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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(97) HTML全文(23) PDF 2094KB(4)
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.
Review of interrogation technology for quasi-distributed optical fiber sensing systems based on microwave photonics
WU Ni-shan, XIA Li
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0121
摘要(136) HTML全文(59) PDF 3910KB(21)
摘要:
Quasi-distributed fiber sensing systems play an important role in the fields of civil engineering, energy surveying, aerospace, national defense, chemicals, etc. Interrogation technology for quasi-distributed fiber sensing systems based on microwave photonics is widely used in high-speed and high-precision signal demodulation and sensor positioning in optical fiber multiplexing systems. Compared to conventional optical wavelength interrogation, this technology greatly improves system demodulation rate and compensates for the defects of traditional sensor positioning methods. This paper introduces the recent research progress of quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics; compares and analyzes the advantages and disadvantages of several existing microwave demodulation systems from the perspective of their fiber grating quasi-distributed sensing and fiber Fabry-Perot quasi-distributed sensing systems, respectively; and provides a summary of the prospective direction of future research in quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics.
窄线宽1064 nm光纤激光泵浦高效率中红外3.8 μm MgO∶PPLN光参量振荡器
陈柄言, 于永吉, 吴春婷, 金光勇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0169
摘要(44) HTML全文(13) PDF 4062KB(1)
摘要:
采用放大1064 nm掺镱光纤激光器作为泵浦源,实现了中红外3.8 μm MgO∶PPLN 光参量振荡(OPO)激光输出。在泵浦源中,采用分布式反馈激光器(DFB)作为种子源来实现光纤激光窄线宽的调制,实现线宽2.5 nm到0.1 nm的压缩,最大平均输出功率可达40 W。进一步对不同泵浦线宽条件下中红外3.8 μm MgO∶PPLN OPO激光进行研究,最终在泵浦功率为18.1 W、线宽为0.1 nm、重频为1 MHz、脉宽为2 ns时,获得了最高平均输出功率为2.06 W的3822.5 nm激光输出,光-光转换效率为11.38%,光束质量为M2=2.34,提高了窄线宽泵浦对中红外MgO∶PPLN OPO激光输出效率。
结合相机阵列选择性光场重聚焦的显著性检测
冯洁, 王世刚, 韦健, 赵岩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0165
摘要(41) HTML全文(11) PDF 3984KB(2)
摘要:
针对现有方法处理包含多个显著目标以及显著目标的某些区域与背景区域对比不明显的场景所得显著图不够精细,甚至会丢失某些显著性区域的不足,本文提出了一种结合相机阵列选择性光场重聚焦的显著性检测方法。选用光场数据集,利用同一场景的多幅视点图像,首先对中心视点图像进行结合超分辨率的重聚焦渲染;然后在基于图的显著性检测方法的基础上提出结合全局和局部平滑度约束的传播模型以防止错误标签传播,得到的显著性粗图经过目标图的细化后最终输出精细的检测结果。另外,对于包含多个显著目标的场景,通过选择对场景中某一深度层进行重聚焦,同时对其他深度层产生不同程度的模糊,可以更精确、细致地检测出位于该深度层上的显著目标,一定程度上实现了可选择的显著性检测。在4D光场数据集上进行了实验,结果表明:本文提出的方法所得显著图与真值图之间的平均绝对误差的均值为0.212 8,较现有方法有所降低,检测结果包含更丰富的显著性目标信息,改善了现有显著性检测方法的不足。
Enhanced dye-sensitized up-conversion luminescence of neodymium-sensitized multi-shell nanostructures
WANG Dan, XUE Bin, TU Lang-ping, ZHANG You-lin, SONG Jun, QU Jun-le, KONG Xiang-gui
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0097
摘要(216) HTML全文(46) PDF 3336KB(4)
摘要:
Lanthanide ion doped upconversion luminescence is limited by the small absorption cross-section and narrow absorption band of lanthanide ions, which results in weak luminescence. Recently, a dye-sensitized method has proven to be an effective strategy of increasing upconversion luminescence. However, simply attaching dye molecules to nanoparticles with classic Yb-doped nanostructures cannot effectively activate the sensitizing ability of the dye molecules. In response to this problem, we designed Nd-sensitized core/shell/shell (NaYF4: Yb/Er (20/2%)@ NaYF4: Yb (10 %)@ NaYF4: Nd (80 %)) nanostructures, compared with the classic IR-806 sensitized NaYF4: Yb/Er nanostructure, their upconversion luminescence (500 to 700 nm) was approximately enhanced by a factor of 38. Through analysis of the nanostructure’s emission and luminescence lifetime data, the enhancement was confirmed by the effective overlap of Nd absorption with the emission of near-infrared dye molecules and the protective effects of the shell structure on the luminescent center (the lifetime of Er (4S3/24I15/2) was increased by 1.7 times). In addition, we found that the doping Yb3+ in the outermost layer will decrease the dye-sensitized luminescence intensity. Furthermore, this Nd-sensitized core/shell/shell also achieved enhancement in the sensitized upconversion luminescence of the luminescence centers of Ho and Tm, which establishes a foundation for enhanced dye-sensitized upconversion luminescence.
Line-scanning confocal microscopic imaging based on virtual structure modulation
ZHAO Jia-wang, ZHANG Yun-hai, WANG Fa-min, MIAO Xin, SHI Xin
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0120
摘要(152) HTML全文(79) PDF 4007KB(21)
摘要:
Resolution in a confocal microscope is limited by the diffraction limit. Structured modulation has been proven to be able to achieve super-resolution in confocal microscopy, however, its limited speed in image acquisition limits its applicability in practical applications. In order to improve its imaging speed, we introduce a method that can achieve rapid super-resolution confocal microscopy by combining line-scanning and structured detection. A cylindrical lens is used to focus the light into a line, and a digital mask with a sinusoidal function is used to modulate the descanned image in the light detection arm. Unlike the virtual structured method, there is no need for a subsequent frequency shift process. In order to improve the isotropic resolution of the system, a scanning angle of 0 ° and 90 ° is achieved by rotating the sample. Simulation and experiment results indicate that the spectrum wolth of coherent transfer function expands and the resolution is 1.4 times as large as that of a conventional confocal microscope. This method increases the system’s imaging acquisition speed 104-fold when compared with a confocal structured modulation microscope that uses spot-scanning.
表面损伤衍射双向反射分布函数模型建立及分析
陆敏, 王治乐, 张树青
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0162
摘要(31) HTML全文(7) PDF 3692KB(0)
摘要:
本文旨在建立包括划痕和坑点在内的表面损伤的衍射双向反射分布函数(BRDF)模型,并分析模型在各领域中的应用。通过使用非傍轴标量衍射理论,创新提出了采用相干窗口函数滤波的方法得到非相干光条件下的表面损伤衍射BRDF模型,得到了表面划痕和坑点的散射特性。模型提出的方法和得到的结果对表面损伤检测、表面损伤杂光分析以及图像渲染技术都有重要的应用价值。
大孔径静态干涉成像光谱仪径向畸变导致的谱线偏移误差的校正
安玲坪, 王爽, 张耿, 李娟, 刘学斌
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0084
摘要(159) HTML全文(69) PDF 3833KB(14)
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,提高了工作效率,也可应用于星载干涉光谱数据的在轨参数校正。
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(184) HTML全文(68) PDF 1981KB(8)
摘要:
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。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为600 mm、测试波长为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。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。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。本文研究可以为天文望远镜、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。
生物光声层析成像中不均匀和不稳定照明解决方法
孟琪, 孙正
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0142
摘要(63) HTML全文(38) PDF 4420KB(4)
摘要:
在生物组织光声层析成像(Photoacoustic Tomography, PAT)算法中,为了简化问题,通常假设在均匀和稳定照明的理想情况下,重建组织的初始声压分布图、光吸收能量分布图和光学特性参数分布图。但在实际应用中,当光在生物组织中传播时,会出现光衰减和光通量分布不均匀的情况,导致重建精度下降。本文对非理想条件下用于补偿由不均匀和不稳定照明所致PAT成像误差的主要方法进行归纳和总结,讨论不同方法的优势和不足。
基于多激光传感器装配的自由曲面法线找正方法研究
张赢, 丁红昌, 赵长福, 周义根, 曹国华
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0205
摘要(19) HTML全文(8) PDF 5056KB(2)
摘要:
在国产化、技术自主化的大型飞机项目上,对孔位精度的标准正逐步升高,钻头的垂直度又是这一标准中最受关注的条件。机器人自动钻铆系统工作时,所产生的装配误差、磕碰、偏移等状况,不仅降低了制造及检测的准确度,还影响了整个结构件的疲劳性能。针对这一问题,本文提出了基于多激光传感器装配的自适应自由曲面法线检测技术,搭建了以该方法进行姿态找正的数学模型,并研究了检测装置的标定方法及流程。同时,着重讨论了在自适应方法检测时,利用电子经纬仪等装置进行误差补偿的相关技术。通过进行对于该方法的验证实验,多组实验数据均达到了法向精度<±0.5°的关键技术指标,找正后的法线平均偏差值为0.0667°。该方法能有效地补偿,在制孔工作中所产生的相关误差,进一步提高机器人的定位精度及法线方向检测精度。
样品温度和空间约束两种方法相结合对激光诱导击穿光谱的影响
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(83) HTML全文(39) PDF 3891KB(1)
摘要:
升高样品温度和采用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。本文在空气环境中研究了升高样品温度和空间约束效应两种方法相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提高。两个实验条件的结合对于激光诱导击穿光谱信号增强的效果明显强于单独升高样品温度或者单独采用空间约束的增强效果。单一200°C高温下样品的Al(I) 396.2 nm线强度增加了1.4倍;单一空间约束条件下的Al(I) 396.2 nm线强度增加了1.3倍;而在200°C和空间约束的组合条件下,Al(I) 396.2 nm线强度增加了2.1倍。这个结合效应增强效果产生主要由于激光照射高温样品产生更强的冲击波,从而能更有效地压缩高温下产生的更大尺寸的等离子体羽,进一步提高了激光诱导击穿光谱的强度。
高能激光光束质量β因子的影响因素分析
王艳茹, 王建忠, 冉铮惠, 丁宇洁
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0137
摘要(59) HTML全文(19) PDF 3740KB(5)
摘要:
采用二维线性调频z变换算法,分析了影响高能激光系统光束质量β因子测量准确性的因素。本文详细分析了采样点数(即衍射极限内的采样点数)和衍射光斑图像的能量损失率对光束质量β因子的影响。在衍射极限角直径2 (λ/D)范围内不同采样点数的模拟结果表明:采样点数越高,光斑衍射图像的分辨率越高,进而光束质量β因子计算越准确。在一倍衍射极限角2.44 (λ/D)范围内应最低不少于10个采样点,即可将β因子的测量误差控制在3%。同时,不同像差对光斑图像能量损失率的敏感程度不同,相同能量损失率下,高阶像差的β因子测量误差要高于低阶像差。特别是球差类的像差对能量损失最为敏感, 约5%的能量损失就可带来15%~30%的β因子计算误差。
Hybrid plasmonic leaky-mode lasing on subwavelength scale
YAN Shan-Shan, WANG Shuang-Peng, SU Shi-Chen
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0108
摘要(40) HTML全文(10) PDF 4792KB(3)
摘要:
Surface plasmon polariton is a mode of electromagnetic surface waves that exists on two dielectric cross-sections (usually a metal and an insulator) with opposite signs of dielectric constant, which can break the diffraction limit. In an appropriate optical waveguide structure composed of metal and dielectric, light can be trapped at the subwavelength scale. Here, we propose an approach that integrates dielectric waveguiding with plasmonics by finite-element simulation. The hybrid optical waveguide consists of an active ZnO nanowire separated from a metal surface by a nanoscale dielectric gap (10 nm). The coupling between the surface plasmonic and waveguide modes allows energy to be stored and propagated in the subwavelength dielectric gap. The leaky modes of the ZnO nanowire lose part of their energy to the continuum of the dielectric layer during propagation. Due to gain guiding, the hybrid electric leaky mode makes it possible to observe leaky-mode lasing. This approach could lead to the true integration of subwavelength lasers based on nanoscale semiconductor-based plasmons and photonics.
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(160) HTML全文(53) PDF 4622KB(15)
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,具有较广泛的应用前景。
激光焊熔宽的超声检测精度提升
黄治轶, 王春生, 贺帅, 谷晓鹏, 董娟, 徐国成
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0149
摘要(17) HTML全文(6) PDF 3787KB(0)
摘要:
搭接激光窄焊缝由于接头尺寸较小,在超声无损检测时,采用传统6bB法对其界面处的熔宽判定存在较大的误差。为了提高检测精度,研究传统6 dB法的检测误差来源,本文采用有限元分析方法,分析了激光焊接头内部入射超声波的传播规律和反射回波特性,构建了基于修正6 dB法的激光焊接头熔宽评估模型,并通过物理实验进行了验证。研究结果表明,上板底面的一次回波幅值可作为能够反映接头内部结构的特征值,当探头中心对应接头内部焊缝熔合线边缘位置时,一次回波幅值的衰减度随上板板厚而变化,据此可根据上板板厚选择衰减度值对传统6 dB法进行修正,从而定量计算接头内部板层接触面处的有效熔宽。实际激光焊接头的超声检测结果证实:采用修正6 dB法求解出激光焊接头的熔宽与物理实验结果吻合良好,对实际生产中超声检测激光焊接头的精度提升提供了极为实用的方法。
中红外Fe2+:ZnSe激光器研究进展
徐飞, 潘其坤, 陈飞, 张阔, 于德洋, 何洋, 孙俊杰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0180
摘要(32) HTML全文(6) PDF 3594KB(5)
摘要:
发光谱位于3~5 μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe2+:ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe2+:ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe2+:ZnSe激光器为代表的TM2+:Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe2+:ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe2+:ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe2+:ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe2+:ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe2+:ZnSe激光器后续可能的发展方向。
应用于红外眼科疾病检测的瞳孔定位算法
蔡怀宇, 史玉, 娄世良, 汪毅, 陈文光, 陈晓冬
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0170
摘要(21) HTML全文(7) PDF 3675KB(0)
摘要:
为了实现眼科疾病检测中对被检测者快速、准确、自动化的瞳孔定位,提出一种基于径向对称变换的瞳孔中心点定位算法。首先利用灰度积分投影法结合最大类间方差法,完成对人眼图像的粗分割,并根据多团块筛选条件提取出只包含瞳孔的感兴趣区域(region of interest,ROI)。然后采用对ROI做最小外接矩形结合灰度级形态学线性滤波的方法,完成搜索半径范围的设置。最后,基于改进的径向对称变换算法进行瞳孔中心点定位。实验结果表明:本文算法的定位误差在8 pixel以内,平均定位时间为0.366 s,能够适应人眼图像中噪声干扰、采集不完整等大量非理性状态,满足多种红外眼科疾病检测设备对瞳孔定位算法的要求。
3.2~3.8 μm和4.9~5.4 μm红外双色滤光片的研制
周晟, 王凯旋, 刘定权, 胡金超, 李耀鹏, 王曙光
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0206
摘要(28) HTML全文(6) PDF 3966KB(2)
摘要:
双色滤光片在其任意一个几何位置上,均能够有效透过两个精确控制的光谱通道,它可以提升光学探测装置对目标的识别能力。本文选用单晶Ge作为基片,Ge和ZnSe分别作为高低折射率膜层材料,研制了一种包含3.2~3.8 μm(通道1)和4.9~5.4 μm(通道2)两个通道的红外双色滤光片。在高真空中以热蒸发的方式镀制了滤光片的光学膜层,采用单波长的极值百分比光学监控(POEM)方法控制了膜层的光学厚度。在100K低温工作温度下,通道1的平均透射率为94.2%,顶部波纹幅度为5.7%;通道2的平均透射率为96.5%,顶部波纹幅度为0.6%。在两个通道之间(4.0~4.7 μm)的截止区域内,平均透射率小于0.16%。该红外双色滤光片具有良好的光学稳定性,有利于高速运动目标的识别。
0.9~1.0 μm近红外连续光纤激光器的研究进展
党文佳, 李哲, 卢娜, 李玉婷, 张蕾, 田晓
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0193
摘要(38) HTML全文(13) PDF 2438KB(7)
摘要:
波长为0.9~1.0 μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0 μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0 μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0 μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。
利用反射式圆光栅的振镜转角的测量
刘永坤, 丁红昌, 向阳, 吕思航
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0179
摘要(35) HTML全文(11) PDF 6034KB(3)
摘要:
为了实现振镜旋转角度的高精度测量,设计了一种利用反射式圆形衍射光栅的角度测量系统,对该系统的测量原理、测量过程、测量精度等进行了相应的设计、仿真与验证。通过与振镜同轴设计的反射镜,搭配反射式圆光栅以及光敏检测器件,利用反射式圆光栅产生的±1级衍射光干涉,把振镜转角位移量转化为干涉条纹光强的变化,以此实现振镜转角的测量。实验结果表明:该测量系统能实现振镜±10°角度的测量,且测量精度为10″。实现了振镜旋转角度的高精度测量,并且该装置结构紧凑,满足小巧化设计的扫描振镜的需求。
基于柔性基底动态调焦石墨烯超表面聚焦反射镜的仿真研究(超构表面2.0征稿)
李向军, 候小梅, 程钢, 裘国华, 严德贤, 李九生
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0171
摘要(57) HTML全文(10) PDF 4230KB(6)
摘要:
焦距范围可调的超薄聚焦反射镜在紧凑尤其是片上太赫兹光谱和成像系统中有重要应用价值。通过改变几何尺寸和调节化学势可以使石墨烯亚波长反射结构获得0-2π的相位,结合聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底的动态拉伸可以实现大动态范围的超薄太赫兹聚焦反射镜。本文设计了一个工作频率为1.0 THz,宽度为12 mm,焦距60 mm,厚度为75 μm的柔性基底动态调焦石墨烯超表面聚焦反射镜。首先在基底自然状态下通过掺杂调节单元石墨烯条的化学势和改变宽度使其反射相位覆盖0-2π相位,并按照预定设计的相位空间分布达到反射聚焦效果。然后通过横向拉伸柔性基底实现反射镜焦距的动态调节。仿真结果表明柔性基底长度在100%-140%内范围变化时,反射镜的焦距由53.4 mm增加到112.1 mm,动态调焦范围可达到最小焦距的109.7%,同时聚焦效率从69.7%减小到46.8%。此外,本文还研究了该反射镜在宽频带范围的工作性能,仿真结果表明其对于在0.85−1.0 THz范围内的入射平面波都能实现良好的动态聚焦。
针对光栅图像的快速盲去噪方法
张申华, 杨延西, 秦峤孟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0166
摘要(26) HTML全文(10) PDF 3476KB(2)
摘要:
基于正弦光栅条纹投影的三维测量技术是当前研究的热点问题。然而,由于噪声的影响,采集到的光栅条纹图像质量降低,导致提取的相位发生扰动,而相位的提取结果直接决定着测量结果的准确性。实际测量中由于噪声未知,本文提出了一种盲去噪方法。首先根据残差模型,完成光栅条纹图像的真值图像与噪声图像的分离,再引入主成分分析技术估计出噪声图像的方差值。其次,根据噪声方差的估计值,利用基于相图的高斯滤波方法,将针对多帧光栅图像的噪声滤波,转换到提取的相位图上完成。由实验结果可知,和对比方法相比,本文方法的均方根相位误差最高下降了88.5%,表明所提方法处理后的相位更加接近测量体的真值相位。在最短的执行时间内,本文方法对噪声导致的相位扰动抑制更明显。所提方法能够快速处理光栅图像噪声引起的相位误差,在光栅投影测量中具有较强的实用性。
注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器
王兰, 金光勇, 董渊, 王超
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0161
摘要(36) HTML全文(7) PDF 3422KB(0)
摘要:
为了探究提高500 nm附近激光高准确度应用的理论和技术依据,本文采用双泵浦源复合腔结合非线性和频变换,实现腔内两种波长基频光无增益竞争,提高基频光输出功率同时在复合腔内进行多次非线性频率变换,通过调控基频光注入功率比,使腔内光子数配比达到1:1,从而有效提高了光-光转换效率及和频输出功率。对首次建立的理论模型进行了实验验证,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4作为增益介质获取946 nm和1064 nm基频光输出,LBO为和频晶体;通过双泵浦源结构实现946 nm和1064 nm基频光无增益竞争,调节注入LBO光功率,对比注入功率比不同时和频转换效率及输出功率,最终在基频光注入功率比为1.48:1(即腔内光子数配比为1:1)时获得最大输出功率923 mW的501 nm青光。填补了500 nm附近青光输出功率以及转换效率可调控性研究的空白。
CCD非线性效应对双频光栅三维面形测量的影响
乔闹生, 孙萍
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0143
摘要(31) HTML全文(9) PDF 3909KB(4)
摘要:
由于测量系统中CCD非线性效应会影响复杂光学三维面形测量精度,因此提出了采用双频光栅投影消除CCD非线性效应并提高测量精度的方法。首先,分析了CCD非线性效应对三维面形测量的影响,给出了该情况下出现频谱混叠的解析推导和物理解释。然后,讨论了CCD非线性效应下的双频光栅测量原理,分析了此时变形条纹的光强分布及其经傅里叶变换后得到混叠频谱的原理。最后,给出了由等效波长来衡量测量精度的方法,推出了使用双频光栅投影测量三维面形高度信息的基本公式,并进行了理论分析。仿真了最大绝对值与平均绝对值分别为24.3181 mm和1.0839 mm的物体,测量值与实际值之间的最大绝对高度误差与平均绝对高度误差分别为0.8950 mm和0.0622 mm,提高双频光栅基频后,其对应值分别减小为0.3710 mm和0.0232 mm;在实验结果中,当双频光栅的基频都同等增加2.5倍后,频谱中的基频与高级频谱间分离较好,测量精度提高了。因此,采用双频光栅投影消除CCD非线性效应具有较强的实用性和很好的发展前景。
偏振激光雷达增益比定标方法对比研究
童奕澄, 童学东, 张凯, 肖达, 戎宇航, 周雨迪, 刘崇, 刘东
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0136
摘要(129) HTML全文(47) PDF 6364KB(6)
摘要:
增益比定标误差是影响偏振激光雷达退偏比精度主要的因素之一,观测前必须进行准确的增益比定标。本文分析了现存多种增益比定标方法的基本原理并通过实验对比了\begin{document}$ + 45^\circ $\end{document}法、\begin{document}$ \pm 45^\circ $\end{document}法、\begin{document}$\Delta 45^\circ $\end{document}法、旋转拟合法与退偏器法等增益比定标方法在实践中的定标准确性与优缺点。实验结果表明:\begin{document}$\Delta 45^\circ $\end{document}法、\begin{document}$ \pm 45^\circ $\end{document}法与旋转拟合法在对准偏失角较小的情况下定标相对准确,但\begin{document}$ \pm 45^\circ $\end{document}法与旋转拟合法操作较为繁琐。\begin{document}$ + 45^\circ $\end{document}法在无对准偏失角的情况下定标误差仍较大。退偏器法操作最简便,但会受到非理想退偏器的制约。通过理论与实验的对比,本文给出了增益比定标方法的最佳选择,即在一般情况下采用\begin{document}$\Delta 45^\circ $\end{document}法定标,在有高精度退偏器的情况下采用退偏器法定标。
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.2019-0255
摘要(62) HTML全文(20) PDF 1984KB(12)
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。
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.2019-0222
摘要(45) HTML全文(10) PDF 4015KB(2)
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。
Research progress of the laser vibration measurement techniques for acoustic-to-seismic coupling landmine detection
LI Jin-hui, MA Hui, YANG Chen-ye, ZHANG Xiao-qing, LUO Xin-yu, WANG Chi
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0134
摘要(122) HTML全文(30) PDF 4545KB(8)
摘要:
Acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology based on the unique mechanical characteristics of landmines and the acoustic-to-seismic coupling principle has broad application prospects in safe and effective detection of landmines. However, a significant amount of work must be done to study the practical landmine detection system. Among them, the acoustic coupled surface vibration signals are very weak and complicated, which has always been a challenging problem to detect such signals accurately and quickly. In this paper, the non-contact laser measurement techniques of surface vibrations based on the principle of the acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology were reviewed, including laser Doppler interferometry, electronic speckle pattern interferometry and laser self-mixing interferometry, etc., and the application feasibility of electronic speckle-shearing pattern interferometry in acoustic-to-seismic coupling landmine detection was explored.
扭曲拉盖尔—高斯关联光束对大气湍流传输影响的抑制
张滢, 马超群, 朱时军, 刘晓旭, 蔡和, 安国斐, 王浟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0138
摘要(99) HTML全文(26) PDF 3846KB(3)
摘要:
激光光束在大气湍流传输过程中会受到环境的影响并导致其光学特性发生变化,而部分相干光相对于传统的完全相干光而言,能够减小大气湍流所带来的负面影响。本文选择了携带扭曲相位的拉盖尔—高斯关联光束,并基于拓展的惠更斯—菲涅尔衍射积分理论、Wigner函数分布、扭曲相位的基本性质以及非柯尔莫哥洛夫湍流的功率谱模型,导出了该光束在大气湍流环境中传输的交叉谱密度函数和光束质量因子。本文使用构建的数学模型,数值模拟了在不同扭曲因子、横截面相干度和光束阶数的条件下大气湍流对光束的影响。理论结果表明,携带高扭曲因子、低截面向相干性的高阶拉盖尔—高斯关联光束能够有效抑制大气湍流的影响。本文的研究结论有助于优化光束在大气湍流中的传输性能,具有一定的实际指导意义。
激光吸收涂层性能研究
张磊, 谢贤忱, 吴勇, 王平, 武俊杰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0154
摘要(79) HTML全文(30) PDF 3569KB(3)
摘要:
为了开展激光吸收涂层性能研究,建立了激光加载吸收涂层样品模型,根据材料物性参数模拟了激光能量耦合过程,分析了不同参数激光加载条件下的温升情况。对铜基底表面碳氮化硅涂层开展了反射特性研究,并通过激光辐照实验,开展了涂层样品的抗激光损伤技术研究,得到了强激光辐照下涂层的温度阈值。本文的研究内容为激光能量测量装置涂层选材及参数设计提供了技术支持。
变步长搜索的计算全息图编码方法
邱宏伟, 金春水, 于杰, 刘钰, 张海涛, 王丽萍, 孙诗壮
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0124
摘要(78) HTML全文(34) PDF 3827KB(10)
摘要:
近年来,基于计算全息图(computer-generatedhologram,CGH)的非球面检测技术通过控制衍射光相位来生成所需要的参考波前,从而实现非球面的零位检测,已经发展成为了非球面的主流检测技术之一。针对CGH编码,传统编码方法要实现高精度编码,其数据量往往高达几十甚至上百GB。因此,为同时实现编码精度高及编码数据量小,本文提出了一种变步长CGH编码方法,该方法首先通过寻找等相位面的方法得到CGH条纹分布,然后通过计算相位分布梯度选取不同的取样频率,使CGH能利用尽可能少的点实现高精度编码。利用变步长搜索的编码方法进行编码并制作了CGH对非球面进行检测,检测结果为3.142 nmRMS。为验证检测结果可信度,本文设计并制作了补偿器对同一非球面进行了检测,检测结果为3.645 nmRMS。对两检测结果点对点做差,RMS值为1.291 nm,表明该编码方法可满足非球面高精度检测需求。
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(95) HTML全文(42) PDF 3314KB(5)
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。
面向天基引力波探测的时间延迟干涉技术
王登峰, 姚鑫, 焦仲科, 任帅, 刘玄, 钟兴旺
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0098
摘要(149) HTML全文(31) PDF 9976KB(12)
摘要:
在天基引力波探测任务中,利用激光干涉仪对无拖曳的检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中,激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA(Laser Interferometer Space Antenna)引力波探测项目中,利用时间延迟干涉技术(Time-delay Interferometry,TDI),通过对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合,构造出臂长相等的干涉仪,从而消除激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声,将时钟信号倍频到GHz,通过相位调制的方式加载在星间激光链路上,最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声,并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI中的时间延迟处理,要求对星间绝对距离进行精确测量。因此,在TDI机制中,星间激光链路同时实现位移测量,时钟边带调制和绝对距离测量三个功能。其中,后两个功能分别大约消耗载波激光功率的10%和1%。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明,TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了109和6×104倍。TDI技术对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。
空间光电跟瞄系统多光轴平行性标校研究
温中凯, 张庆君, 李爽, 雷文平, 杜国军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0133
摘要(127) HTML全文(28) PDF 4603KB(5)
摘要:
  目的  为了解决空间光电跟瞄系统在真空环境下的多光轴标校问题,  方法  本文首先基于空间光电跟瞄系统的多光轴一致性检测精度要求,设计了一套多光轴标校系统。接着,对多光轴标校系统各子系统进行了详尽的误差分析,并给出了关键子系统的误差影响抑制方法。然后,对通信技术试验卫星三号的空间光电跟瞄系统进行了实验室环境与真空环境下的技术测试,分析了多光轴标校系统在两种测试环境下的误差来源以及测试精度,并给出了测试结果。最后,对多光轴标校系统进行了精度验证。  结果  最终结果表明:本文设计的多光轴标校系统在实验室测试环境下的标校精度为0.998″,收发平行度标定误差为1.165″;在真空测试环境下的标校精度为1.219″,收发平行度标定误差为1.359″,  结论  完全满足空间光电跟瞄系统1.5″的多光轴检测精度要求,为相关工程应用提供了技术支持。
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(93) HTML全文(33) PDF 3775KB(8)
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。
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(161) HTML全文(40) PDF 3931KB(24)
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(210) HTML全文(52) PDF 4215KB(26)
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(139) HTML全文(41) PDF 4724KB(5)
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(170) HTML全文(57) PDF 3199KB(30)
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。
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(185) HTML全文(28) PDF 4273KB(12)
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。
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(115) HTML全文(52) PDF 3406KB(11)
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。
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(199) HTML全文(48) PDF 3572KB(16)
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。
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(202) HTML全文(62) PDF 3432KB(25)
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。
二维量子片及其光学研究进展
陈哲学, 王卫彪, 梁程, 张勇
2021, 14(1): 1-17.   doi: 10.37188/CO.2020-0176
[摘要](425) [HTML全文](118) [PDF 14140KB](179)
摘要:
以石墨烯为代表的二维材料因其独特的结构和优异性能而受到广泛关注。随着二维材料在无限小的方向不断发展,二维(材料)量子片逐渐引起人们极大的兴趣。二维量子片不仅保留了二维材料的本征特性,而且表现出量子限域和突出的边缘效应,为二维材料的潜在应用带来全新机遇。本文详细介绍了二维量子片的基本概念,制备现状与光学性能的研究进展,特别强调了二维量子片本征、普适和规模制备的实现及其重大意义。此外,重点关注了二维量子片的光致发光特性以及在非线性光学、固态发光器件等领域的应用。最后,分析了二维量子片的发展趋势以及面临的主要挑战。
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
2021, 14(1): 18-42.   doi: 10.37188/CO.2020-0106
[摘要](951) [HTML全文](142) [PDF 5890KB](95)
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。
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
2021, 14(1): 43-65.   doi: 10.37188/CO.2020-0096
[摘要](315) [HTML全文](152) [PDF 5560KB](91)
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。
有机自组装低维圆偏振发光材料的研究进展
王梦竹, 邓勇靖, 刘淑娟, 赵强
2021, 14(1): 66-76.   doi: 10.37188/CO.2020-0192
[摘要](147) [HTML全文](59) [PDF 5044KB](29)
摘要:
具有圆偏振发光(CPL)性质的材料由于在3D显示、光学存储以及光学防伪等领域的重要应用,近年来越来越受到研究人员的关注。超分子策略能够将不同类型的分子组装成具有独特功能的低维(零维、一维和二维等)结构,因而成为构筑CPL活性有机低维材料的最有效方法之一。本文从超分子自组装驱动力的角度综述了近几年自组装CPL活性有机低维材料的研究进展。首先,本文系统地总结了现阶段设计自组装CPL活性有机低维材料的策略,其次重点讨论了这类材料的性能及应用,最后探讨了这一领域未来的发展机遇和挑战。
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
2021, 14(1): 77-86.   doi: 10.37188/CO.2020-0060
[摘要](287) [HTML全文](93) [PDF 4331KB](37)
摘要:
卤化铅钙钛矿(LHPs)由于具有优异的光电性能和制备成本低等优点,已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。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加强LHPs稳定性的作用原理。首先,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,揭示了不同掺杂剂对合成掺杂LHPs稳定性的影响。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的离子迁移活化能为0.238 eV,溴化镍掺杂样品的离子迁移活化能为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。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。
二维材料异质结高灵敏度红外探测器
张金月, 吕俊鹏, 倪振华
2021, 14(1): 87-99.   doi: 10.37188/CO.2020-0139
[摘要](224) [HTML全文](48) [PDF 6255KB](58)
摘要:
要想实现弱光探测,需要探测器具有高灵敏度。石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维材料因具有宽光谱吸收、带隙可调、高载流子迁移率等良好的光学与电学性能,广泛应用于红外探测器的制作,然而这些材料存在弱光吸收、载流子迁移率低、空气稳定性差等问题,制约了其在高灵敏度红外探测领域的应用。同单一的二维材料相比,二维材料异质结不仅具有各单一材料的特点,而且由于两种材料的结合展现出新颖的物理特性,近年来在高灵敏度红外探测领域得到了广泛研究。本文基于影响灵敏度的主要因素,分析总结了提高红外探测器灵敏度的主要策略,回顾了近几年基于二维材料异质结高灵敏度红外探测器的发展,总结了其主要性能指标,最后指出了进一步提升红外探测灵敏度所面临的挑战,从如何平衡探测器响应度与响应速度、大面积二维异质结制备、异质结界面优化利用等方面展望了如何获得综合性能良好的高灵敏度红外探测器以及实现探测器商业应用,以期对高灵敏度红外探测领域的发展提供一定的指导意见。
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
2021, 14(1): 100-116.   doi: 10.37188/CO.2020-0082
[摘要](428) [HTML全文](125) [PDF 3585KB](105)
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,以及更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深入研究,以进一步优化器件性能。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。
量子点发光二极管稳定性提高策略
吕玫, 张丽, 张彦, 袁明鉴
2021, 14(1): 117-134.   doi: 10.37188/CO.2020-0184
[摘要](89) [HTML全文](18) [PDF 5233KB](46)
摘要:
量子点发光二极管(QLEDs)由于具有独特的光电特性,可应用于照明和显示行业,其外量子效率(EQEs)正迅速接近商业化要求。然而,器件的稳定性和工作寿命仍然是QLEDs商业化应用面临的关键问题。本文将影响QLEDs寿命的主要因素分为功能层材料的稳定性和电荷注入不平衡两大方面,从提高量子点、电荷传输层(CTLs)的稳定性以及促进电荷平衡等方面讨论了近年来提高QLEDs稳定性的各种策略。随着人们对QLEDs降解机制认识的加深,更稳定的量子点和QLEDs器件得以开发,但是将QLEDs器件商业化仍存在很大的挑战,比如Cd的高毒性以及蓝光QLEDs的寿命和效率远低于绿光和红光相对应的水平,此外,QLEDs在高亮度(1000 cd m–2)下的稳定性较差,这些因素均限制了QLEDs的发展。因此,应进一步加大QLEDs在光电器件领域的研发力度,克服这些技术劣势,实现QLEDs未来的商业化。
基于AsP/MoS2异质结的偏振光电探测器
任智慧, 钟绵增, 杨珏晗, 魏钟鸣
2021, 14(1): 135-144.   doi: 10.37188/CO.2020-0189
[摘要](152) [HTML全文](39) [PDF 6956KB](24)
摘要:
线偏振光的探测能力是评价偏振光电探测器件的重要指标。黑砷磷(AsP)是一种较为稳定的平面内各向异性材料,由于其面内结构各向异性,其对线偏振光较为敏感,在偏振探测领域有着重要的应用潜力。本文介绍了一种基于AsP/MoS2的高度偏振敏感光电探测器。由于AsP各向异性的光吸收、MoS2有效的载流子收集和输运能力以及范德华异质结对暗电流的抑制作用,该光电探测器实现了大于300的电流开关比,0.27 A/W的电流光响应度以及2×1010 Jones的比探测率。更重要的是,此类光电探测器在638 nm波段实现了高达3.06二向色性比的偏振特性。这些实验结果表明AsP/MoS2异质结构在偏振光电探测领域有着广阔的应用前景。
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
2021, 14(1): 145-152.   doi: 10.37188/CO.2020-0076
[摘要](157) [HTML全文](77) [PDF 4084KB](27)
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,首先,使用时域有限差分法,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-谐振腔耦合结构的折射率处于2.8~3.3之内时,该结构都可以实现对荧光物质微位移的高精度准确传感,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。
电致发光的完全悬空超薄硅衬底氮化镓基蓝光LED器件的制备与表征
蒋成伟, 沙源清, 袁佳磊, 王永进, 李欣
2021, 14(1): 153-162.   doi: 10.37188/CO.2020-0148
[摘要](142) [HTML全文](52) [PDF 3811KB](26)
摘要:
为提升硅衬底氮化镓基LED(发光二极管)器件的光电性能和出光效率,本文提出了一种利用背后工艺实现的悬空薄膜蓝光LED器件。结合光刻工艺、深反应离子刻蚀和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的背后工艺,制备了发光区域和大部分正负电极区域的硅衬底完全掏空,并减薄大部分氮化镓外延层的悬空薄膜LED器件。对悬空薄膜LED器件进行三维形貌表征,发现LED悬空薄膜表面平坦,变形程度小,证明背后工艺很好地解决了氮化镓外延层和硅衬底之间由于应力释放造成的薄膜变形问题。表征了LED器件的电流电压曲线和电致发光光谱等光电特性,对不同结构、不同发光区域尺寸的LED器件进行对比,发现悬空薄膜LED器件的光电性能和出光效率比普通LED器件更优越,且发光区尺寸变化对LED器件性能的影响更明显。在15 V驱动电压下,与普通LED器件相比,发光区直径为80 μm的悬空LED器件的电流从4.3 mA提升至23.9 mA。在3 mA电流的驱动下,峰值光强提升了约5倍,而发光区直径为120 μm的悬空器件与发光区直径为80 μm的悬空器件相比,出光效率提升更为明显。本研究为发展高性能悬空氮化物薄膜LED器件提供了更多可能性。
CdSe量子点滤光片尺寸、温度依赖的光学特性
王佳彤, 黄启章, 高剑峤, 马越, 邢笑雪, 张宇
2021, 14(1): 163-169.   doi: 10.37188/CO.2020-0198
[摘要](98) [HTML全文](26) [PDF 4525KB](23)
摘要:
为了缩小光谱仪体积使之适用于军事卫星等领域,本文将胶体量子点作为滤光材料,研究了CdSe胶体量子点滤光片的光学特性。本文采用热注入法合成出了高质量的CdSe胶体量子点,经过对苯二胺消光处理制备成CdSe胶体量子点滤光片。利用透射电子显微镜(TEM)进行样品形貌结构的表征及粒径尺寸的测量,并分别在不同温度下进行了紫外-可见吸收测量和紫外-可见透过率测量。实验表明,在室温情况下,CdSe胶体量子点薄膜的吸收和透过率均随粒径尺寸的增加而增加;在给定粒径尺寸的情况下,CdSe胶体量子点薄膜吸收与透过率曲线的第一激子吸收峰峰位随温度升高发生红移,CdSe胶体量子点薄膜吸收曲线温度每增加10 K红移不超过1 nm,且半峰宽增加;此外,经反复实验验证CdSe胶体量子点滤光片的稳定性及可调谐特性,证实其适合作为截止滤光片。上述结果表明,CdSe 胶体量子点滤光片在微型光谱仪方面具有良好的应用价值。
低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射
侯翔宇, 邱腾
2021, 14(1): 170-181.   doi: 10.37188/CO.2020-0145
[摘要](235) [HTML全文](213) [PDF 4136KB](45)
摘要:
近年来,一系列新型低维光电材料相继涌现,展现出优异的性能。这些光电材料与表面增强拉曼散射(SERS)技术相结合,显示出巨大的应用潜力,有望成为高灵敏SERS活性基底。缺陷与界面调控是低维光电材料SERS应用的重要策略,本文将重点介绍新型低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射的种类和增强机理。通过对缺陷与界面增强拉曼散射的应用和研究前景的展望,启发人们对SERS研究的再思考和再认识。
Room-temperature terahertz photodetectors based on black arsenic-phosphorus
DONG Zhuo, CHEN Jie, ZHU Yi-fan, YANG Jie, WANG Zhong-chang, ZHANG Kai
2021, 14(1): 182-195.   doi: 10.37188/CO.2020-0175
[摘要](228) [HTML全文](49) [PDF 3958KB](50)
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/W and 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.
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
2021, 14(1): 196-205.   doi: 10.37188/CO.2020-0062
[摘要](176) [HTML全文](38) [PDF 4710KB](15)
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. 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 A•W−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.
Hybrid graphene/n-GaAs photodiodes with high specific detectivity and high speed
TIAN Hui-jun, LIU Qiao-li, YUE Heng, HU An-qi, GUO Xia
2021, 14(1): 206-212.   doi: 10.37188/CO.2020-0153
[摘要](88) [HTML全文](17) [PDF 3377KB](18)
摘要:
Hybrid graphene/semiconductor phototransistors have attracted great attention because of their ultrahigh responsivity. However, the specific detectivity (D*) for such hybrid phototransistors obtained from source-drain electrodes is assumed to be 1/f noise. In this paper, D* of ~1.82×1011 Jones was achieved from source-gate electrodes. Compared with the same device which was measured from source-drain electrodes, D* was improved by ~500 times. This could be attributed to the carrier trapping and detrapping processes having been screened by the Schottky barrier at the interface. The rise and decay times were 4 ms and 37 ms, respectively. The temporal response speed also correspondingly improved by ~2 orders of magnitude. This work provides an alternative route toward light photodetectors with high specific detectivity and speed.
Writing nanopores on a ZnS crystal with ultrafast Bessel beams
CHANG Gai-yan, WANG Yu-heng, CHENG Guang-hua
2021, 14(1): 213-225.   doi: 10.37188/CO.2020-0101
[摘要](224) [HTML全文](103) [PDF 4709KB](24)
摘要:
Zinc sulfide (ZnS) crystal is one of the important materials used to make the wide-spectrum infrared window. The ultrafast laser technology for manufacturing the nanopores with high aspect ratio provides an important approach to fabricate the photonic devices such as mid-infrared waveguide Fourier transform spectrometer etc. In this paper, a 40-times-demagnification ultrafast laser direct-writing system was built with a 4f system and a Gaussian-Bessel beam generated by a quartz axicon and a Yb:KGW laser source that operated at a wavelength of 1030 nm, a repetition rate of 100 kHz and a pulse width tunable from 223 fs to 20 ps. When the pulse energy was changed from 36 μJ to 63 μJ and the pulse duration was changed from 12.5 ps to 20 ps, the nanopore structure with a diameter of 80~320 nm was successfully written on the ZnS crystal. The surface morphology, diameter and depth of the nanopores were determined by FIB (Focused Ion Beams) ablation and SEM (Scanning Electron Microscopy) imaging. The influence of laser pulse energy and pulse width on the nanopores was studied. The results show that when the pulse width is 20 ps and the pulse energy is 48 µJ, the depth of a nanopore is about 270 µm.
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
2020, 13(6): 1171-1181.   doi: 10.37188/CO.2020-0033
摘要(679) HTML全文(212) PDF 7413KB(113)
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。
激光散斑目标探测技术综述
郜魏柯, 杜小平, 王阳, 杨步一
2020, 13(6): 1182-1193.   doi: 10.37188/CO.2020-0049
摘要(424) HTML全文(101) PDF 3630KB(104)
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。
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
2020, 13(6): 1194-1208.   doi: 10.37188/CO.2020-0032
摘要(221) HTML全文(73) PDF 3727KB(44)
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。
超快激光选区焊接技术研究进展
张国栋, 程光华, 张伟
2020, 13(6): 1209-1223.   doi: 10.37188/CO.2020-0131
摘要(211) HTML全文(99) PDF 4987KB(48)
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。
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
2020, 13(6): 1224-1238.   doi: 10.37188/CO.2020-0237
摘要(301) HTML全文(62) PDF 6952KB(70)
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。
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(530) HTML全文(169) PDF 2407KB(90)
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。
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
2020, 13(5): 919-935.   doi: 10.37188/CO.2020-0037
摘要(466) HTML全文(168) PDF 4616KB(115)
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。
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
2020, 13(5): 936-964.   doi: 10.37188/CO.2020-0010
摘要(367) HTML全文(136) PDF 4187KB(58)
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。
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(1136) HTML全文(390) PDF 1212KB(122)
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(723) HTML全文(331) PDF 8130KB(75)
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(719) HTML全文(333) PDF 4354KB(90)
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(404) HTML全文(191) PDF 1380KB(42)
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(1955) HTML全文(822) PDF 2774KB(160)
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(1574) HTML全文(841) PDF 3187KB(196)
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(1495) HTML全文(741) PDF 4890KB(75)
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(1051) HTML全文(510) PDF 2481KB(46)
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(1404) HTML全文(768) PDF 4222KB(82)
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(2077) HTML全文(1218) PDF 2768KB(183)
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(1108) HTML全文(640) PDF 8834KB(111)
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(1312) HTML全文(669) PDF 6598KB(81)
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。
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(2071) HTML全文(595) PDF 2700KB(65)
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(989) HTML全文(420) PDF 4295KB(100)
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(1688) HTML全文(618) PDF 8142KB(82)
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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