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摘要

针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性和背向散射抑制的要求,提出了一个远场束匀滑方案,该方案利用涡旋圆偏振光的干涉,实现了焦斑均匀性和偏振特性的同步调控。其基本原理是通过对宽带种子光进行选频,使激光集束内的子束出现一定波长差,并采用共轭的螺旋相位板将子光束变换成拓扑荷数相反的拉盖尔-高斯光,进而利用偏振控制器件将其分别变为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,通过这两子束在焦面上的相干叠加即可实现焦斑局部光强和偏振的快速旋转。建立了基于涡旋圆偏振光干涉的偏振旋转物理模型,分析了焦斑的均匀性和偏振特性随子束波长组合、螺旋相位板拓扑荷数和入射激光束参数的变化规律。结果表明,通过合理选取子束波长组合,所提偏振旋转方案可实现局部光强和偏振的快速旋转,且结合传统的光谱色散匀滑方案后,可在改善靶面辐照均匀性的同时对背向散射进行有效抑制。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(09):0905003
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摘要

为获得包含布拉格反射器的太阳电池在电子辐照下的退化规律与机制,利用光学膜系软件Macleod设计出适用于晶格失配的GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的布拉格反射器结构,并对嵌入该结构的三结太阳电池开展1 MeV的高能电子辐照实验,最后结合数值拟合方法对电池电学性能的退化进行了详细分析。结果表明:在布拉格反射器结构区域,最高反射率的理论值与实验值基本相符;随着辐照注量增大,三结电池各项电学参数的退化越发严重,短路电流退化率大于开路电压,三结电池在长波方向的外量子效率(EQE)退化逐渐严重,并且子电池Ge短路电流的退化率大于其他子电池;在相同的辐照条件下,随着辐照注量增大,布拉格反射器结构带宽区域的最高反射率逐渐衰减,但在辐照注量低于2×1 015e/cm 2时仍能提升短路电流,说明布拉格反射器结构对抗辐照具有积极作用。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1631001
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摘要

在现有的高分辨率、大尺度目标遥感图像的检测中,传统方法由于提取特征手段单一、速度慢而无法快速并准确地从光学遥感影像中实现机场目标的识别。受人类视觉系统层次认知的启发,提出了一种适用于中高分辨率光学遥感影像的机场目标检测网络(CLRNet)。首先构建深度残差块,并将其作为特征提取网络;然后基于生成的样本核心集,采用连续学习方式从海量遥感数据中逐次迭代,精调机场检测模型;经过连续学习得到了鲁棒性强、遗忘度低的检测模型,该模型可以准确快速地从海量复杂背景下的光学遥感影像中识别出机场目标,而且对薄云遮挡以及卫星拍摄不全的机场有较好的识别效果。选取国产吉林一号卫星影像数据集进行测试,结果表明:所提方法的检测精度mAP(IoU不小于0.5)可达0.9613,每景的检测时间为0.23 s。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1628005
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摘要

图像中的目标通常具有复杂的形状和尺寸,现有方法难以充分挖掘地物的显著性空间信息。基于此,提出一种基于显著性测度的形态学显著性剖面。首先,根据图像区域内部灰度和轮廓信息计算显著性测度,用于描述目标在场景中的重要程度,然后提取具有显著性测度局部极大值的重要区域,并通过多层级特征描述其空间信息。形态学显著性剖面的构造首先利用基于显著性测度的属性滤波滤除图像的冗余细节,并保留图像的显著结构;再根据图像中显著的组织结构生成层次化的空间特征。实验采用了两组高光谱数据集进行验证,实验结果表明所提算法的分类效果优于其他形态学特征提取算法。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1611001
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摘要

报道了一种基于空芯光纤的光泵浦中红外HBr气体激光器。用一台可调谐的窄线宽2 μm连续波掺铥光纤放大器泵浦一段充低压HBr气体的4.4 m反共振空芯光纤,通过将种子激光的波长精确调谐到HBr(同位素H 79Br)气体R(2)吸收线1971.7 nm附近,使得处于振动基态 v0的H 79Br分子跃迁至振动激发态v2,并在振动态v2与v1之间形成粒子数反转,通过跃迁选择定律同时激射出两条谱线R(2)和P(4),波长分别为3977.2 nm和4165.3 nm。当HBr气压为6.2 mbar时,4 μm激光最大输出功率为125 mW,相对于耦合进空芯光纤的泵浦光功率转换效率约为10%。通过进一步改善空芯光纤的传输损耗谱,提高泵浦光耦合效率,可大幅提升激光效率和输出功率,并且利用HBr分子的能级特性,将来有望实现大范围调谐的中红外激光输出。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(16):1614001
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摘要

基于斜入射衍射光学元件的正常工作模式,建立了斜入射下入射角度和入射波长对双波段双层衍射光学元件衍射效率影响的数学模型,给出了对应双层衍射光学元件的优化设计方法。通过在入射角度范围内优化设计波长对,计算双层衍射光学元件微结构高度,确保了斜入射时双层衍射光学元件仍具有高衍射效率,弥补了双层衍射光学元件的缺陷。该方法能够指导双波段折衍混合成像系统的设计,也可以扩展至多波段多层衍射光学元件的设计中。依据该方法,设计了一套基于双层衍射光学元件的中/长波双波段折衍混合光学系统。结果表明,与常规设计相比,该方法的设计理论更加合理,设计结果更优。

PDF全文光学学报 | 2020,40(16):1605001
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摘要

采用单波长反射式椭偏仪以及多次旋转样品的方法,实现了光轴平行于表面的各向异性晶体光学参数的测量。分析了单波长椭偏法测量各向异性晶体光学参数的原理,改进了模拟退火单纯形联合反演算法,利用数值模拟讨论了光入射角、样品光轴取向、旋转角度及其定位误差对测量结果的影响。实验结果表明,该方法测量晶体的主折射率、吸收系数及光轴方位角的精度分别为0.0001~0.0003、0.000001~0.000400、0.02°~0.40°,具有较好的自洽性和准确性。

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摘要

数据量的不断增长给信息存储带来巨大挑战。脱氧核糖核酸(DNA)具有寿命长、稳定性好、维护率低和容量高等先天优势,被公认为一种有潜力的自然信息存储介质。鉴于此,提出一种新的DNA信息存储方案,该方案采用Raptor码将二进制文件转换为DNA碱基序列,并结合DNA自身结构的特点引入四进制RS(Reed-Solomon)纠错码,保障信道传输的可靠性,此外提出GC(鸟嘌呤和胞嘧啶碱基)含量及均聚物的筛选方案,降低DNA的合成、测序难度及错误率。最后将文本、图片和音频等不同格式的文件分别通过该存储框架后编码为碱基序列,并进行生物实验合成DNA以实现信息的存储。实验结果表明:基于Raptor码的DNA存储框架的每个碱基的平均编码效率为1.49 bit,使用生物实验合成的DNA能够无错误恢复文件,具有良好的信息存储性能。

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摘要

利用激光烧蚀聚酰亚胺薄膜制备石墨烯材料薄膜,辅助氧等离子体处理制备表面具有更多含氧官能团数量的石墨烯薄膜。采用扫描电子显微镜分析薄膜表面形貌,制备的石墨烯材料具有微孔结构。通过X射线光电子能谱分析石墨烯表面元素含量,经氧等离子体处理后,石墨烯氧含量(原子数分数)达到15.6%。利用接触角测量表征石墨烯薄膜水下疏油性质,在水中薄膜与三氯甲烷液体的接触角约为150°。该方法为大批量制备具有水下疏油特点的石墨烯薄膜提供可行性方案。

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摘要

针对高功率大口径Nd∶YAG板条放大器自发辐射放大(ASE)的问题,基于几何光学光线追迹手段,提出了一种简化的ASE三维计算模型,修正了荧光侧面的漫反射情况以及受激发射截面温度效应引入的计算误差。通过数值仿真确定了大口径板条(尺寸为150.2 mm×40.0 mm×2.5 mm)各个表面上的荧光反射对ASE效应的贡献权重,计算了不同泵浦功率下小信号的增益情况。通过板条放大实验分析了ASE效应对板条放大性能的影响,并与模拟结果进行对比,验证了计算模型的有效性。

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摘要

正弦结构光场普遍应用于精密光学的三维测量,其正弦性直接或间接影响三维测量的精度。根据正弦条纹的周期性和对称性等几何特征,以计算机产生的标准正弦条纹单个周期作为编码对象,提出一种“S”型路径误差扩散的二元编码方法。整个正弦结构光模板通过周期性复制编码单元来实现,再通过高分辨率光刻技术加工制作在镀铬玻璃基板表面上。模板调制照明光源后,表征二元编码特征的高频信息直接被投影光学系统滤波,而表征正弦条纹信息的低频信息得以保留,从而实现正弦结构光场。最后建立光学系统的光学传递特性模型,对其固有的低通滤波机制进行解释。通过计算机模拟和实验进行验证,结果表明提出的正弦结构光场编码方法和制作工艺具有可行性。

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摘要

光动力疗法(PDT)是一种联合利用光敏剂、光和氧分子,通过光动力反应选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的微创疗法。光源作为PDT的三大关键要素之一,其发光波长、照光方式以及剂量直接决定PDT疗效。针对临床治疗对光源的性能需求,探讨了发光二极管(LED)作为PDT光源的技术优势。深入介绍了LED阵列光源,以及用于发展可穿戴式、可植入式新型PDT光源的有机LED、量子点LED和无线驱动LED的研究进展。全面总结了LED在离体细胞、活体动物以及临床PDT等方面的应用现状。研发波长可切换的多波长LED并实现照光区域和剂量的实时调控是未来智能个性化PDT光源的发展趋势。

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摘要

由于水体及水中的悬浮粒子对光的吸收和散射作用,水下观测到的图像呈现出模糊、对比度低、噪声严重等问题,加大了水下图像分析与理解的难度。为了克服这些缺陷,以水下光学成像模型为基础,提出了一种基于拉普拉斯算子先验项的,可同时去雾、去噪的快速变分复原方法。首先,根据水下光学成像模型设计变分模型的数据项和规则项,对拟恢复图像采用拉普拉斯算子先验项作为变分能量方程的规则项。然后,采用改进后的红通道先验估计得到全局背景光,结合红通道先验估计得到每个通道的透射率图。为进一步提高计算效率,引入交替方向乘子法(ADMM)对所提出的模型进行交替优化迭代求解。实验结果表明,该算法能有效地去除水雾,抑制水下图像的噪声,提高图像的对比度和清晰度。

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摘要

分焦平面(DoFP)偏振相机的相邻像元具有不同的偏振方向,会导致成像分辨率的损失。双线性插值和滑窗算法能够提高成像分辨率,因此,对双线性插值算法和滑窗算法的数学关系进行了分析,计算了两种算法处理边缘后的线性偏振度(DoLP)。分析表明,双线性插值算法得到的斯托克斯矢量是滑窗算法在四个方向上处理结果的平均值,在边缘区域,滑窗算法处理后的DoLP大于双线性插值算法。将两种算法分别应用于原始DoFP图像,并通过视觉、DoLP图像的统计直方图和均值进行评价。实验结果表明,与双线性插值算法相比,滑窗算法在边缘处产生较强的伪DoLP信息,更能凸显图像的边缘。

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摘要

壁画图像具有结构细节丰富,纹理复杂、色彩多变的特点,而基于卷积神经网络的图像超分辨率算法重建的壁画图像存在纹理模糊和边缘锯齿效应的问题。因此,提出了一种基于多尺度残差注意力网络的壁画图像超分辨率重建算法。首先,通过多尺度映射单元,用不同尺度的卷积核直接对低分辨率壁画图像进行特征提取;然后,将融合后的特征图输入残差通道注意力块,使网络从全局信息出发对各个特征图进行权值优化,增强网络模型的深度映射能力;最后,在网络末端引入亚像素卷积层,重新排列像素,得到重建的高分辨率壁画图像。实验结果表明,本算法可以减小重建误差,增强重建壁画图像的边缘及结构信息,使重建的壁画图像纹理细节更丰富。

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摘要

为了满足工业上对织物缺陷检测的实时性要求,提出一种基于S-YOLOV3(Slimming You Only Look Once Version 3)模型的织物实时缺陷检测算法。首先使用K均值聚类算法确定目标先验框,以适应不同尺寸的缺陷;然后预训练YOLOV3模型得到权重参数,利用批归一化层中的缩放因子γ评估每个卷积核的权重,将权重值低于阈值的卷积核进行剪枝以得到S-YOLOV3模型,实现模型压缩和加速;最后对剪枝后的网络进行微调以提高模型检测的准确率。实验结果表明:对于不同复杂纹理的织物,所提模型都能准确检测,且平均精度均值达到94%,剪枝后检测速度提高到55 FPS,所得的准确率与实时性均满足工业上的实际需求。

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摘要

叠层扫描成像和傅里叶叠层扫描成像可增大视场和提高分辨率。基于多距离/多高度轴向扫描和薄柱透镜旋转扫描的计算成像技术采用相位恢复算法,可以高精度重建目标的复数光场。这些成像技术在扩大视场和提高分辨率方面具有显著优势。介绍了含变参数的光学相干衍射系统在计算成像方面的研究进展。作为间接成像形式,多参数成像技术是一类将衍射成像与算法相结合的计算成像技术,实现了复值光场的精确多维表征。

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摘要

减阻对于船舶运输有重要意义。采用超快激光在6061铝合金表面制备多种形状的微纳沟槽结构,研究了飞秒激光制备微纳结构工艺以及微U形沟槽结构表面的减阻性和耐蚀性。研究结果表明:调控超快激光加工参数与扫描路径可以快速制备出各种形状的微沟槽结构,其表面布满烧蚀产生的纳米颗粒,呈超亲水表面;与未经处理的表面相比,周期宽度分别为28 μm和50 μm、深度分别为20 μm和25 μm的两种微U形沟槽结构表面在水槽移动对比实验中的运动时间分别缩短了4.3%和11.6%,表明其水面阻力明显降低;将两种微U形结构表面进行低自由能修饰后形成超疏水表面,将这两种表面在3.5%NaCl溶液中进行耐蚀性测试,其表面腐蚀速率较超疏水处理前分别降低了87%和73%。超快激光制备的微纳结构具有较好的减阻性和耐蚀性,应用前景良好。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0802005
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摘要

高精细度光学微腔是强耦合腔量子电动力学(QED)实验系统的核心。然而,受限于光学微腔有限的介入空间,被光学腔俘获的原子内态很难得到有效的初始化处理。通过选用与原子基态及更高阶激发态相互作用的光场,有效避免了微腔腔镜对介入空间的限制,实现了对光学微腔内的原子内态的光泵浦及原子态(自旋极化)的有效制备。同时,基于强耦合光学微腔与腔内不同原子内态的耦合强度差异,建立了一套用于描述和优化腔内原子极化率的模型,最终获得了85%的腔内铯原子的态制备效率。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0812001
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摘要

临近空间风场数据对飞行器的姿态控制和飞行安全具有重要意义。针对中国科学院上海光学精密机械研究所自行研制的可搭载于临近空间飞行器的直接探测多普勒激光测风雷达(DWL)原理样机,介绍了其工作原理、系统结构,并给出了相关的技术参数。对该DWL原理样机进行了地面自测试实验,并将反演结果与相干探测激光测风雷达(CDL)和探空气球的测量结果进行了对比。结果显示:该DWL原理样机反演的近地面的风速风向结果与CDL和探空气球的测量结果具有良好的一致性。在0.3~1.1 km的高度范围内,以CDL的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差(RMSE)为1.38 m/s,风向均方根误差为9°;在0~3 km的高度范围内,以探空气球的测量结果为基准,该DWL原理样机反演的风速均方根误差不大于2.1 m/s,风向均方根误差不大于10°。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(08):0810003
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摘要

提出一种基于多层PtSe2/TiO2纳米棒(NR)阵列的肖特基结紫外光电探测器。多层PtSe2薄膜和TiO2 NRs分别由化学气相沉积法和水热法制备,通过湿转移法,即可获得具有上下结构的多层PtSe2/TiO2 NRs肖特基结器件。光电测试结果表明,所设计的器件对波长为365 nm的紫外光具有较明显的响应,开关比高达5.5×10 4,响应度和比探测率分别可达57 mA/W和8.36×10 11 Jones。此外,器件在空气环境中非常稳定,在空气中放置5周后,光电流基本没有下降。最后,对单个器件的图像传感特性进行研究,结果表明,PtSe2/TiO2探测器可用作图像传感器,能对简单的紫外图形进行成像。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(20):2025001
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摘要

光机系统的优化设计具有效率高、迭代周期短等特点,但对复杂光机系统的优化存在收敛难的问题。设计了一种基于拉丁超立方与径向基函数(RBF)神经网络结合的近似优化算法,并将其应用于带有曲率误差调整机构的拼接式望远镜主镜设计中。仿真结果表明,该算法优化后的主镜达到了设计指标,为解决复杂光机系统迭代时间长的问题提供了新思路。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(20):2022001
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摘要

并行差动共焦三维成像方法通过将照明光分割为多光束,实现多点并行探测,解决了传统差动共焦成像中逐点扫描导致的成像效率偏低的问题,是一种理想的快速高精度三维成像方法。然而,在并行差动共焦检测过程中,系统光照不均和光学成像系统的场曲都会引起测量误差。分析了宽场成像过程中不可避免的光照不均及光学系统场曲等因素对并行差动共焦轴向测量的影响,提出了一种宽场误差的修正方法,建立了并行差动共焦轴向测量宽场误差修正的理论模型。实验证明,该方法可以有效地抑制系统光照不均对测量结果的影响,并且校正了光学成像系统场曲等引起的轴向测量误差,保证了并行差动共焦纳米量级轴向测量准确度在全视场范围内的普适性。该方法实施过程简便,适用于其他并行共焦检测方法的误差修正。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(20):2018001
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摘要

包含多波长信息的低分辨(LR)灰度图难以被完全解复用,根据LR图像信息重建出的彩色高分辨(HR)图像容易出现通道串扰的现象。为重建不受通道串扰干扰的彩色HR图像,提出一种基于三维卷积神经网络(CNN)的彩色HR图像重建算法。采用主成分分析法提取单色HR图像和彩色LR图像的结构信息,然后基于结构信息训练CNN来建立单色HR图像和彩色LR图像之间的映射关系,最后生成彩色HR图像。实验结果表明,所提算法可以获得不受通道串扰影响、色彩不失真的彩色HR图像。定量评价指标方均根误差小于0.1,结构相似性参数大于0.9。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(20):2011001
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摘要

时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)及多光谱线阵探测器是航天遥感相机常用的成像器件。为了获得高质量的航天遥感图像,要求TDICCD的电荷转移速度与像移速度相等、方向相同。航天遥感相机在轨推扫成像时,畸变会导致像移方向与积分方向不匹配。为了减小电荷转移方向和像移方向之间的失配误差,将探测器拼接成一条弧线以补偿畸变引起的像移。首先建立了时间延迟积分(TDI)方向和像移方向失配的数学模型,分别给出了枕形畸变和桶形畸变弧形拼接的方向。其次,推导了像移方向与TDI方向夹角的计算公式,建立目标函数计算每片探测器的弧形拼接角度。最后,进行了弧形拼接在轨实验,结果表明,相比拼接前,弧形拼接后边缘视场的配准精度由4 pixel提升到1 pixel。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(20):2008001
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摘要

研究了由天空光主导的波浪水面下的偏振分布模式,验证了在波浪水面下使用偏振导航的可行性,讨论了不同太阳位置和水面波浪情况对水下偏振分布模式的影响。利用Cox-Munk海浪模型描述波浪水面,建立了考虑大气Rayleigh散射、气-水界面折射及水分子单次Rayleigh散射的基于Stokes矢量和Mueller矩阵的水下偏振传输模型。仿真结果与实测结果的一致性证明了所提模型的正确性。结果表明,由天空光主导的波浪水面下偏振分布模式是可以预测的,这主要与太阳位置和水面波浪情况有关。所提模型可以更准确地分析波浪水面下偏振特性,为水下偏振导航的应用提供了理论依据。

PDF全文光学学报 | 2020,40(19):2001002
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摘要

利用晶体高指数面的衍射消除了分析晶体带宽及聚焦光束角发散的影响,提出了聚焦条件下光束线能量带宽的检测方法。采用DuMond图解析了光束能量带宽的测量过程,并在上海光源硬X通用谱学线站搭建了检测系统。在相同能量和衍射角条件下,利用晶体的不同高指数面分别测量了聚焦光束的能量带宽;当光束能量为10 keV时,利用Si(555)测量了准直镜压弯过程中光束线能量带宽的变化,消色散配置时测得光束能量带宽最佳值为1.50 eV,与Shadow程序追迹计算的1.40 eV相比,差值控制在10%以内。结果表明,晶体的高指数面衍射可用于同步辐射聚焦光束能量带宽的高精度测量。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1934001
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摘要

全组分AlGaN是指Al组分(原子数分数)在0~1之间的AlGaN。通过将组分引入到AlGaN的复折射率中,在200~800 nm光谱范围内建立了全组分AlGaN复折射率公式。通过椭圆偏振法获得了蓝宝石的光学参数,并利用透射谱进行了验证。利用上述复折射率公式和多层光学薄膜模型研究了蓝宝石衬底多层AlGaN薄膜样品的透射谱,分析了各层薄膜对样品透射谱的影响以及工艺可能造成的实际结构的偏移,提出了一种多层薄膜透射谱的快速分析法。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1931002
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摘要

Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳米氧化锗层(GeO2),导致Ge/GeO2及GeO2/Si半/绝接触界面存在界面态,从而器件性能受影响。基于载流子三大输运方程、非局域隧穿模型及半经典量子解法,构建了低温Ge/Si异质键合界面,研究了键合界面的界面态密度(ISD)对Ge/Si异质结的载流子电学输运、光吸收、复合及高频响应等性能的影响。结果表明,随着ISD的增加,Ge/Si异质结的暗电流增大,同时界面态对载流子的俘获能力加强,导致总电流减小,光谱响应减弱。另外,ISD的增加导致Ge层内的电场减小,高频特性变差。为获得性能良好的键合Ge/Si异质结,ISD必须低于1×10 12 cm -2。该研究结果为高质量Si基Ge薄膜及高性能Ge/Si光电器件的制备提供了理论指导。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1931001
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摘要

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10 7。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1930001
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摘要

针对已完成光栅胶合的一体化干涉仪组件,提出了一种利用平场校正滤光片形成高频外差干涉调制数据进而进行系统级平场校正的方法。依据空间外差光谱技术干涉调制的原理,给出了平场校正所需的外差干涉频率范围(即平场校正滤光片的光谱范围)的计算方法。通过理论和仿真分析确定了平场校正滤光片的主要技术参数,并进行了实验验证。实验结果表明,该平场校正方法使复原光谱的平均信噪比提升了115.7%,复原光谱的固定频率噪声和高频段光谱失真的抑制效果尤为显著。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1930002
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摘要

通过对波导结构和P包层的掺杂分布进行优化,减少了光场与P包层掺杂区的交叠,从而减小了半导体激光器的内部光学损耗。同时使用宽带隙GaAsP作为势垒层可以减少有源区载流子泄露,实现了内部光学损耗为0.259 cm -1。所制备的975nm波长、100 μm条宽、4 mm腔长单管器件,在室温下器件的连续输出光功率达到21 W。当输出功率为20 W时,功率转换效率仍大于50%。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1914001
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摘要

远距离高精度的距离测量和目标定姿是航天遥感、目标识别、导航控制等领域的关键技术。从理论和实验上研究了利用热光二阶关联在深菲涅耳衍射区进行测距的方法,测距的精度优于0.5 mm,并采用原理证明模拟实验验证了利用该测距方法实现测姿的可行性。此方法可作为传统激光测距技术的补充,并可以实现远距离高精度测距。此方法具有可利用恒星等自然光源实现测距与测姿以及对能量等资源需求较少的优点,为卫星定位等空间测距需求提供了一种新的解决方案。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1912002
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摘要

多角度偏振成像仪(MAPI)可获得多光谱、多角度的偏振信息,用于反演气溶胶与云的微物理特性。偏振的高精度探测需要精确的偏振定标。由于MAPI未配置星上定标器,因此采用自然景物作为偏振定标源。建立了全视场在轨偏振定标模型,分析了水云偏振特性。选用散射角为100°的水云像元作为无偏的定标源。求解了偏振响应矩阵所需的偏振片-滤光片组合的相对透过率、镜头起偏度以及低频相对透过率,最终计算出全像面偏振响应矩阵分布。分析了偏振片-滤光片组合的相对透过率三年平均值的变化,采用实验室定标结果进行验证,得到的相对误差为0.71%。采用最小二乘法拟合了镜头起偏度、低频相对透过率随视场角的变化。采用实验室偏振定标结果进行验证,得到的中心视场相对误差为1.22%。分析了算法的不确定度,得到中心视场合成不确定度为1.27%,边缘视场合成不确定度为2.19%,满足设计指标。所提定标方法对宽视场偏振成像仪的在轨定标有一定的借鉴作用,为气溶胶反演应用提供质量保证。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1911001
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摘要

基于三维开口谐振环(SRR)阵列和微流通道,在太赫兹频段内实现了一款基于超材料吸波器的高灵敏度折射率传感器,三维SRR阵列完全浸没于微流通道内,注入微流通道内的液相分析物在作为被测分析物的同时还充当了超材料吸波器的中间介质层。当微流通道的高度固定为33.1 μm,而注入微流通道内的液相分析物的折射率从1.0变化到1.8时,该太赫兹超材料吸波器可作为折射率传感器,对应的折射率频率灵敏度达到379 GHz/RIU。仿真结果表明,该太赫兹超材料吸收体传感器的谐振电磁场被扩展到三维空间,并在微流通道内得到了很大程度的集中和增强,从而实现了谐振电磁场与待测分析物的空间重叠,增强了谐振电磁场与被测分析物之间的相互作用,进而实现了对液相分析物的高灵敏度传感。同样基于CST Microwave Studio仿真软件仿真研究了微流通道的高度和顶层覆盖电介质的厚度对超材料吸收体传感器的折射率灵敏度的影响。通过选择合适的微流通道高度和覆盖电介质厚度可获得更高的折射率灵敏度。总之,基于三维SRR阵列和微流通道的太赫兹超材料吸收体传感器具有更高的品质因数和折射率频率灵敏度,在无标记的快速生物医学传感中具有潜在的应用。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(19):1904001
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摘要

We experimentally demonstrated an approach to generate arbitrary total angular momentum (TAM) states by using two liquid crystal devices. Photons’ TAM, the sum of spin and orbital angular momenta (SAM and OAM) under paraxial approximation, has found many applications in optics and attracted increasing attention in recent years. Our approach is based on the orthogonality of two eigen SAM components, that arbitrary TAM states will be produced through encoding different holograms in one system. The comparison with theoretical predications yields an excellent agreement, including both the separable state and the non-separable state. The proposed scheme takes a step forward for generating complex structured fields and broadens its application to various fields like laser processing and large capacity data transmission.

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    摘要

    Modifying the surface of poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA) with toluene during the high-speed spin-coating process of dimethylformamide considerably improves the wettability and morphology of PTAA and results in improvement of the crystallinity and absorption of perovskite film. The hole mobility and ohm contact have also been improved accordingly. Combined with these improved parameters, inverted perovskite solar cells with high efficiency of 19.13% and long-term stability could be achieved, which are much better than those with untreated PTAA. Importantly, our devices can keep 88.4% of the initial power conversion efficiency after 30 days of storage in ambient air.

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      摘要

      Internal motions in femtosecond soliton molecules provide insight into universal collective dynamics in various nonlinear systems. Here we introduce an orbital-angular-momentum (OAM)-resolved method that maps the relative phase motion within a femtosecond soliton molecule into the rotational movement of the interferometric beam profile of two optical vortices. By this means, long-term relative phase evolutions of doublet and triplet soliton molecules generated in an all-polarization-maintaining mode-locked Er-fiber laser are revealed. This simple and practical OAM-resolved method represents a promising way to directly visualize the complex phase dynamics in a diversity of multisoliton structures.

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        摘要

          PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(09):0916002
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          摘要

          BaGa4Se7(硒镓钡,简称BGSe)与KTiOAsO4(砷酸氧钛钾,简称KTA)均可在1.06 μm激光泵浦下产生中红外激光。首先仿真计算出两种非线性晶体的相位匹配曲线,结果显示:切割角为(56.3°, 0°)的BGSe晶体在I类相位匹配条件下和切割角为(90°, 0°)的KTA在II-A类相位匹配条件下均可产生~3.5 μm的闲频光。然后理论计算出BGSe (56.3°, 0°, I类)的有效非线性系数为?11.9 pm/V,KTA(90°, 0°,II-A类)的有效非线性系数为?3.2 pm/V;在其他条件相同的情况下,15 mm长BGSe (56.3°, 0°, I类) 的OPO振荡阈值是20 mm长KTA (90°, 0°, II-A类) OPO振荡阈值的35.11%。最后通过实验验证BGSe (56.3°, 0°, I类, 15 mm) 的振荡阈值小于KTA(90°, 0°, II-A类, 20 mm),输出的中红外激光能量大于KTA。因此,BGSe是一种极具应用前景的中红外非线性晶体。

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          摘要

          基于弹道粒子-团簇模型,模拟多分散生物凝聚粒子模型,利用离散偶极子近似方法,计算不同孔隙率、不同原始颗粒数量、不同粒径分布方式多分散生物凝聚粒子模型的消光系数,分析孔隙率、颗粒数和粒径分布对凝聚粒子消光特性的影响。结果表明,多分散生物凝聚粒子的消光系数随孔隙率的增大而减小;凝聚粒子包含的原始颗粒数量越多,粒径分布的均值越大,消光系数越大;粒径分布的方差对消光系数没有明显的影响。

          PDF全文 中国激光 | 2021,48(04):040108
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          摘要

          提出了一种全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选方法。本方法以图形的主要频率来表征图形的特征,利用主要频率的位置和轮廓信息描述主要频率在频谱面的分布特征。设计了相应的主要频率提取方法、主要频率覆盖规则、主要频率聚类方法以及关键图形筛选方法,实现了全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选。采用荷兰ASML公司的商用计算光刻软件Tachyon进行了仿真验证,与ASML公司同类技术的比较结果表明本方法获

          PDF全文 光学学报 | 2020,40(21):212201
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          摘要

          光学相干断层扫描(OCT)图像中视网膜的层结构分析可以揭示相关疾病的眼部病理。传统的二维图搜索方法可以实现视网膜组织层分割,但依赖于视网膜层厚度的先验知识限制边界的搜索区域,且基于图像垂直梯度进行分割时,阴影区会对视网膜层边界的分割造成挑战。文中提出了一种结合卷积神经网络(CNN)和改进的图搜索分割OCT图像中的7个视网膜层边界的方法,首先利用CNN自动提取每个边界的特征并训练相应的分类器

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          摘要

          激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,与原子能、计算机、半导体并称为20世纪新四大发明。大功率半导体激光器在工业加工、医疗美容、光纤通信、无人驾驶、智能机器人等方面有着广泛的应用。如何实现大功率半导体激光光源,一直以来都是国际的研究前沿和学科热点。本文简述了大功率半导体激光器的发展历史,综述了大功率半导体激光器的共用技术,包括大功率芯片技术和大功率合束技术,并在最后

          PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011401
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          摘要

          单频光纤激光器在激光武器、激光雷达、空间激光通信、相干光通信、高精度光谱测量、引力波探测等领域有着广泛的应用前景,受到了研究者的极大关注。本文从1.0 μm、1.5 μm、2.0 μm三种典型工作波段进行归类,综述了单频光纤激光器的国内外研究现状,涵盖了单频光纤激光产生、噪声抑制、线宽压窄、连续与脉冲单频激光放大等技术。此外,结合了本课题组在单频光纤激光器方面的研究工作,着重介绍了基于单振荡

          PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011402
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          摘要

          陶瓷激光器是一种以透明陶瓷材料作为增益介质的激光器。与单晶相比,透明陶瓷具有制备周期短、烧结温度低、容易制备成大尺寸、在激活离子高掺杂浓度下能保证良好的光学均匀性、可设计制备成各种复合结构等优势,近年在高功率、超短超强激光输出方面发展迅速,产生了一系列里程碑式的研究成果。本文回顾了陶瓷激光器的起源和发展历程,总结了透明陶瓷在高功率、超短超强脉冲激光输出和特殊波长激光输出等方面的

          PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011601
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          摘要

          随着第五代移动通信技术的正式商用,全球网络流量的需求呈爆炸式增长,传统单芯单模光纤通信系统的容量已接近香农极限,实现通信系统的升级扩容迫在眉睫。空分复用光纤通信系统利用空间维度复用,可有效解决未来通信系统的扩容难题,而空分复用光纤放大器是其不可或缺的核心器件和研究焦点之一。当多信道功率增益不均衡时,功率差将会随传输距离的增加不断累积,导致中断概率和接收端误码率升高,最终直接影响

          PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):010601
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          摘要

          在实际光纤周界安防系统中,既要求判断入侵事件类别,又要求对各类事件发生的可能性做全面评估。对此提出一种基于ARMA建模与Sigmoid概率拟合的入侵事件识别方法。在判断入侵事件类别方面,将光纤振动信号的ARMA建模系数与信号自身过零率相结合而构造出特征向量,并将其馈入支持向量机,实现对攀爬、敲击、晃动、剪切、脚踢和撞击六种常见的入侵动作的识别;在评估各类事件的发生可能性方面,引入Sigmoid模型对

          PDF全文 中国激光 | 2020,47(10):100604
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          摘要

          摘 要 以银纳米材料作为活性基底构建表面增强拉曼散射(SERS)检测系统可用于改善拉曼技术对生物活性物质检测时信号弱的缺点。本文利用该增强技术对滑膜型关节液进行拉曼光谱检测并作统计分析。本研究选取18个滑膜型关节炎病人的关节液样本和15个健康人的关节液样本进行SERS检测,收集SERS光谱数据,并采用谱峰归属法、主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)算法对样本数据进行分析。结果表明患有关节炎病人的多糖

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          摘要

          提出一个新的基于轻量级注意力机制的网络框架。在YOLOv3主干网络的基础上,使用深度卷积和点卷积代替标准卷积设计特征提取网络,加快模型的训练,提高检测的速度,然后引入注意力机制模块进行模型速度和精度的权衡,最后通过增加多尺度提取更多网络层的特征信息,同时使用K-means++ 聚类算法进一步优化网络参数。实验结果表明,该方法可以显著提高人脸检测模型的性能,在Wider Face数据集上可以达到94.08%的准

          PDF全文 激光与光电子学进展 | 2021,58(02):021010
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          摘要

          本文首次报道了一种基于Yb3+:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体的激光二极管端面泵浦被动调Q拉曼黄光激光器。由键合晶体产生被动调Q的基频激光依次通过拉曼晶体YVO4和倍频晶体KTP,最终获得578.5nm的激光输出。本文采用耦合腔结构以降低拉曼光和倍频光的损耗,并采用标准具抑制双波长运转以提高倍频的转换效率。当入射泵浦为9.51W时,我们检测到183mW的578.5nm黄光输出,相应的脉冲宽度为6.537ns,脉冲重复频率为6.542k

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          摘要

          作为三维重建的关键技术,双目立体匹配根据视差原理将平面视觉转化到三维立体视觉。针对目前的局部立体匹配算法易受光照等因素的影响、在弱纹理和深度不连续区域匹配精度低的问题,本文所提立体匹配算法在代价计算阶段将改进的Census代价与梯度代价进行融合,然后采用引导滤波算法对图像进行多尺度代价聚合,接着采用赢家通吃(WTA)算法进行初始视差计算,最后采用左右一致性检测、中值滤波进行视差后处理,

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          摘要

          车轮廓形动态检测时线激光传感器只能安装在轨道旁作业,无法保证线激光测量平面与车轮表面交线通过车轮轮心,导致采集到的大量车轮廓形数据产生仿射变形,难以用传统迭代最近邻方法(ICP)准确匹配来保证测量精确性与鲁棒性。本文提出一种基于感兴趣域的加权尺度迭代最近邻算法(ROI-RSICP),实现存在仿射畸变的磨耗车轮廓形精确测量。首先,根据车轮廓形磨耗特征和大量车轮磨耗数据,采用PointNet深度学习网络

          PDF全文 中国激光 | 2020,47(11):110406
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          摘要

          提出了一种针对高分辨率遥感影像中分类法提取的建筑物轮廓不规则问题而设计的逐级优化规整建筑物轮廓的方法。根据分类验证思想提取的建筑物初始结果,首先提取建筑物初始轮廓进行多边形拟合,并获取与建筑物轴线倾斜程度相一致的最佳拟合外接矩形,然后将建筑物轮廓线段与最佳拟合外接矩形边界进行等分并比较两者之间的单向Hausdorff距离,对距离较小且满足替换条件的轮廓线段等分点利用对应的最佳拟合外接矩

          PDF全文 中国激光 | 2020,47(10):101002
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          摘要

          根据国际上公开发表的依据1969-1972年美国Apollo 11、14、15宇航员放置在月球上的三个角反射器以及1970-1971年苏联无人登月车放置的两个角反射器而进行的月地之间激光测距的论文和技术文献讨论了月球激光测距中的几个关键物理和技术问题,主要包括:1)角反射器指向与其月面位置的精确定位;2)角反射器激光回波信号的确认;3)接收信号强度与信噪比;4)测距结果的精度;5)满月时为什么不适于测距;6)地球

          PDF全文 光学学报 | 2021,41(01):011202
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          摘要

          在激光雷达的光机设计中,由于各项参数需要满足实际项目的指标需求,会导致激光雷达的光源中心与机械旋转中心不重合,进而导致点云图像产生弯曲,严重影响激光雷达的性能。因此文章结合三维雷达的实际扫描情况,首先分析了激光雷达点云图像产生弯曲的原因并推导出每一条扫描线的误差计算公式。通过修正参数的方式,将相对坐标系下的像素点转化成世界坐标系下的深度值,从而完成坐标系的转换,最终修正点云图像

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          摘要

          空间激光通信技术长期以来都是通信和载荷技术领域的研究热点,具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点,随着激光通信技术成熟,激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠技术手段。本文对国内外高轨卫星激光中继链路最新发展动态及其未来发展规划进行综述,为我国建设空间激光信息网络提供参考。

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          摘要

          在微型激光投影技术领域中,MEMS激光扫描投影技术是当前的热门方向,传统的方案是采用单体式二维MEMS微镜作为扫描机构,其制造工艺复杂且在工作过程中存在失效率高的现象。本文提出采用成本更低廉的两个一维静电式MEMS微镜进行封装组合得到二维扫描器件模组,通过对器件的设计和制造工艺的研究,最终研制出MEMS二维扫描器件原型,整个器件模块结构紧凑、制造工艺简单、成本低、可靠性高且易于批量制造。实验结

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          摘要

          应用于激光陀螺的高反镜在加工安装过程中表面不可避免的引入疵病,疵病会对入射光产生调制作用引发光散射。为研究划痕状疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律,采用有限元法(FEM)基于多物理场仿真软件建立高反镜表面截面形状为矩形的单划痕疵病散射模型,改变疵病宽度、深度通过仿真计算得到激光散射场的空间分布变化;搭建积分散射测量系统对已知不同深宽的疵病进行检测,并与理论仿真结果进行了对比。实验

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          摘要

          遥感图像分类是图像分析的重要组成部分,其中分类后精度评定是判定图像分类效果的主要依据。目前,分类后精度评定常采用随机验证点作为评定参数,容易造成评定的分类结果精度不高。本文提出基于规则验证点的面向对象分类精度评价方法,在使用支持向量机、CART决策树和K最近邻进行分类的基础上,分别采用基于规则验证点和随机验证点对分类结果进行精度评定。实验结果表明,本文提出的方法比传统的随机验证点得

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