南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
结合奇偶函数理论，提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量，对折射率均匀性引入的误差进行分部求解，生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差，对其中的均匀性误差复原，结果与初始值仅相差0.6×10-6，残差与平晶表面面形的低频信息无关，仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测，将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同，指标结果仅相差0.2×10-6，波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项，旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下，均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。
物理光学 光干涉测量 奇偶函数法 光学均匀性 绝对检测 Physical optics Optic interferometry Odd and even function Optical uniformity Absolute test
Guangdong-Hong Kong-Macao Joint Laboratory for Intelligent Micro-Nano Optoelectronic Technology, Foshan University, Foshan 528225, Guangdong , China
The use of light-induced micro-motors or micro-propellers, showcasing non-contact and non-damaging characteristics, is garnering increased attention in biomedical, micro-machine, and environmental fields. The High-order Poincaré (HOP) beam, as a vector beam, provides a controllable driving force with adjustable orbital angular momentum and spin angular momentum. In this study, we present the spin of a self-assembled micro-propeller structure propelled by the HOP beam, enabling flexible control over rotation velocity and direction. Our findings reveal that modifications to the total angular momentum of the driving beam field or alterations in the micro-propeller blade structure can influence rotation velocity. This research offers an efficient and versatile approach for applications in optical micromanipulation and micromachinery.
high-order Poincaré beam self-assemble propeller micro-propeller 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0536002
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 中科院南京耐尔思光电仪器有限公司，江苏 南京 211300
提出了一种可用于低空间频率干涉条纹的载频计算方法。该方法构建了载频干涉条纹的近似模型，实现了载频参数的线性迭代求解方法。仿真表明，该方法适用于多种情况，即使干涉图背景分布不均，也可准确计算载频，误差最大优于0.01λ，最小可达0.002λ，λ为632.8 nm。将所提方法求得的载频参数用于移相干涉中，相位均方根误差可达0.0002λ。实验中，所提方法与移相法相比，载频误差小于0.007λ，将求得的载频用于移相干涉时，相位无明显纹波。为低空间频率的干涉条纹提供了一种新的载频计算方法，可广泛用于干涉测量领域的各个方面。
测量 干涉测量 载频计算 相位提取 迭代法
1 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学 计算机科学与工程学院，陕西 西安 710021
为了解决单色视频和彩色视频的全自动高精度配准问题，设计了针对视频配准的首帧及后续帧配准方法，在保证配准速度的同时提高了配准精度。对于首帧，首先在尺度不变特征变换（SIFT）基础上，基于双摄像头的特点进行了改进，进而对单色视频和彩色视频进行了粗配准，增加了粗配准矩阵的获取稳定性和精确性；随后根据粗配准矩阵系数，使用尺度金字塔模式对单色视频和彩色视频的配准矩阵进行了配准修正。对于视频中的后续帧，采用具有步长金字塔的平移修正方法，对首帧中得到的修正配准矩阵进行再利用，并通过平移修正方法弥补了由不确定时差波动和相机摆动带来的平移误差，最终提高了单色视频和彩色视频的配准效率和配准精确度。实验结果表明，对于640×480大小的单色视频和彩色视频，本文算法相比传统SIFT算法将首帧配准均方根误差减少了0.79%，首帧标记点误差由约为1像素缩小到不可察，且连续视频帧的平均配准时间为0.357 s，同时仍然保持标记点误差不可察，较好地满足了单色视频和彩色视频配准的全自动、精度高、速度快、鲁棒性强等要求。
计算机视觉 视频配准 时空相似性 高精度修正 computer vision video alignment spatio-temporal similarity high-precision correction
1 合肥工业大学 材料科学与工程学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学智能制造技术研究院, 安徽 合肥 230051
作为传统显示器强有力的竞争者之一，量子点发光二极管（QLED）在显示领域备受关注。然而，高性能蓝光QLED器件的发光材料中通常含有镉或铅，这两类重金属有毒元素对人体健康和生态环境不利，也阻碍了QLED器件的规模化商用进程。因此，高质量无镉无铅型蓝光量子点材料的研发成为推动新型显示产业发展的动力和业界迫切追求的目标。历经数十年发展，InP和ZnSe等无镉无铅量子点材料的蓝光发射性能已取得较大进步，随着合成策略及蓝光材料的进一步优化改进，环境友好型蓝光量子点发光二极管器件性能有望追上传统红、绿光量子点器件的步伐。本文分别从合成优化手段、表面包覆策略、核壳结构类型、发光性能参数等方面进行汇总，系统综述了当前无镉无铅型蓝光InP和ZnSe量子点材料的研究进展，指出了QLED蓝光材料未来的发展方向。
量子点发光二极管 蓝光量子点 电致发光 ZnSe InP quantum dot light emitting diodes blue quantum dots electroluminesence ZnSe InP
1 山东理工大学激光高端制造研究中心, 山东 淄博 255000
2 山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255000
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255000
借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。
微尺度激光冲击强化 数值模拟 有限元分析 塑性变形 残余应力 micro-scale laser shock peening numerical simulation finite element analysis plastic deformation residual stress
1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 沈抚示范区, 辽宁 沈阳 113122
2 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
在等离子体射流的辅助下, 液体的雾化特性能够得到一定程度的改善, 等离子体辅助雾化具备应用于超细水雾抑制瓦斯爆炸领域的潜力。 然而, 由于等离子体射流中存在的多种活性粒子对于燃烧存在促进作用, 因此有必要对瓦斯气体存在的条件下等离子体中的活性粒子种类进行定量分析。 在大气压下开展了以氦气作为载气对预混的甲烷和空气进行介质阻挡(DBD)放电研究。 结果表明, 等离子体射流中的主要活性粒子为OH基团、 N2的第二正带系、 CH基团、 HeI原子以及少量的O原子, 其中甲烷电离区的谱线主要集中在400~600 nm。 增大峰值电压和氦气掺混体积流量比都可以有效提高等射流中活性基团的含量。 采用N2第二正带系的连续谱带做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的振动温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的振动温度在2 000~4 000 K之间。 随着峰值电压和氦气掺混比的增大, 振动温度都呈现增大趋势。 利用HeI原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的电子激发温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的电子激发温度在3 500~13 000 K之间。 随峰值电压的增大, 电子激发温度表现出增大的变化趋势, 随着氦气掺混比的增大, 电子激发温度表现出减小的变化趋势, 分析发现随着氦气体积流量的增大, 使得射流发生器内的气流变快, 带走了发生器内更多的热量, 导致电子激发温度下降。
介质阻挡放电 发射光谱 电子激发温度 振动温度 Dielectric barrier discharge Emission spectroscopy Electronic excitation temperature Vibration temperature 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2694
1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 沈抚示范区, 辽宁 沈阳 113122
2 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响, 设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置, 分别研究了放电电压、 电极间隙、 高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响, 并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。 结果表明: 等离子体射流的最大长度可达80 mm; 高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大, 射流长度越长但不是线性增长; 射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度; 随着氩气体积流量的增加, 等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低; 电子激发温度在高压电极和接地电极处较高, 两电极之间部分次之, 在石英管出口处会有比较明显的下降。
大气压等离子体射流 介质阻挡放电 射流长度 电极结构参数 Atmospheric pressure plasma jet Dielectric barrier discharge Jet length Electrode structure parameters 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3682
1 佛山科学技术学院物理与光电工程学院，广东 佛山 528000
2 重庆大学光电工程学院，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
3 湘潭大学物理与光电工程学院，湖南 湘潭 411105
4 华南师范大学生物光子学研究院，广东省激光生命科学重点实验室，广东 广州 510631
二次谐波成像作为一种高空间分辨率和高穿透深度的非线性光学成像技术，可以避免荧光成像中由能量吸收导致的光漂白和饱和吸收等问题，在临床诊断和生物医学领域具有广阔的应用前景。笔者引入了一种具有中心反演对称破缺、高非线性光学效应的材料——硅量子点作为二次谐波探针，同时为了增强硅量子点的生物亲和性并减少其表面氧化，利用聚乙二醇对硅量子点进行修饰，并将其作为生物探针探究了其在人肝癌细胞（HepG2）中的二次谐波成像效果。通过与双光子荧光成像结果进行对比发现，基于聚乙二醇修饰的硅量子点的二次谐波成像技术具有可靠性和稳定性。本研究对未来硅量子点在分子成像、药物递送和干细胞治疗中的应用具有积极的推动作用。
非线性光学 二次谐波成像 硅量子点 人肝癌细胞 生物探针 中国激光
2023, 50(21): 2107109
