谢文科

教授 硕士生导师

入职时间:2015-12-28

所在单位:物理与电子学院

职务:光电系书记、系副主任

学历:研究生(博士)毕业

办公地点:物理与电子学院431室

性别:男

学位:博士学位

在职信息:在职

其他任职:湖南省光学学会秘书长

毕业院校:国防科技大学

学科:物理学
电子科学与技术

研究领域

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一、基于涡旋光束的km级别目标转速测量研究

研究背景及现状:自2013年,思克莱德大学的Martin P. J.的“基于光束的轨道角动量(OAM)测量物体转速”的工作在Science发表以来,国内外学者进行的相关理论和工程研究大多在光束在均匀介质中传输的前提条件展开的,欲将上述技术拓展到远距离(>km)大气传输条件时,由于大气湍流对传输光束的振幅衰减和相位畸变效应,高功率OAM的产生以及大气传输后OAM叠加态的稳定控制是须首要解决的问题。

开展的研究内容:课题组已建立基于相干合成技术的高功率涡旋光束产生的数学、物理模型及评价方法,并进行了试验验证,相关工作与发表在Optics Express(2020年)等期刊。目前,正在进行基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的目标在回路稳定叠加态自适应控制,仿真结果表明:研究方案可实现大气湍流条件下光束叠加态稳定的自适应关系控制及准确的转速解调,样机研制正在同步展开。

科学性或应用性说明:相较于传统的螺旋相位板、超表面、腔内整形等结构光产生方法,基于相干合成技术的涡旋产生方法具有不受材料功率阈值限制、结构简单等优势,通过对阵列光束进行精确的相位控制可同时获得高功率、高质量的涡旋光束,高速相位调制器阵列可兼具后续实现稳定叠加态控制的自适应光学系统的变形镜功能,具有一定系统结构创新性;对光场进行谱分析,创造性的提出基于目标拓扑荷比重的评价函数,克服了桶中功率(PIB),M2因子等传统光束质量评价函数对中空光束失效的窘境。事实上,后续基于目标拓扑荷比重评价函数的自适应优化算法能够实现叠加态的稳定控制,并实现1km处目标转速的精确测量。此研究工作为基于转速的真、假目标识别并实施正确的拦截技术奠定了较坚实的理论和工程基础。

二、基于光场相机的光学制导新技术研究

研究背景及现状:作为自适应光学系统的核心部件,传统的夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)受微透单元镜视场受限,在其应用于人造卫星等宽视场目标探测时会出现所谓子孔径图像混叠(Overlapping)现象,导致波前重构失效。由于光场相机的视场取决于微透镜阵列单元数N,理论上后者的视场为前者的N倍,因此后者被认为在大视场波前探测领域有极大的发展前景。

开展的研究内容:建立了基于典型大气条件(H=100km)和奈圭斯特采样定理约束下的光场相机结构参数设计方法;建立、编写了基于物理光学理论的从目标到光场相机成像面的数学模型和程序(含大气分层和相位屏模拟程序);实现了基于图像相关法的子孔径图像亚像素偏移量算法、基于变形镜本征模式的波前重构算法;上述研究内容均进行了实验室验证;光场相机波前重构的精度达到0.01波长精度。上述相关工作发表于Results in physics等期刊。完成基于光场相机的大尺寸目标(海洋卫星,12arcsec)波前测量结果的自适应光学精跟踪、图像清晰化仿真工作,结果表明可实现0.12pixel的跟踪精度和成像自适应校正。此项工作已通过验收、结题。

科学性或应用性说明:将基于SHWS的自适应光学系统的视场由数角秒扩大到数十角秒,为大尺寸、宽视场目标的精跟踪提供了新的技术方案,该技术避免多目标自适应光学技术(MOAO)多传感器同时工作分光导致的信噪比降低所带来的系列问题,同时系统结构得到极大简化。