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多视高分辨率纹理图像与双目三维点云的映射方法
杜瑞建, 葛宝臻, 陈雷
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0034
摘要(32) HTML全文(40) PDF 3758KB(3)
摘要:
针对双目立体视觉重建点云模型与高分辨率纹理图像的融合问题,本文提出了一种新的纹理映射方法。在双目立体视觉系统上增设长焦纹理相机拍摄高分辨率纹理图像,利用高分辨率纹理图像与双目图像的二维特征匹配,以双目图像为桥梁,得到纹理图像与三维点云模型的匹配关系,进而实现高分辨率纹理图像到三维点云模型的映射。同时,针对映射过程中多视纹理图像重叠部分的数据冗余,提出一种引导线点云数据分区方法,有效解决了多视纹理图像重叠部分的映射问题。通过实验验证,所提方法能够方便准确地实现多视纹理图像与双目三维点云模型的纹理映射。在本文实验条件下,三维模型的纹理可分辨原始线宽为0.157 mm的线对,与双目系统直接产生的三维模型相比,其纹理分辨率提高了1倍,验证了所提出的多视高分辨率纹理映射方法的有效性。
Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计
徐达, 岳世新, 张国玉, 孙高飞, 张健
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0221
摘要(37) HTML全文(27) PDF 6670KB(1)
摘要:
为满足在各种谱线分布下对遥感仪器的光谱辐射定标,减小辐射定标光源对空间光学遥感仪器定标系数的影响,解决目前辐射定标光源光谱模拟精度低、光谱动态调节范围小的技术难题,本文从光谱叠加理论出发,根据多光谱合成原理,提出一种凸面光栅的Offner型宽动态范围辐射定标系统的设计方法。通过推导Offner型光谱成像光学结构的消像散条件,设计了一种柱面镜Offner型光谱成像光学系统,实现了宽光谱光束的精确细分,建立了数字微镜与其阵列面空间光谱辐射分布的映射关系。利用数字微镜的空间光调制特性,实现了辐射定标光源光谱分布大动态范围模拟。实验表明,辐射定标光源相邻单位阵列微镜的输出光谱峰值间隔小于0.5 nm,3种典型色温T=3000 K、T=5000 K和T=7000 K光谱模拟精度分别为5.2%、4.1%和3.2%。本文提出的设计方法有效提高了辐射定标光源的光谱模拟精度,减小了光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。
基于压缩感知的三维单分子定位显微成像方法研究
张赛文, 林丹樱, 于斌, 冷潇泠, 张光富, 田野, 谭伟石
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0003
摘要(42) HTML全文(39) PDF 3495KB(7)
摘要:
本文建立了一种三维压缩感知模型以实现对高密度荧光分子图像的快速三维定位。首先,根据荧光显微的三维点扩展函数成像理论,设计测量矩阵,并建立压缩感知模型。接着,对荧光显微成像过程进行了模拟,并采用凸优化方法(CVX)、正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法和同伦算法对建立的压缩感知模型中模拟生成的图像进行了定位分析,分别从恢复率、定位精度、重构时间几方面进行了对比。最后,采用同伦算法对模拟的生物样品和实验室采集的细胞进行了三维定位,并获得了三维超分辨图像。对比结果表明:在重构密度和定位精度接近的情况下,同伦算法比CVX方法的重构速度快2个数量级。同伦算法较OMP算法的定位精度要高一倍。结果表明,采用同伦算法实现三维超分辨荧光显微成像可以节约计算时间,实现实时成像。
差动式彩色共聚焦粗糙度评定系统及实验研究
邹景武, 余卿, 程方
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0029
摘要(46) HTML全文(34) PDF 5344KB(8)
摘要:
为了满足大范围表面粗糙度测量评定的需求,本文介绍了一种基于彩色共聚焦传感器的差动式非接触测量评定系统和方法。在所提出的系统中,两个彩色共聚焦传感器和一个光学平晶构成差动式测量系统,并通过球头球窝连接方式与机械运动平台耦合。使用这种差动式结构可以补偿机械运动平台的直线度误差,并可以有效地提高测量评定精度。在此基础上,本文建立了表面粗糙度测量、误差补偿和测量性能评估的方法。为了验证所提出系统的性能,对标准高度台阶量块和粗糙度量块进行了测量评定实验。台阶高度的测量实验结果表明,在60 mm的行程范围内,所提出系统6次重复测量的标准偏差s为0.16 μm,相对标准偏差RSD为0.054%,机械运动平台的直线度误差得到了有效补偿;在测量粗糙度量块时,粗糙度参数RaRq的测量误差分别为0.032 μm和0.073 μm。所提出系统的粗糙度测量评定能力满足大多数工程应用的需求。
表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分
高萍萍, 陆敏, 王治乐, 郭继锴, 何晓博
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0083
摘要(35) HTML全文(23) PDF 6043KB(2)
摘要:
为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为 45°,采用较小波长入射光进行实验。
光放大器对光载微波信号传输效率的改善
肖永川, 王超, 张浩, 张亚标, 庾财斌, 瞿鹏飞, 孙力军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0195
摘要(233) HTML全文(120) PDF 2202KB(10)
摘要:
针对现有微波光传输系统存在电光转换效率不足的问题,本文设计了一种基于调制器低偏与光放大器相结合的光发射结构,通过充分利用链路增益与光功率水平之间的平方关系以及低偏链路传输效率与光功率呈近似线性变化的特点,实现了光载微波信号传输效率的有效提升。经过测试可知,本方案较常规正交点传输方式在射频增益方面提高了13.5 dB,同时不会使噪声系数产生明显恶化,并且本方案可以采用现成产品以实现低成本运行,在电子信息装备中具有广泛的应用潜力。
具有复杂光谱特征的丙烯气体的TDLAS检测技术研究
钟笠, 宋迪, 焦月, 李晗, 李国林, 季文海
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0203
摘要(2146) HTML全文(507) PDF 6831KB(18)
摘要:
本文针对化工过程中在线检测丙烯的需求,研究了基于调制吸收光谱技术(TDLAS)的检测技术,提出了一种独立于光谱线型特征的数值仿真方法,考虑实际激光光源宽线宽对吸光度的影响,通过对比仿真和实验的光谱幅度变化规律,确定了丙烯气体分析装置的设计参数和技术方案,选择中心波长为1 628.5 nm的宽调谐DFB激光器,采用差分方案去除解调光谱的直流偏置,采用多元回归模型降低化工过程的背景气体光谱干扰。在模拟实际环境的气体实验中,该装置在0~1% 量程内的最大相对误差为0.55%。对0.2% 的丙烯进行3小时连续测量,标准差为9.3×10−6;Allen方差分析发现在积分时间为221.9 s 时,极限标准差可达1.33×10−6。在抗干扰测试中,当背景气体甲烷、乙烯的浓度变化时,丙烯的测量误差最大仅为19.17×10−6。调制吸收光谱技术克服了色谱和软测量等传统方法的不足,TDLAS装置可检测有复杂光谱特征的重烃分子,展示了测量精度高、稳定性好、抗背景光谱干扰能力强等优点。
光学相干层析成像技术原理及研究进展
陆冬筱, 房文汇, 李玉瑶, 李金华, 王笑军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0037
摘要(41) HTML全文(46) PDF 3756KB(13)
摘要:
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于低相干光干涉原理,利用样品背散/反射光与参考光相干的非接触非侵入性的新型成像技术,可提供具有微米级分辨率的一维深度,二维截面层析和三维立体的实时扫描图像。OCT技术具有非接触、无损伤、图像分辨率高且操作简单、便携等优点,主要应用于生物医学成像和诊断领域,弥补了共聚焦显微镜成像穿透深度低和超声波成像分辨率低的不足。目前,OCT技术已作为诊断视网膜疾病的临床标准,而且OCT技术结合内窥镜技术已成为临床上心血管及肠胃疾病诊断的重要工具,同时也为肌肉骨骼疾病,乃至癌症早期诊断、手术指导及术后康复提供依据。为了拓宽OCT技术的应用范围、提高医疗检测水平,研究人员正致力于增加OCT系统在生物组织中的穿透深度、提高系统的分辨率和信噪比、优化系统综合性能等方面的研究。本文论述了OCT系统的原理、分类,以及其在不同生物医学领域的应用及最新进展。
多参数Gabor预处理融合多尺度局部水平集的超声图像分割
陈晓冬, 盛婧, 杨晋, 蔡怀宇, 金浩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0025
摘要(27) HTML全文(20) PDF 8588KB(2)
摘要:
针对超声图像边缘较弱且不连续、图像灰度分布不均的特点,提出一种基于多方向、多频率的Gabor滤波融合多尺度水平集的边缘提取算法。将超声图像成像的不连续性看作随机方向的纹理,利用Gabor滤波的方向性进行不同角度的滤波,通过最大值融合多图像,得到待分割区域和背景之间的差异且最大程度地保留原图像信息的中间图像。同时,使用多中心频率的Gabor滤波核以满足超声图像复杂的频率分布特性,并通过均值融合的方式减弱噪声的影响。再针对融合图像边缘较弱且灰度变化不均的缺陷,改进传统的局部聚类水平集方法,采用不同方差大小的高斯卷积核来适应图像不同部分的灰度变化情况,通过均值融合构造多尺度能量函数。通过在增强图像上迭代改进后的多尺度水平集函数,获取最终边缘。为验证算法的有效性,对胃部超声图像进行测试,分割结果的相关性系数和敏感性系数分别达到了0.856和0.910,相比传统局部强度聚类水平集方法分别提升了20.7%和5%。实验结果表明,该算法可以显著提高超声图像边缘提取的连续性和准确性,有效降低因超声图像灰度不均和边缘较弱造成的过分割现象。
大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标法
逯诗桐, 张天一, 张晓辉
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0252
摘要(38) HTML全文(31) PDF 5062KB(5)
摘要:
大口径空间巡天望远镜的精确平场定标是实现既定科学目标的重要前提。目前普遍是通过平场屏幕或大口径积分球提供均匀平场基准来检验像面响应一致性。针对平场屏幕照明均匀性差,超大口径积分球制备困难等问题,本文提出了一种基于子孔径扫描的平场定标方法,以改善平场基准的均匀性及杂散光导致的定标不确定度。首先,完成子孔径平场定标理论分析,建立子孔径平场定标数学模型,规划子孔径扫描路线及扫描孔径大小,进行标定用准直系统参数的初设计。其次,完成像面照度仿真验证实验。最后,搭建实验平台,对规划的子孔径进行扫描,构建全口径照度数据,验证上述大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标方案的可行性。实验结果表明:以全口径为基准,用子孔径拼接法扫描待测系统像面能量叠加对比全口径像面照度,能够恢复全口径的照度信息,全口径像面灰度值为231.085,单个子孔径叠加灰度值为233.350,误差为1%,本文研究表明子孔径拼接法可用于大口径巡天望远镜的平场定标,具有实际应用价值。
二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算
王艳茹, 冉铮惠, 丁宇洁
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0079
摘要(25) HTML全文(25) PDF 2448KB(8)
摘要:
本文提出了一种基于二维线性调频Z变换的衍射光场分布快速计算方法,该方法在不增加运算量的情况下可以显著提高光场分布的图像分辨率,进而能够得到更准确的光束质量β因子值。在算法正确性验证的基础上,本文数值模拟了不同光束波前畸变的均方根RMS值与光束质量β因子的对应关系。仿真结果表明,在像差分布RMS值相同的前提下,几种低阶像差类型中球差类型的像差对光束质量的影响最大。为了模拟不同光斑分布形态,随机的Zernike像差组合方式的光束质量β因子的仿真计算结果表明:相同的RMS值情况下,高阶像差占比较高的像差组合方式对应的光束质量β因子较大。
Study on orthogonal luminescence properties of a single rare-earth activator ion doped upconversion nanoparticles
LING Xiao, MEI Qing-song
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0020
摘要(33) HTML全文(22) PDF 3130KB(4)
摘要:
Upconversion luminescence nanomaterials have attracted widespread attention owing to their special optical properties, while most of them emit single color luminescence. In order to achieve multicolor orthogonal upconversion luminescence and avoid the synthesis complexity and interference between multiple dopant ions, herein, we reported a novel orthogonal emissive upconversion nanoparticle, NaErF4:Yb(19.5%)/Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(10%)@NaNdF4:Yb(10%), through thermal decomposition strategy step by step. This novel nanoparticle can give out green luminescence and red luminescence by the energy level transition of Er3+ from 2H11/2,4S3/24I15/2 and 4F9/24I15/2 under the excitation light of 980 nm and 808 nm, respectively. The particles demonstrated uniform size, stable structure and excellent dispersibility. Under the excitation of 980 nm, the emission intensity at 650 nm of red luminescence was approximately 9.46 times more than the emission intensity at 540 nm. Under the excitation of 808 nm, the emission intensity at 540 nm of green luminescence was about 5.39 times more than the emission intensity at 650 nm.
八度卷积和双向门控循环单元结合的X光安检图像分类
吴海滨, 魏喜盈, 王爱丽, 岩崛佑之
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0073
摘要(62) HTML全文(30) PDF 4374KB(5)
摘要:
针对主动视觉安检方法准确率低、速度慢,不适用于实时交通安检的问题,提出了八度卷积(OctConv)和注意力机制双向门控循环单元(GRU)神经网络相结合的X光安检图像分类方法。首先,利用八度卷积代替传统卷积,对输入的特征向量进行高低分频,并降低低频特征的分辨率,在有效提取X光安检图像特征的同时,减少了空间冗余。其次,通过注意力机制双向GRU,动态学习调整特征权重,提高危险品分类准确率。最后,在通用SIXRay数据集上的实验表明,对8000幅测试样本的整体分类准确率(ACC)、特征曲线下方面积(AUC)、正类分类准确率(PRE)分别为98.73%、91.39%、85.44%,检测时间为36.80 s。相对于目前主流模型,本文方法有效提高了X光安检图像危险品分类的准确率和速度。
基于配准的机载红外非均匀性校正技术应用
吕宝林, 佟首峰, 徐伟, 冯钦评, 王德江
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0109
摘要(22) HTML全文(12) PDF 6973KB(8)
摘要:
机载红外点目标探测系统在搭载飞机飞行中探测系统的环境参数会发生变化,导致通过传统地面标定方法获取的非均匀性校正参数的准确性有所降低,故有必要进行机上基于场景的非均匀性校正。本文提出了一种基于帧间配准的机上非均匀性校正算法,首先对图像进行预处理,滤除探测器坏点影响,然后用两帧邻近图像计算互功率谱,求出互相关函数,确定配准位移。两帧连续图像完成配准后,通过误差函数最小化来实现校正参数的更新,最后对整个图像序列进行上述迭代计算,获取最终校正参数。本文模拟了一组非均匀性场景图像序列作为实验图像序列,通过实验分析,提出了帧间图像变化(平移、旋转、缩放)对本算法校正效果的影响,然后采用两个具有代表性的算法与本文提出的算法分别对该图像序列进行处理,并从图像质量和收敛速度两方面比较算法性能。结果表明:与其他两种算法相比,本文提出的算法非均匀性校正效果较好,峰值信噪比提高了20 dB以上,结构相似性则突破了0.99。本文提出的算法虽然比较复杂,但校正参数收敛速度较快,易于在硬件平台上实现,具有一定的工程应用前景。
基于电常数近零态和ITO集成硅基波导的电光半加器
梁志勋, 许川佩, 朱爱军, 胡聪, 杜社会
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0078
摘要(40) HTML全文(26) PDF 4923KB(6)
摘要:
为了解决传统电光混合运算逻辑单元速率低、功耗高、尺寸大等问题,以实现电光混合高速运算,本文设计了一种基于Epsilon-Near-Zero和ITO薄膜电调控的集成硅基波导电光混合半加器。利用ITO激活材料薄膜的电调控特性实现了光路通断和交叉,从而实现了两位二进制数的半加法功能,通过3D-FDTD模拟仿真对器件模型结构参数进行了优化设计。仿真实验结果表明,当施加电压为0 V和2.35 V时,器件能够完成光信号逻辑控制。电光混合半加器工作在1550 nm波长时,其插入损耗为0.63 dB,消光比为31.73 dB,数据传输速率为61.62 GHz,每字节消耗能量为13.44 FJ,整个半加器尺寸小于21.3 μm×1.5 μm×1.2 μm。该器件具有结构紧凑、插入损耗低等特点,为高速电光混合光学逻辑器件及半加器设计提供了理论依据。
掺铒光纤Sagnac环掺铒光纤放大器增益平坦特性
刘毅, 郭荣荣, 易小刚, 郑永秋, 陈鹏飞
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0064
摘要(21) HTML全文(18) PDF 3598KB(3)
摘要:
在通信领域,特别是波分复用方面为了同时调整多通道增益和实现多波长光纤激光器大范围稳定的光波输出,本文提出了一种未泵浦掺铒光纤Sagnac环透射端掺铒光纤放大器增益平坦特性研究方案,其由Sagnac环自身谐振模式、未泵浦掺铒光纤的吸收特性和由环中双折射拍长引起的谐振模式3者共同作用。通过调节Sagnac环中的偏振控制器,使得掺铒光纤放大器(EDFA)增益光谱在非泵浦掺铒光纤Sagnac环透射端可以被部分或者全部平坦化。实验结果表明:在透射端14 nm的波长范围内,部分增益光谱的平坦度为±0.145 dB;整个C波段光谱36.5 nm的波长范围内,增益光谱的完全平坦度为±1.225 dB。该增益谱平坦方案结构简单,输出光谱平坦度好,有望用于波分复用系统和多波长激光器中。
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(446) HTML全文(285) PDF 1978KB(14)
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。
氮掺杂碳纳米点的研究进展
李迪, 孟李, 曲松楠
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0035
摘要(38) HTML全文(22) PDF 2500KB(6)
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。
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(18) HTML全文(21) PDF 3894KB(5)
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.
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(23) HTML全文(18) PDF 3688KB(0)
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差分进化算法,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。
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(23) HTML全文(22) PDF 4057KB(6)
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。
光斑尺寸对连续激光辐照铝合金温度响应影响研究
文康, 李和章, 马壮, 高丽红, 王富耻, 李文智
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0022
摘要(36) HTML全文(30) PDF 3739KB(11)
摘要:
为了探究不同光斑尺寸连续激光辐照6061铝合金的温度响应及热致损伤问题,基于ANSYS有限元软件建立了激光辐照下的三维物理模型;使用不同的激光参数进行激光辐照实验,根据所采集的温度和前表面散射光强度数据,反演计算了靶材在激光辐照过程中吸收率的动态变化;最后,利用优化后的模型分析了不同光斑尺寸下,激光辐照靶材的温升特点。研究结果表明:在1000 W/cm2的激光辐照条件下,材料的吸收率随着温度的升高而升高,由于激光加载的局域化特征,横向热扩散影响纵向温升,光斑足够大时该影响变小,与其热扩散长度有关,对于4 mm厚的6061铝合金材料,当光斑尺寸大于10 cm时,光斑影响可以忽略,靶材背表面发生熔融损伤时间阈值保持2.6 s不变。
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(17) HTML全文(12) PDF 2288KB(1)
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。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,实现了对纳米柱的晶体质量、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。对ZnO纳米柱的直径可在28 nm – 102 nm范围内进行操控。NH4NO3的使用可将纳米柱的阵列密度降低至2.7×109 /cm2及增大纳米柱间距至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%,表明NH4NO3可以有效地促进ZnO纳米柱的Al掺杂。通过Al(NO33与NH4NO3的使用可以对ZnO纳米柱的光学带隙在3.36 eV – 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能够有效地降低样品的斯托克斯位移至26 meV。使用Al(NO33 和NH4NO3达成了对ZnO纳米柱阵列的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。
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(13) HTML全文(20) PDF 3555KB(2)
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(8) HTML全文(9) PDF 4295KB(2)
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。
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(15) HTML全文(17) PDF 4322KB(1)
摘要:
Offner分光成像系统由凸面光栅和两个凹面反射镜组成。光学结构上的同心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,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,可判定球面反射镜的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。较现有装调方法,该方法具有易于对准、装调速度快、所需设备成本低等优点。
Research on the Enhancement of Absorption Properties of Silicon via Localized Surface Plasmons Resonance in Blue Light
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(12) HTML全文(14) PDF 4636KB(0)
摘要:
In order to enhance the blue light absorption of silicon.an array of silver nanoparticles (Ag-NPs) was designed on the surface of silicon (Si) to analyze and study the enhanced blue light absorption of silicon based on localized surface plasmons resonance (LSPR) effect. The Finite-Difference-Time-Domain (FDTD) method was used to calculate the blue-light absorption characteristic of the silicon in the Ag-NPs/Silicon composite structure. The results indicated that the extinction ability of a metal particle was related to its geometric parameters and that the intensity and frequency of LSPR could be tuned by changing the radius r, height H and period P of the Ag-NP array. If r=18.5 nm, H=45.0 nm and P=49.0 nm, the resonance absorption wavelength will be 465 nm, the blue light absorptivity of silicon will increase from 59% to 94%, the light absorption gain will be 0.57, and the gain of the number of photo-generated carriers will be 0.53. The analysis results showed that the LSPR could enhance the light absorption of silicon in the blue band. The research results have important reference value for understanding how the LSPR effect improves the blue-light absorption performance of silicon and for designing and preparing a silica-based visible light photodetector with high blue light responsiveness.
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(14) HTML全文(10) PDF 5457KB(2)
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光源设计复杂、照度均匀性差等问题,提供一种以LED为直接光源在缸体内部照明横孔,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,分析光源大小、距离、缸体受光点三者与光照均匀性关系,并结合成像法介绍缸体横孔照度均匀性评估方法。最后通过实验对比光纤光源、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光照不均匀度达10%,从内部照明光照不均匀度为5%;采用光纤光源从内部照射横孔,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,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。
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
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0089
摘要(11) HTML全文(9) PDF 2487KB(0)
摘要:
为了解决卷帘快门式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。
激光散斑目标探测技术综述
郜魏柯, 杜小平, 王阳, 杨步一
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0049
摘要(13) HTML全文(7) PDF 4088KB(2)
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,提出了未来基于激光散斑的目标探测方法发展趋势。
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(12) HTML全文(14) PDF 3432KB(2)
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。
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(16) HTML全文(11) PDF 3706KB(4)
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决定拼接镜面等效大口径镜面的光学性能,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。
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(15) HTML全文(13) PDF 3251KB(0)
摘要:
  Objective   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.   Method   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.   Result   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.   Conclusion   The effectiveness of the delayed field ionization technique in measuring the first ionization threshold of Sm atom has been verified.
Design of resonant waveguide grating filter with reflection and transmission modes
FAN Li-na, MA Jun-shan
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0072
摘要(25) HTML全文(19) PDF 3327KB(3)
摘要:
At present, narrow-band filter based on resonant waveguide grating structure applied to biosensors can only achieve a single filter mode of reflection or transmission. In order to expand the variety of samples and improve the accuracy of the samples testing, a resonant waveguide grating filter with both reflection and transmission modes was designed based on the guided mode resonance effect. Firstly, based on the classical one-dimensional resonant waveguide grating structure, a filter with convertible reflection-transmission mode at the same wavelength (632.8 nm) was designed by adjusting the incident conditions. In both modes, excellent filtering performance was presented, spectral efficiency was higher than 98%, and Q factor was greater than 1000. Then, the resonance mechanism which the same device can realize two filtering modes was analyzed. The results showd that the reflection-transmission narrow-band filtering modes could be converted at the designed wavelength with the same resonant waveguide grating structure under different incident conditions.
变温下材料表面近红外双向反射分布函数的测量研究
马王杰慧, 刘彦磊, 陈志影, 刘玉芳
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0256
摘要(39) HTML全文(44) PDF 4326KB(1)
摘要:
基于自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测量装置,采用绝对测量方法在20~800 ℃的温度范围内测量了粗糙黄铜表面在近红外波段下的光谱偏振双向反射分布函数,分析了温度对BRDF的影响。结果表明,温度对黄铜表面的BRDF有明显的影响,随着温度的升高,BRDF整体呈现出稳定-增大-减小的变化趋势。对不同温度下材料表面的场扫描电镜、粗糙度和X射线衍射测试表明,温度对样品表面BRDF产生影响的主要原因是表面形貌和化学成分的改变。
古代纸质文物科学检测技术综述
阎春生, 黄晨, 韩松涛, 韩秀丽, 应超男, 杜远东
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0010
摘要(39) HTML全文(27) PDF 4343KB(11)
摘要:
全面论述了古代纸质文物包括纸张原料、墨、印泥和颜料等所涉及的各种现代科技检测技术与方法,主要分为成像法和波谱法两大类。成像法是包括透光、红外、紫外、X射线、中子活化等展示样品表面或内部宏观信息的摄影法,X射线、太赫兹、光相干等展示样品表面之下分层信息的层析成像方法,光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等展示样品微观信息的显微成像方法。基于波与物质相互作用原理的具有指纹特征的波谱法则包括色谱、质谱、电子顺磁共振波谱、核磁共振波谱、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、X射线荧光光谱、分子荧光光谱、拉曼光谱、紫外-可见-近红外-中红外-太赫兹吸收光谱、高光谱等。研究表明,上述技术的综合应用、各取所长和相互印证是揭示纸质文物的制造过程、艺术特征、保存历史、病害情况、真迹与否及如何修复等重要问题的有力手段。
激光多普勒振动信号的时频分析
陈鸿凯, 王挺峰, 吴世松, 李远洋, 郭劲
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0251
摘要(33) HTML全文(23) PDF 3283KB(4)
摘要:
激光多普勒雷达实际测得的振动信号绝大多数都是时变信号,而基于傅立叶变换的时频分析方法是处理时变信号的有利工具。本文针对激光多普勒雷达测得的实际振动信号,比较了魏格纳-维利分布、平滑伪魏格纳-维利分布、频谱图、波恩-约旦分布和扩展修正B分布5种形式的时频分析性能。利用激光多普勒雷达测量实际单音响产生的啁啾信号振动、双音响产生的二分量啁啾信号振动、以及成年男性心跳振动3种振动,分析了时频图的分辨率和交叉项抑制情况,并通过计算时频聚集度指数,对5种分布对于振动的分析性能进行了比较。实验证明,扩展修正B分布的性能优于其他4种时频分布,扩展修正B分布更适合应用于激光多普勒雷达材料共振频率探测和心跳检测领域。
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(15) HTML全文(17) PDF 4041KB(1)
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,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,所提模型的检测精度在公开遥感数据集NWPU VHR-10上达到97.6%AP50和83.4%AP75,检测速度达到16PFS,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。
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(13) HTML全文(12) PDF 3502KB(0)
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.
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(15) HTML全文(18) PDF 3413KB(0)
摘要:
为了获取强爆炸光辐射作用下材料能量耦合特性,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,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。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。
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(13) HTML全文(9) PDF 1988KB(2)
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。
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
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0033
摘要(47) HTML全文(20) PDF 7392KB(9)
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个发展趋势。
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(17) HTML全文(22) PDF 3901KB(2)
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,并进行是否包含裂缝的判断。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。
基于近红外超连续激光光谱的水稻种子活力无损分级检测研究
金文玲, 曹乃亮, 朱明东, 陈伟, 张佩光, 赵庆磊, 梁静秋, 余应弘, 吕金光, 阚瑞峰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0027
摘要(46) HTML全文(41) PDF 4487KB(10)
摘要:
针对目前农业种植选种应用对于带稃壳水稻种子活力分级检测的迫切需求,以及现有通用的糙米检测技术存在的问题,本文提出一种基于近红外超连续激光光谱的水稻种子活力透射光谱检测方法。首先,设计了种子活力近红外吸收光谱检测系统,测量了3种不同年份的带稃壳的水稻种子的近红外吸收光谱,结果显示,水稻种子的活力梯度与近红外吸收光谱的特征吸收峰值相关。然后,采用归一化、二阶导数校正法和正交信号校正相结合优化了种子光谱的预处理算法。最后,建立主成分分析(PCA)模型,对光谱进行降维,确定最佳主成分数目,应用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建立了水稻种子活力分析鉴别模型。分析结果表明,本文设计的透射式吸收光谱检测系统结合PLS-DA判别模型可对不同活力的水稻种子进行分类,校正集和验证集的准确率分别为94.44%和95.92%,筛选后水稻种子的发芽率可达97.17%。研究结果表明,本文提出的基于近红外光谱信息实现水稻种子活力无损分级的方法可行,且具有较高的预测精度。
综述
新型过渡金属硫化物在超快激光中的应用
孙俊杰, 陈飞, 何洋, 丛春晓, 曲家沂, 季艳慧, 鲍赫
2020, 13(4): 647-659.   doi: 10.37188/CO.2019-0241
[摘要](723) [HTML全文](263) [PDF 1212KB](71)
摘要:
超快激光技术是目前激光乃至物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一,在工业加工、生物医学和激光雷达等领域具有广泛应用。二维材料具有独特的物理结构及优异的光电特性,作为可饱和吸收体应用于超快激光器时,具备工作波段宽、调制深度可控和恢复时间快等优势。其中,过渡金属硫化物因具有带隙连续可调等特点,已成为二维材料研究领域的重点。本文从过渡金属硫化物的特性出发,介绍了可饱和吸收器件的制作方法,综述了基于新型过渡金属硫化物的超快激光器的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
K-B镜面形高精度检测技术研究进展
张帅, 侯溪
2020, 13(4): 660-675.   doi: 10.37188/CO.2019-0231
[摘要](473) [HTML全文](255) [PDF 8130KB](51)
摘要:
以新一代同步辐射光源和全相干X射线自由电子激光为代表的先进光源已成为众多学科领域中一种不可或缺的研究工具。先进光源技术不断进步,驱动超精密光学制造快速发展,先进光源中关键聚焦光学元件K-B镜的面形精度是影响光源性能的重要指标,要求其在几十纳弧度以下。然而,高精度K-B镜面形检测技术依然存在较大技术挑战,一直是国内外研究热点。本文介绍了反射式轮廓测量技术即长程轮廓仪(LTP)、纳米测量仪(NOM)以及拼接干涉检测技术等典型K-B镜面形检测技术的基本原理,对比分析了其技术特点,综述了国内外K-B镜面形检测技术的研究现状和最新进展,对发展趋势进行了展望。
高功率连续波掺镱光纤激光器研究进展
党文佳, 李哲, 李玉婷, 卢娜, 张蕾, 田晓, 杨慧慧
2020, 13(4): 676-694.   doi: 10.37188/CO.2019-0208
[摘要](352) [HTML全文](209) [PDF 4354KB](39)
摘要:
高功率连续波掺镱光纤激光器因具有电光效率高、光束质量好、热管理方便等优点,在工业加工、军事国防、科学研究等领域得到广泛应用,但是高功率条件下的非线性效应和热效应限制了其输出功率的进一步提升。基于此,本文重点分析了受激拉曼散射非线性效应和热致模式不稳定现象的形成机理和抑制方法,为高功率光纤激光系统的设计与集成提供了参考,并详细介绍了2015年以来为克服两种因素的影响所取得的最新研究成果,最后展望了高功率连续波掺镱光纤激光器的发展趋势。
纤维增强碳化硅及其在光学反射镜中的应用
张巍, 张舸, 郭聪慧, 范天扬, 徐传享
2020, 13(4): 695-704.   doi: 10.37188/CO.2020-0052
[摘要](158) [HTML全文](86) [PDF 1380KB](28)
摘要:
纤维增强碳化硅复合材料具有优异的力学及热学性能被广泛应用在航空航天、核能、汽车、化工等诸多领域,特别是在光学反射镜方面有良好的应用前景。本文介绍了纤维增强碳化硅复合材料的特点以及其相对传统反射镜材料的优势,对比分析了不同纤维增强碳化硅复合材料制备工艺的优缺点,阐述了不同界面层对纤维的保护作用及对复合材料性能的影响,综述了国内外纤维增强碳化硅复合材料在光学反射镜领域的应用进展,最后总结了纤维增强碳化硅反射镜坯实现大规模应用所需进一步开展的研究方向。
原创文章
微铣刀同轴全息图像增强方法
程亚亚, 于化东, 于占江, 许金凯, 张向辉
2020, 13(4): 705-712.   doi: 10.37188/CO.2019-0217
[摘要](577) [HTML全文](326) [PDF 5008KB](31)
摘要:
数字同轴全息对刀技术中,再现像中的零级项和离焦共轭像会形成一个强而复杂的背景噪声作用在实像上,严重降低了再现像的质量。针对全息应用中的干扰像问题,提出了一种基于改进自蛇模型滤波的全息图像增强方法,改进后的自蛇模型令每次扩散中只根据初始图像的梯度来选择扩散力度。实验结果表明,改进后的自蛇模型能够避免在扩散过程中由于受大梯度背景噪声影响而出现的“伪轮廓”和边缘锯齿化,弥补了自蛇模型在全息图像应用中的不足。此外,与相位恢复法和多重再现法去干扰像效果相比较,本文提出的改进自蛇模型滤波法不仅对干扰像有更好的抑制作用,还能够增强刀具边缘,有利于实现微铣刀的数字全息对刀。
EBCMOS近贴聚焦结构及电场分布对电子运动轨迹的影响
王巍, 李野, 陈卫军, 宋德, 王新
2020, 13(4): 713-721.   doi: 10.37188/CO.2020-0063
[摘要](89) [HTML全文](68) [PDF 3437KB](23)
摘要:
为获得高分辨率的电子轰击型CMOS (EBCMOS)成像器件,本文就近贴聚焦结构内电场分布对电子运动轨迹的影响进行了研究。设计了不同的EBCMOS结构并得到3种电场分布情况,分别为光电阴极和背面轰击型CMOS (BSB-CMOS)之间的等势面不平行、部分平行和彼此平行。根据电磁学理论结合蒙特卡洛模拟方法,分别模拟了每种电场分布情况下的电子运动轨迹。研究结果表明:当设计的电子倍增层表面覆盖一层30 nm的超薄重掺杂层,保持极间电压为4000 V且极间距为1 mm时,光生电子轰击BSB-CMOS表面时扩散直径可减小至30 μm。此结构具有电子聚焦作用,有助于实现高分辨率的EBCMOS。同时,进一步研究了光电阴极与BSB-CMOS之间的距离和电压对电子扩散直径的影响。研究发现,近贴间距越小、加速电压越高,相应的电场强度就越高,越有利于电子聚焦。本文工作将为改进电子轰击型CMOS成像器件的分辨率特性提供理论指导。
基于氧化铟锡的风扇型中红外手性超材料及其圆二向色性
朱叶欣, 李亚楠, 施维捷, 张文涛, 闫长春
2020, 13(4): 722-727.   doi: 10.37188/CO.2019-0190
[摘要](620) [HTML全文](386) [PDF 1177KB](31)
摘要:
本文设计了一种中红外波段手性超材料以克服传统中红外激光偏振态调控所使用的控制元件体积大、成本高等不足。利用中红外等离激元材料氧化铟锡(ITO)设计风扇型手性结构,并研究了该结构在中红外波段的圆二向色性(CD)。通过改变扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶的材料,讨论结构的CD变化情况。模拟结果表明:当填充材料为硅、扇叶为6片时,选取合适的扇叶厚度和大小,在5.3 μm附近获得最强的CD信号,为0.052。此外,与贵金属银、金相比,由ITO构成的结构展现出良好的宽带圆二向色性,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
湍流大气中激光相干探测回波光强与空间相干特性研究
任建迎, 孙华燕, 赵延仲, 张来线
2020, 13(4): 728-736.   doi: 10.37188/CO.2019-0194
[摘要](632) [HTML全文](564) [PDF 2560KB](18)
摘要:
本文利用广义惠更斯-菲涅尔原理结合Goodman目标散射理论,推导出了激光探测中目标反射光的交叉谱密度函数解析式,并进一步得到了目标反射光的光强分布和空间相干长度表达式。利用得到的表达式在湍流大气条件下,分析了不同光源参数和目标反射光参数对目标反射光光强分布和相干长度的影响。研究结果表明:光源相干长度对归一化反射光强影响较小;光源束腰半径和反射光斑半径值越大接收光的相干长度值越小;随着传输距离的增加,相干长度增加越来越缓慢;在弱湍流大气传输过程中,光源参数对接收光的影响占主导作用,光源束腰半径越大接收光的光强和相干长度值越小;在强湍流大气传输过程中,大气湍流对反射光的影响起主导作用。
飞秒激光刻写低温度灵敏度的细芯长周期光栅
明昕宇, 国旗, 薛兆康, 潘学鹏, 陈超, 于永森
2020, 13(4): 737-744.   doi: 10.37188/CO.2020-0015
[摘要](223) [HTML全文](152) [PDF 5819KB](26)
摘要:
在折射率与应变测试时,为了降低温度影响所引起的串扰,对细芯长周期光纤光栅的温度、折射率和应变响应特性进行了研究。通过飞秒激光直写方法在纤芯直径为6 μm的单模光纤上成功制备了周期为50 μm的长周期光纤光栅。结果表明:在细芯光纤中以低激光能量加工的长周期光纤光栅具有较低的温度灵敏度,同时保持较大的消光比和较好的光谱质量。这种细芯长周期光纤光栅损耗峰在20~700 °C温度范围内仅漂移1.7 nm。该光栅对折射率变化也具有较好的响应,环境折射率在1.4065~1.4265时,灵敏度最高可达882.51 nm/RIU,应变灵敏度为−2.2 pm/με。这种细芯长周期光纤光栅可以较好地降低折射率与应变测试中由于温度影响带来的串扰。
全保偏49 GHz高重频多波长光源的产生
王超, 肖永川, 林书庆, 庾财斌, 瞿鹏飞, 李儒章, 孙力军
2020, 13(4): 745-751.   doi: 10.37188/CO.2019-0191
[摘要](274) [HTML全文](158) [PDF 2295KB](16)
摘要:
频域稳定的高重频多波长光源是信道化和光通讯等领域的理想光源。为了满足高重频多梳齿激光源的应用需求,本文研制了49 GHz梳齿间隔的多波长激光源。通过优化I/Q两端射频信号和三个偏置点,IQ调制器稳定工作在载波抑制单边带模式,杂散频率成分抑制比达到27.5 dB。本文利用循环调制技术产生宽带多波长光频梳,并通过优化射频功率建立环内增益-损耗平衡,有效提升平坦度,获得了梳齿间隔为24.5 GHz、梳齿数目为28根、平坦度仅为3 dB、梳齿信噪比(TNR)达29 dB的多波长光频梳。在此基础 上,进一步利用法布罗(FP)滤波技术将频率间隔提升到49 GHz,最终得到梳齿数目达14根,平坦度为2.7 dB,TNR达19 dB,平均光功率为9 dBm的高重频多波长光频梳。由于采用了全保偏光纤器件和集成化技术,本系统具有一键式启动和长时稳定运行的特点,运行半小时的功率抖动标准差仅为0.5%,有望在各微波光子领域中应用。
基于变形目镜和OLED的全景周视成像与显示技术
罗杰超, 郭俊达, 米凤文, 裘溯, 顿雄, 金伟其
2020, 13(4): 752-759.   doi: 10.37188/CO.2019-0214
[摘要](207) [HTML全文](128) [PDF 18830KB](30)
摘要:
在车载、舰载等运动载体或单兵警戒值守等狭窄空间,传统显示方法难以兼顾显示视场与显示分辨率。针对该问题,本文研究了一种基于变形目镜的全景/周视成像技术与系统。系统采用3路低照度摄像机+4 mm焦距镜头,构成150°左右的全景成像视场,基于FPGA处理平台完成全景图像解析、拼接、校正和显示等算法,实现视频图像大视场拼接与1/3缩放实时显示;由OLED微显示器、变形目镜组和大目镜组成的显示系统使视频图像横向扩大3倍,实时显示全景高分辨动态场景图像。实验系统对全景成像显示技术进行了验证,在军用和民用领域具有广泛的应用前景。
基于圆边响应离焦估计的望远物镜自动调焦方法
罗其俊, 葛宝臻
2020, 13(4): 760-769.   doi: 10.37188/CO.2019-0247
[摘要](258) [HTML全文](219) [PDF 4781KB](26)
摘要:
本文提出了一种基于圆边响应曲线的离焦估计新算法,实现了调焦参数的标定和望远物镜的自动调焦。建立了圆形边缘的灰度响应与离焦半径的关系模型,设计了圆四周离焦半径的双阈值均值滤波器,实现了模糊图像离焦半径的精确估计,降低了运动模糊和噪声的影响。根据离焦半径与调焦距离的线性关系,采用折线拟合方法,求解正焦调焦距离。然后,利用多个物距和正焦像距,优化求解测距调焦模型参数,实现了成像系统的自动调焦。仿真和实际实验验证了离焦半径估计算法的有效性和鲁棒性。标定后的自动调焦成像系统图像清晰,拍摄距离在43~52 m之间的物理分辨率接近理论值的一半,可分辨线宽优于0.354 mm.
角膜塑形术后角膜面形分析及周边离焦研究
刘宝凯, 刘永基, 谢培英, 郭曦, 谷健达, 于浩
2020, 13(4): 770-777.   doi: 10.37188/CO.2019-0248
[摘要](257) [HTML全文](153) [PDF 1329KB](12)
摘要:
本文提出了一种新的角膜面形分析方法,不仅消除了角膜本体厚度对塑形后角膜面形分析的影响,同时也能体现塑形后角膜的不对称性。在角膜前表面高度数据分析中引入基准参考面,以消除角膜本体厚度的影响,进而将塑形后的角膜前表面划分为光学区、转换区和边缘区。分析表明,角膜塑形后的光学区口径为(1.9±0.27) mm,曲率半径为(8.32±0.38) mm;转换区口径为(6.56±0.38) mm,曲率半径为(7.48±0.55) mm;边缘区的曲率半径为(10.49±1.83) mm。角膜塑形后的转换区水平方向屈光能力小于竖直方向的屈光能力,鼻侧屈光能力大于颞侧屈光能力,上侧屈光能力大于下侧屈光能力。利用所得参数建立半定制化的眼模型,对眼模型进行分析,结果表明:角膜塑形后周边呈近视性离焦,各方向的离焦呈非对称性分布,符合临床表现。
等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯
周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲
2020, 13(4): 778-786.   doi: 10.37188/CO.2019-0250
[摘要](253) [HTML全文](159) [PDF 10078KB](15)
摘要:
针对新设计的等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距(即反射镜在光路中位置不变)的情况下,研究了实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时镜面面形误差等问题。通过理论分析并借助有限元分析软件计算等截面平面镜压弯至不同(反射点处像距不同)椭圆柱面时的理论斜率误差,最后对椭圆压弯机构样机进行了实际压弯测试。实验结果与计算分析均表明:保持物距、掠入射角不变,压弯镜面与理想椭圆柱面之间的斜率误差会随着像距的减小而增大,并且像距越小,镜面斜率误差的增加速度越大。实验测得在反射镜面初始斜率误差为0.397 μrad的情况下,全部像距范围(21.5~3.8 m)内压弯镜面的实际斜率误差在0.402~0.560 μrad之间,重复精度为0.051 μrad,均满足上海光源光束线的设计要求。本文研究证明了使用等截面反射镜压弯机构进行椭圆柱面压弯可以实现聚焦镜工作像距在大范围内的连续调节。
自由电子激光光束线反射镜无应力夹持设计与分析
赵晨行, 卢启鹏, 宋源, 龚学鹏, 王依, 徐彬豪
2020, 13(4): 787-794.   doi: 10.37188/CO.2019-0131
[摘要](924) [HTML全文](319) [PDF 8805KB](26)
摘要:
反射镜是自由电子激光光束线中的重要光学元件,反射镜自重引起的面形误差会严重影响光束线的成像质量。为减小自重引起的面形误差,基于Bessel点理论提出了重力补偿方案,并设计了无应力夹持装置,利用有限元软件对该装置进行仿真分析。以尺寸为440 mm×50 mm×50 mm的反射镜为例进行分析,传统支撑方式下反射镜下表面面形误差为1.647 μrad,采用本文提出的夹持方案后面形误差降至0.085 7 μrad,优于工程指标0.1 μrad。为防止反射镜在工作模式切换时发生窜动,可对反射镜添加不超过2 N的微小夹持力,此时反射镜的面形误差为0.093 9 μrad。此外,还对装置进行了动力学分析,结果显示:该设计方案可有效防止装置存在较低的固有频率,在使用过程中不会产生共振现象,满足光束线的使用需求。
基于光源发射接收一体化探头的糖度分选线改造研究
刘燕德, 饶宇, 孙旭东, 肖怀春, 姜小刚, 徐海, 李雄, 徐佳, 王观田
2020, 13(4): 795-804.   doi: 10.37188/CO.2019-0165
[摘要](941) [HTML全文](982) [PDF 6550KB](11)
摘要:
传统外部品质分选目前已经无法满足人们对水果口感品质的需求,对传统外部品质分选线进行糖度分选改造,实现糖度分选,对确保水果的口感品质具有重要意义。分别采集两种不同检测方式下获取的脐橙的近红外漫反射光谱,其中环形发射与接收漫反射方式的光谱能量要比多点发射与接收漫反射方式强,波峰与波谷位置大致相同。近红外漫反射光谱经基线校正、多元散射校正、一阶、二阶导数等方法进行光谱数据预处理,以减少杂散光和噪声的影响。分别建立脐橙在两种不同漫反射检测方式下的糖度偏最小二乘(PLS)模型进行对比分析。实验结果表明,采用基线校正预处理方法获得的结果最优;环形发射与接收漫反射检测方式下的糖度模型预测相关系数为0.81,预测均方根误差为0.46°Brix,多点发射与接收漫反射检测方式下的糖度模型预测相关系数为0.76,预测均方根误差为0.53°Brix。研究表明,应用PLS建模结合近红外漫反射光谱对传统外部品质分选线中的糖度分选线功能进行升级改造是可行的。
2.7米标准球面检验镜支撑优化设计
高婧婧, 焦长君, 黄屾, 张真, 毕勇
2020, 13(4): 805-813.   doi: 10.37188/CO.2019-0225
[摘要](236) [HTML全文](127) [PDF 13445KB](16)
摘要:
球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降,针对该问题,本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数,并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先,利用有限元和遗传算法,对镜体进行了54点等力支撑环带优化,针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况,对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化;然后,利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响;最后,基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明,经过对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后,在球面镜支撑变形RMS(Root Mean Square)小于1/115λλ=632.8 nm),底支撑位置扰动为±2 mm,侧支撑位置扰动为±0.6 mm,以及支撑力扰动为±3 N的情况下,支撑变形小于1/70λ,满足标准球面镜的支撑要求。
广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析
陈蔚霖, 常军, 赵雪惠, 金辉
2020, 13(4): 814-821.   doi: 10.37188/CO.2020-0066
[摘要](170) [HTML全文](116) [PDF 8659KB](32)
摘要:
本文设计了一种用于婴幼儿视网膜筛查的广域眼底相机。文中对该系统所包含的照明系统、成像系统的设计方法进行了探讨。首先,根据James Polans宽视场人眼模型和婴儿眼解剖学数据,建立了婴儿眼模型。接着,提出新的锥形光纤方案用于大视场照明。最后,重点介绍了广域眼底相机的成像系统(包括接触镜、中继物镜)的设计方法。设计实例表明:广域眼底相机的视场可以达到130°,对眼底的物方分辨率可以达到10 μm。设计结果符合眼底成像设备国家标准YY0634-2008,满足婴幼儿视网膜筛查的要求。
折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制
吕博, 冯睿, 寇伟, 刘伟奇
2020, 13(4): 822-831.   doi: 10.37188/CO.2019-0036
[摘要](291) [HTML全文](151) [PDF 8184KB](33)
摘要:
针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低的问题,采用透镜组作为像差校正组,合理分配光学系统的光焦度及间距,来扩大两反射结构的成像视场角,提升相机全视场内的成像质量。以某一工程应用需要为例,设计并研制了焦距为750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统,且在未使用主镜筒外遮光罩的前提下,优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真,结果表明:在非成像视场角内的杂散光点源透过率(PST)的量值范围为10−3~10−6。系统满足传统地面目标探测成像要求,验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构的可行性,并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。
非对称轻小型头盔显示器光学系统设计
黄颂超, 冯云鹏, 程灏波
2020, 13(4): 832-841.   doi: 10.37188/CO.2019-0193
[摘要](346) [HTML全文](165) [PDF 3484KB](40)
摘要:
针对非对称光学系统视场范围和出瞳直径较窄、光学结构复杂、制造成本昂贵、装配调整麻烦等问题,本文采用在系统中加入自由曲面反射镜的设计方法。首先,论述了双反射镜非对称光学系统的设计要求和工作原理。然后,分析了三反射镜非对称光学系统的离轴结构控制方法。最后,采用XY多项式自由曲面反射镜折叠光路、消除遮拦、扩大视场、校正离轴像差,设计出一款适用于头盔显示器的非对称光学系统。设计的双反射镜非对称光学系统的视场为60°×30°,出瞳直径为8 mm。在截止频率52 lp/mm处,全视场的调制传递函数值大于0.25,系统畸变小于5%,单目系统重量约为190 g。设计结果表明,该非对称光学系统的视场大小和成像质量均有所提升,实现了小型轻量化,可应用于头盔显示器。
消像散的自由曲面棱镜光谱仪光学系统设计
张佳伦, 郑玉权, 蔺超, 纪振华
2020, 13(4): 842-851.   doi: 10.37188/CO.2019-0049
[摘要](332) [HTML全文](208) [PDF 1481KB](28)
摘要:
本文根据像差理论,开发了一种计算次镜外反射的Offner型自由曲面棱镜光谱仪初始结构的算法。通过光线追迹获得光线在次镜外反射Offner型光谱仪各光学表面传播的公式,该公式可以确定光学元件的结构参数。应用轴外细光束像散理论分析系统产生的像散,并设定合理阈值作为结构算法的判断依据。在Matlab中迭代优化出符合设计要求的初始结构,使用Zemax软件对获得的初始结构进行优化。为验证算法效果,本文设计了光谱范围为380~780 nm,数值孔径为0.15,光谱分辨率为6 nm的自由曲面棱镜光谱仪的初始结构。在Zemax中完成优化后系统可达到设计指标且谱线弯曲和色畸变均优于0.1 pixels。设计结果表明采用本文算法可以快速计算出符合要求的初始结构,大大简化了后续优化的复杂程度。
Algorithmic study of total petroleum hydrocarbons in contaminated soil by three-dimensional excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy
GU Yan-hong, ZUO Zhao-lu, ZHANG Zhen-zhen, SHI Chao-yi, GAO Xian-he, LU Jun
2020, 13(4): 852-865.   doi: 10.37188/CO.2019-0216
[摘要](919) [HTML全文](356) [PDF 3396KB](17)
摘要:
Assessment of Total Petroleum Hydrocarbons (TPHs) from contaminated soils demands reliable measurement to analyze the types and contents of mixed petroleum hydrocarbons in soils. Three-dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy has been demonstrated as a powerful technology for rapidly analyzing mixed petroleum hydrocarbons by identifying its abundant spectral information. However, detection precision in soil still demands improvement. This study investigates the correction methods of 3DEEM fluorescence spectra to correct the complicated matrix and scattering effects of soils. To improve the analytical accuracy, parallel factor analysis (PARAFAC) and the Alternating Trilinear Decomposition method (ATLD) were used to qualitatively and quantitatively analyze mixed petroleum contaminated soils. The methods were used to assess three commonly observed petroleum hydrocarbons: machine oil, lubricating oil, and diesel oil. Compared with the results of PARAFAC, the average recoveries of ATLD increased from 85% to 95%, implying that ATLD can effectively distinguish between similar fluorescence spectra and is more effective in the detection of the components and total content of petroleum in soil. This work can have applications of risk assessment and remediation techniques.
The effects of metallic contacts on the lasing characteristics of organic thin films
HAO Ya-ru, DENG Zhao-qi
2020, 13(4): 866-872.   doi: 10.37188/CO.2020-0007
[摘要](291) [HTML全文](128) [PDF 1242KB](15)
摘要:
Optical loss caused by metallic contacts are thought to be a major obstacle to the achievement of organic laser diodes. We find that multi-channel emissions and Surface Plasmons (SPs) by designing a proper distributed feedback structure can allow successful lasing in organic thin films in the presence of contacting electrodes and even show better lasing performance when compared to metal-free cases. In this paper, a lower threshold (0.026 mJ/pulse) laser emission is achieved with the Ag metal electrode on the grating structure with a period of 740 nm. Since there is no increase in device thickness, the electrical properties are not reduced when the optical properties are improved.
Fabrication and characterization of ultra-thin GaN-based LED freestanding membrane
LI Xin, SHA Yuan-qing, JIANG Cheng-wei, WANG Yong-jin
2020, 13(4): 873-883.   doi: 10.37188/CO.2019-0192
[摘要](614) [HTML全文](347) [PDF 1097KB](19)
摘要:
In order to deliver the emergent light of Light Emitting Diode (LED) active layer easily, we studied the fabrication process, morphological characterization and optical characterization of submicron-level LED freestanding membrane. We prepared ultra-thin GaN-based LED freestanding membrane based on GaN-on-silicon wafer by using the backside process with photolithography, deep reactive ion etching and fast atom beam etching. Through a white light interferometer, we found that the deformation of the prepared ultra-thin LED freestanding membrane is positively correlated with the diameter of membrane, but negatively correlated with the thickness of membrane. The deformation as a whole is a smooth nanoscale arch deformation. Through the reflection spectrum test, we found that the number of reflection modes of LED freestanding membrane is much smaller than that of unprocessed silicon-based gallium nitride wafer and that the overall light intensity of reflection spectrum of the membrane is obviously improved. In the photoluminescence test, we found that due to the stress release, the emergent spectral peak of LED freestanding membrane has a blue shift of 8.2 nm compared with silicon-based gallium nitride wafer. Moreover, obvious outgoing light can be detected on the backside of the ultra-thin LED freestanding membrane with most of epitaxial layer removed. It demonstrates that LED freestanding membrane is more beneficial to deliver the emitted light in the photoluminescence test. In this study, the LED freestanding membrane with small thickness, large area, small deformation and excellent optical properties has been realized. It provides a new way for the application of GaN-based LED in the field of Micro-Optical Mechanic Electronic System (MOMES).
Influence of turbulent atmosphere on the effect of coherent beam combining
SONG Ji-kun, LI Yuan-yang, CHE Dong-bo, GUO Jin, WANG Ting-feng, LI Zhi-lai
2020, 13(4): 884-898.   doi: 10.37188/CO.2019-0197
[摘要](1206) [HTML全文](874) [PDF 4000KB](21)
摘要:
Coherent beam combining is a promising technology for achieving a high-power laser beam with good beam quality. However, turbulent atmosphere is one of the key factors that restrict its application and development. This paper focuses on the influence of atmospheric Greenwood frequency on the correction effect of the coherent combination system based on Stochastic Parallel Gradient Descent (SPGD) algorithm. At first, the influence of different turbulence intensities on the correction effect of coherent combination systems is analyzed by numerical simulation under static atmospheric conditions. Then, a set of rotating phase screens that meet Kolmogorov’s statistical law are generated by numerical calculation to simulate the turbulent atmosphere and study the correction effect of coherent combination system at different atmospheric Greenwood frequencies. Finally, an experimental platform is established to demonstrate the coherent combination effect of two laser beams. The simulated and experimental results show that when the system's control algorithm iteration frequency (350 Hz) is constant, the disturbance of turbulent atmosphere to the phase and light intensity of laser beams will increase with atmospheric Greenwood frequency, making the effect of coherent combination worse.
新型过渡金属硫化物在超快激光中的应用
孙俊杰, 陈飞, 何洋, 丛春晓, 曲家沂, 季艳慧, 鲍赫
2020, 13(4): 647-659.   doi: 10.37188/CO.2019-0241
摘要(723) HTML全文(263) PDF 1212KB(71)
摘要:
超快激光技术是目前激光乃至物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一,在工业加工、生物医学和激光雷达等领域具有广泛应用。二维材料具有独特的物理结构及优异的光电特性,作为可饱和吸收体应用于超快激光器时,具备工作波段宽、调制深度可控和恢复时间快等优势。其中,过渡金属硫化物因具有带隙连续可调等特点,已成为二维材料研究领域的重点。本文从过渡金属硫化物的特性出发,介绍了可饱和吸收器件的制作方法,综述了基于新型过渡金属硫化物的超快激光器的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
K-B镜面形高精度检测技术研究进展
张帅, 侯溪
2020, 13(4): 660-675.   doi: 10.37188/CO.2019-0231
摘要(473) HTML全文(255) PDF 8130KB(51)
摘要:
以新一代同步辐射光源和全相干X射线自由电子激光为代表的先进光源已成为众多学科领域中一种不可或缺的研究工具。先进光源技术不断进步,驱动超精密光学制造快速发展,先进光源中关键聚焦光学元件K-B镜的面形精度是影响光源性能的重要指标,要求其在几十纳弧度以下。然而,高精度K-B镜面形检测技术依然存在较大技术挑战,一直是国内外研究热点。本文介绍了反射式轮廓测量技术即长程轮廓仪(LTP)、纳米测量仪(NOM)以及拼接干涉检测技术等典型K-B镜面形检测技术的基本原理,对比分析了其技术特点,综述了国内外K-B镜面形检测技术的研究现状和最新进展,对发展趋势进行了展望。
高功率连续波掺镱光纤激光器研究进展
党文佳, 李哲, 李玉婷, 卢娜, 张蕾, 田晓, 杨慧慧
2020, 13(4): 676-694.   doi: 10.37188/CO.2019-0208
摘要(352) HTML全文(209) PDF 4354KB(39)
摘要:
高功率连续波掺镱光纤激光器因具有电光效率高、光束质量好、热管理方便等优点,在工业加工、军事国防、科学研究等领域得到广泛应用,但是高功率条件下的非线性效应和热效应限制了其输出功率的进一步提升。基于此,本文重点分析了受激拉曼散射非线性效应和热致模式不稳定现象的形成机理和抑制方法,为高功率光纤激光系统的设计与集成提供了参考,并详细介绍了2015年以来为克服两种因素的影响所取得的最新研究成果,最后展望了高功率连续波掺镱光纤激光器的发展趋势。
纤维增强碳化硅及其在光学反射镜中的应用
张巍, 张舸, 郭聪慧, 范天扬, 徐传享
2020, 13(4): 695-704.   doi: 10.37188/CO.2020-0052
摘要(158) HTML全文(86) PDF 1380KB(28)
摘要:
纤维增强碳化硅复合材料具有优异的力学及热学性能被广泛应用在航空航天、核能、汽车、化工等诸多领域,特别是在光学反射镜方面有良好的应用前景。本文介绍了纤维增强碳化硅复合材料的特点以及其相对传统反射镜材料的优势,对比分析了不同纤维增强碳化硅复合材料制备工艺的优缺点,阐述了不同界面层对纤维的保护作用及对复合材料性能的影响,综述了国内外纤维增强碳化硅复合材料在光学反射镜领域的应用进展,最后总结了纤维增强碳化硅反射镜坯实现大规模应用所需进一步开展的研究方向。
深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源研究进展
王晓洋, 刘丽娟
2020, 13(3): 427-441.   doi: 10.3788/CO.2020-0028
摘要(1646) HTML全文(708) PDF 2774KB(136)
摘要:
全固态深紫外相干光源在前沿科学、高技术等领域均有重要应用。产生全固态深紫外相干光源的一种有效而可行的技术途径是将商业化的可见、近红外全固态激光作为基频光源,通过非线性光学晶体的多级变频技术产生深紫外激光。本文系统地介绍了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源的研究进展。主要以KBBF晶体为代表,详细介绍了发现KBBF晶体的过程,晶体生长技术,棱镜耦合器件技术,KBBF晶体的主要光学性质以及产生深紫外相干光源的能力,同时证实了KBBF晶体是目前能使用直接倍频方法实现深紫外激光输出的非线性光学晶体。此外,文中还详细介绍了基于KBBF晶体及棱镜耦合技术的深紫外相干光源的应用情况,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及取得的重要成果。最后,展望了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外激光技术的发展方向。
有机发光二极管显示屏的喷墨打印研究与展望
刘欣, 叶芸, 唐谦, 郭太良
2020, 13(2): 217-228.   doi: 10.3788/CO.20201302.0217
摘要(1280) HTML全文(767) PDF 3187KB(158)
摘要:
近年来,有机发光二极管(OLED)被广泛应用于智能手机等中小尺寸显示屏,并逐步进入电视等大尺寸显示领域和照明市场。随着OLED平板显示新时代的到来,对显示屏的彩色化与图案化研究提出了更高要求。与传统真空蒸镀技术相比,喷墨打印技术更容易实现大面积器件的彩色化和复合功能材料的图案化,且工艺简单,成本低廉,并可进行柔性器件加工。本文综述了采用喷墨打印技术制备OLED显示屏的研究现状,并系统介绍了喷墨打印设备的发展历程,通过优化bank结构提高显示屏的分辨率,优化墨水配方及组成配比抑制喷墨液滴的"咖啡环"效应,从而提高显示器发光均匀性,最后对国内外该技术产业进行了概述与展望。
激光破岩技术的研究现状及进展
官兵, 李士斌, 张立刚, 陈双庆
2020, 13(2): 229-248.   doi: 10.3788/CO.20201302.0229
摘要(1269) HTML全文(691) PDF 4890KB(68)
摘要:
激光破岩技术是应用光学领域的重要研究方向,它是集合了多相态、多耦合、多尺度的复杂高温、高压物理与化学过程。为了厘清激光破岩研究中的核心难点,给研究者提供有效的理论参考和趋向信息,本文对激光破岩技术的研究概况进行了分析总结。首先明确了激光破岩机理;之后分别从石油井下作业用激光器、激光破岩影响因素、激光破岩的温度场相变传热、物理力学性质以及激光破岩应用可行性等方面对国内外激光破岩技术研究进行了总结分析,指出了现阶段所取得的创新成果和不足;最后阐明了激光破岩技术的优点和发展趋势。研究结果表明,激光破岩技术可在现场配套设施研发、多影响因素评价、多场耦合作用机制和井下适用性理论体系研究等方向着力突破。
平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用
王晓东, 颜伟, 李兆峰, 张博文, 黄镇, 杨富华
2020, 13(1): 1-13.   doi: 10.3788/CO.20201301.0001
摘要(846) HTML全文(442) PDF 2481KB(36)
摘要:
为了提高场效应晶体管太赫兹探测器的响应度并降低噪声等效功率,需要对探测器集成平面天线的结构进行合理设计与优化,本文对集成平面天线结构的场效应晶体管太赫兹探测器的研究进行了深入调研。首先,对场效应晶体管太赫兹探测器的工作原理进行了分析,介绍了集成平面天线如何解决耦合太赫兹波效率低的问题。然后,介绍了一些常用的平面天线结构,包括偶极子天线、贴片天线、缝隙天线、grating-gate和其他类型的结构,比较了各种天线的性能以及引入后对太赫兹探测器响应度的影响。通过对比不同天线结构的探测器响应度和噪声等效功率等参数指标,发现:采用平面天线结构之后,场效应晶体管太赫兹探测器的响应度有了大幅度的提升,各种类型的天线对探测器响应度都有不同程度的提升。本文着重介绍了几种集成于场效应晶体管的平面天线结构,包括各种天线的性能和研究进展,最后分析了场效应晶体管太赫兹探测器存在的问题和发展趋势。
量子点背光技术的研究进展
叶芸, 喻金辉, 林淑颜, 陈恩果, 徐胜, 郭太良
2020, 13(1): 14-27.   doi: 10.3788/CO.20201301.0014
摘要(1089) HTML全文(639) PDF 4222KB(59)
摘要:
量子点材料因具有发光波长可调,色度纯,量子效率高等优异特性而受到广泛关注,在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展,主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构,并分析了它们在液晶显示领域的应用,未来前景及面临的挑战;然后介绍了几种新型的量子点背光技术,并对两种量子点背光新技术进行重点说明:一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体,用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板;另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面,形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点,对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。
激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展
宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦
2020, 13(1): 28-42.   doi: 10.3788/CO.20201301.0028
摘要(1488) HTML全文(899) PDF 2768KB(115)
摘要:
半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。
可调谐超构透镜的发展现状
林雨, 蒋春萍
2020, 13(1): 43-61.   doi: 10.3788/CO.20201301.0043
摘要(880) HTML全文(522) PDF 8834KB(66)
摘要:
随着新兴光学设备对微型化、一体化、智能化光学变焦系统的需求与日俱增,大大促进了纳米光电子学的迅猛发展。超构透镜是由具有特殊电磁属性的人造元素按照一定的排列方式组成的具有透镜功能的二维平面结构,其最大优点就是:轻薄和易于集成。然而,集成在超构透镜上的微纳结构一旦制备完成,便难以再改变其形貌或者尺寸,因而无法对其聚焦性能进行实时调控,限制了其功能及应用范围的进一步扩展。近年来,科学家们探索了实现超构透镜聚焦性能实时调控的多种途径,其中最引人注目的是将智能材料与超构透镜相结合。本文首先回顾了可调谐超构透镜的最新进展,分别详细阐述和分析了它们的调节原理和器件性能。最后,归纳分析了当前阻碍可调谐超构透镜发展的主要问题,并进一步对未来可调谐超构透镜的发展趋势做出了展望。
量子点增强硅基探测成像器件的研究进展
朱晓秀, 葛咏, 李建军, 赵跃进, 邹炳锁, 钟海政
2020, 13(1): 62-74.   doi: 10.3788/CO.20201301.0062
摘要(1020) HTML全文(546) PDF 6598KB(53)
摘要:
硅基探测成像器件具有可靠性高、易集成和成本低等优点,是目前应用最广泛的探测成像器件。随着人工智能和无人驾驶等技术的日益发展,对探测成像器件提出了更高的要求,而硅基探测成像器件性能的提升成为重要的研究方向。量子点具有吸收系数大、光谱可调、发光效率高和易集成等优点,是一类优异的光谱转换和光调制材料。利用量子点材料可调制的光学特性,可以对硅基探测成像器件的功能进行拓展,从而实现紫外响应增强、红外响应拓展、紫外偏振探测和多光谱成像等功能。经过多年的研究,这一领域已经取得了一定的进展,部分技术展现出较好的应用前景。本文介绍了量子点增强硅基探测器在紫外探测、红外成像、偏振探测和多光谱成像方面的研究进展,希望能够引起国内学术界和工业界的关注和重视。
增材制造金属反射镜的发展综述
谭淞年, 丁亚林, 许永森, 刘伟毅
2020, 13(1): 75-86.   doi: 10.3788/CO.20201301.0075
摘要(854) HTML全文(406) PDF 4338KB(43)
摘要:
随着光学测量与遥感领域的不断发展,折反式光学系统对重量、体积和环境适应性等需求不断提高。基于增材制造技术的金属反射镜以其便于实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点,逐渐获得国内外学者的关注与研究。与传统金属反射镜相比,增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度,同时可实现更高程度的轻量化。增材制造反射镜可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。本文首先讨论了金属反射镜的评价指标;其次,综述了国内外在基于增材制造技术制备金属反射镜领域的发展现状和技术参数,从增材制造金属反射镜的基体设计与制备和基体的后处理2个方面展开论述;然后,通过分析,总结了增材制造金属反射镜的技术路线和关键技术;最后,对增材制造反射镜的应用前景提出了展望。
实用化平面超振荡透镜的研究进展
李文丽, 虞益挺
2019, 12(6): 1155-1178.   doi: 10.3788/CO.20191206.1155
摘要(198) HTML全文(72) PDF 14797KB(13)
摘要:
传统光学系统由于受到衍射极限的制约,难以实现远场超分辨聚焦与成像。基于超振荡原理的平面超透镜为这一难题提供了可能的解决途径,其在传播过程中可不依赖倏逝波而实现远场超分辨聚焦。利用对各个衍射单元之间的衍射干涉效应进行精确调控,可在焦平面上局部区域内获得高于系统最高空间频率的电场振荡,从而实现对衍射焦点区域横向和轴向尺寸的可控调节。与传统光学透镜相比,平面超振荡透镜具有光场可控性强、设计自由度大、便于集成等优点,同时借助其远场超衍射极限的光场调控能力,受到衍射光学和微纳光学等领域研究人员的广泛关注。本文主要从实际应用的角度出发,对平面超振荡透镜的研究现状及其应用场景进行了分析和讨论,最后对该类透镜目前面临的问题及对应的解决办法进行了阐述。
液体变焦镜头的研究进展
黄翔, 林四英, 谷丹丹, 卜振翔, 易伟劲, 谢培钦, 王凌云
2019, 12(6): 1179-1194.   doi: 10.3788/CO.20191206.1179
摘要(207) HTML全文(65) PDF 5581KB(16)
摘要:
相比于传统的机械变焦镜头,液体变焦镜头具有体积小、响应快、成本低和集成度高等特点,被广泛应用于图像采集、目标追踪和特征识别等领域。焦距调节方式决定了液体镜头的性能和应用,本文概括了基于液晶材料、介电泳、电化学、电润湿原理的物性控制式变焦镜头和基于静电力、电磁力、压力调节和环境响应的机械驱动式变焦镜头的研究现状,介绍了液体变焦镜头在光流控芯片内的集成应用,并指出当前面临的主要问题和解决方案。最后,对液体变焦镜头的发展前景和研究方向进行了展望和总结。
椭圆偏振光谱测量技术及其在薄膜材料研究中的应用
朱绪丹, 张荣君, 郑玉祥, 王松有, 陈良尧
2019, 12(6): 1195-1234.   doi: 10.3788/CO.20191206.1195
摘要(668) HTML全文(82) PDF 11094KB(20)
摘要:
椭圆偏振光谱测量技术通过测量线偏振光经材料表面反射后光的相对振幅与相位改变量计算得到椭偏参数,再通过椭偏参数的拟合获取样品光学性质。由于其具有非接触、高灵敏度、非破坏性等优势,广泛应用于物理、化学、材料科学和微电子等方面,是一种不可或缺的光学测量手段。本文首先简要回顾了该技术的发展历程,接着阐述了传统椭偏仪的基本原理,按照测量原理的不同可将椭偏仪分为消光式和光度式。随后,本文简单介绍了一些常用椭偏仪的基本架构、测量原理和相关应用,并比较了他们的优缺点,重点展示了复旦大学研制的双重傅立叶变换红外椭偏光谱系统。然后按照椭偏参数处理的基本步骤:测量、建模与拟合3个方面,阐述了其过程,详细剖析了参数拟合所使用的各种光学色散模型,同时通过应用实例介绍了各色散模型的应用情况。最后,对未来椭偏技术的发展方向进行了展望。
光学无创血糖浓度检测方法的研究进展
郭帅, 苏杭, 黄星灿, 刘剑
2019, 12(6): 1235-1248.   doi: 10.3788/CO.20191206.1235
摘要(440) HTML全文(167) PDF 2348KB(13)
摘要:
连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提,无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来,随着测量精度的不断提高,基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力,有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法,重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析,对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。
远程紫外拉曼光谱检测技术研究进展
何玉青, 魏帅迎, 郭一新, 赵曼, 金伟其, 任林茂
2019, 12(6): 1249-1259.   doi: 10.3788/CO.20191206.1249
摘要(264) HTML全文(90) PDF 1488KB(7)
摘要:
远距离检测主要用于人类不宜或不易接触的物品检测,紫外拉曼光谱法是一种比较有效的远距离危险物品检测方法,在反恐、禁毒和食品安全等领域具有广泛的应用前景。本文在分析远程拉曼光谱检测技术基本原理的基础上,总结了紫外拉曼光谱检测技术的优势,对远程紫外拉曼光谱检测技术的现状进行综合分析。从激光器发射、光学接收系统、光谱接收、光谱处理等方面分析了不同模块关键技术及研究现状,分析了远程紫外拉曼光谱检测技术的研究难点和发展趋势。
星载激光通信技术研究进展
董全睿, 陈涛, 高世杰, 刘永凯, 张玉良
2019, 12(6): 1260-1270.   doi: 10.3788/CO.20191206.1260
摘要(786) HTML全文(120) PDF 3842KB(38)
摘要:
文章首先说明了星载激光通信较传统微波通信的先进性和重要性,介绍了激光通信系统的基本组成,简述了系统的工作过程。之后总结了国外的星载激光通信项目和发展计划,重点介绍了日本、美国和欧洲近几年在星载激光通信领域的研究现状,同时也简述了国内各高校以及研究所的研究进展。接着指出了目前星载激光通信的难点并且归纳了与之相关的关键技术。最后,对星载激光通信的未来发展趋势进行了展望。
中高体积分数SiCp/Al复合材料研究进展
程思扬, 曹琪, 包建勋, 张舸
2019, 12(5): 1064-1075.   doi: 10.3788/CO.20191205.1064
摘要(199) HTML全文(54) PDF 2208KB(5)
摘要:
中高体积分数SiCp/Al复合材料相较于传统合金材料具有力学性能和热学性能"可裁剪"的特点。本文介绍了中高体积分数SiCp/Al复合材料的主要制备技术工艺,以及中高体积分数SiCp/Al复合材料在精密仪器、光学系统、电子封装及热控领域典型应用,最后展望了中高体积分数SiCp/Al复合材料未来的发展趋势。
眼科光学相干层析成像的图像处理方法
蔡怀宇, 张玮茜, 陈晓冬, 刘珊珊, 韩晓艳
2019, 12(4): 731-740.   doi: 10.3788/CO.20191204.0731
摘要(1768) HTML全文(448) PDF 2700KB(50)
摘要:
光学相干层析成像(OCT)由于具有微米级高分辨率、非接触式成像以及瞬时性等特点,成为临床医学领域的研究热点,近些年得到迅速的发展,取得诸多进展与突破。本文简述了OCT技术在眼科医学中的各类应用及发展现状,分类讨论了OCT图像在空域和频域中的降噪方法,并重点总结了OCT眼前节和视网膜图像中各层组织的精确定位分层方法。其中深入分析了基于灰度值搜索方法、活动轮廓模型、图论和模式识别等分层方法,并针对现有分层方法的优缺点以及存在的问题展开深入讨论,提出相应的解决方法和优化方案。对眼科相关疾病的临床诊断指标分析评价,根据眼科临床医学需求和OCT图像处理现状,对未来OCT图像处理的发展趋势和发展水平做进一步讨论和分析。
可用于单幅闭合干涉图相位恢复的正则化相位跟随技术
王贤敏, 刘东, 臧仲明, 吴兰, 严天亮, 周宇豪, 张与鹏
2019, 12(4): 719-730.   doi: 10.3788/CO.20191204.0719
摘要(727) HTML全文(373) PDF 4295KB(88)
摘要:
在利用干涉技术检测温度、压力、形貌等物理量时,往往需要通过各种调制手段将这些物理量的信息加载到干涉条纹图样中,并通过对其进行分析而得到被测信息。当实验条件不利于实验者实施移相、加载波等调制手段时,探测器得到的往往是单幅闭合条纹,此时常用的移相解调技术和频谱分析方法等不再适用。正则化相位跟随(Regularized Phase Tracking,RPT)技术可以对单幅闭合条纹进行相位恢复,是目前针对单幅闭合条纹相位恢复最有效的方法。近年来研究者们从复杂干涉图处理能力、算法稳定性、相位恢复精度等方面对RPT技术进行了改进和发展,使其逐渐走向实用化。本文介绍了RPT技术用于单幅干涉图相位恢复的基本原理,总结了近年来RPT技术的相关改进与发展,例举了采用RPT技术进行相位恢复的应用场合,并适当推测RPT技术的未来发展方向。
瓦级319nm单频连续紫外激光的实现及铯原子单光子Rydberg激发
王军民, 白建东, 王杰英, 刘硕, 杨保东, 何军
2019, 12(4): 701-718.   doi: 10.3788/CO.20191204.0701
摘要(1379) HTML全文(505) PDF 8142KB(80)
摘要:
结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料,服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求,研究并掌握了产生318.6 nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1 560.5 nm与1 076.9 nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频,再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2 W的318.6 nm紫外激光,半小时内,光功率的方均根起伏优于0.87%。采用电子学边带锁频方案,实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4 GHz,残余频率起伏约16 kHz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐318.6 nm紫外激光系统,在铯热原子气室中实现了6S1/2nP3/2(n=70~100)的单光子跃迁里德堡激发,并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了318.6 nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。

主管: 中国科学院

主办:  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国光学学会

主编: 王家骐 院士

ISSN 2095-1531

CN 22-1400/O4

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