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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 14，2025 2025年33卷第14期

  • 现代应用光学

    “在偏振图像渲染领域，研究人员基于Microfacet理论，提出了高阶镜面反射pBRDF模型，更准确地描述目标表面的偏振特性。”

    段锦, 丁华藤, 杨嘉豪, 李冠霏, 史成旭, 战俊彤

    DOI：10.37188/OPE.20253314.2153
    摘要：基于Microfacet理论，当光线照射到粗糙表面时会发生显著的多次镜面反射现象，而传统偏振双向反射分布函数（Polarized Bidirectional Reflectance Distribution Function，pBRDF）未能很好地描述这种现象，为了得到更精确的pBRDF模型，更好地分析材料的偏振特性，本文在包含镜面反射、漫反射和定向漫反射的三分量pBRDF模型基础上，进一步定义了高阶微相位角与一阶相位角的关系。改进后的pBRDF模型不仅考虑了多次镜面反射的几何衰减因子，还引入了微相位角的定义，从而建立了一个更全面的高阶镜面反射pBRDF模型。通过比较不同的pBRDF模型，并结合偏振特性采集装置进行验证，实验结果表明，本文提出的模型优于其他模型，三阶模型效果普遍优于二阶。在偏振图像渲染中，峰值信噪比和结构相似性平均分别提升10.09%和2.97%，呈现更加真实的渲染效果。验证本文提出的高阶镜面反射pBRDF模型能够更准确地描述目标表面的偏振特性。  
    关键词：高阶镜面反射pBRDF模型;Microfacet理论;粗糙表面;偏振特性;偏振图像渲染   
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    更新时间：2025-08-15
    “在精密光学领域，研究人员深入探究了法布里-珀罗标准具镜片面形误差对其性能的影响，建立了理论模型并优化了工艺参数，为高精密标准具的生产加工提供了重要应用价值。”

    于涵, 江毅

    DOI：10.37188/OPE.20253314.2166
    摘要：为了对法布里-珀罗标准具镜片加工过程中的面形误差进行确定性控制，本文深入研究镜片面形误差与法珀标准具性能的关系。通过建立面形误差对标准具透射谱影响的理论模型，量化分析面形误差对标准具主要性能指标的影响，进而优化工艺与面形控制参数。研究发现，面形误差的均值与标准具透射谱峰中心波长呈现良好线性关系，理论推导得出中心波长偏移的灵敏度系数为1.65 pm/nm。面形误差的峰谷值影响标准具透射谱线带宽展宽与峰值透过率衰减程度，在峰谷值小于λ/40（15.8 nm）时，带宽与峰值透过率渐进收敛。为验证理论模型，搭建皮米级精度的标准具透射谱测试实验系统，通过通光孔径测试的定性验证与面形误差测试的定量分析，明确中心片面形均匀性对标准具性能的影响高于边缘片，制定满足性能指标的面形误差控制阈值，并据此开展标准具研制实验。实验结果表明，在中心片峰谷值控制在10 nm内时，直径30 mm的标准具峰值透过率达到了98.63%，且在中心波长532.199 nm处实现带宽为32.8 pm的窄带滤波，逼近理论设计极限。本文这一结论对高透过率、窄带宽、中心波长皮米级稳定的高精密标准具的生产加工具有重要应用价值。  
    关键词：面形误差;标准具;峰谷值;法布里-珀罗   
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    更新时间：2025-08-15
    “本研究提出基于推挽式光纤布拉格光栅的水压传感方法，实现高精度水位实时监测，为海洋环境监测装备提供新型解决方案。”

    洪博诚, 吴崇坚, 于淼, 常天英, 姜海明, 崔洪亮

    DOI：10.37188/OPE.20253314.2178
    摘要：针对高精度水位实时监测的技术需求，本研究创新性提出基于推挽式光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）结构的水压传感方法。通过圆形弹性膜片、传力杆、滑块与双FBG构建复合传感单元，实现压力-光信号的高效转换。首先，基于弹性力学理论建模与有限元仿真分析，建立双FBG推挽式传感系统的波长偏移量与压力间的线性响应模型。然后，经系统实验验证，该传感器在0~2 MPa量程内展现出1 820.05 pm/MPa的压力灵敏度，线性度与重复性分别达0.69%和0.557%，响应时间为0.55 s，具备较高的压力灵敏度、良好的稳定性、较快的响应速度和极弱的蠕变特性。特别值得关注的是，其温度交叉灵敏度低至0.000 6 pm/℃，成功实现温度自补偿功能。研究表明，该设计通过推挽结构有效抑制环境温度干扰，突破传统传感器灵敏度与量程间的性能折中，同时兼具全光纤无源特性及分布式组网能力。研究结果为海洋环境监测装备提供新型解决方案，其优异的抗干扰特性和工程适用性，标志着其在深海水压实时监测领域具有重要应用前景。  
    关键词：水压传感器;光纤布拉格光栅;推挽式;压力响应特性;温度不敏感性   
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    更新时间：2025-08-15

  • 微纳技术与精密机械

    “在航天器编队任务领域，专家提出传感器优化准则，通过可视化分析测量精度，为光电传感器布局设计提供指导，确保激光灯塔良好工作性能。”

    袁浩然, 陈汉瑜, 武俊峰, 康国华

    DOI：10.37188/OPE.20253314.2191
    摘要：针对航天器编队任务的合作靶标在不同传感器布局下，造成测量精度差异性较大的问题，将测量精度进行可视化分析，提出一个传感器优化的准则，以此来指导复杂环境下的光电传感器安装布局设计，保证激光灯塔良好的工作性能。本文选择测角误差和传感器安装误差进行分析建模，更加严密地建立了激光灯塔系统的误差传播模型，并提出一种AP（角-精度）球形映射的方法，建立了传感器优化准则，用于评价传感器安装构型。仿真结果表明，激光灯塔系统测量误差均方根和推算值基本一致，其推算相对误差在5%之内，由此验证了误差传播分析模型的正确性。此外，在传感器布局优化方面，利用提出的AP球形映射可视化测量精度，对位姿测量精度进行分析，并进行了实验验证，发现相对于共面构型，激光灯塔对非共面的传感器安装构型的位姿测量精度随观测视角分布更为均匀，不易出现测量误差发散情况。  
    关键词：相对位姿测量;激光灯塔;误差传播模型;构型优化   
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    更新时间：2025-08-15
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