня 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Алгоритмы сшивания данных широко используются для объединения нескольких последовательных данных или расширения рабочей области измерительных систем. Однако сшитые данные по методу наименьших квадратов имеют несогласованность на пересечениях из-за ошибок их измерения: в основном ошибка дрейфа. Мы предлагаем новый алгоритм сшивания, который рассматривает последовательные данные как упругое тело. Мы исследуем алгоритм с несколькими типами последовательных данных и подтверждаем уменьшение ошибки дрейфа.

    Нечувствительная к расстоянию отражательная установка для спектрально-разрешенного определения оптических свойств сильно мутных сред Поступила в редакцию 07.07.2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Posted 07 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Представлена ​​измерительная система для нечувствительного к расстоянию измерения коэффициента отражения от мутных сред. Геометрические соотношения блока обнаружения обсуждаются теоретически и впоследствии проверяются с помощью моделирования методом Монте-Карло. Кроме того, экспериментальная установка представлена ​​для подтверждения теоретических соображений и моделирования. Использование представленной измерительной системы позволяет проводить измерения коэффициента отражения в диапазоне расстояний примерно 2,5 см с отклонением менее ±0,5 % для сильно рассеивающих сред. Это отличается от использования волокна в классическом блоке детектирования, расположенного под определенным углом и положением относительно поверхности образца, что приводит к отклонениям в ±30 % в измеренном коэффициенте отражения в том же диапазоне расстояний.

    TEMPERATURE AND STRAIN SENSITIVITIES OF BONDED FIBER BRAGG GRATING AT ROOM TEMPERATURES AND CRYOGENIC TEMPERATURES

    Xiyong Huang, Mike Davies, Dominic Moseley, Erica Salazar, Charlie Sanabria, Owen Duke, Bart Ludbrook, and Rodney Badcock

    DOI: 10.1364/AO.460218 Поступила в редакцию 14.04.2022; Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Оптоволоконные датчики на решетке Брэгга (ВБР) хорошо подходят для применения в качестве датчиков температуры и/или деформации в суровых условиях, например, обнаружение горячих точек в термоядерных магнитах из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) при криогенных температурах и в условиях высокой радиации. Чтобы максимизировать отношение сигнал/шум (SNR) датчиков к горячей точке, мы предлагаем устанавливать датчики ВБР в V-образные канавки медного каркаса HTS. Чтобы исследовать различия между различными клеями при передаче напряжения и тепла в этой конфигурации, пять массивов ВБР монтируются в V-образные канавки медной собачки с использованием эпоксидной смолы Scotch-Weld™, Stycast® 2850 FT, Apiezon N и Loctite®. силикон 5145™. Медь циклически подвергается растягивающим усилиям в модифицированном универсальном приборе для испытаний на растяжение, подвергаясь тепловому циклу между 293 К и 77 К, а также распространение теплового импульса при 293 К и 80 К. Установлено, что ВБР, связанные эпоксидной смолой и Stycast, имеют одинаковую температурную и деформационную чувствительность при комнатной температуре и криогенных температурах. Было обнаружено, что Apiezon N стабильно передает деформации значительно ниже 245 K, что сравнимо с другими связующими материалами в диапазоне температур от 77 K до 110 K. В этой статье подчеркивается важность максимизации термической деформации, передаваемой от меди через связующие материалы, для достижения высокая температурная чувствительность ВБР. Не обнаружено существенной разницы между Ormocer и ВБР с полиимидным покрытием. Показано, что ВБР, склеенные четырьмя клеями в конфигурациях с V-образными канавками, имеют отношение сигнал-шум, сравнимое с повышением температуры на 20 К при 80 К9.0005

    Коэффициент отражения с пространственным разрешением от мутных сред, имеющих шероховатую поверхность. Часть I: моделирование

    Бенджамин Линднер, Флориан Фошум и Алвин Кинле

    DOI: 10.1364/AO.469985 Поступила в редакцию 7 июля 2022 г.; Принято 01 сентября 2022 г .; Posted 01 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Определение оптических свойств мутных сред с помощью измерений коэффициента отражения с пространственным разрешением является хорошо известным методом в оптической метрологии. Обычно поверхности исследуемых материалов предполагаются идеально гладкими. Однако в большинстве реалистичных случаев поверхность имеет неровный рельеф и рассеивает свет. В этом исследовании мы исследовали влияние модели поверхностного рассеяния Кука-Торранса и обобщенной модели поверхностного рассеяния Харви-Шака на коэффициент отражения с пространственным разрешением на основе моделирования методом Монте-Карло. Помимо анализа пространственно разрешенного сигнала отражения, мы сосредоточились на влиянии поверхностного рассеяния на определение приведенного коэффициента рассеяния и коэффициента поглощения мутных сред. Обе модели приводили к значительным ошибкам в определении оптических свойств без учета шероховатости.

    Аналитические уравнения для неконфокальной стигматической системы трех зеркал произвольной формы

    Рафаэль Гонсалес Акунья

    Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен новый метод проектирования систем с тремя зеркалами произвольной формы с нуля. Этот метод заключается в получении исходной настройки перед оптимизацией, которая получается непосредственно из множества всех возможных стигматических трехзеркальных систем произвольной формы. Затем к каждой поверхности добавляются коэффициенты деформации, которые оптимизируются для уменьшения аберрации, создаваемой дополнительными полями. Метод был протестирован, и результаты соответствуют ожиданиям.

    AO Ранняя публикация

    Гибридная визуализация структурных модальных форм с использованием тонких вариаций в высокоскоростном видео

    Dashan Zhang, Andong Zhu, Yuwei Wang и Jie Guo 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Техника фазового увеличения движения может преувеличивать определенные структурные вибрации и находит потенциальное применение в визуализации и понимании модальных форм. Однако на качество MotionMagnification влияют шумы и артефакты отсечения, особенно при большом увеличении. В этой статье предлагается гибридная структура увеличения движения, которая сочетает в себе эйлерову и лагранжеву обработку движения. Поскольку структурная глобальная пространственная вибрация, соответствующая различным модальным формам, обычно аккумулирует энергетические различия на временной шкале, с точки зрения Эйлера временные вариации интенсивности очищаются и разделяются в соответствии с распределением энергии для управления пространственными движениями. Между тем, с точки зрения Лагранжа, увеличение движения реализуется путем компенсации пространственного движения в соответствии с увеличенным векторным полем межкадрового движения. Используя как эйлерову, так и лагранжеву обработку движения, предлагаемая структура поддерживает больший коэффициент усиления и обеспечивает лучшую производительность при восприятии тонких вибраций в контролируемых модальных тестах.

    Полуаналитическое моделирование распространения оптических волн через турбулентность

    Джейсон Шмидт, Джейсон Теллез и Грегори Гбур

    DOI: 10. 1364/AO.465905 Поступила в редакцию 06 июня 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Волново-оптическое моделирование с разделением шагов полезно для изучения оптического распространения в случайных средах, таких как атмосферная турбулентность. Стандартный метод включает чередующиеся этапы параксиального распространения вакуума и накопления турбулентной фазы. Мы представляем полуаналитический подход к оценке интеграла дифракции Френеля с одним фазовым экраном между плоскостями источника и наблюдения и другим экраном в плоскости наблюдения. Эта конкретная установка полезна для моделирования геометрии астрономических изображений и лабораторных экспериментов с двумя экранами, которые имитируют реальную турбулентность с помощью фазовых колес, пространственных модуляторов света и т. д. произвольное количество экранов. По сравнению со стандартным подходом с угловым спектром, использующим быстрое преобразование Фурье, полуаналитический метод обеспечивает смягченные ограничения выборки и произвольную вычислительную сетку. Кроме того, когда оценивается ограниченное количество точек плоскости наблюдения или когда используется много временных шагов или случайных рисунков, полуаналитический метод может выполнять вычисления быстрее, чем метод углового спектра.

    Влияние шероховатости поверхности на эффекты усиления наносекундной лазерной ударной волны AO.469596 Поступила в редакцию 04.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается эффективный метод повышения энергии ударных волн, которые генерируются плазмой, расширяющейся наружу и сталкивающейся с другим газом. Кремниевые мишени используются в качестве ответной среды с шероховатостью 2,3 нм, 457,8 нм, 1,1 мкм и 37,1 мкм соответственно. В качестве источника излучения используется лазер с длиной волны 532 нм, длительностью импульса 8 нс и частотой следования 10 Гц. ICCD используется для фотографирования морфологии ударных волн. Эмиссионные изображения факелов кремниевой плазмы с временным разрешением наблюдаются в интервале (20~200 нс). По мере увеличения шероховатости поверхности цели интенсивность ударной волны постепенно увеличивается, а энергия ударной волны достигает 390,45 мДж при шероховатости 37,1 мкм.

    Обучение локальной глубиной регрессии от Defocus blur Bysoft-Assignment Кодирование

    РЕМИ ЛЕРОЙ, ПОЛИН ТРЕВЕВЕ, Бертран Ле Сау, Бенджамин Буат и Фредерик Шампаннат

    DOI: 10.1364/ao.47111105 9000 2 ; Принято 20 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем новый подход на основе патчей для регрессии глубины от расфокусированного размытия. В большинстве современных методов определения глубины по расфокусировке (DFD) используется метод классификации участков среди набора потенциальных размытий расфокусировки, связанных с глубиной, что приводит к ошибкам из-за постоянного изменения глубины. Здесь мы предлагаем адаптировать простую модель классификации, используя мягкое кодирование истинной глубины в вектор вероятности принадлежности во время обучения и шкалу регрессии для прогнозирования промежуточных значений глубины. В нашем методе не используется ни модель размытия, ни модель сцены, для него требуется только обучающий набор данных патчей изображения (либо RAW, в оттенках серого, либо RGB) и соответствующая им метка глубины. Мы показываем, что наш метод превосходит как классификацию, так и прямую регрессию на смоделированных изображениях из структурированных наборов данных или наборов данных с естественной текстурой, а также на реальных данных RAW с оптическими аберрациями из активного эксперимента DFD.

    Обратная конструкция оптических диффузоров на основе нанокристаллов для эффективного белого светодиодного освещения с поддержкой глубокого обучения

    Gangyi Li, Yuan Liu, Qi Wei Xu, Hao Liang и Xihua Wang 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г . ; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Угловая однородность цвета и световой поток являются наиболее важными показателями качества белого светодиода (WLED), и желательно одновременное улучшение обоих показателей качества. . Оптический рассеиватель на основе нанокристаллов целлюлозы (CNC) был применен к модулю WLED для улучшения угловой однородности цвета, но это неизбежно приводит к уменьшению светового потока. Здесь мы демонстрируем подход обратного проектирования, основанный на глубоком обучении, для проектирования модулей WLED с ЧПУ-покрытием. Разработанная прямая нейронная сеть успешно предсказывает две добротности с высокой точностью, а обратная модель предсказания может быстро рассчитать структурные параметры пленки с ЧПУ. Дальнейшие исследования, использующие преимущества как прямых, так и обратных нейтральных сетей, могут эффективно создать слой покрытия для модулей WLED для достижения наилучшей производительности.

    Метод переноса модели, основанный на кусочно-прямой стандартизации в спектроскопии лазерного пробоя

    Ge Xie, Lanxiang Sun, Dong Shang, Yuan Gao, Xin Ling, Xiuye ​​Liu 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Для построения моделей при количественном анализе сложных матриц в спектроскопии лазерного пробоя обычно требуется большое количество сертифицированных образцов. Из-за различий между приборами, включая эффективность возбуждения и сбора данных, количественную модель, созданную на одном приборе, трудно применить непосредственно к другим приборам. Для моделирования каждого прибора требуется большое количество образцов, что очень трудоемко и будет препятствовать быстрому применению техника ЛИБС. С целью устранения различий спектральных данных от разных приборов и снижения стоимости построения новых моделей в данной работе исследуется метод кусочно-прямой стандартизации в сочетании с методом частичных наименьших квадратов (PLS_PDS). Для получения спектральных данных используются два портативных прибора LIBS с одинаковой конфигурацией, один из которых называется ведущим прибором, поскольку его калибровочная модель напрямую построена на большом количестве размеченных образцов, а другой называется подчиненным прибором, поскольку его модель получена из мастер инструмент. Метод PLS_PDS используется для построения передаточной функции спектров между ведущим и подчиненным приборами, чтобы уменьшить спектральную разницу между двумя приборами, и, таким образом, одну калибровочную модель можно адаптировать к разным приборам. Результаты показывают, что для множественного элементного анализа образцов алюминиевого сплава количество образцов, необходимых для подчиненного моделирования, было уменьшено с 51 до 14 после передачи модели с помощью PLS_PDS, а количественные характеристики подчиненного прибора были близки к показателям главного прибора. Таким образом, метод переноса модели, очевидно, может уменьшить число образцов построения моделей для ведомых приборов, и это будет полезно для продвижения применения LIBS.

    Оптический дизайн имитатора солнечного излучения для метеорологических полей для улучшения однородности облучения и расширения диапазона регулирования облучения /AO.471462 Поступила в редакцию 25.07.2022; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Нацеленный на проблемы низкой однородности излучения и узкого диапазона регулирования освещенности в существующих солнечных симуляторах, метод оптического проектирования для метеорологических солнечных имитаторов с высокой однородностью излучения и широким диапазоном излучения предложенный. Использование ксеноновой лампы и некоаксиального эллипсоидного рефлектора с переменным коэффициентом в качестве концентратора. Проанализированы причины появления рассеянного света в оптическом интеграторе, предложен оптимальный метод проектирования интегратора на основе антиперекрестной диафрагмы и матричная модель распространения света, эффективно подавляющая паразитное излучение. Система регулирования освещенности предназначена для непрерывной регулировки освещенности в широком диапазоне. Приведен оптимальный метод проектирования коллимационной системы. Рациональность конструкции системы подтверждается моделированием в программе Lighttools. Результаты показывают, что в пределах эффективной поверхности облучения 100 мм x 100 мм освещенность плавно регулируется в диапазоне 100 Вт/м2-1400 Вт/м2, а равномерность облучения лучше, чем 99,10% при различном освещении. Это исследование преодолевает ограничения низкой однородности излучения и узкого диапазона регулировки освещенности традиционных метеорологических имитаторов солнечной радиации и может предоставить точные и надежные данные солнечной радиации для проверки и калибровки пиранометров.

    Об измерении отражательной способности дистанционного зондирования традиционным надводным методом в малых водоемах

    Liangfeng Chen, Zhongping Lee, Gong Lin, Yongchao Wang, Junwei Wang и Wendian Lai

    DOI: 10. 1364/AO.472122 Поступила в редакцию 01 августа 2022 г.; Принято 20 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Малые водоемы являются важной частью пресноводной системы Земли и играют важную роль в защите биоразнообразия и предоставлении экосистемных услуг. Из-за различных окружающих особенностей неизвестно, в какой степени мы можем получить точную отражательную способность дистанционного зондирования (Rrs) такой среды с помощью обычного надводного подхода (AWA). В этом исследовании мы использовали как AWA, так и подход с блокировкой светового люка (SBA), бок о бок, для измерения Rrs в типичном небольшом водоеме. Установлено, что вариация Rrs в УФ-синей области от AWA составляет около 50% и не согласуется с вариацией полного коэффициента поглощения (at), полученного из проб воды, в то время как, наоборот, вариация Rrs, полученная из SBA, составляет очень последовательный, с коэффициентом вариации менее ~ 5%. Эти результаты подчеркивают большие погрешности в измерении Rrs с помощью AWA из-за сложности такой среды, а также отражают надежность SBA при измерении Rrs в полевых условиях даже в таких сложных условиях.

    Обсерватория Саймонса: широкополосные метаматериалы с антибликовым покрытием для большой апертуры AluminaOptics. Wollack

    DOI: 10.1364/AO.472459 Поступила в редакцию 04 августа 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы представляем дизайн, изготовление и измеренные характеристики метаматериала Anti-Reflection Cuttings (ARC) для широкоформатных фильтров из оксида алюминия, работающих более чем на октаву полосы пропускания. размещены в обсерватории Саймонса (SO). ARC состоит из субволновых элементов, нарезанных на поверхность оптики с помощью специальной пилы для нарезки кубиками с почти микронной точностью. Конструкции позволяют контролировать отражения на процентном уровне при углах падения до 20°. ARC были продемонстрированы на четырех фильтрах диаметром 42 см, перекрывающих диапазон 75–170 ГГц, и прототипе диаметром 50 мм, перекрывающем диапазон 200–300 ГГц. 1,2 ТГц. Эти измерения демонстрируют управление коэффициентом отражения на процентном уровне в целевых полосах пропускания и быстрое снижение пропускания по мере того, как длина волны приближается к масштабу длины структуры метаматериала, где рассеяние преобладает над оптическим откликом. Последнее поведение позволяет использовать ARC метаматериала в качестве рассеивателя. фильтр в этом пределе.

    Полностью основанная на волокне SBS установка для генерации гребенки оптических частот с использованием метода рециркуляции накачки и изоляции гребенки путем реализации бриллюэновского усиления

    Аритра Пол и Прадип Кумар Кришнамурти

    Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Мы описываем установку на основе полностью стимулированного бриллюэновского рассеяния (ВРМБ) для генерации, усиления и выделения частотной составляющей из оптической частотной гребенки (ЧЧЧ). Каскадный SBS-OFC ​​получается за счет использования насоса и метода рециркуляции энергии Стокса. В общей сложности в диапазоне длин волн 1550 нм наблюдается более 15 гребенчатых линий в пределах полосы пропускания 45 дБ со средней мощностью 16 дБм. Путем реализации установки поляризатор-анализатор, использующей слабое двойное лучепреломление в кварцевых волокнах, мы усилили и выделили первую стоксову компоненту генерируемой гребенки. Выделенная компонента при 1550,03 нм была усилена на ≈ 55 дБ. Чтобы проверить изоляцию одной гребенчатой ​​линии, SBS-OFC ​​модулируется по интенсивности с использованием синусоидальных сигналов разных частот, и модуляция обнаруживается после изоляции гребенчатой ​​линии. Мы также наблюдаем, что с увеличением мощности бриллюэновской накачки во время изоляции гребенчатых линий спонтанный бриллюэновский шум действует как ограничение процесса избирательного усиления.

    Электрически активное управление терагерцовыми волнами в гибридной метаповерхностно-решетчатой ​​структуре с жидким кристаллом

    Цзюнь Ян, Лу Сюй, ГоЧжэнь Чжан, Ин Ли, Минганг Ху, Цзянь Ли, Хунбо Лу, Гуаншэн Дэн и Чжипин Инь

    DOI: 10. 1364/AO.470935 Поступило 22 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Предложен отражательный терагерцовый фазовращатель для широкодиапазонной динамической и непрерывной фазовой модуляции. Вводя перестраиваемый жидкий кристалл между метаповерхностью с прорезями и микроструктурой решетки, можно модулировать фазу отраженных волн с помощью различных электрических методов. Численное моделирование показывает, что предложенный терагерцовый фазовращатель имеет разность фаз более 360° между несмещенным и смещенным состояниями. Кроме того, была разработана и изготовлена ​​матрица из 35×35 накладных элементов. Производительность фазовращателя обеспечивает более 360° между 3790,6 ГГц и 391,8 ГГц, где максимальный фазовый сдвиг достигает 422,4° на частоте 385,9 ГГц. Более того, полностью электрически управляемая фазовая модуляция более чем на 180° достигается между 382,0 ГГц и 394,1 ГГц с максимальной фазовой модуляцией 248,4° на 383,3 ГГц. Эта работа может предоставить отражательный терагерцовый фазовый модулятор для управления лучом.

    Экспериментальный анализ высокотемпературной ползучести стали FV566 на основе корреляции цифровых изображений

    Huanqing Wang, Pengxiang Ge, Wu Wen, Yonghong Wang, and Biao Wang

    DOI: 10.1364/AO.469885 Поступила в редакцию 06 июля 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Цифровая корреляция изображений (DIC) — это метод оптического измерения деформации/смещения материала, основанный на освещении видимым светом, который можно использовать для измерения долговременного механического поведения. В данной работе независимо разработана экспериментальная методика анализа высокотемпературной ползучести стального материала ФВ566 на основе ДИК. С учетом проблем преломления среды стеклянных смотровых окон и нарушения теплового потока воздуха при высокотемпературных испытаниях были предложены соответствующие методы коррекции для повышения точности измерений. Затем на основе изложенных выше методик были проведены испытания на высокотемпературную ползучесть трех образцов различной формы и рассчитана площадь концентрации деформации при 600 °С. Затем было исследовано влияние формы и других свойств на разрушение материала при ползучести, распределение напряжения и фактическую деформацию. Наконец, результаты расчета DIC были проанализированы и сопоставлены с результатами анализа методом конечных элементов и окончательным положением излома образца. Три результата имели высокую степень согласованности, что подтвердило, что предложенный метод может точно измерять и анализировать поведение материалов при ползучести.

    Валидация метода лидара с двойной поляризацией поля зрения для восстановления микрофизических свойств однородных водяных облаков: исследование, основанное на поляриметрическом моделировании методом Монте-Карло Liu

    DOI: 10.1364/AO.468142 Поступила в редакцию 23 июня 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г . ; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье освещается проверка метода поляризационного лидара с двойным полем зрения (FOV) для определения эффективного радиуса облачных капель в сочетании с коэффициентом ослабления облаков однородной воды. облачный подход через моделирование. Моделирование основано на поляриметрическом методе Монте-Карло с полуаналитическими функциями в условиях многократного рассеяния. Результаты моделирования показывают, что коэффициент деполяризации, измеренный при двойном поле зрения, является функцией эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака. Используя метод стандартного отклонения на обширных результатах моделирования, а затем применяя полиномиальную регрессию, получают два полиномиальных соотношения, выражающих восстановление эффективного радиуса облачной капли и коэффициента ослабления облака из интегрального коэффициента деполяризации слоя на малых оптических глубинах вблизи нижней части облака. В конце концов, результаты, представленные в [1], подтверждены. Микрофизические свойства водяного облака, содержание жидкой воды и числовая концентрация капель в облаке являются функциями этих двух параметров и, таким образом, могут быть найдены численно

    Исследование очистки сшитого полимерного покрытия на металлической сетке лазером CO2

    Yating Shi, Wei Chen, Jun Wang, Chi Zhang, Chengjun Zhang и Hongjun Li

    DOI: 10.1364/AO.469947

    4 Получено июль 2022 г.; Принято 19 сентября 2022 г .; Posted 21 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Загрязнение, вызванное химической очисткой полимерных покрытий при переработке печатных трафаретов, можно уменьшить с помощью лазерной очистки. Исследован механизм взаимодействия лазерного луча с полимерным покрытием, построена пороговая модель лазерной абляции сшитого полимера, обсуждены принципы лазерного связывания и фотоионизации. Когда плотность энергии лазера составляет 7,8 Дж/см2, ширина лазерного импульса и энергия воздействия влияют на характеристики после абляции. При энергии осаждения > 1,2 Дж/см2 происходит карбонизация полимерного материала. Когда энергия осаждения

    Расширение частотно-динамического диапазона датчиков DMZI на основе системы обратной связи управления переключением AO.465370 Поступила в редакцию 01.06.2022; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Контур обратной связи в датчиках двойного интерферометра Маха-Цендера (DMZI) стабилизирует систему, работающую в квадратичной точке, для обеспечения максимальной чувствительности, но требует минимальной измеряемой частоты вибрации вне обратной связи. полосы пропускания, что приводит к ограничению динамического диапазона. В этом письме мы отмечаем, что операция обратной связи не нужна при наличии вибрации, и предлагаем стратегию адаптивного включения/отключения фазовой компенсации обратной связи в зависимости от состояния вибрации, снижая минимально измеримую частоту вибрации в 10 раз. Более того, используемая переменная состояния позволяет напрямую извлекать данные, связанные с вибрацией, без необходимости сложных алгоритмов постобработки.

    Система возбуждения электрооптических модуляторов MZ в микроволновой фотонике 2022 г.; Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы получить сигнал модуляции с широкой полосой пропускания и очень стабильной выходной мощностью без искажений, в Эта бумага. Система в основном состоит из трех частей: модуля источника питания, модуля генерации микроволнового сигнала и модуля автоматической регулировки усиления. Модуль питания обеспечивает соответствующее напряжение и ток для двух других модулей. Модуль генерации микроволнового сигнала используется для генерации микроволнового сигнала. Модуль автоматической регулировки усиления (АРУ) использует цифровую структуру управления АРУ и принцип ПИД-регулирования для обеспечения стабильного управления выходной мощностью микроволнового сигнала. Разработано аппаратное обеспечение, а программный алгоритм интегрирован в систему вождения для проверки эффективности и стабильности. Результаты экспериментов показывают, что полоса пропускания модуля автоматической регулировки усиления достигает 20 ГГц. Предлагаемый модуль автоматической регулировки усиления позволяет эффективно стабилизировать выходную мощность СВЧ-сигнала на уровне 10 дБм при флуктуациях менее ±1,5 дБ, а его стабильность повышается в 74,9 раза.5% по сравнению с существующим инструментом. Когда входная мощность изменяется на частоте 10 кГц, система по-прежнему может достигать стабильных характеристик управления и демонстрирует отличные динамические характеристики.

    Имитационный анализ ближнего и дальнего поля массива лазеров ARROW с узкими щелями

    Кун Тянь, Юнган Цзоу, Хуэй Тан и Сяохуэй Ма

    Принято 17 сентября 2022 г .; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Abstract: Исследована структура периодической щелевой трехъядерной антирезонансной отражательной лазерной решетки на оптических волноводах. Периодические узкие прорези используются для определения функциональных областей в решетке, что напрямую позволяет избежать повторного эпитаксиального роста при изготовлении традиционных антипроводниковых решеток. Сравнительное исследование подтвердило реализуемость схемы. Кроме того, результаты расчетов показывают, что с увеличением ширины противоводной сердцевины увеличивается коэффициент мощности главного лепестка в дальней зоне, а угол расходимости главного лепестка и угол между вторичным лепестком и главным лепестком уменьшаются. Этот закон дает идеи для оптимизации структуры массива.

    Алмазный микроскребок для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме

    Songtao Meng, Ziqiang Yin, Jinwen Liu, Yawen Guo, Jian Yao и Senbin Xia 27 июля 2022 г .; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Впечатывание с рулона на рулон (R2R) — это высокопроизводительный и недорогой метод непрерывного производства для массового производства высококачественных функциональных оптических полимерных пленок. При изготовлении оптических пленок роликовые формы с высокой точностью и чистотой поверхности являются ключевыми компонентами оснастки в процессе импринтинга R2R. Однако усеченная радиальная матрица Френеля приводит к разрыву траектории обработки. Поэтому прямое алмазное точение обрезанной радиальной матрицы Френеля на валковом пресс-форме считалось невозможным. В этой статье используется метод алмазного микроскребка (DMS) для изготовления обрезанной радиальной матрицы Френеля на роликовой пресс-форме. Обрезанная радиальная матрица Френеля делится на обрезанную и полную структуру Френеля, которые обрабатываются отдельно. Обрезанная деталь использует метод закругления углов, чтобы избежать повреждения обработанной поверхности. Из-за большого размера и большого веса роликовой пресс-формы невозможно использовать обычные автономные методы измерения, поэтому в этой статье измеряется и оценивается профиль поперечного сечения с помощью метода измерения на машине, чтобы проверить осуществимость предлагаемого метода. Это исследование предлагает решение для обработки поверхности прерывистых и сложных микроструктур на роликовой пресс-форме.

    Оптическая асимметричная криптосистема JTC, основанная на бинарной фазовой модуляции и операции наложения-вычитания изображений .466386 Поступила в редакцию 10 июня 2022 г .; Принято 16 сентября 2022 г.; Опубликовано 21 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Криптосистема коррелятора совместного преобразования (JTC) — это простая и практичная оптическая криптосистема. Но одинаковый ключ как при шифровании, так и при дешифровании создает неудобства и риски для безопасности при распределении ключей и управлении ими. Чтобы преодолеть эти недостатки, мы сначала создаем одностороннюю функцию с лазейкой, основанную на операции наложения и вычитания изображений. Затем в этой статье в сочетании с односторонней бинарной фазовой модуляцией предлагается оптическая асимметричная криптосистема JTC. Эти два вида односторонних функций с лазейкой не только эффективны и реализуемы, но и могут значительно повысить устойчивость нашего предложения к различным атакам. Кроме того, мы выбираем структурированную спиральную фазовую маску (SSPM), управляемую ее структурными параметрами, в качестве ключевой маски криптосистемы JTC для облегчения передачи ключа. Когда структурные параметры SSPM защищены алгоритмом RSA во время шифрования и дешифрования, одновременно могут быть достигнуты как удобство распределения и управления ключами, так и повышение безопасности, что также делает наше предложение более близким к базовому соглашению об открытом ключе. криптосистема. Анализ моделирования и первоначальные экспериментальные результаты подтвердили правильность и осуществимость нашего предложения.

    Сверхвысокочувствительный датчик микроперемещений на основе U-образного изогнутого SMF

    shuying Li, Feng wu, Yu Liu, Kun Li, Shishuai Sun, Xiaolan Li, and Miao Yinping

    DOI: 10. 1364/AO .471712 Поступила в редакцию 02.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 15 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Датчики на основе изогнутых оптических волокон неправильной формы вызвали значительный интерес во многих приложениях. Однако эффективная интерференционная длина и радиус изгиба волокна неправильной формы не были указаны точно. Здесь предлагается модель эквивалентной дуги для определения эффективной интерференционной длины и радиуса изгиба U-образного волоконного устройства: U-образное оптическое волокно эквивалентно регулярной дуге. Мы обнаружили, что эффективная интерференционная длина устройств сильно зависит от изменения высоты конструкции в некоторых размерах специальной конструкции, что очень полезно для измерения микроперемещений. В рамках этой модели был реализован сверхвысокочувствительный датчик микроперемещения -1,2838 нм/мкм в диапазоне измерений 0-60 мкм. Чувствительность этого устройства на порядок выше, чем у любого ранее описанного устройства с изогнутым оптическим волокном. Что еще более важно, стратегия анализа модели эквивалентной дуги может быть обобщена на различные датчики микроперемещения с неправильным изогнутым волокном и другие поля восприятия.

    Характеристика индуцированных лазером ударных волн, генерируемых во время инфракрасной лазерной абляции меди методом оптического отклонения луча 472340 Поступила в редакцию 05.08.2022; Принято 15 сентября 2022 г.; Posted 16 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Ударные волны, генерируемые при лазерной абляции медной мишени, исследованы методом отклонения оптического луча. Плотность наносекундного импульсного инфракрасного лазерного луча находилась в диапазоне 15-700 Дж/см2. Скачки плотности, связанные с натеканием ударной волны в двух точках взаимодействия, регистрировались с помощью зондов гелий-неонового лазера. В общем случае возникает сверхзвуковая ударная волна, которая распространяется по воздуху и постепенно затухает в акустическую волну. Были проведены эксперименты по изучению влияния плотности потока лазерного излучения и расстояния распространения на скорость и давление ударной волны. Скорость ударной волны зависит от плотности потока лазерного излучения как 𝑣 ∝ 𝐹0,3𝑙 и с расстоянием распространения как 𝑣 ∝ 𝑑―1,5. Эти результаты сравниваются с предсказаниями теоретических моделей. В исследованном диапазоне плотности энергии давление ударной волны возрастает на порядок (~1-10 МПа). Мы продемонстрировали, что давление ударной волны и аблированная масса могут быть связаны, что дает давление ударной волны, зависящее от массы, которое линейно увеличивается с плотностью потока лазерного излучения. Мы также заметили фокусировку зондирующего луча ударной волны при определенных условиях, что указывает на то, что ударная волна изменяет показатель преломления сжатого слоя воздуха. Сообщенные результаты полезны для фундаментального понимания, а также прокладывают путь к новым применениям лазерно-индуцированных ударных волн.

    Однократное получение 3D-формы с использованием метода структурированного света на основе обучения

    Хиеу Нгуен, Кхань Ли, Шарлотта Цюн Ли и Чжаоян Ван

    DOI: 10. 1364/AO.470208 2 Receive0 12 Jul 20; Принято 15 сентября 2022 г.; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Обучение трехмерному (3D) представлению формы объекта из одиночного изображения было преобладающей темой в компьютерном зрении и глубоком обучении в течение последних нескольких лет. Несмотря на широкое распространение в динамических приложениях, точность измерения получения трехмерной формы из одиночного изображения все еще неудовлетворительна из-за широкого круга проблем. В этой статье представлен точный метод получения трехмерной формы из однократного двумерного (2D) изображения с использованием интеграции метода структурированного света и подхода глубокого обучения. Вместо прямого преобразования из 2D в 3D сеть шаблонов в шаблоны обучается преобразовывать одноцветное структурированное световое изображение в несколько двухчастотных интерференционных шаблонов со сдвигом по фазе для последующей реконструкции трехмерной формы. Профилометрия интерференционной проекции, известный метод структурированного света, используется для создания высококачественных наземных меток для обучения сети и выполнения трехмерной реконструкции формы после прогнозирования интерференционных узоров. Был проведен ряд экспериментов, чтобы продемонстрировать практичность и потенциал предлагаемой методики для научных исследований и промышленных применений.

    Применение технологии трехмерной реконструкции на основе алгоритма MC в роботе для торкретирования

    Qi Ouyang, Yanhua Lin, Xinglan Zhang, Yuexin Fan, Weijing Yang и Tao Huang

    2022 г.; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 15 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Роботу для торкретирования необходимо реконструировать поверхность арки в трехмерном виде в процессе распыления туннеля. Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем метод реконструкции Marching Cubes (MC), основанный на соединении облака точек и нормальной переориентации. Во-первых, мы используем взрывозащищенный LIDAR для получения данных облака точек арки туннеля, а затем используем алгоритм итеративной ближайшей точки (ICP), сквозную фильтрацию и фильтрацию StatisticalOutlierRemoval для сращивания облака точек, сегментации данных и упрощения соответственно. Чтобы повысить точность реконструкции, мы скорректировали оценочную нормаль облака точек для нормальной согласованности и получили геометрические характеристики поверхности сложного облака точек. Кроме того, в сочетании с улучшенным алгоритмом MC реализована трехмерная реконструкция свода туннеля. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод может быстро и точно реконструировать 3D-модель поверхности свода туннеля, что закладывает основу для дальнейших исследований плана траектории, мониторов состояния распыления и стратегий управления.

    Анализ рассеяния двумерных пучков Эйри типичными несферическими частицами

    Чживэй Цуй, Цзю Ван, Ванци Ма и Фупин Ву

    DOI: 10. 1364/AO.469959 Поступила в редакцию 0 20004; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Рассеяние структурированных световых лучей различными частицами является важным предметом исследований с множеством практических приложений, таких как манипулирование, измерение и диагностика малых частиц. В данной работе проводится анализ рассеяния двумерных (2D) пучков Эйри типичными несферическими частицами. Векторы электрического и магнитного поля падающих пучков Эйри получаются путем введения векторного потенциала в калибровку Лоренца. Поля рассеяния частиц получают с помощью метода моментов (МоМ), основанного на поверхностных интегральных уравнениях (ПИУ). Выполнены и проанализированы некоторые численные модели рассеяния двумерных пучков Эйри несколькими выбранными несферическими частицами. В частности, на примере сфероидальной частицы исследуется влияние различных параметров, описывающих двумерные пучки Эйри, на ее дифференциальное сечение рассеяния (ДСРП). Ожидается, что эта работа будет полезна для понимания взаимодействия двумерных пучков Эйри с несферическими частицами и их дальнейших приложений.

    Метод устранения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Канни

    Xing Peng and Lingbao Kong

    DOI: 10.1364/AO.467923 2 Получено 0; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Аддитивное производство — это высококонкурентная, недорогая технология с высоким уровнем производства, хотя в деталях, изготовленных аддитивным способом, всегда существуют дефекты, которые еще больше влияют на характеристики продукта. . Технология обнаружения дефектов необходима для контроля качества и улучшения процесса аддитивного производства. Эффективное извлечение дефектов по-прежнему затруднено из-за топологической сложности дефектов. В этом исследовании был предложен метод извлечения дефектов для деталей, изготовленных методом аддитивного производства, с улучшенным сверхвысоким разрешением изображения на основе обучения и алгоритмом Кэнни (LSRC), который основан на методологии прямого сопоставления. Метод LSRC сравнивается с алгоритмом бикубической интерполяции и алгоритмом встраивания соседей по качеству и надежности реконструкции сверхвысокого разрешения. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод LSRC значительно лучше сравниваемых алгоритмов по качеству и надежности реконструкции. Предлагаемый метод полезен для извлечения и анализа ключевых дефектов и, следовательно, для предоставления информации о диагностике процесса для процесса аддитивного производства.

    Алгоритм оконной фильтрации для импульсной лазерной когерентной комбинированной системы с низкой частотой повторения

    Jiali Zhang, jie CAO, Qun Hao, Yang Cheng, Liquan Dong, kaixin xiong, Bin Han и Xuesheng Liu

    DOI: 10. 1364/AO .473505 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 13 сентября 2022 г .; Опубликовано 14 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Метод мультидизеринга был хорошо проверен в экспериментах по фазовой синхронизации поляризационных когерентных комбинаций. Однако это трудно применить к когерентной комбинации импульсного лазера с низкой частотой повторения, поскольку существует перекрытие в частотной области между импульсным лазером и большим амплитудно-фазовым шумом, в результате чего традиционные фильтры не могут эффективно отделять фазовый шум. Для решения этой проблемы мы предлагаем новый метод обнаружения, идентификации и фильтрации импульсных шумов, основанный на характеристиках автокорреляции между шумовыми сигналами. Алгоритм адаптивной оконной фильтрации собственной разработки может эффективно фильтровать импульсный сигнал с примесью фазового шума около 0,1 мс. После того, как импульсы отфильтрованы, оставшийся сигнал фазового шума используется в качестве входного сигнала метода множественного дизеринга для фазовой синхронизации, разность фаз двух импульсных лучей (10 кГц) успешно компенсируется до нуля, и когерентная комбинация реализована фазовая синхронизация с обратной связью. При этом периоды фазовой коррекции короткие, эффект фазовой синхронизации стабилен, а интенсивность итоговых объединенных импульсов достигает идеального значения (0,9Imax). Кроме того, предложенный нами алгоритм адаптивной оконной фильтрации может быть применен к когерентной комбинированной системе волоконных лазеров с большой решеткой и в дальнейшем заложить основу для лидара с волоконной фазированной решеткой.

    Utilising Broadband Wavelength-Division MultiplexingCapabilities of Hollow-Core Fiber for QuantumCommunications

    Umberto Nasti, Hesham Sakr, Ian A. Davidson, Francesco Poletti, and Ross Donaldson

    DOI: 10.1364/AO.471632 Received 01 Aug 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Одной из основных проблем при развертывании квантовой связи (КК) по оптоволокну с твердой кварцевой сердцевиной является снижение производительности из-за оптического шума, возникающего при совместном распространении классических оптических сигналов. Чтобы уменьшить влияние оптического шума, исследовательские группы обращаются к новым и новаторским архитектурам оптического волокна с твердой и полой сердцевиной. Исследовалось воздействие при совместном распространении однофотонного уровня (850 нм) и двух классических оптических сигналов (940 нм и 1550 нм) при использовании вложенного антирезонансного безузлового волокна (NANF) с двумя окнами с низкими потерями. Было показано, что сигнал 940 нм влияет на однофотонное измерение из-за реализованной технологии кремниевого детектора, однако методы мультиплексирования и фильтрация могут уменьшить это влияние. Было показано, что сигнал 1550 нм не оказывает вредного воздействия. Результаты показывают, что как широкополосный оптический трафик на длине волны 1550 нм, так и канал QC на длине волны 850 нм могут совместно распространяться без ухудшения качества канала QC.

    Быстрая физическая случайная генерация битов на основе системы хаотической оптической инжекции с многолучевой оптической обратной связью 10. 1364/AO.472006 Поступила в редакцию 29 июля 2022 г.; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе хаотического сигнала, обеспечиваемого простой хаотической системой, генерируется случайная битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с с использованием циркулирующего исключающего ИЛИ (CXOR). метод постобработки. Такая простая хаотическая система строится с помощью ведомого полупроводникового лазера (SSL), подвергающегося оптической инжекции хаотического сигнала, исходящего от ведущего полупроводникового лазера (MSL) при многолучевой оптической обратной связи (MPOF). Во-первых, путем изучения зависимостей временной характеристики (TDS) и полосы пропускания хаотического сигнала от некоторых ключевых параметров работы определяются оптимальные параметры для генерации высококачественного хаотического сигнала с большой полосой пропускания и низким TDS. Во-вторых, высококачественный хаотический сигнал преобразуется в 8-битный цифровой сигнал путем дискретизации цифровым осциллографом со скоростью 80 Гвыб/с. Затем, применяя метод постобработки CXOR, получается битовая последовательность со скоростью 640 Гбит/с. Наконец, случайность оценивается с помощью статистических тестов Специальной публикации 800-22 Национального института стандартных технологий (NIST), и результаты показывают, что полученная случайная последовательность битов может пройти через все тесты NIST.

    Чувствительность приемника ридберг-атома к частотной и амплитудной модуляции микроволн

    Себастьян Боровка, Ульяна Пилипенко, Матеуш Мазеланик и Михал Парняк

    Received Принято 12 сентября 2022 г.; Posted 15 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Известно, что электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИП) в атомных системах, включающих ридберговские состояния, является чувствительным зондом падающих микроволновых (МВ) полей, в частности резонансных с ридберговскими – переходы Ридберга. Здесь мы предлагаем понятную аналитическую модель отклика ридберговского атомного приемника на амплитудно- (АМ) и частотно-модулированные (ЧМ) сигналы и сравниваем ее с экспериментальными результатами: мы представляем установку, которая позволяет посылать сигналы либо с АМ, либо с ЧМ и оценивать их эффективность с демодуляцией. Кроме того, установка демонстрирует новую конфигурацию обнаружения, использующую все круговые поляризации для оптических полей и позволяющую обнаруживать поля СВЧ с круговой поляризацией, распространяющиеся коллинеарно с оптическими лучами. В наших измерениях мы систематически показываем, что некоторые параметры демонстрируют локальные оптимальные характеристики, а затем оцениваем эти оптимальные параметры и рабочие диапазоны, обращая внимание на необходимость разработки надежного ридберговского СВЧ-датчика и протокола его работы.

    Путь к 200-МГц фемтосекундному волоконному лазеру с легированным Yb-волокном, работающим только на ФМ, с высоким выходным коэффициентом связи

    DOI: 10.1364/AO.472038 Поступила в редакцию 03.08.2022; Принято 12 сентября 2022 г.; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: На основе не зависящих от времени уравнений скорости и нелинейного уравнения Шредингера мы моделируем 200-МГц волоконный Yb-лазер с синхронизацией мод с сохранением всех поляризаций (PM). . Присутствует двусторонняя эволюция резонатора в направлении стабильной синхронизации мод. Кроме того, исследуются коэффициенты усиления вдоль усиливающего волокна, а также импульсы, чирп и спектры в различных местах резонатора. Исследовано также влияние параметров брэгговской решетки с чирпированным волокном на форму импульса и профиль спектра. Согласно расчетам, экспериментально реализуется фемтосекундный волоконный лазер на частоте 200 МГц с выходной мощностью 115 мВт. Временной джиттер и интегральный шум относительной интенсивности измеряются как 158 фс [1 кГц-10 МГц] и 0,0513% [1 Гц 300 кГц] соответственно. В итоге средняя усиленная мощность 610 мВт и 79Получаются сжатые импульсы с пиковой мощностью около 28 кВт. Представленная фемтосекундная волоконная лазерная система allPM может быть принята в качестве основы для оптической гребенки частот.

    Вейвлетный подход к шумоподавлению в оптической связи на большие расстояния

    Qiang Wang, Lei Cui, Xuewei Wang, jing ma, Liying Tan и Hui Wang

    Принято 12 сентября 2022 г. ; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Abstract: Для оптических линий связи в свободном пространстве световое пятно, собираемое фотоприемником на приемном терминале, не является идеальным световым пятном, на которое влияет атмосферная турбулентность. Световое пятно, собираемое фотоприемником, также будет сопровождаться различными шумами. Что еще более важно, наличие всех шумов приведет к ошибкам при определении центра светового пятна. В результате ошибка слежения может повлиять на стабильность оптоэлектронной системы слежения. Поэтому необходимо убрать шум с собранных изображений. Метод удаления шума должен быть эффективным, но он не может требовать большого объема вычислений, влияющих на производительность в реальном времени. Количество вычислений вейвлет-преобразования невелико, а эффект удаления шума лучше, что позволяет сосредоточиться на локальных деталях с произвольными коэффициентами расширения. В этой статье предлагается усовершенствованный метод шумоподавления вейвлетов. Эксперимент по проверке на большом расстоянии (11,16 км) подтвердил эффективность этого подхода по сравнению с традиционным методом. Кроме того, этот новый подход будет полезен для проектирования систем оптической связи.

    Генерация модулированных импульсов с длиной волны 532 нм на основе петли временной задержки и поворота поляризации Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: В данной статье теоретически и экспериментально исследуется простая и недорогая схема генерации модулированных импульсов с длиной волны 532 нм. Модулятор представляет собой внешний резонатор на основе петли временной задержки и поворота поляризации, который реализуется двумя полуволновыми пластинами. Распространяясь во временной петле задержки несколько раз и частично выходя после каждого кругового обхода, модулируется интенсивность начального импульса зеленого лазера. Путем анализа поляризации импульса в каждом круговом обходе моделируется последовательность импульсов для имитации формы модулированного импульса. Этот модулятор соединен с субнаносекундным лазерным источником с длиной волны 532 нм для проверки модели модуляции интенсивности. В эксперименте вращением ГВП получаются модулированные импульсы с различным временным профилем. Расчетная основная частота модуляции составляет 520 МГц, а частота второй гармоники также превышает 1 ГГц. Такая схема модуляции интенсивности может быть применена при подводном обнаружении и дальнометрии.

    Устройство и его принцип компенсации тепловой аберрации

    Ю Синфэн, Хуайцзян Ян и Минъян Ни

    DOI: 10.1364/AO.464483 Поступила в редакцию 19 мая 2022 г.; Принято 11 сентября 2022 г.; Posted 14 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Тепловые аберрации, вызванные поглощением лазерных лучей, ухудшают качество изображения экспонирующих инструментов в процессе работы. Многие компенсаторы, такие как движение или деформация линзы, используются для компенсации тепловых аберраций низкого порядка оптических систем. В этой статье представлен аппарат с возможностью коррекции аберраций высших порядков. Основной принцип устройства заключается в активном нагреве и охлаждении линзы вблизи зрачка для создания желаемого температурного профиля для компенсации тепловых аберраций. Сначала мы представили основную концепцию аппарата. Затем мы создали аналитическую модель для описания температуры линзы аппарата на основе принципа его работы и продемонстрировали его компенсационную способность. Наконец, был предложен алгоритм динамической компенсации термоаберраций для преодоления эффектов временной задержки терморегулируемой линзы.

    Неравномерное освещение подводного изображения с помощью слияния событий и кадров

    Xiuwen Bi, Tao Wu, Pengfei Wang, Fusheng Zha и Peng Xu

    Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Поглощение и рассеяние водной средой может ослаблять свет и создавать трудности при подводном оптическом изображении. Источники искусственного света обычно используются для получения изображений глубоководных объектов. Из-за ограниченного динамического диапазона стандартных камер искусственные источники света часто приводят к тому, что подводные изображения получаются недоэкспонированными или переэкспонированными. Событийные камеры, напротив, имеют широкий динамический диапазон и высокое временное разрешение, но не могут обеспечить кадры с богатыми цветовыми характеристиками. В этом письме мы используем взаимодополняемость двух типов камер, чтобы предложить эффективный, но простой метод улучшения изображения неравномерного подводного освещения, который может генерировать улучшенные изображения с лучшими деталями сцены и цветами, похожими на стандартные кадры. Кроме того, мы создаем набор данных, записанный датчиком Dynamic and Active-pixelVision, который включает как потоки событий, так и кадры, что позволяет протестировать предлагаемый метод и методы улучшения изображения на основе кадров. Экспериментальные результаты, проведенные на нашем наборе данных с качественными и количественными показателями, показывают, что предлагаемый метод превосходит сравниваемые алгоритмы улучшения.

    Расширенные связанные состояния в континууме в пластине фотонного кристалла с помощью РБО июль 2022 г.; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 13 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Связанные состояния в континууме (BICs) — это строго ограниченные резонансы в континууме излучения. Новые характеристики одиночных БИК были детально изучены в различных волновых системах, включая электромагнитные волны, акустические волны, волны на воде и упругие волны в твердых телах. На практике производительность BIC ограничена конечным размером конструкции, в то время как комбинация нескольких BIC может еще больше улучшить локализацию резонансов. В этом исследовании мы экспериментально демонстрируем комбинацию BIC Фабри-Перо и BIC с защитой симметрии в ближнем инфракрасном диапазоне, используя составную фотонно-кристаллическую систему, состоящую из фотонно-кристаллической пластины и брэгговского отражателя, что приводит к повышению качества.

    Усовершенствованная двумерная конечно-элементная модель и ее применение в лазерной резке углепластиковых композитов

    Яо Лу, Пейин Гао, Цзяньань Сюй, Ян Ван и Лицзюнь Ян

    август 2022 г . ; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Инновационная адаптированная двумерная модель конечных элементов (МКЭ) предназначена для описания распределения температуры и распределения напряжений с помощью ультрафиолетовой (УФ) наносекундной (нс) импульсной лазерной резки углерода. Композиты из армированного волокном пластика (CFRP). Эта модель, связанная с термодинамическим и тепловым напряжением, учитывает эффекты теплопроводности, теплового напряжения и теплового потока во время резки углепластика УФ-лазером. В этом исследовании выясняется основной механизм УФ-лазерной резки углепластика, такой как градиент давления, плазма и эффекты испарения. На основе этих теоретических моделей успешно моделируются температурное поле и поле напряжений за один период импульса. В целом ожидается, что это исследование предоставит теоретическую основу для УФ-лазерной резки углепластиковых композитов и проложит путь для аэрокосмической отрасли в будущем.

    Всеоптичный цифровой мультиплексор/демольтиплекзер в линейном трехъядерном волоконном устройстве

    Франсиско Леонардо Безерра Мартинс, Жоу Паулу Родригес и Хосе Клаудио до Насименто

    DOI: 10.1364/AO.47063306

    . ; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Цифровые мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) необходимы для вычислений, передачи и обработки данных. Однако исследования полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров немногочисленны и обычно предлагают однофункциональные нелинейные устройства. В этой работе представлено численное получение полностью оптических цифровых мультиплексоров/демультиплексоров с использованием линейного трехжильного оптоволоконного устройства. импульсы любой длины волны и могут быть изготовлены с использованием любой волоконной технологии. Этот результат является еще одним свидетельством возможности получения логической обработки, даже нелинейной логической обработки, с использованием только конструкции волокна.

    Ультрафиолетовая беспроводная связь 760 Мбит/с на основе передатчика с МКЯ AlGaN/InGaN

    Xin Li, Meipeng Chen, Xu Wang, Fangchen Hu, Mingyu Han, Yun Li и Yongjin Wang

    70003 DOI 6 10.13 20 июля 2022 г .; Принято 09 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: III-нитридные светодиоды предлагают решение для высокоскоростной связи в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне в качестве высокопроизводительного передатчика. В этой статье основное внимание уделяется передатчику с МКЯ AlGaN/InGaN для УФ-связи. Передатчик реализован на платформе GaN-на-кремнии методом двойного травления. Область излучения передатчика с небольшой площадью полезна для повышения скорости передачи данных при УФ-связи. Пик эмиссии остается стабильным при 376,48 нм в диапазоне UVA. Передача со скоростью 300 Мбит/с получается в настроенной системе связи UV с модуляцией OOK (on-off-keying). Реализована передача цифрового сигнала со скоростью до 760 Мбит/с за счет побитовой дискретной мультиаудио (DMT) модуляции.

    Управление поляризацией лазеров с вертикальным резонатором на длине волны 795 нм с помощью синфазных поверхностных решеток 472435 Поступила в редакцию 05.08.2022; Принято 09 сентября 2022 г .; Posted 12 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: 795-нм вертикально-излучающие лазеры с поверхностным излучением (VCSEL) с синфазными поверхностными решетками изготовлены и исследованы теоретически и экспериментально. Поляризационные характеристики 795-нм VCSEL с различными периодами и глубинами решетки анализируются с использованием метода строгого анализа связанных волн (RCWA), зависимость стабильности поляризации от профиля решеток демонстрирует, что трапециевидный гребень решетки немного увеличивает коэффициент подавления ортогональной поляризации (OPSR), но увеличивает порог Текущий. Изготовленные ВИЛ с субволновой синфазной поверхностной решеткой с рабочим циклом 0,5 демонстрируют стабилизированную выходную поляризацию за счет увеличения порогового тока, что согласуется с расчетами. Решетчатые ВИЛ с периодом 200 нм и оксидной апертурой 3,43 мкм  4,39мкм дают одномодовый выходной сигнал с OPSR 16,6 дБ и эффективностью 0,42 Вт/А при 85°C.

    Повышение точности демодуляции поля напряжений с помощью StressUnet в области фотоупругости

    Weiliang Zhao, Guanglei Zhang, and Jiebo Li

    DOI: 10.1364/AO.464466 Поступила 20 мая 2000 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Оценка поля напряжений на основе фотоупругости имеет жизненно важное значение в инженерных областях. Для достижения цели эффективной демодуляции распределения напряжений и преодоления ограничений традиционных методов важно разработать метод глубокого обучения, чтобы упростить и ускорить процесс получения и обработки изображений. В этой работе была предложена новая структура для повышения точности прогнозирования. Приняв Resnet в качестве основы, применив архитектуру U-Net и добавив модуль физических ограничений, наша модель восстановила поле напряжений с более высоким структурным сходством (SSIM). В различных условиях наша модель работала надежно, несмотря на сложную геометрию и наибольший диапазон напряжений. Результаты подтвердили универсальность и эффективность нашей модели и предоставили возможность мгновенного обнаружения стресса.

    Улучшенный алгоритм спектральной демодуляции с EEMDAD для высокотемпературного зондирования Фабри-Перо на сапфировом волокне

    Shuang Wang, Meiyu Yan, Junfeng Jiang, Zhiyuan Li, Anqi Chen, Ke Tan и T. Liu : 10.1364/AO.468884 Поступила в редакцию 28 июня 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: В этой статье предлагается усовершенствованный алгоритм спектральной демодуляции с усреднением эмпирического разложения по ансамблю (EEMDAD) для подавления скачков порядка в сапфировом волокне Фабри-Перо с высокой система измерения температуры. Доказано, что отношение сигнал/шум (SNR) датчика тесно связано с выраженностью скачков демодуляции. Предлагаемый алгоритм может уменьшить флуктуации основных параметров за счет уменьшения шума в спектре, тем самым преодолевая это препятствие. Моделирование и эксперименты показывают, что алгоритм может эффективно устранять скачки порядка как в условиях стабильной, так и переменной температуры. Предложенный алгоритм решает проблему скачка порядка, которая долгое время мешала демодуляции этой системы, повышает точность демодуляции, обеспечивает надежную работу высокотемпературного датчика и демонстрирует отличные характеристики демодуляции.

    Высокоэффективные многослойные диэлектрические решетки с простой структурой, не зависящие от поляризации

    Хён-Джу Чо, Сук-Джун Ким, Кьюнг-Дак Ким, Сунг-Пил Чо, Ин-Сан Так, Гван-Ха Ким, Бьюнг-Джун Мун , DONG HWAN KIM, Yong-Soo Lee, Sang-In Kim, Hyun Tae Kim и Joonyoung Cho

    DOI: 10.1364/AO.469253 Поступила в редакцию 13 июля 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Разработана и изготовлена ​​поляризационно-независимая многослойная диэлектрическая дифракционная решетка с малым аспектным отношением и высокой дифракционной эффективностью. Дифракционная решетка, спроектированная с плотностью 1200 штр/мм, имела аспектное отношение 0,59., а средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность в диапазоне углов Литтрова ±2,5° и длин волн 1030~1080 нм составила 97,2%. Разработанные решетки были изготовлены с использованием методов ионно-стимулированного осаждения (IAD) и реактивного ионного травления (RIE). Средняя поляризационно-независимая дифракционная эффективность изготовленной решетки составила 96,1 %, а ее стандартное отклонение — 0,68 %. Изготовленную дифракционную решетку облучали непрерывным лазером с длиной волны 1064 нм и плотностью мощности 30 кВт/см2 в течение 1 мин для измерения изменения температуры до и после применения лазера. Было подтверждено, что изменение температуры дифракционной решетки без термической обработки составило 8,8 ℃, а изменение температуры после термической обработки при 400 ℃ уменьшилось до 2,3 ℃.

    Изготовление и анализ диаметра односторонней конструкции наконечника SMF

    Кулдип Чоудхари и Сантош Кумар

    DOI: 10. 1364/AO.471501 Поступила в редакцию 26 июля 2022 г.; Принято 08 сентября 2022 г .; Опубликовано 09 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Оптоволоконная технология в сочетании с поверхностным плазмонным резонансом обеспечивает быстрое и точное определение химических, биохимических и биологических параметров. В последние десятилетия было предложено множество гибридных волоконно-оптических структур для повышения чувствительности волоконно-оптических биосенсоров. В этой работе структура наконечника оптического волокна изготавливается на одномодовом волокне (SMF) путем травления в растворе плавиковой кислоты (40%) при комнатной температуре. Предложенный метод формирования иглы методом жидкостного травления эффективен для изготовления высокочувствительных волоконных структур, которые обязательно необходимы для разработки биосенсоров на основе оптических волокон. Измерение диаметра сформированного наконечника волокна было выполнено с использованием составного микроскопа.

    Влияние температуры отжига на характеристики автономных УФ-фотодетекторов на основе пористых нанолистов ZnO

    zhitao chen, juan yao, hongli zhao, tengfei bi, yuechun fu, Xiaoming Shen, and huan he

    60 AO 3:0002 . 473483 Поступила в редакцию 18.08.2022; Принято 08 сентября 2022 г .; Posted 09 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Пористые нанолисты ZnO (ZnO NS) могут играть важную роль в автономных УФ-фотодетекторах из-за их превосходных свойств, а их особенность пористости сильно влияет на характеристики фотоотклика. В данной работе пористые НС ZnO были получены гидротермальным методом с последующим одностадийным отжигом. Исследовано влияние температуры отжига на микроструктуру и фотоотклик пористых НС ZnO и автономных УФ-фотодетекторов n-ZnO НС/p-PEDOT:PSS. Результаты показывают, что плотность пор и размер НС ZnO можно регулировать, изменяя температуру отжига. При оптимальной температуре отжига 450 oC НС ZnO проявляют большую поглощающую способность для подходящей плотности и размера пор. Между тем, большее количество дефектов кристалла из-за сократимости поверхности увеличивает количество фотогенерируемых носителей. Исходя из этого, фотодетектор n-ZnO NSs/p-PEDOT:PSS обеспечивает больший фототок и высокую скорость фотодетектирования без внешнего напряжения смещения, что указывает на работу с автономным питанием. Более высокое поглощение света и большое количество электронно-дырочных пар, возникающие из-за плотных пор и поверхностных дефектов в пористых НС ZnO, могут объяснить улучшенные характеристики.

    Проект суперахроматического триплета VIS-NIR с пятицветовой коррекцией для широкополосного интерферометра июнь 2022 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 13 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В общем, линзы 𝑘 из разных материалов могут обеспечить максимум (𝑘+1)-коррекцию цвета (𝑘≥2). В этой статье суперахромат, содержащий три линзы, предназначен для достижения пятицветной коррекции в диапазоне длин волн 600–1600 нм, где максимальное хроматическое фокусное смещение контролируется в пределах 1/100 000 фокусного расстояния, достигая практически беспрецедентного результата. Сначала выводятся условия для комбинации оптических сил трех контактирующих тонких линз на основе дисперсионного уравнения Бухдаля, затем вводится метрика для проверки пятицветной коррекции, и предлагается метод коррекции для повышения точности подгонки показателя преломления модели Бухдаля из от ~10―3 до ~10―7. Пройдя 197 экологически чистых стеклянных материалов в библиотеке стекла CDGM итеративно, 113 исходных структур получаются всего за 61,75 секунды, из которых выбирается структура с минимальным хроматическим фокусным сдвигом для оптимизации с помощью Opticstudio. При задании необходимых операндов конечная структура, находящаяся в пределах дифракционного предела в поле зрения ±0,05°, получается всего за 6 секунд, где максимальная продольная хроматическая аберрация близка к максимальному хроматическому фокальному сдвигу. В документе представлена ​​полная теоретическая основа и важные рекомендации по разработке широкополосных суперахроматов с (𝑘+2)-цветовой коррекцией с использованием только линз 𝑘 и наименьшего хроматического фокусного сдвига, и на основе этих теорий мы разработали широкополосный интерферометр.

    Оптимизация матрицы переноса резонатора одномерного фотонного кристалла для улучшенного поглощения однослойного графена Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Повышение оптического поглощения графена представляет значительный интерес из-за его замечательных применений в оптических устройствах. Одним из наиболее полезных методов является размещение графена в асимметричной полости Фабри-Перо, состоящей из одномерных диэлектрических мультислоев, образующих два зеркала. В связи с этим, используя метод матрицы переноса, мы явно рассчитали необходимую периодичность переднего фотонного многослойного зеркала, чтобы максимизировать возможное поглощение в графене для любой данной комбинации типа материала и количества слоев. Затем мы изучили эквивалентность этих структурных конфигураций произвольной периодичности, но с дефектами, где эквивалентность выполняется при ω = ξω0, ξ ∈ Z≥0. Эти дефекты вносятся через изменение положения слоев, на основе чего мы предлагаем алгоритм оптимизации для максимизации поглощения в структурах, имеющих полость с произвольной периодичностью. Численные расчеты даны для комбинаций диэлектрических материалов TiO2/SiO2 и Ta2O5/SiO2, и для понимания поведения этих оптимизированных структур для любой общей комбинации типов материалов было проведено сопоставление их расчетной периодичности переднего зеркала в пространстве показателей преломления двух типов материалов. было изучено.

    Подход с поперечной накачкой для мощного одномодового титан-сапфирового лазера для лидаров ближнего инфракрасного диапазона

    Hannes Vogelmann, Johannes Speidel, Matthias Perfahl и Thomas Trickl май 2022 г.; Принято 07 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем новую конструкцию мощного Ti:Sapphire лазера с поперечной накачкой, пригодного для лазерного дистанционного зондирования в ближнем инфракрасном (NIR) спектре. 2= 1.7$, $\varphi_x = 0.5$\,мрад, $\varphi_y = 0.8$\,мрад. Спектральная чистота (засеянная, $P_\mathrm{seed}\ge 170\,\upmu \mathrm{W}$) было лучше, чем 99,8\%. Кроме того, мы показываем установку с двумя длинами волн, применимую к лидару водяного пара в атмосфере. Основные характеристики этой теории работы предполагают хорошую возможность масштабирования для значительного повышения мощности будущих Ti:Sapphire лазеров.

    Алгоритм шумоподавления лазерных данных ICESat-2 на основе нейронной сети BP Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Фотонные данные ICESat-2 — это новые спутниковые данные LiDAR, которые широко используются в геодезии и картографировании из-за небольшого фотометрического пятна и высокой плотности. Поскольку данные ICESat-2 собирают слабые сигналы, шумоподавление в мелководных островных районах затруднено, а качество метода шумоподавления напрямую влияет на точность батиметрии. В этой статье предлагается алгоритм шумоподавления на основе нейронной сети BP для характеристик данных мелководных островных рифовых областей. Во-первых, для фотонов в наборе данных создается горизонтальная эллиптическая область поиска. В области поиска выбираются подходящие значения признаков для обучения нейронной сети BP. Наконец, данные с географическим расположением далеко друг от друга, включая дневные и ночные данные, выбираются соответственно для экспериментов, чтобы проверить универсальность сети. Путем сравнения результатов с доверительными метками, представленными в официальных документах набора данных ATL03, алгоритма DBSCAN и ручной визуальной интерпретации, доказано, что алгоритм шумоподавления, предложенный в этой статье, имеет лучший эффект обработки на мелководных островных участках.

    Полнодуплексная передача без источника света для миллиметровых волн через систему FSO

    Shuai Zhang, Lun Zhao, Song Song, Lei Guo и Yejun Liu август 2022 г . ; Принято 07 сентября 2022 г .; Опубликовано 08 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Система радиосвязи в свободном пространстве (RoFSO) является многообещающей альтернативой для мобильных передовых сетей, таких как воздушные базовые станции, где оптоволоконные линии недоступны для развертывания. Однако полнодуплексная передача создает проблемы при проектировании системы RoFSO из-за дополнительной структурной сложности, когда простота установки является обязательным требованием. Взаимодействие между восходящей линией связи и нисходящей линией связи для упрощенной структуры менее исследовано в смежных работах. В этой статье мы предлагаем структуру полнодуплексной системы передачи RoFSO, в которой физически сохраняется источник света восходящей линии связи. Центральная оптическая несущая сигнала с двухполосной модуляцией (DSB) в нисходящей линии связи выделяется как источник света для восходящей линии связи, и, таким образом, сложность системы снижается. -3 соответственно в условиях канала со средней и слабой турбулентностью. Благодаря механизму управления питанием уровень энергосбережения нисходящей и восходящей линии связи составляет до 78% и 67%.

    Оценка разреженности позиционирования для коррекции Саньяка при передаче времени по оптоволоконному кабелю .467987 Поступила в редакцию 16 июня 2022 г .; Принято 06 сентября 2022 г .; Posted 08 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Эффект Саньяка является важным фактором, который приводит к невзаимности в волоконно-оптической системе передачи времени и частоты на большие расстояния. Для высокоточной передачи времени необходимо выполнить коррекцию, чтобы устранить разницу во времени на основе траектории пути. Однако информация о маршрутизации может быть недостаточно подробной, чтобы гарантировать достаточную точность для коррекции Саньяка. Таким образом, узлы на пути должны быть обследованы с определенной разреженностью. Представленная работа обеспечивает практический метод для оценки среднего расстояния этих узлов. Шесть смоделированных путей генерируются для проверки метода для различных неопределенностей.

    Метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для интерферометрии с фазовым сдвигом Поступила в редакцию 04.07.2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Чтобы уменьшить вибрационную ошибку фазосдвигающей интерферометрии и повысить точность демодуляции фазы волнового фронта, метод демодуляции, основанный на синтезе компонентов и проекции градиента для фазосдвигающей интерферометрии, предложенный в данной статье.Для двух последовательностей интерференционных изображений со сдвигом фаз 0, 𝜋/2 метод сначала корректирует ошибку вибрации с помощью механизма предварительной обработки и многокомпонентного синтеза. При этом синтезируются два кадра интерференционных изображений со сдвигом фазы 0, 𝜋/2. Затем алгоритм проекции градиента используется для фильтрации фонового света синтезированного изображения, и фаза волнового фронта демодулируется на основе операции арктангенса. Экспериментальные результаты показывают, что процент пикселей, эффективно демодулированных на усеченном интерфейсе, превышает 9.0%. По сравнению с традиционным методом демодуляции количество эффективно демодулируемых пикселей (точность демодуляции) увеличивается.

    Сканирование измерения погрешности поверхности и изменения толщины полусферического резонатора

    Деде Чжай, Джинъян Го, Шаньонг Чен и Венвен Лу

    DOI: 10.1364/AO.467742 02 июня 4 Получено; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Полусферические резонансные гироскопы (HRG) представляют собой твердотельные вибрационные гироскопы с высочайшей точностью и широко используются в аэрокосмической области. Основной частью гироскопа является резонатор, представляющий собой тонкостенную полусферическую оболочку. Погрешность поверхности и изменение толщины полусферической оболочки вызывают расщепление частот, что ухудшает характеристики HRG. В целях руководства выравниванием массы полусферического резонатора в этой статье представлен новый метод сканирующего измерения поверхностной ошибки и изменения толщины полусферических резонаторов. Во-первых, многоосная платформа предназначена для бесконтактных сканирующих измерений датчиков вдоль меридиана и широты полусферического резонатора. Во-вторых, устанавливается модель ошибки измерительной системы. Погрешность поверхности стандартной сферы измеряется для калибровки и компенсации погрешностей сборки измерительного устройства. Кроме того, компьютером моделируется точность идентификации ошибок сборки и влияние ошибок сборки на измерение толщины. Наконец, измеряются поверхностная ошибка и изменение толщины полусферических резонаторов. Метод экспериментально продемонстрирован и проверен с помощью теста интерферометрии волнового фронта. Результаты показывают, что метод может обеспечить высокую точность и высокую повторяемость, что полезно для оценки погрешности обработки и дальнейшей оценки полусферического резонатора.

    Метод обнаружения легковесных запрещенных предметов на основе YOLOV4 для рентгеновской проверки безопасности

    Дунмин Лю, Цзяньчан Лю, Пейсинь Юань и Фэн Юй Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 07 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: В области общественной безопасности и предупреждения преступности некоторые исследования, основанные на глубоком обучении, добились успеха в обнаружении запрещенных предметов для рентгеновского досмотра. Параметры и вычислительные затраты большинства методов обнаружения объектов, основанных на глубоком обучении, огромны, что делает требования к аппаратным средствам этих методов чрезвычайно высокими и ограничивает их применение. В этой статье предлагается облегченный метод обнаружения запрещенных предметов на основе YOLOV4 для досмотра с помощью рентгеновских лучей. Во-первых, MobilenetV3 используется для замены магистральной сети YOLOV4, а свертка с разделением по глубине используется для оптимизации шеи и головы YOLOV4, чтобы уменьшить количество параметров и потребление вычислительных ресурсов. Во-вторых, блок адаптивного пространственно-канального внимания предназначен для оптимизации шеи YOLOV4, чтобы улучшить возможности извлечения признаков нашего метода и сохранить точность обнаружения. В-третьих, фокусная потеря используется, чтобы избежать проблемы дисбаланса классов во время тренировочного процесса. Наконец, метод оценивается на нашем реальном наборе данных псевдоцветных рентгеновских изображений с YOLOV4 и YOLOV4-tiny. Для общей производительности средняя средняя точность нашего метода составляет 4,9.На 8% выше, чем у YOLOV4-tiny, и на 0,07% ниже, чем у YOLOV4. Количество параметров и вычислительные затраты нашего метода немного выше, чем у YOLOV4-tiny, и намного ниже, чем у YOLOV4.

    Малошумящий распределенный акустический датчик для сейсмологических приложений

    Алексей Алексеев, Борис Горшков, Михаил Таранов, Денис Симикин, Владимир Потапов и Дмитрий Ильинский

    DOI: 10.1364/AO.468804 Поступила в редакцию 0 2 июл 22; Принято 06 сентября 2022 г . ; Опубликовано 07 сент. 2022 г.   View: PDF

    Abstract: Предлагается конфигурация распределенного акустического датчика (фазового рефлектометра) с низким уровнем шума в герцовом и субгерцовом диапазонах частот. Схема датчика использует интерферометр Маха-Цендера для генерации двухимпульсного зондирующего сигнала и реализует стабилизацию частоты лазерного источника с использованием того же интерферометра, что и частотный эталон. Схема одновременно обеспечивает низкий уровень шума за счет компенсации оптической разности хода мешающих полей обратного рассеяния и малого дрейфа выходного сигнала. Экспериментально показано, что стабилизация частоты лазера обеспечивает усиление сигнал/шум до 35 дБ в субгерцовых частотах, представляющих интерес для сейсмологии. Применимость предложенной схемы экспериментально продемонстрирована на примере телесейсмических землетрясений, зарегистрированных оптоволоконным кабелем, проложенным по дну Черного моря.

    Трехмерный метод оценки функции рассеяния для средневолновой инфракрасной микроскопии

    Ансельмо Хара, Серхио Торрес, Гильермо Мачука, Пабло Коэльо и Лаура Виафора

    DOI: 10. 1364 Jul. 2022 г.; Принято 06 сентября 2022 г .; Опубликовано 12 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен метод экспериментальной оценки трехмерной функции рассеяния точки, основанный на пространственно-локальной импульсной характеристике матрицы фокальной плоскости системы средневолнового инфракрасного микроскопа. Метод использует несколько расфокусированных двухмерных плоскостей функции рассеяния точки для достижения единой трехмерной функции рассеяния точки всего оптического рассеяния микроскопа, расширяя пределы инфракрасной оптической технологии на одно измерение. Этот метод включает этапы получения изображения, коррекции неоднородности, фильтрации и многоплоскостной реконструкции, и его эффективность продемонстрирована на восстановлении изображений биологических образцов с помощью приложения многоплоскостной перефокусировки.

    Автоматическое проектирование системы объективов для литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне на основе теории аберраций Зейделя ; Принято 05 сентября 2022 г . ; Posted 06 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: В этой статье предлагается метод решения исходной оптической структуры внеосевой многозеркальной системы для применения в экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVL). Отслеживая характерные лучи, первичную аберрацию можно выразить как функцию расстояния и кривизны на основе теории аберрации Зейделя. Исходная структура с благоприятными характеристиками аберрации рассчитывается, когда значение функции равно 0. Мы решаем две различные исходные структуры с внеосевой конфигурацией из шести зеркал с различной оптической силой. Числовая апертура (NA) окончательно оптимизированной оптической системы составляет 0,25, среднеквадратичное значение аберрации волнового фронта меньше 0,04λ, а абсолютная дисторсия меньше 1,2 нм.

    Нечувствительная к расстоянию отражательная установка для спектрально-разрешенного определения оптических свойств сильно мутных сред Поступила в редакцию 07.07.2022 г. ; Принято 04 сентября 2022 г .; Posted 07 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Представлена ​​измерительная система для нечувствительного к расстоянию измерения коэффициента отражения от мутных сред. Геометрические соотношения блока обнаружения обсуждаются теоретически и впоследствии проверяются с помощью моделирования методом Монте-Карло. Кроме того, экспериментальная установка представлена ​​для подтверждения теоретических соображений и моделирования. Использование представленной измерительной системы позволяет проводить измерения коэффициента отражения в диапазоне расстояний примерно 2,5 см с отклонением менее ±0,5 % для сильно рассеивающих сред. Это отличается от использования волокна в классическом блоке детектирования, расположенного под определенным углом и положением относительно поверхности образца, что приводит к отклонениям в ±30 % в измеренном коэффициенте отражения в том же диапазоне расстояний.

    Моноимпульсный ладар: 3-D-локализация сверхвысокого разрешения с помощью Si-Photonic Serpentine Optical Phases Arrays

    Ченнинг Филбрик и Кельвин Вагнер

    Принято 04 сентября 2022 г . ; Posted 06 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Мы представляем метод оптической локации и локализации объектов сверхвысокого разрешения, моноимпульсный ладар, используемый для определения угла точечной цели в двух измерениях с точностью до нескольких процентов оптического угла. ширины луча из дифференциальных измерений четырех только что разрешенных лучей с кодированием формы сигнала, одновременно обеспечивая целевой диапазон посредством когерентной или некогерентной корреляции кодированных сигналов. Обычная оптическая несущая сдвинута на четыре тона по шкале ГГц, каждый из которых модулируется различными волнами дальности, которые при передаче из Si-фотонной двумерной апертуры змеевидной оптической фазированной решетки (SOPA) с управляемой длиной волны формируют закодированный прямоугольный кластер луча, который распространяется на и рассеивается от удаленной точечной цели. Наложенные обратно рассеянные цели, отраженные от каждого луча, декодируются путем корреляции с эталонными сигналами в приемнике. Угловое положение цели вдоль двух ортогональных осей вычисляется из попарных соотношений амплитуд лучей, в то время как дальность до цели определяется из временной задержки каждого луча туда и обратно, измеренной с помощью широкополосного корреляционного пика. Представленный здесь анализ когерентных и некогерентных моноимпульсных ладарных архитектур показывает, что достижимо тридцатикратное увеличение углового разрешения — до уровня десятков угловых секунд — точечной цели, расположенной в широком поле обзора, при сохранении разрешения в сантиметровом масштабе. – ограниченная дальность с использованием одного передатчика тайла SOPA, с дальнейшим улучшением углового разрешения, возможным за счет массивного мозаичного расположения SOPA. Внедрение моноимпульсного ладара с апертурой SOPA позволяет немеханически управляемую локализацию трехмерных объектов с высоким разрешением в компактном форм-факторе с низкой сложностью управления.

    Томографическое изображение двуокиси углерода в выхлопных трубах больших коммерческих авиационных двигателей Эдвард Фишер, Руи Чжан, Чанг Лю, Ник Полидоридес, Алекс Цекенис, Пол Райт, Джошуа Климент, Йохан Нильссон, Ютонг Фенг, Виктор Прат, Хавьер Кармона, ХЕСУС ВАЛЬДЕПЕНАС, Марта Белтран, Валентин Поло, Ян Армстронг, Иэн Моклин, Дуглас Уолш , Марк Джонсон, Джоанна Боулдри и Хью Макканн

    DOI: 10. 1364/AO.467828 Поступила в редакцию 01 июля 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Здесь мы сообщаем о первом внедрении химически специфичной визуализации в выхлопном шлейфе газовой турбины, типичной для тех, которые используются для движения в коммерческих самолетах. Используемый метод — химическая видовая томография (CST), а целевым веществом является CO2, поглощающий в ближней инфракрасной области на длине волны 1999,4 нм. В общей сложности 126 лучей распространяются поперек оси шлейфа по траекториям длиной 7 м в копланарной геометрии для зондирования центральной области диаметром ≈ 1,5 м. Спектр поглощения CO2 измеряется с помощью перестраиваемой диодной лазерной спектроскопии с модуляцией длины волны (TDLS-WM) с использованием метода отношения второй гармоники к первой гармонике (2f/1f). Двигатель работает во всем диапазоне тяги, при этом данные записываются в квазисинхронном режиме с частотой кадров 1,25 Гц и 0,3125 Гц. Рассмотрены и представлены различные методики инверсии данных для реконструкции изображений. На всех уровнях тяги в центральной части плоскости измерений наблюдается устойчивая кольцевая структура с высокой концентрацией СО2, с приподнятой областью в середине шлейфа, предположительно из-за хвостовой части двигателя. Описанный здесь метод CST, способный работать с различными видами выхлопных газов, предлагает новый подход к исследованиям сгорания в турбинах, разработке газотурбинных двигателей и исследованиям и разработкам в области авиационного топлива.

    Алгоритм сшивания данных на основе эластичности

    Микио Курита и Аска Исии

    DOI: 10.1364/AO.466327 Поступила в редакцию 09 июня 2022 г.; Принято 04 сентября 2022 г .; Опубликовано 06 сентября 2022 г. Просмотр: PDF

    Аннотация: Алгоритмы сшивания данных широко используются для объединения нескольких последовательных данных или расширения рабочей области измерительных систем. Однако сшитые данные по методу наименьших квадратов имеют несогласованность на пересечениях из-за ошибок их измерения: в основном ошибка дрейфа. Мы предлагаем новый алгоритм сшивания, который рассматривает последовательные данные как упругое тело. Мы исследуем алгоритм с несколькими типами последовательных данных и подтверждаем уменьшение ошибки дрейфа.

    Коэффициент отражения с пространственным разрешением от мутных сред, имеющих шероховатую поверхность. Часть I: моделирование

    Бенджамин Линднер, Флориан Фошум и Алвин Кинле

    DOI: 10.1364/AO.469985 Поступила в редакцию 7 июля 2022 г.; Принято 01 сентября 2022 г .; Posted 01 Sep 2022   View: PDF

    Abstract: Определение оптических свойств мутных сред с помощью измерений коэффициента отражения с пространственным разрешением является хорошо известным методом в оптической метрологии. Обычно поверхности исследуемых материалов предполагаются идеально гладкими. Однако в большинстве реалистичных случаев поверхность имеет неровный рельеф и рассеивает свет. В этом исследовании мы исследовали влияние модели поверхностного рассеяния Кука-Торранса и обобщенной модели поверхностного рассеяния Харви-Шака на коэффициент отражения с пространственным разрешением на основе моделирования методом Монте-Карло. Помимо анализа пространственно разрешенного сигнала отражения, мы сосредоточились на влиянии поверхностного рассеяния на определение приведенного коэффициента рассеяния и коэффициента поглощения мутных сред. Обе модели приводили к значительным ошибкам в определении оптических свойств без учета шероховатости.

    Аналитические уравнения для неконфокальной стигматической системы трех зеркал произвольной формы

    Рафаэль Гонсалес Акунья

    Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Аннотация: Представлен новый метод проектирования систем с тремя зеркалами произвольной формы с нуля. Этот метод заключается в получении исходной настройки перед оптимизацией, которая получается непосредственно из множества всех возможных стигматических трехзеркальных систем произвольной формы. Затем к каждой поверхности добавляются коэффициенты деформации, которые оптимизируются для уменьшения аберрации, создаваемой дополнительными полями. Метод был протестирован, и результаты соответствуют ожиданиям.

    TEMPERATURE AND STRAIN SENSITIVITIES OF BONDED FIBER BRAGG GRATING AT ROOM TEMPERATURES AND CRYOGENIC TEMPERATURES

    Xiyong Huang, Mike Davies, Dominic Moseley, Erica Salazar, Charlie Sanabria, Owen Duke, Bart Ludbrook, and Rodney Badcock

    DOI: 10.1364/AO.460218 Поступила в редакцию 14.04.2022; Принято 01 сентября 2022 г .; Опубликовано 02 сентября 2022 г.   Просмотр: PDF

    Резюме: Оптоволоконные датчики на решетке Брэгга (ВБР) хорошо подходят для применения в качестве датчиков температуры и/или деформации в суровых условиях, например, обнаружение горячих точек в термоядерных магнитах из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) при криогенных температурах и в условиях высокой радиации. Чтобы максимизировать отношение сигнал/шум (SNR) датчиков к горячей точке, мы предлагаем устанавливать датчики ВБР в V-образные канавки медного каркаса HTS. Чтобы исследовать различия между различными клеями при передаче напряжения и тепла в этой конфигурации, пять массивов ВБР монтируются в V-образные канавки медной собачки с использованием эпоксидной смолы Scotch-Weld™, Stycast® 2850 FT, Apiezon N и Loctite®. силикон 5145™. Медь циклически подвергается растягивающим усилиям в модифицированном универсальном приборе для испытаний на растяжение, подвергаясь тепловому циклу между 293 К и 77 К, а также распространение теплового импульса при 293 К и 80 К. Установлено, что ВБР, связанные эпоксидной смолой и Stycast, имеют одинаковую температурную и деформационную чувствительность при комнатной температуре и криогенных температурах. Было обнаружено, что Apiezon N стабильно передает деформации значительно ниже 245 K, что сравнимо с другими связующими материалами в диапазоне температур от 77 K до 110 K. В этой статье подчеркивается важность максимизации термической деформации, передаваемой от меди через связующие материалы, для достижения высокая температурная чувствительность ВБР. Не обнаружено существенной разницы между Ormocer и ВБР с полиимидным покрытием. Показано, что ВБР, склеенные четырьмя клеями в конфигурациях с V-образными канавками, имеют отношение сигнал-шум, сравнимое с повышением температуры на 20 К при 80 К9.0005

    Метод фазового сдвига для измерения расстояний, поясняемый RP Photonics Encyclopedia; лазерные дальномеры

    Главная Викторина Руководство покупателя
    Поиск Глоссарий Реклама
    Прожектор фотоники Учебники
    Показать статьи A-Z

    Примечание: поле поиска по ключевому слову статьи и некоторые другие функции сайта требуют Javascript, который, однако, отключен в вашем браузере.

    Лазерные дальномеры часто основаны на методе фазового сдвига , способе измерения расстояний следующим образом. Лазерный луч с синусоидально модулированной оптической мощностью направляется на цель. Отслеживается некоторый отраженный свет (от диффузных или зеркальных отражений), который будет демонстрировать модуляцию мощности с той же частотой и той же относительной амплитудой. Затем фаза этой модуляции сравнивается с фазой посланного света. Полученный фазовый сдвиг в 2π раз превышает время пролета, умноженное на частоту модуляции. Это показывает, что более высокие частоты модуляции могут привести к более высокому пространственному разрешению.

    Хотя фазовый сдвиг прямо пропорционален времени пролета, термин метод времени пролета следует зарезервировать для случаев, когда время задержки действительно измеряется более непосредственно, т.е. со световыми импульсами.

    Как и для оптического интерферометра, метод фазового сдвига связан с неоднозначностью измеряемого расстояния, поскольку с увеличением расстояния фаза будет периодически меняться. Однако периодичность значительно больше, чем в интерферометре, так как частота модуляции значительно ниже оптической частоты. Кроме того, двусмысленность может быть легко устранена, например. путем использования результатов измерений с разными частотами модуляции.

    По сравнению с интерферометрами приборы, основанные на методе фазового сдвига, менее точны, но позволяют проводить однозначные измерения на больших расстояниях. Также они подходят для целей с диффузным отражением (рассеянием) от шероховатой поверхности.

    Различные реализации

    Модуляция мощности может быть достигнута с помощью электрооптического модулятора, воздействующего на непрерывный лазерный луч. Легко получить частоты модуляции в несколько мегагерц или даже в несколько гигагерц. Модулятор резонансного типа может работать при относительно низком входном напряжении, но только в небольшом диапазоне частот модуляции, что затрудняет устранение указанной неоднозначности.

    Некоторые виды лазеров, в частности лазерные диоды, можно модулировать непосредственно через управляющий ток на частотах в диапазоне мегагерц или даже выше.

    Особый вид модуляции мощности достигается за счет использования лазера с синхронизацией мод. Преимуществами являются высокая частота модуляции (обеспечивающая высокую точность) и (для пассивной синхронизации мод) отсутствие необходимости в оптическом модуляторе.

    Использование лазерного луча позволяет реализовать лазерный радар , в котором изображение формируется путем сканирования направления лазерного луча в двух измерениях. Однако системы визуализации также могут быть выполнены с одним или несколькими токомодулированными светоизлучающими диодами (СИД), освещающими всю площадь объекта. Пространственное разрешение затем получают путем обнаружения изображений. Существуют фотонные интегральные схемы с двумерными матрицами датчиков, способные измерять фазовый сдвиг для каждого пикселя.

    Вопросы и комментарии от пользователей

    Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

    Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

    Ваш вопрос или комментарий:

    Проверка на спам:

      (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

    Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

    См. также: измерения расстояний с помощью лазеров, лазерные дальномеры, интерферометры, времяпролетные измерения
    и другие статьи в рубрике Оптическая метрология, методы

    Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

    HTML-ссылка на эту статью:

      
    Статья о методе фазового сдвига для измерения расстояний

    в
    RP Photonics Encyclopedia

    С предварительным изображением (см. рамку чуть выше):

      
    alt="article">

    Для Википедии, например. в разделе “==Внешние ссылки==”:

    * [https://www.rp-photonics.com/phase_shift_method_for_distance_measurements.html 
    статья о «Методе фазового сдвига для измерения расстояний» в RP Photonics Encyclopedia]

    [PDF] Новая конструкция лазерного дальномера с фазовым сдвигом, не зависящая от условий окружающей среды и теплового дрейфа

    • title={Новая конструкция лазерного дальномера с фазовым сдвигом, не зависящая от условий окружающей среды и теплового дрейфа}, автор = {Шахрам Мохаммад Неджад и Киазанд Фасихи}, booktitle={JCIS}, год = {2006} }
      • S. Nejad, K. Fasihi
      • Опубликовано в JCIS 5 октября 2006 г.
      • Physics

      В данной статье представлена ​​методика улучшения характеристик лазерных дальномеров с фазовым сдвигом. Измерение фазы выполняется с использованием нового метода извлечения данных фазового сдвига из пиковых значений принятых и переданных амплитуд сигналов промежуточной частоты. Широтно-импульсная модуляция используется для минимизации эффекта шума и улучшения измерения амплитуды сигнала. Преимущества предлагаемой системы перед другими заключаются в возможности надлежащей изоляции, что снижает перекрестные помехи, и… 

      Просмотр через Publisher

      download.atlantis-press.com

      Новый метод измерения фазы для лазерного дальномера

      Разработан и представлен новый метод измерения фазы с использованием метода сдвига фазы сигнала и метода умножения сигнала для лазерного дальномера. Интенсивность лазерного излучения…

      Непрерывный лазерный дальномер на основе некогерентного сжатия периодических последовательностей

      Представлен непрерывный и некогерентный лазерный дальномер, основанный на повторяющейся передаче амплитудных кодов Лежандра и постдетекторном сжатии. Боковые лепестки циклической корреляции…

      Трехмерная система измерения смещения на основе лазерного датчика для железнодорожного пути

      Умная формула преобразования, разработанная в этой статье, позволяет измерять трехмерное смещение путем отслеживания трех наборов одномерных данных цели без технологии технического зрения.

      Лазерный дальномер с фазовым сдвигом для систем помощи водителю на основе зрения

      Предлагается лазерный дальномер с фазовым сдвигом, который используется для измерения точного положения транспортных средств относительно ориентиров, и особое внимание уделяется источникам ошибок, таким как перекрестные помехи в этом новом реализация лазерного дальномера с фазовым сдвигом.

      Разработка и реализация лидарной системы с дефаззификатором центрального среднего

      Технология компьютерного зрения используется для извлечения лазерных точек и использования метода триангуляции дальномера для измерения взаимосвязи между лазерной точкой и плоскостью камеры для создания Карта окружающей среды на 360 градусов.

      Разработка и внедрение лидарной системы на основе SOC

      Лидарная система на основе SOC, включающая лазер и камеру с триангуляционным подходом для определения взаимосвязи и кривой регрессии между расстоянием и положением лазерного пикселя на изображениях. разработаны и реализованы в данной работе.

      Реконстрстюшао 3D Biomédica: Fotogrametria против Varrimento Por Laser

      • Васко Мендон
      • 2017

      .

      • B. Journet, G. Bazin, F. Bras
      • Physics

        Proceedings of the 1996 IEEE IECON. 22-я Международная конференция по промышленной электронике, управлению и контрольно-измерительным приборам

      • 1996

      Представлена ​​вся концепция лазерного дальномера, основанная на гетеродинном измерении фазового сдвига, а интерфейсная карта используется для первого усреднения и прямого подключения к параллельному порту ПК.

      Лазерный дальномер с фазовым сдвигом: движение к интеллектуальным системам

      • С. Пужули, Б. Журне
      • Физика

        SPIE Optics East

      • 2001
      2 Системы, представленные в этой статье, основаны на измерении фазового сдвига. Первым разработанным здесь решением является гетеродинная методика, связанная с прямым счетом. Усовершенствование системы…

      Анализ перекрестных помех лазерного фазовращателя на расстоянии от 1 м до 10 м

      • T. Bosch, M. Lescure
      • Физика

      • 1997
      фазовый гетеродинный лазер

      Искатель был разработан для измерения расстояний от 1 м до 10 м. Анализ перекрестных помех между источником тока и фотоэлектрическим приемником…

      Уникальный критерий для оценки характеристик некоторых лазерных диодных дальномеров

      • Б. Журне, Ж. Базен, К. Дюрье
      • Физика

        Другие конференции

      • 2001
      • представить общий метод оценки собственных характеристик некоторых лазерных дальномеров на основе измерения времени полета. Классически это время полета может быть…

        Конструкция приемника оптической связи

        • С. Александр
        • Физика, Бизнес

        • 1997

        Характеристики системы оптической связи фотодетектирование фотодетекторы приемник шумовое моделирование проектирование приемника проектирование приемника анализ характеристик приемника.

        Фотодиодный усилитель ОУ

        Источник ошибки в лазерном дальномере

        • Rev. Sci. Instrum

        • 1994

        Точность ультразвуковых и лазерных дальномеров

        Ультразвуковой или лазерный дальномер?

        Если вы собираетесь купить дальномер, вам придется столкнуться с дилеммой финансового инжиниринга. Приобретете ли вы более дорогой лазерный дальномер, или завладеете недорогой моделью, работающей на ультразвуке. Некоторая теоретическая база и практическая информация необходимы и помогут вам сделать правильный выбор.

        Высокая точность и точность измерения – дальномер может измерять расстояния даже с точностью до миллиметра и достигать этого результата с очень высокой воспроизводимостью. Погрешность в миллиметрах очень трудно измерить с помощью традиционной рулетки или других измерительных приборов, особенно при измерении больших расстояний.

        Тахиметр-дальномер измеряет расстояние без использования специальных зеркал или отражающего материала. Электромагнитная волна, излучаемая прибором, отражается от объекта, находящегося в фокусе, обратно в прибор. Расстояние определяется анализом возвратной волны.

        Большая дальность – на рынке есть ручные дальномеры, которые измеряют километраж, но с низкой точностью. Большинство приборов класса строительства позволяют устанавливать участки длиной 250 метров.

        Расчеты на экране — некоторые дальномеры могут рассчитывать различные значения на основе измеренной длины. Простые инструменты вычисляют поверхность и объем, более продвинутые дальномеры могут определять длины недоступных сегментов, используя теорему Пифагора, а инструменты высшего уровня показывают даже наклон объектов.

        Миниатюрный размер – ручные дальномеры небольшие, легкие, устойчивы к неблагоприятным погодным условиям, работают от 2-3 батареек, что позволяет проводить несколько тысяч измерений.

        Ручные дальномеры, представленные на рынке, делятся на две основные группы:

        • электромагнитные дальномеры (частный случай лазерного дальномера)
        • ультразвуковые дальномеры

        Первая группа может быть связана с методикой определения дистанции

        • Импульсные дальномеры
        • фазовые дальномеры

        Ультразвуковой или лазерный?

        Чтобы ответить на заглавный вопрос, несколько слов полезной теории. В основе каждого лазерного дальномера лежит оптико-электронная система. Он отвечает за отправку электромагнитного импульса (лазера) и прием отраженного сигнала и его анализ. Импульс, посылаемый передатчиком, достигает измеряемого объекта, отражается от его поверхности и возвращается в дальномер, где электронная система определяет расстояние:

        • расчет времени путем измерения фазового сдвига посылаемых и возвращающихся волн – в фазе дальномеров,
        • на основе прямого измерения времени прохождения импульсом двойной линии между дальномером и объектом – в импульсе дальномера.

        Ультразвуковые дальномеры работают по тому же принципу, что и лазерные дальномеры. Однако здесь передающий блок состоит из динамика и микрофона. Динамик излучает не электромагнитные волны, а звуковую волну. Электронный модуль измеряет время, прошедшее с момента отправки ультразвукового сигнала до приема отраженных сигналов через приемник.

        Что лучше?

        Преимущества и недостатки лазерных и ультразвуковых дальномеров напрямую зависят от типа волн, которые они используют для измерения расстояний. Даже если скорость, определяющая расстояние, тесно зависит от скорости распространения волн – электромагнитная скорость около 300 000 км/с (скорость света), а ультразвук около 343 м/с (скорость звука в воздухе). Оба типа волн несут с собой основные физические явления – отражение, преломление и поглощение. Различное поведение электромагнитных волн и ультразвуковых дальномеров обоих типов имеет свои преимущества и недостатки.

        Каковы преимущества лазерных дальномеров?
        Каковы недостатки лазерных дальномеров?
        • относительно низкая точность импульсных дальномеров
        • отсутствие измерения прозрачных объектов
        • значительная чувствительность к работе под прямыми солнечными лучами в помещении и на улице при ярком солнце – часто отраженный сигнал рассеивается и его мощность после возвращения в приемную систему недостаточна для определения расстояния
        Каковы преимущества ультразвуковых дальномеров?
        Каковы недостатки ультразвуковых дальномеров?
        • очень маленький диапазон измерения (до нескольких метров)
        • требует, чтобы пользователь очень тщательно контролировал измерения из-за риска ошибок, возникающих из-за отражений от случайных предметов / объектов — ультразвуковые дальномеры лучше всего работают в пустых помещениях или на открытом воздухе
        • очень низкая точность
        • ограниченное использование в технических приложениях
        • низкоэффективное измерение объектов, отражающих сигнал под большим углом

        Все, что мы должны знать

        Глядя на вышеперечисленные пункты, идем дальше, становится ясно, что ультразвуковые дальномеры проигрывают практически во всех аспектах конкуренции с лазерными дальномерами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.