1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室，安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室，四川 自贡 643000
4 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题，提出一种改进的多曝光融合方法，利用自适应曝光代替手动曝光，并对图像融合过程进行优化。首先，将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析，将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组，分别计算出每个组别的最佳曝光时间；在此基础上，拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像，并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域，再将投射白光处理后的图像制作成掩模图，与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘，进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合；最后，通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度，并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明：文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性，U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%，测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm，相对误差仅为0.69%，该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题，提高了三维轮廓的测量精度。
高动态范围表面物体 自适应曝光时间 多曝光融合技术 三维轮廓检测 high dynamic range surface objects adaptive exposure time multi-exposure fusion technology 3D contour detection 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230370
中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用，因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性，可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用，如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后，本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
针对实时高效处理经纬仪交会数据的问题，提出了一种基于改进分布式处理平台的实时测角数据对齐及异步计算方法。分析了交会算法的耗时原理。根据交会数据实时性高、对时间复杂度过高的算法应用困难的特点，利用分布式平台对实时测角数据进行异步处理，并改进了传统同步交会数据处理流程。试验结果表明，改进分布式平台处理数据效率高，性能稳定，能够满足高时间复杂度算法的嵌入和实时处理需求。
分布式处理 交会 实时处理 异步计算 distributed processing rendezvous real-time processing asynchronous computing
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国人民解放军95859部队，甘肃酒泉735000
利用经纬仪进行速度实时求解，一直是测控领域难题，为了提高经纬仪求解速度的实时性及高精度，激光测距光电经纬仪，在反复实验中，提出了一种最佳一致逼近多项式速度求解方法，即保证了速度实时性又保证了速度的精度。首先，利用单站经纬仪加激光测距获得目标空间位置，对激光测距信息采用改进的最小二乘法进行拟合滤波；然后根据求解速度模型，计算速度初值；在采用多项式逼近速度真值时，采用常规的表达形式会产生很大的计算误差，为了减少计算误差，多项式采用三次切比雪夫多项式组合的方式获得最佳一致逼近多项式计算速度函数；最佳一致逼近多项式速度函数使用三次有限差分方法识别速度野值，获得实时、高精度的目标速度值。激光测距经纬仪测速的指标包括实时性（延时<100 ms）和精度（误差<1 m/s）两个指标，把加载在无人机上的较高精度GPS的测速值作为比对值，采用多种算法计算目标速度，实验结果表明：高斯函数方法速度实时性好，但测量速度精度>1.5 m/s；卡尔曼方法求速度精度很好，但是因为用了大量的历史数据，速度值滞后；本文最佳一致逼近多项式法计算得到的速度，实时性好，延时50 ms；速度精度均方差为0.8 m/s，满足设备的指标要求。
最佳一致逼近速度求解 高斯速度求解 卡尔曼滤波速度求解 有限差分法 Optimal Uniform Approximation（OUA) Gaussian velocity solving Kalman filtering speed solution finite difference 光学 精密工程
2023, 31(24): 3549
1 中国科学技术大学工程科学学院，安徽 合肥 230026
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学材料科学与工程学院材料物理及新能源材料与器件系，安徽 合肥 230009
模板引导的毛细力驱动自组装技术逐渐被认为是制造一系列微纳米结构的一种替代方法。毛细力自组装微结构的稳定性取决于结构接触力和支撑力的竞争，接触面积越大，接触力越大。当接触面积大于临界值时，微结构的组装行为不可逆。利用飞秒激光打印具有各向异性的微结构，在不同温度的调控下实现其多方向运动，并借助温度响应水凝胶的反向变形能力，实现了线接触微结构的可逆自组装。此外还探究了该方法在微执行器、微传感器方向的应用。结果表明，通过改变环境的温度能够实现微结构的弯曲变形，且利用飞秒激光双光子加工的灵活性和毛细力驱动的简便性，可以实现可逆变形的微图案以及功能丰富的微传感结构。
激光技术 飞秒激光 双光子聚合 毛细力 自组装 温度响应 中国激光
2023, 50(20): 2002401
1 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，中国科学院材料力学行为与设计重点实验室，安徽省高等学校精密科学仪器重点实验室，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学第一附属医院，生命科学与医学部，安徽 合肥 230001
Therefore, in this review, the principle and advantages of femtosecond laser as well as its application in the micro/nano processing of optical device are discussed in detail. This review is divided into five sections. The first section introduces the mechanism and processing properties of femtosecond laser. The second section discusses a variety of methods to improve the resolution of femtosecond laser micromachining. The third section focuses on the femtosecond laser processing technology, and the fourth section describes the femtosecond laser's application in the processing of optical devices, including microlens, optical waveguide, grating, and photonic crystals. Finally, this review makes a summary and discusses the prospect of femtosecond laser micromachining used in optical devices.
飞秒激光 高精度 微纳结构 光学器件 femtosecond laser high-precision micro/nano structure optical device
1 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部／广东省重点实验室，广东 深圳 518060
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
3 深圳大学广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
4 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230601
5 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230601
非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程，其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性，相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展，并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理，论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战，并展望了未来的发展前景。
激光光学 飞秒激光 微纳加工 非线性光子晶体 准相位匹配 非线性光束整形
强激光与粒子束
2023, 35(1): 012011
Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Fusion Theory and Simulation Department of Physics Zhejiang University Hangzhou 310027 China
2 Key Laboratory for Laser Plasmas and School of Physics and Astronomy, and Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA) Shanghai Jiao Tong University Shanghai 200240 China
3 MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter School of Physics, Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China
4 Technische Universität Darmstadt Institut für Kernphysik Schloβgartenstraβe Darmstadt 64289 Germany
The proton-boron (p B) reaction is regarded as the holy grail of advanced fusion fuels, where the primary reaction produces 3 energetic particles. However, due to the high nuclear bounding energy and bremsstrahlung energy losses, energy gain from the p B fusion is hard to achieve in thermal fusion conditions. Owing to advances in intense laser technology, the p B fusion has drawn renewed attention by using an intense laser-accelerated proton beam to impact a boron-11 target. As one of the most influential works in this field, Labaune et al. first experimentally found that states of boron (solid or plasma) play an important role in the yield of particles. This exciting experimental finding rouses an attempt to measure the nuclear fusion cross section in a plasma environment. However, up to now, there is still no quantitative explanation. Based on large-scale, fully kinetic computer simulations, the inner physical mechanism of yield increment is uncovered, and a quantitative explanation is given. Our results indicate the yield increment is attributed to the reduced energy loss of the protons under the synergetic influences of degeneracy effects and collective electromagnetic effects. Our work may serve as a reference for not only analyzing or improving further experiments of the p B fusion but also investigating other beam-plasma systems, such as ion-driven inertial confinement fusions.
Laser and Particle Beams
2022, 2022(3): 9868807
1 中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
使用2017年10月、2018年1月、2018年4月和2018年7月Version 4.10星载激光雷达CALIOP Level 1B和Version 4.20 Level 2的日夜数据反演全球海面风速，选用准同步观测的Version 8.2 AMSR-2的海面风速值进行对比。在前人利用CALIOP无云数据进行海面风速反演的基础上，进一步将透明云层的数据用于风速反演，在明显增加数据量的同时，保持了相当的反演精度。探究不同的海面斜率分布模型的差异对CALIOP海面风速反演的影响，给出了夜间和日间有透明云层条件下的近似Gram-Charlier模型。结果显示，高斯模型整体的误差相对较小，但近似Gram-Charlier模型修正了偏度和峰度的影响，在较低风速（小于3 m·s-1）和较高风速（大于13 m·s-1）情况下表现更好。采用有透明云层条件下的近似Gram-Charlier模型：利用2017年10月、2018年1月、2018年4月和2018年7月的夜间数据反演的标准偏差分别为1.22，1.33，1.20，1.39 m·s-1，相关系数分别为0.92，0.91，0.92，0.90；利用日间数据反演的标准偏差分别为1.41，1.45，1.86，1.69 m·s-1，相关系数分别为0.90，0.89，0.86，0.87。
遥感 星载激光雷达 海面后向散射 海面风速 海面斜率分布 光学学报
2022, 42(18): 1828007
