Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361102, China
3 Institute of Laser Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
High-resolution multi-color printing relies upon pixelated optical nanostructures, which is crucial to promote color display by producing nonbleaching colors, yet requires simplicity in fabrication and dynamic switching. Antimony trisulfide (Sb2S3) is a newly rising chalcogenide material that possesses prompt and significant transition of its optical characteristics in the visible region between amorphous and crystalline phases, which holds the key to color-varying devices. Herein, we proposed a dynamically switchable color printing method using Sb2S3-based stepwise pixelated Fabry-Pérot (FP) cavities with various cavity lengths. The device was fabricated by employing a direct laser patterning that is a less time-consuming, more approachable, and low-cost technique. As switching the state of Sb2S3 between amorphous and crystalline, the multi-color of stepwise pixelated FP cavities can be actively changed. The color variation is due to the profound change in the refractive index of Sb2S3 over the visible spectrum during its phase transition. Moreover, we directly fabricated sub-50 nm nano-grating on ultrathin Sb2S3 laminate via microsphere 800-nm femtosecond laser irradiation in far field. The minimum feature size can be further decreased down to ~45 nm (λ/17) by varying the thickness of Sb2S3 film. Ultrafast switchable Sb2S3 photonic devices can take one step toward the next generation of inkless erasable papers or displays and enable information encryption, camouflaging surfaces, anticounterfeiting, etc. Importantly, our work explores the prospects of rapid and rewritable fabrication of periodic structures with nano-scale resolution and can serve as a guideline for further development of chalcogenide-based photonics components.
tunable color displays Fabry-Pérot cavity resonators color printing chalcogenide materials Opto-Electronic Advances
2024, 7(1): 230033
Author Affiliations
Abstract
1 College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China
2 Hebei Key Laboratory of Micro-Nano Precision Optical Sensing and Measurement Technology, Qinhuangdao 066004,China
3 College of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China
In this paper, a new concept of forward-pumped random Raman fiber laser (RRFL)-based liquid refractive index sensing is proposed for the first time. For liquid refractive index sensing, the flat fiber end immersed in the liquid can act as the point reflector for generating random fiber lasing and also as the sensing head. Due to the high sensitivity of the output power of the RRFL to the reflectivity provided by the point reflector in the ultralow reflectivity regime, the proposed RRFL is capable of achieving liquid refractive index sensing by measuring the random lasing output power. We theoretically investigate the effects of the operating pump power and fiber length on the refractive index sensitivity for the proposed RRFL. As a proof-of-concept demonstration, we experimentally realize high-sensitivity half-open short-cavity RRFL-based liquid refractive index sensing with the maximum sensitivity and the sensing resolution of –39.88 W/RIU and 2.507 5 × 10-5 RIU, respectively. We also experimentally verify that the refractive index sensitivity can be enhanced with the shorter fiber length of the RRFL. This work extends the application of the random fiber laser as a new platform for highly-sensitive refractive index sensing in chemical, biomedical, and environmental monitoring applications, etc.
Fiber optic sensors refractive index measurements fiber lasers Rayleigh scattering stimulated Raman scattering Photonic Sensors
2024, 14(1): 240121
1 湖南大学材料科学与工程学院，湖南光电集成创新研究院，湖南 长沙 410082
2 诺视科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215011
基于发光二极管的显示技术在电视、电脑、手机等终端产品上获得了广泛应用。与传统液晶显示器和有机发光二极管屏幕相比，微型发光二极管（Micro-LED）显示器件在尺寸、性能、功耗、使用寿命等方面均具有显著优势。总结了Micro-LED全彩色显示的技术类别和产品应用场景，综述了实现Micro-LED全彩色显示的最新研究进展，包括巨量转移技术、色转换层集成技术和外延芯片单片集成技术，并进一步比较分析这些技术的优缺点，展望了Micro-LED全彩色显示技术的未来发展。
发光二极管 显示技术 单片集成 巨量转移 氮化镓 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0125001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 长春精测光电技术有限公司，吉林 长春130012
3 小米通讯技术有限公司，北京100089
针对多重差分航空相机图像检焦精度的问题，提出了一种多重差分空间滤波器参数选取方法。首先，介绍了空间滤波法以及基于空间滤波效应的自动检焦。然后阐述了多重差分滤波检焦法的具体实施过程，并从滤波器输出信号功率谱角度分析了滤波器参数的选取与检焦精度、灵敏度的关系。最后设计动态成像实验，在典型导轨移速532 mm/s下采集外景图像，选取不同的滤波器参数分别进行20次像面检测，并将其结果与传统图像检焦算子的检焦效果进行比较。结果表明，本文方法选取的参数使得检焦精度比Brenner算法提高了18%，且检焦系统的最大误差为3392 m，小于光学系统允许误差(768 m)，满足实际工作需求。
光学成像系统 航空相机 焦面检测 空间滤波器参数 optical imaging system aerial camera focal plane detection filter parameters
多光谱辐射测温在高温测量领域应用广泛。 但是, 未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大困难。 目前, 解决方法多采用假设发射率模型法, 二次测量法等, 此类方法反演精度取决于假设的发射率模型和实际发射率是否相符, 多数情况下反演结果误差较大。 基于约束优化的多光谱辐射温度数据处理算法解决了未知发射率的难题, 但受迭代算法的复杂性和初值难以确定的影响, 反演精度和效率不高。 为此, 提出广义逆-坐标轮换算法解决约束优化算法中的反演效率问题。 由于广义逆法需对发射率范围进行约束, 坐标轮换法需设定合适的发射率初值, 考虑两种算法各自的优势与不足, 可对两种算法进行结合。 将广义逆法求得的最小范数解作为约束优化算法中迭代搜索的初始点, 进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。 为验证算法是否能在无需考虑发射率模型的前提下寻找符合待测目标的发射率和真温, 选取六种不同发射率类型的目标材料进行仿真实验。 针对六种典型材料的仿真结果表明, 新方法在真温1 800 K的情况下, 绝对误差和相对误差均小于5.0%, 与梯度投影法相比运算效率平均提高了202倍。 表明该算法具有无需考虑发射率模型、 反演精度高, 速度快, 适合于各类材料等优点, 解决了约束优化算法中初值选择不确定的问题, 为在线实时高温测量中的数据处理提供了解决方案。
多光谱辐射测温 发射率 广义逆-坐标轮换法 Multi-wavelength radiation thermometry Emissivity Generalized inverse matrix-coordinate rotation 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1936
1 广州航海学院轮机工程学院，广东 广州 510725
2 广东省科学院智能制造研究所，广东 广州 510070
3 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
4 广东省科学院工业分析检测中心，广东 广州 510650
5 攀枝花学院钒钛学院，四川 攀枝花 617000
通过机械混合方法解决了碳纳米管（CNTs）在CoCrFeNi高熵合金粉体表面的团聚问题，采用激光熔覆方法在304不锈钢基板上制备了CoCrFeNi-CNTs涂层，碳纳米管优化质量分数为1.0%，研究了涂层微观组织、显微硬度及抗中性盐雾腐蚀性能。结果表明：涂层的晶粒为单一的面心立方（FCC）结构，按照晶粒形态可以分为平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴晶，晶界上形成了M7C3型碳化物共晶相，未分解碳纳米管弥散分布在晶粒内，Si/C类夹杂物来自于熔化的基板材料。涂层内硬度分布较均匀，由于碳纳米管和M7C3碳化物的第二相强化作用，硬度水平可以比CoCrFeNi涂层提高70 HV以上。经中性盐雾腐蚀269 h后，点蚀仅发生在脱落的Si/C类夹杂物周围区域，而在晶粒及晶界内其他区域均未发现腐蚀现象，因此，严格限制Si/C类夹杂物进入涂层将进一步改善复合涂层的抗中性盐雾腐蚀性能。
激光技术 高熵合金 硬度 中性盐雾腐蚀 中国激光
2023, 50(24): 2402205
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国电子科技集团公司第二研究所, 山西 太原 030024
3 吉林江机特种工业有限公司, 吉林 吉林 132000
针对国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，对光学对位系统进行了设计及验证，并对该系统用到的平行调整、光学对位及坐标系误差补偿算法进行研究。文章首先对倒装焊接光学对位工艺进行分析；然后对平行性调整及光学对位算法进行介绍，并根据光学对位系统测试流程，提出更加合理的误差补偿算法；最后，以上述算法为理论依据，设计光学对位系统，其包括准直系统、显微成像系统和激光测距三部分。所设计的光学系统可实现平行性粗调，特征点识别及平行性精调功能。试验结果表明，准直系统准直效果较好，显微成像系统分辨率高，成像质量较好，激光测距系统的测距精度为0.084 μm。设计的高精度光学对位系统解决了国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，已经在国内某型号的倒装焊机中得到应用，对于提高国产高端集成电路的自主研发和生产能力具有非常重要的意义。
红外焦平面倒装焊机 光学对位系统 平行调整 激光测距 infrared focal plane flip chip bonder optical alignment system parallel adjustment laser ranging
塑料闪烁体在中子探测领域具有重要应用前景。对于自研两种尺寸（?2.54 cm×2.54 cm、?5.08 cm×5.08 cm）的塑料闪烁体进行了测试。采用光电倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）搭建了探测系统，利用高速示波器采集功能对自研塑料闪烁体进行能量刻度，通过测量137Cs γ放射源的脉冲幅度谱并与MCNP5模拟谱对比，以获取康普顿边缘位置信息，实现准确的γ射线能量标定。利用电荷积分法对从241Am-Be中子源上获取的数据进行分析，采用品质因子（Figure Of Merit，FOM）、中子峰谷比、中子漏计数率等参数量化不同能区的n-γ甄别效果，对比自研塑料闪烁体相对于EJ-299-33A的探测效率。结果表明：?2.54 cm×2.54 cm自研塑料闪烁体相比于?5.08 cm×5.08 cm自研塑料闪烁体具有较高的FOM值；两种自研塑料闪烁体相对于EJ-299-33A的探测效率分别约为0.49和1.0，可见自研的?5.08 cm×5.08 cm塑料闪烁体与同尺寸的商用塑料闪烁体EJ-299-33A性能相当。
塑料闪烁体 能量标定 中子/γ甄别 甄别能力量化 Plastic scintillator Energy calibration n-γ Discrimination ability quantification
1 广西大学机械工程学院，广西 南宁 530004
2 东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005
即时定位与建图（SLAM）应用的场景多样但受限于计算成本。基于此，提出了一种基于自适应特征及闭环优化的激光SLAM算法（FAST-SAM）。采用自适应特征提取方法Better Feature在不同的距离下保证特征提取的准确性，再通过基于随机一致性采样优化的地面特征滤除方法去除不可靠的特征并使特征数量保持稳定，在帧间匹配和闭环检测模块分别采用正态分布变换粗配准与最近点迭代精配准结合的匹配算法及所提两段式闭环检测算法，最终输出激光惯性里程计并建立全局点云地图。在LIO-SAM、KITTI开源数据集及广西大学实测数据集上的实验结果表明，与主流的SLAM算法相比，所提算法在提升精度的同时，将各环节的计算效率提升25.6%以上。
图像处理 即时定位与建图 激光雷达 特征提取 闭环检测 帧间匹配 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0410014
