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Room-Temperature Terahertz Photodetectors Based on Black Arsenic-Phosphorus
DONG Zhuo, CHEN Jie, ZHU Yi-fan, YANG Jie, WANG Zhong-chang, ZHANG Kai
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0175
摘要(0) HTML全文(0) PDF 3680KB(0)
摘要:
Terahertz technology is indispensable in plenty of fields due to the abundant interactions between terahertz waves and matter. In order to meet the needs of terahertz applications, the development of highly sensitive and portable terahertz detectors based on distinctive physical mechanisms and various materials with excellent properties are urgently required. Black arsenic-phosphorus is a novel two-dimensional material that has a tunable band gap and transport characteristics with varying chemical composition, which has gained widespread interest in optoelectronic applications. Recent research on b-AsxP1-x mainly focuses on infrared detection, while the detection of terahertz has not yet been applied. Herein, an antenna-coupled terahertz detector based on exfoliated multilayer black arsenic-phosphorus is demonstrated. The terahertz response performance of the detector reflects two different mechanisms, which have a competitive relationship in the detection process. In particular, the detection mechanism can be tailored by varying the chemical composition of black arsenic-phosphorus. By balancing the band gap and carrier mobility, a responsivity of over 28.23 V/Wand a noise equivalent power of less than 0.53 nW/Hz1/2 are obtained at 0.37 THz. This implies that black arsenic-phosphorus has great potential in terahertz technology.
Study on quantitative methods of laser-induced two-dimensional fluorescence spectroscopy of multicomponent PAHs in soils
HUANG Yao, ZHAO Nan-jing, MENG De-shuo, ZUO Zhao-lu, CHENG Zhao, CHEN Yu-nan, CHEN Xiao-wei, GU Yan-hong
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0059
摘要(44) HTML全文(7) PDF 3522KB(2)
摘要:
Laser-Induced Fluorescence(LIF) has become a powerful technology for quantitative analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(PAHs) in soils due to its fast detection speed and low operational cost, without sample preparation. However, there are many types of PAHs in soils, and their similar structures lead to overlapped issues in their laser-induced fluorescence spectra. It is challenging to quantify a single PAH in complicated soil without the chemical separation. In this paper, fluorescence spectra of PAHs in agricultural soil are obtained by a 266 nm mobile LIF system, and quantification methods are investigated for PAHs, based on univariate linear regression, weighted non-negative least squares Multivariate Linear Regression(MRL) and Support Vector Regression(SVR). The results show that the correlation coefficients of anthracene and phenanthrene are both less than 0.90, and the average relative errors are both more than 20% by using univariate linear regression. Compared with univariate linear regression, MLR improves the prediction accuracy of anthracene and phenanthrene in the soil contaminated with bi-component PAHs. However, the average relative errors are still over 20% in the soil contaminated with multicomponent PAHs. Finally, a SVR model optimized by grey wolf optimization combined with differential evolution(GWO-DE) is applied for concentration measurement of anthracene and phenanthrene in agricultural soil contaminated with multicomponent PAHs. The average relative error of anthracene decreases from 23.1% (MLR) to 5.02%, while in the case of phenanthrene decreases from 20.8% (MLR) to 4.83%. This study provides an efficient method to improve the accuracy of LIF in quantifying multicomponent PAHs in soils.
光场成像目标测距技术
张石磊, 崔宇, 邢慕增, 闫斌斌
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0043
摘要(55) HTML全文(27) PDF 5073KB(8)
摘要:
为了使现代制导律能够在图像制导中得以应用,提高图像制导的性能,针对图像制导难以获取目标距离信息的问题,提出基于光场成像的目标测距算法。该算法首先对光场数据进行解码和整定,从原始图像中提取出子孔径图像;其次,对两张子孔径图像进行双线性插值,以提高图像的空间分辨率;之后,选取两张子孔径图像进行标定以获取对应的内参数和外参数,并利用这些参数校正子孔径图像,使其共面且行对准;最后,采用半全局匹配方法进行图像匹配,获取目标的视差值,将视差进行三维转换即可得到目标距离。实验结果表明,改进前、后算法的平均测量误差分别为28.54 mm和14.96 mm,距离测量精度得到有效提高,能够在较为复杂的场景中有效提取目标距离信息,具有一定的理论和应用价值。
超快激光选区焊接技术研究进展
张国栋, 程光华, 张伟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0131
摘要(38) HTML全文(38) PDF 5025KB(16)
摘要:
超快激光技术的发展为基础研究和工业生产不断注入新的动力,促发了很多新学科、新技术的诞生。超快激光焊接作为近年来发展起来的一种新型材料连接技术,在航空航天、精密机械、集成光电、生物医疗等领域具有巨大的应用潜力,受到了人们的广泛关注。基于超快激光非线性选区能量沉积的基本特点,超快激光焊接具有广泛的材料适用性和空间选择性,可以在无嵌入层的前提下实现涉及透明材料的高质量选区焊接。本文从超快激光选区焊接的物理机制、主要影响因素、适用领域入手进行了归纳与分析,并对未来该技术发展和将面临的关键挑战进行了论述。
Φ500 mm超轻量化SiC反射镜结构优化设计
赵宇, 苏成志, 赵贵军, 杨光
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0201
摘要(44) HTML全文(17) PDF 3639KB(7)
摘要:
为满足超轻量化光学系统近衍射极限的性能要求,利用先进的CAE仿真与现代高性能SiC制作工艺,研究Φ500 mm SiC反射镜的超轻量化反射镜结构。首先,通过对比现有反射镜常用材料和制作工艺,选取反射镜材料。针对圆形对称反射镜结构特性,采用全等刚度设计,结合集成优化方法,设计反射镜结构形式。同时,采用背部支撑结构,完成反射镜组件结构设计。仿真结果表明:主镜质量小于5 kg,面密度小于20 kg/m2。3个方向自重变形下及4 ℃温升工况下的面形误差(RMS值)均优于λ/50;主镜组件的一阶谐振频率不小于120 Hz,动态响应分析表明最薄弱处应力小于100 MPa。满足反射镜设计要求,轻量化效果显著,结构稳定可靠。
高精度大视场多星模拟器设计与验证
许洪刚, 韩冰, 李曼丽, 马洪涛, 张鹏宇, 鞠德晗
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0024
摘要(52) HTML全文(22) PDF 3779KB(7)
摘要:
在星敏感器高精度的地面精确标定任务中,为满足其对高精度大视场多星模拟器的需求, 研制了可实现20°×40°视场内65颗恒星位置、星等精确模拟的高精度星模拟器。文章从星模拟器原理出发,基于星模拟器空间坐标系转换设计了模拟星支架,通过分析影响模拟星指向的误差,采用 “主次镜一体式安装”、“全铝式模拟星系统”、“星孔位置补偿”等关键技术,设计高精度模拟星系统;建立各模拟星在o-xyz′坐标系中的空间位置模型,推导出各模拟星俯仰偏摆角度、单星指向及星间角距数学模型,并计算出单星指向理论误差及星角距理论误差,作为装调及试验的理论基础。试验结果显示,所有模拟星单星指向误差均优于1.914″,任意两模拟星角距误差优于4.3″;设计的高精度大视场多星模拟器精度满足要求,解决了新型星敏感器对高精度大视场多星模拟器的需求,可以作为高精度星敏感器地面性能标定的重要设备。
二维光栅位移测量技术综述
尹云飞, 刘兆武, 吉日嘎兰图, 于宏柱, 王玮, 李晓天, 鲍赫, 李文昊, 郝群
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0237
摘要(48) HTML全文(16) PDF 6953KB(11)
摘要:
超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多维测量系统,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使用环境的湿度、温度和气压的要求。本文主要介绍了近年来国内外基于二维光栅的位移传感系统光学结构的发展现状,从零差式和外差式光栅干涉测量原理入手,综述了基于单块二维光栅的光学结构到多块二维光栅耦合设计的光学结构发展历程,对比分析了几种二维光栅位移测量系统的优缺点,并展望了二维光栅位移测量系统发展趋势,总结了二维光栅位移测量系统的工程化进程。
638 nm光栅外腔窄线宽半导体激光器
刘野, 刘宇, 肖辉东, 李洪玲, 曲大鹏, 郑权
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0249
摘要(45) HTML全文(22) PDF 2239KB(5)
摘要:
本文采用反射式全息光栅作为外部反馈元件,设计了638 nm光栅外腔窄线宽激光器。使用高分辨率的光谱分析仪检测了Littrow结构的外腔半导体激光器的输出光谱,并进一步研究了该激光器的阈值和波长调谐特性。实验采用了2400 l/mm和1800 l/mm两种刻线密度的反射式全息光栅进行研究,在120 mA的注入电流下,采用刻线密度为2400 l/mm的光栅外腔激光器的输出功率是45.2 mW,将阈值电流由60 mA降至51 mA,下降幅度为11%;采用刻线密度为1800 l/mm的光栅外腔激光器的输出功率是38.7 mW,将阈值电流由60 mA降至47 mA,下降幅度为24%,光谱线宽均压窄至3.5 pm,且分别了实现了9.4 nm和10.5 nm宽度的波长调谐。实验结果表明,采用反射式全息光栅的Littrow结构用于半导体激光器,极大地改善了半导体激光器的性能。
Absorption enhancement of silicon via localized surface plasmons resonance in blue band
WANG Hao-bing, TAO Jin, LV Jin-guang, MENG De-jia, LI Yang, ZHAO Yong-zhou, WANG Jia-xian, ZHANG Jun, QIN Yu-xin, WANG Wei-biao, LIANG Jing-qiu
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0056
摘要(112) HTML全文(44) PDF 4683KB(2)
摘要:
To enhance the blue light absorption of silicon, an array of silver nanoparticles(Ag-NPs) was designed so that they create Localized Surface Plasmon Resonance(LSPR) near the surface of silicon(Si). The properties of the enhanced optical absorption of silicon in the blue band were then observed and researched. The blue-light absorption characteristic of silicon in the Ag-NPs/Silicon composite structure were calculated using the Finite-Difference- Time-Domain (FDTD) method. The results indicated that the metallic nanoparticles' extinction capability was related to its geometric parameters and the resonance intensity and peak wavelength can be tuned according to different geometric parameters of Ag-NPs including radius, height and period. At a resonance peak wavelength of 465 nm, the optical absorption of Si in the composite structure (Ag-NPs/Si) rises from 59% to 94% with an array of radius r = 18.5 nm, a height H = 45.0 nm and a period P = 49.0 nm. It concluded that the light absorption gain was 0.57 and photogenerated carriers had a gain factor of 0.53 due to the enhanced light absorption of Si via LSPR in blue band. The results provide a significant reference for the enhancement of the blue-light absorption properties in silicon based on the LSPR effect and the design of a silicon-photodetector with a visible wide spectral resoponse.
激光散斑目标探测技术
郜魏柯, 杜小平, 王阳, 杨步一
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0049
摘要(94) HTML全文(25) PDF 4989KB(15)
摘要:
基于激光散斑的目标探测技术是一种长期以来被人们忽略的激光探测技术,该技术将传统激光探测技术中视为噪声的激光散斑视为新的信息来源,通过分析激光散斑形成机理探究散斑统计特性与目标物理特性间的关系,并结合行之有效的分析反演方法来获得包括目标形状、尺寸、表面粗糙度以及动力学参数等信息。与传统激光探测技术相比,基于激光散斑的目标探测技术具有结构简单,对光学系统要求低,对目标表面物理特性及微动特性敏感等特点,目前已广泛应用于航天、医学、工业、军事等多个领域。本文对近年来各类基于激光散斑的目标探测技术进行了分类总结,对各类探测方法的用途和优缺点以及适用环境进行了对比分析,对未来基于激光散斑的目标探测方法的发展趋势加以分析。
面向光学遥感目标的全局上下文检测模型设计
张瑞琰, 姜秀杰, 安军社, 崔天舒
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0057
摘要(72) HTML全文(40) PDF 4930KB(2)
摘要:
在复杂背景下的光学遥感图像目标检测中,为了提高检测精度,同时降低检测网络复杂度,提出了面向光学遥感目标的全局上下文检测模型。首先,采用结构简单的特征编码-特征解码网络进行特征提取。其次,为提高对多尺度目标的定位能力,采取全局上下文特征与目标中心点局部特征相结合的方式生成高分辨率热点图,并利用全局特征实现目标的预分类。最后,提出不同尺度的定位损失函数,用于增强模型的回归能力。实验结果表明: 当使用主干网络Root-ResNet18时,本文模型在公开遥感数据集NWPU VHR-10上的检测精度可达97.6%AP50和83.4%AP75,检测速度达16 PFS,基本满足设计需求,实现了网络速度和精度的有效平衡,便于后续算法在移动设备端的移植和应用。
面向机器视觉检测的缸体横孔照明
姜涛, 张桂林, 高俊鹏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0054
摘要(107) HTML全文(59) PDF 4285KB(10)
摘要:
针对机器视觉检测技术在缸体内表面横孔检测应用中存在的光源设计复杂、照度均匀性差等问题,本文提出一种以LED为直接光源在缸体内部照射横孔,以积分球为背景光源在缸体外部照射横孔的双光源照明方法。本文以缸体内横孔光照均匀性为出发点,建立光源辐射响应数学模型,分析了光源大小、距离、缸体受光点与光照均匀性的关系,并结合成像法介绍了缸体横孔照度均匀性评估方法。最后,通过实验对比分析了光纤光源、LED光源、LED+积分球光源在缸体横孔检测中的光照均匀性。实验数据显示,采用LED光源从外部照射横孔时光照不均匀度达10%,从内部照明时光照不均匀度为5%;采用光纤光源从内部照射横孔时光照不均匀度为4.6%;而采用积分球在缸体外部照射横孔,同时在缸体内部使用LED照明时,光照不均匀度为0.6%。可见采用LED+积分球双光源照明方法可以获得大于99%的光照均匀性,能够较好地满足机器视觉检测照明要求。
Offner分光成像系统的球面自准直法快速装调
杨拓拓, 陈新华, 赵知诚, 朱嘉诚, 沈为民
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0058
摘要(94) HTML全文(58) PDF 5499KB(8)
摘要:
Offner分光成像系统由凸面光栅和两个凹面反射镜组成。光学结构上同心的特点使其具有相对孔径大、畸变小、结构紧凑等优点。为了降低Offner分光成像系统的装调难度,提高装调效率,本文基于同心特点和球面自准直原理,研究了Offner分光成像系统的快速装调方法。首先搭建球面自准直装置,当该装置生成的点光源位于球面反射镜曲率中心处时,其反射像点和点光源重合。通过检测反射像点和点光源之间的位置偏差,可判定球面反射镜曲率中心位置的偏离程度。利用该装置定位主镜、凸面光栅和三镜的曲率中心位置,完成Offner分光成像系统的装调。实验结果表明,两块离轴凹面反射镜的曲率中心间距误差可控制在10 μm以内,装调完成的分光成像系统成像性能较好,满足指标要求。与现有装调方法相比,该方法具有易于对准、装调速度快、所需设备成本低等优点。
强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性
高银军, 高丽红, 张相华, 马壮, 刘峰, 彭国良, 田宙
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0053
摘要(81) HTML全文(50) PDF 3425KB(0)
摘要:
为了获取强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性,发展了强爆炸辐射源参数以及光辐射传输的物理模型和计算方法,计算给出了不同条件下目标位置处的光辐射谱特征。利用材料光谱反射率测量方法,结合光辐射耦合系数计算方法获取了几类材料的能量耦合系数。结果显示:金属、陶瓷材料的光辐射耦合系数相对较小,而碳纤维环氧复合材料的耦合系数可达0.92;采用实际光辐射能谱计算的耦合系数比近似6000 K黑体谱的结果要高,最大约14%。以铝材料为例,光辐射耦合系数随当量及爆心距离增加均表现出逐渐减小的趋势,但总体变化幅度不大。
电沉积掺铝氧化锌纳米柱的光学性质裁剪
汤洋
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0075
摘要(65) HTML全文(42) PDF 3626KB(2)
摘要:
为在新型纳米结构太阳能电池中应用ZnO纳米柱阵列材料,则要求能够对纳米柱的几何形貌与光电物理性质进行裁剪与操控。本文使用电沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列,通过在电解液中使用Al(NO33 和NH4NO3,实现了对纳米柱晶体质量、直径、阵列密度、柱间距、Al掺杂浓度、光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移等物理性质的调控。其可在28~102 nm范围内操控ZnO纳米柱的直径。NH4NO3的使用可将纳米柱的阵列密度降低至2.7×109 /cm2及将纳米柱间距增大至164 nm。电解液中NH4NO3的使用可将ZnO纳米柱中的Al/Zn重量比提升至2.92%,结果表明NH4NO3可以有效地促进ZnO纳米柱的Al掺杂。通过Al(NO33与NH4NO3可以对ZnO纳米柱的光学带隙在3.36~3.55 eV范围内进行裁剪,并对ZnO纳米柱的近带边发射性质进行操控。Al(NO33的引入使ZnO纳米柱的斯托克斯位移增大至200 meV。NH4NO3能够有效地将样品的斯托克斯位移降低至26 meV。通过使用Al(NO33 和NH4NO3实现了对ZnO纳米柱阵列几何形貌与光电物理性质的有效裁剪,获得了高质量的纳米柱阵列材料。
卷帘快门式CMOS探测器的星图像移补偿
张博研, 孔德柱, 刘金国, 武星星, 董得义
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0089
摘要(91) HTML全文(44) PDF 3891KB(7)
摘要:
本文研究了卷帘快门式CMOS成像器件在拍摄星图时引入的快门效应。根据卷帘快门CMOS图像传感器的成像原理和特点, 分析了星图中由于快门效应导致的星点变化情况,对该成像方式引入的图像变形,提出了一种像移补偿方法。该方法在已知星图拍摄帧频、CMOS图形传感器相邻行曝光时间间隔的基础上,通过对相邻星图中的星点进行目标提取、质心计算以及星点质心匹配等操作,完成景物在像面上像移速度的计算,最后结合该速度值和CMOS图像传感器的行曝光时间间隔,计算星点质心在单帧星图中的像移,逆向补偿。通过实际拍摄的星图对算法的效果进行测试,实验结果表明,利用补偿后的星图解算姿态数据时,其中非机动模式下与两个星敏的夹角误差可达到0.5″以内,机动模式下与两个星敏的夹角误差也可达到0.6″左右,不仅明显优于补偿前,且精度高于很多目前主流的星敏感器。该实验结果不仅证明了算法的有效性,而且在一定程度上推广了卷帘快门式CMOS 相机在航空航天领域的应用。
Shift of the first ionization threshold of Sm atom in electric field
XU Zhao-jin, ZHANG Xiao-hu, ZHANG Wen-na, HUANG Chao-hong, SHEN Li
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0071
摘要(79) HTML全文(55) PDF 3198KB(4)
摘要:
In order to obtain the first ionization threshold of Sm atom, the photoionization signal, self-ionization signal and field ionization signal generated by the Sm atom under multi-step excitation were distinguished, and the influence of the Rydberg state of the Sm atom with different magnetic quantum numbers on the first ionization threshold was studied. At first, by use of multi-step resonance excitation combined with polarization technology, the rare-earth Sm atoms were excited to the self-ionization or bound Rydberg state with a specific magnetic quantum number near the first ionization threshold. Then the ions generated by photoionization and self-ionization were pushed out of the action zone by the reverse electrostatic field, and a delayed pulsed electric field was applied to detect the Sm atoms of bound Rydberg state. Finally, the relationship between the first ionization threshold of Sm atom and the varying intensity of electrostatic field was acquired, and the first ionization threshold of the Sm atom with different magnetic quantum numbers under zero field was determined by fitting. The experimental results show that the first ionization threshold of Sm atom is 45519.69±0.17 cm−1, which has been compared with the results obtained by other methods. The effectiveness of the delayed field ionization technique in measuring the first ionization threshold of Sm atom has been verified.
地基大口径拼接镜面主动控制技术综述
范文强, 王志臣, 陈宝刚, 李洪文, 陈涛, 安其昌, 范磊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0032
摘要(81) HTML全文(34) PDF 3726KB(16)
摘要:
拼接镜面技术是光学合成孔径望远镜的三种实现方式之一,是未来大口径望远镜的重要研究方向。由于拼接镜面主动控制系统直接影响拼接镜面等效大口径镜面的光学性能,本文着眼于地基大口径望远镜的拼接镜面主动控制技术,由地基拼接镜面望远镜的发展过程展开,阐述拼接镜面主动控制系统的主要结构,对国内外拼接镜面主动控制系统发展概况进行分析和总结。归纳了拼接镜面主动控制系统实现主动调整和主动保持的关键技术,明确了深度学习理论在闭环控制,共相检测与校正和系统级仿真建模技术中的逐步应用和未来发展方向,为国内下一代地基大口径望远镜拼接镜面的控制方案设计提供相应的指导。
Gabor滤波融合卷积神经网络的路面裂缝检测方法
陈晓冬, 艾大航, 张佳琛, 蔡怀宇, 崔克让
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0041
摘要(94) HTML全文(61) PDF 3857KB(18)
摘要:
针对神经网络难以从数据量较少、较单一的路面裂缝图像中提取有效特征的局限性,设计了一种融合Gabor滤波器的卷积神经网络模型(Gabor Filter Convolutional Neural Network,GF-CNN)以进行路面裂缝检测。GF-CNN模型首先将路面图像输入小型参数预测网络中,依据输入图像自适应地选取Gabor滤波器组的参数,并根据所预测参数构建滤波器组对初始路面图像进行滤波,得到Gabor纹理特征图。将纹理特征图输入至基于残差网络构建的特征分类网络中提取深层特征,判断其是否包含裂缝。在GAPs路面图像数据集上的测试结果表明,GF-CNN模型的F1分数达到0.7137,优于其他路面图像检测方法。该模型通过融合纹理特征改善CNN特征提取能力,同时降低Gabor滤波器参数敏感性以提高模型泛化能力,对于路面裂缝图像具有良好的适用性。
光电精跟踪系统的改进差分进化算法研究
董全睿, 陈涛, 高世杰, 刘永凯, 张建强, 吴昊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0021
摘要(99) HTML全文(49) PDF 3692KB(4)
摘要:
针对激光通信精跟踪系统,提出一种基于改进差分进化算法的辨识方法。首先,介绍了标准差分进化算法的基本原理和算法流程,基于此提出一种改进的差分进化算法,并对算法中的参数进行优化;其次,通过扫频信号激励精跟踪系统分析被控对象的动态特性,同时采集CCD相机的位置反馈信息;最后,根据实验数据采用差分进化算法对系统进行辨识,获得精跟踪系统的控制模型。实验结果表明:采用改进差分进化算法后,辨识方法的收敛速度更快,辨识结果准确,该方法在光电跟踪领域有一定工程价值。
微小卫星激光通信系统发展现状与趋势
高世杰, 吴佳彬, 刘永凯, 马爽, 牛艳君, 杨会生
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0033
摘要(158) HTML全文(62) PDF 7403KB(23)
摘要:
空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势,成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段,特别在微小卫星应用场合,更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基础上,总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术,归纳了工程化应用、双工通信、单点对多点、国产化和批产能力5个方面的发展趋势。
二维过渡金属硫族化合物中的缺陷和相关载流子动力学的研究进展
王云坤, 李耀龙, 高宇南
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0106
摘要(641) HTML全文(40) PDF 5820KB(18)
摘要:
原子级厚度的单层或者少层二维过渡金属硫族化合物因其独特的物理特性而被寄希望成为下一代光电子器件的重要组成部分。然而,二维材料中的缺陷在很大程度上影响着材料的性质。一方面,缺陷的存在降低了材料的荧光量子效率、载流子迁移率等重要参数, 影响了器件的性能。另一方面,合理地调控和利用缺陷催生了单光子源等新的应用,因此,表征、理解、处理和调控二维材料中的缺陷至关重要。本文综述了二维过渡金属硫族化合物中的缺陷以及缺陷相关的载流子动力学的研究进展,旨在梳理二维材料中的缺陷及其超快动力学与材料性能之间的关系,为二维过渡金属硫族化合物材料特性和高性能光电子器件的相关研究提供支持。
扫频光学相干层析视网膜图像配准去噪算法
蔡怀宇, 韩晓艳, 娄世良, 汪毅, 陈文光, 陈晓冬
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0130
摘要(28) HTML全文(10) PDF 3775KB(3)
摘要:
多帧叠加平均处理是去除扫频光学相干层析系统的散斑噪声、获得较为清晰结构信息的有效方法,但眼睛的震颤、漂移、微眼跳等生理特性和系统光路特性会使图像之间存在几何变换,导致叠加效果不佳、结构稳定性差,为此本文提出一种基于灰度分布信息和目标几何信息相结合的配准算法。该方法根据图像平均灰度分布提取包含目标信息的感兴趣区域,通过相位相关算法和基于分段拟合的灰度投影算法的双重作用校正图像的平移变换;通过拟合视网膜上边界作为特征点迭代确定最佳旋转参数,并再次重新估计平移参数,实现图像的刚性配准;最后通过轴向扫描一对一映射法以能量函数为约束条件实现图像的非刚性配准。对活体兔眼进行实验,结果表明,本文算法配准后的叠加图像边界清晰,结构信息增强,信噪比和对比度平均有效提高一倍多。本算法适用于强噪声视网膜B-Scans图像的配准,能满足多种类型OCT系统的叠加成像需要,具有较高的鲁棒性和图像配准精度。
多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验
周文舟, 范晨, 胡小平, 何晓峰, 张礼廉
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0099
摘要(45) HTML全文(22) PDF 4667KB(5)
摘要:
针对现有偏振去雾算法鲁棒性不强和图像增强效果有限的问题,提出一种基于多尺度奇异值分解的图像融合去雾算法。首先,利用偏振测量信息的冗余特性,采用最小二乘法,提高了传统偏振图像去雾算法中偏振信息的准确度;然后,从传统偏振图像去雾算法的局限性出发,定性分析了进行偏振图像融合去雾的可行性,并提出了一种基于多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法;最后设计了不同能见度条件下的验证实验并进行了量化评价。结果表明,与经典偏振图像去雾算法相比,该算法不需要进行人工参数调节,具有较强的自适应性和鲁棒性,能够有效地改善传统算法中出现的光晕以及天空区域过曝的问题,图像信息熵与平均梯度最大可分别提高18.9%和38.4%,有效地增强了复杂光照条件下的视觉成像质量,具有较大的应用前景。
Polarization changes of partially-coherent airy-gaussian beams in a slanted turbulent atmosphere
Cheng Ke, Lu Gang, Zhu Bo-yuan, Shu Ling-yun
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0095
摘要(21) HTML全文(7) PDF 2044KB(1)
摘要:
Investigating polarization changes in a turbulent atmosphere holds great significance because polarization is one of the most important parameters in laser communication. Based on the extended Huygens-Fresnel principle and the unified theory of coherence and polarization, an analytical expression for the degree of polarization (DoP) in partially coherent Airy-Gaussian beams propagating in a slanted turbulent atmosphere is derived. It is then used to study the dependence of polarization changes in turbulent parameter, coherence length, zenith angle, truncation and distribution factor. The polarization between the slanted and horizontal paths is also compared. Compared with horizontal turbulence, the beams traverse a longer distance to recover their initial polarization in slanted turbulence. An increase in the zenith angle, receiving height and truncation factor, or a decrease in the coherence length can increase the DoP. A smaller distribution factor or a higher coherence length is beneficial to reducing the effect of the zenith angle on the polarization. Analysis of the influence of the distribution factor on polarization also shows that maintaining the polarization of a Gaussian beam with higher coherence in a horizontally turbulent atmosphere has a greater advantage to that of a pure Airy beam from the view of keeping polarization invariance. The results in this paper may be useful for studying atmospheric communication, and show that optical information encoding can be achieved by selecting appropriate parameters.
膜层对熔石英表面损伤修复点光调制性能调控研究
蒋勇, 廖威, 王毕艺, 赵万利, 刘强虎, 邱荣, 郭德成, 周磊, 周强, 张远恒
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0110
摘要(42) HTML全文(19) PDF 3310KB(2)
摘要:
针对CO2激光修复熔石英表面损伤点后得到的修复点(简称损伤修复点,下同)产生的光调制问题,重点研究损伤修复点在镀增透膜前后的形貌及光调制的变化规律,探讨修复点深度、宽度等形貌因素对SiO2胶体在修复点坑内沉积的影响,以及对光调制效应的影响。研究结果表明:胶体材料在损伤修复点坑内具有明显的富集效应,可有效改善损伤修复点的形貌尺寸,尤其是对深度的影响尤为明显。这虽然会导致损伤修复点在镀膜后最大光调制位置的增大,但其导致的最大光调制却远小于相应未镀膜损伤修复点导致的调制度。研究结果对进一步优化对熔石英表面损伤点的修复工艺及光调制度控制提供参考。
钕敏化多层壳纳米结构的增强型染料敏化上转换发光
王丹, 薛彬, 涂浪平, 张友林, 宋军, 屈军乐, 孔祥贵
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0097
摘要(93) HTML全文(18) PDF 3339KB(3)
摘要:
对于稀土离子掺杂的上转换发光,由于稀土离子吸收截面小、吸收范围窄的因素,导致其发光强度受限。最近,通过在稀土上转换纳米粒子的表面连接近红外染料分子敏化发光的方式,被证实是提高上转换发光强度的有效策略。然而,仅仅将染料分子连接经典的稀土Yb掺杂纳米粒子,并不能有效利用染料分子的敏化能力。针对这一问题,我们通过高温热分解法成功制备了Nd3+敏化的核/壳/壳 (NaYF4: Yb/Er (20/2%)@ NaYF4: Yb (10 %)@ NaYF4: Nd (80 %))纳米结构,与经典的IR-806敏化的NaYF4: Yb/Er纳米结构相比,IR-806敏化的Nd3+掺杂的核/壳/壳纳米结构的上转换发光(500到700 nm)强度增强了约38倍。通过荧光光谱及荧光寿命分析证实,上转换发光强度增强源于Nd的吸收与近红外染料分子的有效交叠,以及壳层结构对发光中心的保护作用(Er3+ (4S3/24I15/2)的寿命延长了1.7倍)。另外,研究发现纳米壳层结构中最外层掺杂Yb3+离子将导致染料敏化发光的减弱。进一步,这种IR-806敏化的Nd掺杂的核/壳/壳纳米结构可实现增强发光中心为Ho及Tm的上转换发光,为提高染料敏化上转换发光及应用提供了新途径。
便携式激光诱导击穿光谱最新研究进展
曾庆栋, 袁梦甜, 朱志恒, 陈光辉, 汪婕, 余华清, 郭连波, 李祥友
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0093
摘要(50) HTML全文(13) PDF 3931KB(6)
摘要:
作为一种新型快速的物质成分分析技术,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)已经在越来越多的工业领域中被证明具有巨大的应用潜力。然而,由于野外作业或工业现场嘈杂恶劣检测环境的存在,对仪器设备的大小尺寸和抗恶劣环境的能力提出了新的更高的要求。近年来,新型的激光器的发展进一步促进了LIBS仪器化的进程,使得其逐渐从实验室迈向工业应用,同时也使得LIBS系统逐渐趋于仪器化、专业化、便携化。本文综述了便携式LIBS的发展历程,对各种激光光源(小型Nd: YAG固体激光器、二极管泵浦固体激光器、微片激光器、光纤激光器以及光纤传能的方案)应用于便携式LIBS系统的最新研究进展进行了综述和分类讨论,探讨了当前便携式LIBS存在的基本问题,并对其未来发展趋势进行了展望。
固态微光实时偏振成像集成技术
梁宛玉, 许洁, 戴放, 常维静, 那启跃
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0086
摘要(64) HTML全文(19) PDF 4215KB(9)
摘要:
高性能的微光夜视探测是光电探测未来的发展方向。本文针对在微弱光照射情况下,因为感光度不足而使得获得的偏振图像存在较大误差的问题,提出了一种固态微光实时偏振成像集成技术。通过引入白光通道和4个偏振方向的8个偏振通道,可在EMCCD微光器件上实现偏振和微光探测的集成。经试验验证,该技术获取的偏振信息准确度较高,且无偏振单元的存在使得器件的最低工作照度不被降低,器件同时具备微光-偏振探测功能,除大幅提高探测器件对目标的探测识别能力外,还具有加工难度低、成本低等优点。
基于可见/近红外透射光谱技术的红提糖度和含水率无损检测
高升, 王巧华
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0085
摘要(33) HTML全文(9) PDF 4724KB(2)
摘要:
  目的  红提糖度和含水率是重要的内部品质衡量指标,传统的检测方法均为破坏性生化检测。  方法  本文研究基于可见/近红外透射光谱技术的红提糖度和含水率的无损检测方法。采集360个红提样本并分别利用标准正态变量变换(Standard Normal Variable transformation,SNV)、SavitZky-Golay卷积平滑处理法(SavitZky-Golay,S_G)等光谱预处理方法建立PLSR模型,确定最好的光谱预处理方法,分别采用一次降维(GA、SPA、CARS、UVE)和二次降维组合(CARS-SPA、UVE-SPA、GA-SPA)七种数据降维方法对光谱进行特征变量提取,分别建立红提糖度和含水率的偏最小二乘回归算法(Partial Least Squares Regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)含量检测模型并对比分析模型的优劣。  结果  结果表明,红提糖度和含水率的最优PLSR模型波长提取方法为GA-SPA-PLSR,最优模型的预测集相关系数分别为0.958、0.938;红提糖度和含水率的最优LSSVM模型波长提取方法分别为CARS-SPA-LSSVM、UVE-SPA-LSSVM,最优模型的预测集相关系数分别为0.969、0.942;LSSVM所建模型的效果好于PLSR所建模型,但模型的运算时间较长。  结论  研究结果表明:基于可见/近红外技术无损检测红提糖度和含水率的方法可行,且两种最优检测模型预测的精度较高,都能满足检测要求。在不同应用下,可选择不同模型,PLSR所建最优模型的运算时间较短,适合在线快速检测;LSSVM的检测性能最佳,可更加准确地检测红提糖度和含水率。
光学自由曲面自适应干涉检测研究新进展
张磊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0126
摘要(43) HTML全文(12) PDF 3199KB(15)
摘要:
光学自由曲面因其丰富的自由度而面临检测困境,干涉检测法具有高精度非接触式特点,但传统干涉仪中静态补偿器难以实现自由曲面加工过程中未知面形不断变化的原位检测。因此,可编程控制的大动态范围自适应补偿器成为近年来自由曲面干涉检测中的研究热点。结合课题组在自由曲面自适应干涉检测领域的工作,介绍了光学自由曲面自适应干涉检测的最新研究进展,详细分析了基于可变形镜和空间光调制器的自适应干涉检测技术,介绍了针对干涉图目标的自适应控制算法,总结了两大类自适应检测方法的优点以及发展瓶颈,并对未来自由曲面的自适应检测技术提出了展望。
样品温度和空间约束的结合对LIBS的影响
于丹, 孙艳, 冯志书, 代玉银, 陈安民, 金明星
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0118
摘要(24) HTML全文(8) PDF 3874KB(0)
摘要:
升高样品温度和空间约束能提高激光诱导击穿光谱的信号强度,两种技术的结合可以进一步提高激光诱导击穿光谱的光谱强度。本文在空气的环境中研究了升高样品温度和空间约束效应的结合对激光诱导击穿光谱的影响,测量了激光诱导铝等离子体的时间分辨光谱。实验结果表明,升高样品温度能增加激光诱导击穿光谱的信号强度,高温的样品能耦合更多的激光能量;当圆柱形腔被用于约束等离子体时,信号强度得到了进一步的提高。两个实验条件的结合增强激光诱导击穿光谱信号强度的效果明显强于单独升高样品温度或者单独空间约束的增强效果。单一条件200°C样品下的Al(I) 396.2 nm线强度增加到1.4倍;单一条件空间约束下的Al(I) 396.2 nm线强度增加到1.3倍;而在200°C和空间约束的组合条件下,Al(I) 396.2 nm线强度增加到2.1倍,高于两种单一条件增加倍数之积1.8倍。这个结合的效应主要基于激光照射高温样品产生更强的冲击波能更有效地压缩高温下产生的更大尺寸的等离子体羽,从而进一步提高了激光诱导击穿光谱的强度。
大口径天基平台全谱段成像光学系统设计
李轶庭, 付岳刚, 王灵杰, 张玉慧, 刘铭鑫
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0255
摘要(49) HTML全文(10) PDF 4802KB(5)
摘要:
针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难,信号采集处理时间长的问题,利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点,提出采用压缩感知的大口径全谱段快照式光谱仪的方案。对其光学系统结构进行设计,并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统,用分色片对系统分光,经过对各系统优化处理,最终获得了幅宽为400 km◊400 km,可见光分地面像元分辨率为40 m,中波红外地面像元分辨率为400 m,长波红外地面像元为625 m的光学系统,设计结果MTF可见光路在78.125 lp/mm高于0.455,中波红外光路在33.3 lp/mm高于0.518,长波红外光路在20.8 lp/mm高于0.498;系统光谱分辨率分别为可见光20 nm、中波红外50 nm、长波红外光150 nm;可见光路二级光谱小于0.05 mm,设计结果具有良好的成像质量,各部分光学系统成像质量接近衍射极限,设计结果满足应用和指标需求。
基于微波光子学的准分布式光纤传感解调技术
吴妮珊, 夏历
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0121
摘要(51) HTML全文(17) PDF 3845KB(15)
摘要:
准分布式光纤传感系统在土木工程、能源勘测、航空航天、国防、化工等领域一直发挥着不可替代的重要作用。以微波光子学为基础的准分布式光纤传感解调技术被广泛应用于光纤复用系统的快速、高精度的信号解调与传感器定位。与传统的光学波长解调方案相比,该技术大幅提高了系统的解调速率,弥补了传统解调方法在传感器定位方面的缺陷。本文主要介绍了近年来国内外在基于微波光子学的准分布式光纤传感解调领域的研究进展,从光纤光栅准分布式传感系统和光纤法布里-珀罗准分布式传感系统两方面入手,对比分析了现有的数种微波解调光纤准分布式系统的优缺点,并对基于微波光子学的准分布式光纤传感解调技术的未来研究发展方向进行了总结与展望。
中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区光环境变化研究
李元, 张勇, 胡丽琴, 陆其峰, 卢乃锰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0129
摘要(60) HTML全文(12) PDF 4273KB(6)
摘要:
中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区在国内外遥感卫星在轨辐射定标与定量化应用领域具有不可替代的作用。随着2016年敦煌场区外围南侧熔盐塔式光热发电项目的建成并投入使用,集热塔散射辐射对场区光环境的影响程度有待开展详细的分析评估。本文开发了使用Monte Carlo三维辐射传输模型模拟与CE318多通道光度计等高线实测分析相结合的定量分析方法,解决了散射辐射交融于背景辐射中难以定量评估的问题。通过使用新型的ASC200云量自动观测仪,提高了晴空判识精度。通过开发CE318四象限定位修正算法,有效提高了观测数据质量。2020年1−3月收集到的有效数据显示除了550 nm通道,集热塔未对天空漫射辐射带来明显影响。对于500 nm通道,在有效数据对应的观测几何下(距离0.87−3.07 km,观测天顶角77.30−51.32°),集热塔吸热器对天空漫射辐射的影响不超过0.93%。与模型模拟的结果结合起来分析后,可以得出当距离电站2公里时大电站散射辐射带来的天空漫射辐射相对变化<1.62%,大于等于3公里时相对变化<0.93%的结论。本项研究成果对利用敦煌场开展遥感定量化应用,准确评估发电站引进的不确定度因素具有积极意义。
线扫描虚拟结构调制共聚焦显微成像
赵家旺, 张运海, 王发民, 缪新, 施辛
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0120
摘要(49) HTML全文(24) PDF 3945KB(10)
摘要:
共聚焦显微镜的分辨率受光学衍射极限限制。结构调制已经证明在共聚焦显微镜中可以实现超分辨成像,但是图像采集速度有限,该方法的实际应用具有局限性。为了提高系统成像速度,本文介绍了一种将线扫描应用到结构调制共焦显微镜的方法。利用柱面透镜产生线照明,余弦数字掩模用于探测端的解扫描线斑图像调制,与虚拟结构探测方法不同之处在于无需后续的移频过程。为了提高各项同性分辨率,采用样本转动的方式实现0°、90°两角度扫描。仿真和实验结果表明,相干传递函数频谱宽度增大,成像分辨率达到传统共聚焦显微镜的1.4倍。与采集单点图像的结构调制共焦显微镜相比,图像采集速度提高104倍。
基于交比不变性的投影仪标定
杨建柏, 赵建, 孙强
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0111
摘要(29) HTML全文(17) PDF 3406KB(3)
摘要:
为了提高数字光栅投影三维测量中投影仪标定的准确性,提出了一种新的投影仪标定方法。该方法结合二次投影技术和交比不变性进行投影仪标定。采用二次投影技术解决投射图案与标定板图案互相干扰的问题;采用交比不变性方法以避免引入相机的标定误差。进行了对比实验,以验证所提方法的有效性。与需要相机参数的传统投影仪标定方法以及根据全局单应性的投影仪标定方法相比较,采用本方法的反投影误差标准差分别从(0.2275, 0.2264)像素和(0.1397, 0.0997)像素降低到(0.0645, 0.0601)像素,反投影误差的最大值分别从1.222像素和0.5617像素降低到0.2421像素。另外,该方法还可同时标定相机,从而获得整个三维测量系统的参数。上述结果表明,本文提出的方法可以避免相机标定参数的误差传递,提高投影仪的标定精度。
大孔径静态干涉成像光谱仪径向畸变导致谱线偏移误差的校正方法
安玲坪, 王爽, 张耿, 李娟, 刘学斌
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0084
摘要(49) HTML全文(23) PDF 3791KB(5)
摘要:
为提高大孔径静态干涉成像光谱仪在视场增大时的光谱定标精度,减小径向畸变对光谱精度的影响,本文提出一种基于光谱——畸变关联模型的光谱定标系数修正方法,给出了波数和波长修正公式。采用594.1 nm和632.8 nm气体激光器对成像光谱仪进行了光谱成像实验,并对数据进行了处理和分析。结果表明,当存在0.3%的桶形畸变时,边缘视场的反演光谱存在2 nm左右的偏移,利用本文方法校正后,谱线偏移减小到0.1 nm左右。该方法仅需根据镜头畸变参数即可完成修正,简化了实验室光谱定标流程,提高工作效率,也可应用于星载干涉光谱数据的在轨参数校正。
可见光通信中正交频分复用调制技术研究综述
徐宪莹, 岳殿武
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0051
摘要(46) HTML全文(17) PDF 3572KB(7)
摘要:
可见光通信(VLC)以其独有的优势弥补射频通信的不足成为研究热点,OFDM(正交频分复用)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文对可见光通信系统中OFDM调制技术从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面进行研究和比较,主要包括基于离散傅里叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理,对频谱效率等进行综合地分析对比;对光OFDM系统接收机改进方案进行了研究与分析;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了研究参考。
金属离子Bi3+掺杂Lu1-xO3: x%Ho3+荧光粉的发光性能
赵海琴, 王林香, 庹娟, 叶颖
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0222
摘要(48) HTML全文(16) PDF 4009KB(4)
摘要:
采用高温固相法制备了金属离子Bi3+掺杂Lu1-xO3: x%Ho3+系列荧光粉,研究了不同浓度Bi3+掺杂Lu1-xO3: x%Ho3+荧光粉的晶体结构、Lu2O3基质中Bi3+→Ho3+能量传递规律及合成粉体的发光性质。X射线衍射结果表明Bi3+、Ho3+掺杂对Lu2O3的立方相结构没有影响。在322 nm激发波长下发射出位于551 nm处Ho3+5S25I8跃迁;在551 nm监测下,合成的Ho3+,Bi3+共掺杂Lu2O3荧光粉出现Bi3+的322 nm特征激发峰以及Ho3+的448 nm处的5I85F1跃迁。当Bi3+掺杂浓度为1.5%时,Bi3+对Ho3+的能量传递最有效,比单掺Ho3+样品发射强度提高了34.8倍。对于合成1%、1.5%、2%的Bi3+掺杂 Lu98.5%O3: 1.5%Ho3+样品,用980 nm激发比322 nm激发获得在551 nm处光强分别提高 13.3倍、16.8倍、14.2倍。通过计算得到Bi3+和Ho3+之间的能量传递临界距离为2.979 nm,且Bi3+与Ho3+之间的能量传递是通过偶极-四极相互作用来实现的。
拓扑量子材料光电探测器研究进展
张兴超, 潘锐, 韩嘉悦, 董翔, 王军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0096
摘要(50) HTML全文(43) PDF 5359KB(18)
摘要:
物质拓扑态的发现是近年来凝聚态物理和材料科学的重大突破。由于存在不同于常规半导体的特殊拓扑量子态(如狄拉克费米子、外尔费米子、马约拉纳费米子等),拓扑量子材料通常能表现出一些新颖的物理特性(如量子反常霍尔效应、三维量子霍尔效应、零带隙的拓扑态、超高的载流子迁移率等),因而在低能耗电子器件和宽光谱光电探测器件领域具有重要的研究价值。本文综述了拓扑量子材料的特性与制备方法以及在光电探测领域的发展现状,重点讨论了拓扑绝缘体与拓扑半金属宽光谱光电探测器的器件结构与性能,同时也对拓扑量子材料在光电探测器领域的发展前景进行了展望。
二维光栅位移测量技术综述
刘兆武, 尹云飞, 吉日嘎兰图, 于宏柱, 王玮, 李晓天, 鲍赫, 李文昊, 郝群
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0237
摘要(530) HTML全文(314) PDF 1978KB(20)
摘要:
超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多自由度位移测量,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使用环境的湿度、温度和气压的要求。本文主要介绍了近年来国内外基于二维光栅的位移传感系统光学结构的发展现状,从零差式和外差式光栅干涉测量原理入手,综述了基于单块二维光栅的光学结构到多块二维光栅耦合设计的光学结构发展历程,对比分析了几种二维光栅位移测量系统的优缺点,并展望了二维光栅位移测量系统的发展趋势,总结了二维光栅位移测量系统的工程化进程。
Writing nanovoids on a ZnS crystal with ultrafast bessel beams
CHANG Gai-yan, WANG Yu-heng, CHENG Guang-hua
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0101
摘要(65) HTML全文(42) PDF 3894KB(6)
摘要:
Zinc sulfide crystal is one of the important materials for making a wide-spectrum infrared window. Ultrafast laser technology in manufacturing high aspect ratio nanovoids provides an approach to achieve some photonic devices such as the mid-infrared waveguide Fourier transform spectrometer. By using a quartz axicon, an ultrafast laser direct writing system is built with a 40-times-demagnification 4f system and a Gaussian-Bessel beam formed from a Yb: KGW laser that operates at 1030 nm wavelength, a repetition rate of 100 kHz and a pulse duration that is tunable from 223 fs to 20 ps. When its pulse energy changes from 36 μJ to 62 μJ and its pulse duration from 12.5 ps to 20 ps, nanovoid structures with a diameter of 80-320 nm are successfully inscribed on the ZnS crystal. The surface morphology, diameter and depth of the nanovoids are tested by FIB (focused ion beams) ablation and SEM (scanning electron microscopy) imaging. The relationships between pulse energy, pulse duration and void morphology are studied, and results show that under a pulse duration 20 ps and a pulse energy of 48 µJ, the depth of the nanovoid is about 270 µm.
纳流通道-谐振腔耦合结构测量荧光物质微位移
李霖伟, 陈智辉, 杨毅彪, 费宏明
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0076
摘要(70) HTML全文(47) PDF 4057KB(8)
摘要:
本文提出了一种纳流通道-谐振腔耦合结构,用于实现对荧光物质微位移的检测。在本文中,使用时域有限差分法,首先,研究了量子点偏振态及结构参数对荧光与结构耦合效果的影响,进而对结构进行优化;然后,通过测量耦合结构输出光功率的变化,实现对荧光物质微位移的检测;最后,对影响传感灵敏度的因素进行研究。结果表明,相比传统方法,纳流通道-谐振腔耦合结构折射率处于2.8-3.3范围内时,该结构都可以实现对荧光物质微位移高精度准确的传感,并且通过减小纳流通道与谐振腔的间距可进一步提高传感灵敏度。
准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展
魏静, 王秋雯, 孙相彧, 李红博
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0082
摘要(104) HTML全文(44) PDF 3555KB(32)
摘要:
目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25%,飞速提升的效率使得人们越来越期待商业化的应用,但钙钛矿材料的稳定性问题却是其商业化所面临的最大挑战,准二维钙钛矿的设计有望解决这一问题。利用大的有机间隔阳离子的疏水性和热稳定性,以及提高的晶体形成能和更加稳固的结构,准二维钙钛矿能够有效提高钙钛矿的稳定性;此外,准二维钙钛矿对钙钛矿薄膜的形态也具有明显的改善作用,可代替反溶剂工程,简化工艺,满足钙钛矿的工业化生产要求。然而,由于绝缘的有机间隔阳离子导致的相对大的带隙和低的载流子迁移率,阻碍了载流子传输,准二维钙钛矿太阳能电池的效率仍然与三维钙钛矿相差较大。因此,对于准二维钙钛矿,必须对其特性和器件应用等进行进一步研究,实现器件性能的进一步优化。本文总结了准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展,归纳了准二维钙钛矿的分子结构、准二维结构提升三维钙钛矿稳定性的方法和原理、准二维钙钛矿的相分布及其载流子传输特性,分析了准二维钙钛矿太阳能电池目前面临的问题并对其前景进行了展望,期望为制备高效稳定的准二维钙钛矿太阳能电池提供参考。
Ni2+掺杂和卤素空位填充协同抑制CsPbBr3纳米晶体中的离子迁移
孙智国, 吴晔, 魏昌庭, 耿冬苓, 李晓明, 曾海波
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0060
摘要(101) HTML全文(31) PDF 4295KB(10)
摘要:
卤化铅钙钛矿(LHPs)由于其优异的光电性能和低成本的制备方法成为新一代光电器件的有力候选材料。然而,缺陷造成的离子迁移会导致LHPs纳米晶的晶体结构解离分解。因此,稳定性成为LHPs实际应用中亟待解决的问题。  目的  本文旨在研究镍离子替位掺杂及卤素空位填补对CsPbBr3纳米晶中的离子迁移抑制作用。通过离子迁移活化能的测定和高分辨透射电镜的原位观察,分析了前驱体掺杂剂对LHPs稳定性的作用原理。  方法  首先,我们选用乙酰丙酮镍和溴化镍作为掺杂剂,合成了掺杂LHPs纳米晶。其次,通过吸收-荧光光谱,X射线衍射,X射线光电子衍射,透射电子显微镜等测试手段对掺杂样品的光学及化学组成进行分析。最后,通过纳米晶薄膜电导率的温度依赖关系计算出其离子迁移活化能,并结合高分辨电镜原位观察纳米晶在高能电子束辐照下的形貌演变过程,揭示不同掺杂剂对合成掺杂LHPs稳定性的影响。  结果  实验结果表明:Ni2+掺杂CsPbBr3样品的离子迁移活化能相较本征CsPbBr3样品(0.07 eV)有显著提升,其中乙酰丙酮镍掺杂样品离子迁移活化能为(0.238 eV),溴化镍掺杂样品离子迁移活化能为(0.487 eV)。另外,电子束辐照测试表明溴化镍掺杂钙钛矿晶体表现出更高的结构稳定性,这主要归因于掺杂的Ni2+对卤素的强结合和卤素填补空位缺陷的协同钝化作用。  结论  Ni2+掺杂和卤素空位填充协同可以有效抑制卤化物钙钛矿纳米晶体中的离子迁移。
新型电光材料调制性能研究进展
吕潇磊, 赵继广, 杜小平, 宋一铄, 张朋, 张建伟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0039
摘要(60) HTML全文(32) PDF 3432KB(6)
摘要:
基于电光晶体的偏振调制技术在激光三维成像领域扮演着越来越重要的作用。受制于LN材料的低视场和高半波电压,传统电光调制技术难以进一步提升三维成像性能。随着钙钛矿结构电光材料的制备工艺日趋成熟,基于新型材料的电光调制技术将成为突破激光三维成像探测精度的绝佳手段,PMNT、PLZT和KTN三种典型材料优良的电光性能和介电性质能够突破视场和半波电压的限制,但应用到电光调制领域又衍生出PMNT调制带宽较低、PLZT透过性能较差、KTN实际应用带宽较低等难题。未来的研究将着眼于该调制技术走向实用,一方面通过掺杂改性等手段提升电光调制性能,另一方面通过建立性能表征模型优化系统的信噪比。
Fabrication and Optoelectronic Characterization of Suspended In2O3 Nanowire Transistors
JIANG Yi-yang, CHEN Yan, WANG Xu-dong, ZHAO Dong-yang, LIN Tie, SHEN Hong, MENG Xiang-jian, WANG Lin, WANG Jian-lu
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0062
摘要(80) HTML全文(24) PDF 3502KB(2)
摘要:
One-dimensional (1D) semiconductor nanowires have shown outstanding performance in nano-electronics and nano-photonics. However, the electrical properties of the nanowire transistors are very sensitive to interactions between the nanowires and substrates. Optimizing the device structure can improve the electrical and photodetection performance of nanowire transistors. Here, we report a suspended In2O3 nanowire transistor fabricated by one-step lithography, showing a high mobility of 54.6 cm2v−1s−1 and a low subthreshold swing of 241.5 mVdec−1. As an ultraviolet photodetector, the phototransistor shows an extremely low dark current (~10−13 A) and a high responsivity of 1.6×105 AW−1. This simple and effective method of suspending the channel material of a transistor can be widely used in manufacturing high-performance micro-nano devices.
10−9量级高灵敏度点源透射比测试设备研究
王维, 陆琳, 张天一, 王玮鹭, 刘奕辰, 孟庆宇, 徐抒岩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0050
摘要(74) HTML全文(46) PDF 1988KB(4)
摘要:
  目的  为了实现对光学系统杂散光抑制能力的定量评价,开展了10−9量级高灵敏度点源透射比测试设备的研究和实验验证。  方法  采用脉冲光源、脉冲探测的新测量方法,在保证测试系统具有高灵敏度测量能力的同时,简化了微弱光电信号探测组件的复杂程度。建立了一套最大测试口径600 mm、测试波长527 nm的点源透射比测试设备,并利用该设备测试了一台250 mm口径空间光学相机的点源透射比。  结果  实验结果表明:60°入射角度时的点源透射比测试结果为1.68×10−9  结论  证明该设备的测试误差在10−9或更低的量级,具备10−9量级高灵敏度点源透射比测试能力。可以为天文望远镜、星敏感器、空间目标监视载荷等多种类型的光学仪器提供杂光抑制性能评估。
综述
氮掺杂碳纳米点的研究进展
李迪, 孟李, 曲松楠
2020, 13(5): 899-918.   doi: 10.37188/CO.2020-0035
[摘要](304) [HTML全文](117) [PDF 2407KB](62)
摘要:
碳纳米点由于具有独特的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、良好的光稳定性等特性在近年来被广泛关注。这些特性使其在光电器件、可见光通讯、肿瘤治疗、生物成像等领域拥有潜在的应用价值。受到原料和合成方法的影响,碳纳米点材料体系多种多样。本文将系统地综述本课题组近年来以柠檬酸和尿素为主要原料合成的氮掺杂碳纳米点及其物理化学性质,探讨碳纳米点能带调控的方法及原理,并介绍碳纳米点的应用研究进展。