1 西北工业大学 宁波研究院, 浙江 宁波 315103
2 西北工业大学 机电学院, 陕西 西安 710072
3 空天微纳系统教育部重点实验室 陕西省微纳机电系统重点实验室,陕西 西安 710072
4 西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
5 北京理工大学信息与电子学院, 北京 100081
作为一种新型光电探测技术，偏振成像可同时获取场景的空间分布和偏振特征，针对特定应用场景具有优异的材质区分及轮廓辨识能力，广泛应用于目标探测、生命科学、环境监测、三维成像等领域。偏振分光或滤光器件是偏振成像系统的核心元件，然而该类传统器件受限于体积庞大、性能不佳、易受干扰等问题，难以满足高集成、高性能、高可靠性偏振成像系统的要求。超构表面是一种结构单元以亚波长间隔准周期排列而成的二维平面器件，可在不同偏振方向对光场的振幅、相位进行精细操纵。基于超构表面的偏振器件具有体积小、重量轻、维度高等特点，为集成化偏振成像系统提供了新的解决方案。本文针对偏振成像，综述相关超构表面的功能原理、发展脉络和未来趋势，讨论并展望其在成像应用和系统集成方面所面临的挑战与机遇。
光学器件 微纳结构 超构表面 偏振成像 成像系统 optical device micro-nano structure metasurface polarization imaging imaging system
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A water track laser Doppler velocimeter (LDV) is developed with advantages of high update rate, high real-time performance, high concealment, light weight, and small dimensions. The water track LDV measures the advance velocity of the underwater vehicle with respect to the surrounding water. The experimental results show that the water track LDV has an accuracy of 96.4% when the moving velocity of the vehicle with respect to the ground exceeds 0.25 m/s. Thus, the water track LDV is promising in the application of underwater navigation to aid the strapdown inertial navigation system.
laser Doppler velocimeter water track underwater navigation Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090005
中国科学院上海微系统与信息技术研究所超导电子学实验室，上海 200050
太赫兹混频器可通过本征信号与原信号混合，经频率变换，实现频谱探测、超分辨成像和天文信号高灵敏探测，在太赫兹频谱识别、太赫兹安检、射电天文探测等领域具有重要应用前景。本文首先介绍了太赫兹混频器的基本原理、分类、主流技术方案；其次针对太赫兹混频器超灵敏化、高频化、中频宽带化和小型化集成的应用需求，分析了国内外太赫兹混频器设计与制作技术的发展动态；最后归纳了太赫兹混频器的应用状况、技术挑战和可能的解决方案，以便阐明三类太赫兹混频器的技术特点和技术发展趋势。
超快光学 太赫兹 混频器 进展 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811011
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
无人机（UAV）通常利用全球导航定位系统（GNSS）提供的速度、位置等信息来保障其飞行安全，但GNSS的信号在复杂的城市环境中容易因高楼、树木遮挡等原因丢失，而机载激光多普勒测速仪（LDV）有望实现UAV的全天时独立高精度速度测量，从而保证导航信息的连续性。从目前实现机载LDV研制存在的瓶颈出发，通过理论分析和仿真计算，提出利用光学变换系统对机载LDV的工作距离进行拓展的方案；并对变换系统的参数进行了优化，集成了工作距离定标为50 m、测量景深为10 m的单波束机载LDV样机，将其搭载在UAV上进行了110 s的飞行实验。实验测得的UAV飞行速度经过俯仰角修正后，与GNSS记录的参照速度基本一致。飞行过程中样机输出的速度信号保持了较高的多普勒信号品质因子，初步验证了机载LDV的可行性和有效性，为后续机载LDV在UAV组合导航中的应用奠定了基础。
光学测量 激光多普勒测速仪 测速导航 无人机 光学学报
2023, 43(17): 1712002
1 河北工业大学土木与交通学院, 天津 300401
2 河北工业大学亚利桑那工业学院, 天津 300401
氯离子(Cl-)引起的锈蚀是影响钢筋混凝土使用寿命的主要问题。硅酸盐水泥-富铝材料(粉煤灰、矿渣等)复合体系可以有效结合Cl-, 提高钢筋混凝土抵抗Cl-侵蚀的能力, 成为当前的研究热点。然而, 现有研究对硅酸盐水泥-富铝材料复合体系Cl-结合能力的横向对比较为缺乏。本文首先介绍了Cl-在水泥体系中的结合机理, 重点总结了不同硅酸盐水泥-富铝材料复合体系的Cl-结合能力, 并以Al2O3含量作为主要变量横向对比了现有研究中复合体系的Cl-结合能力。同时, 阐述并分析了影响复合体系Cl-结合能力的多方面因素。最后, 为后续研究提供了更为准确地衡量与对比多种硅酸盐水泥-富铝材料复合体系Cl-结合能力的参考方案, 同时为设计新型高性能硅酸盐水泥-富铝材料复合体系提供理论基础。
富铝材料 Cl-结合能力 硅酸盐水泥 粉煤灰 矿渣 偏高岭土 硫铝酸盐水泥 铝酸盐水泥 aluminium-rich material Cl- binding capacity Portland cement fly ash slag metakaolin calcium sulfoaluminate cement aluminate cement
随着国家对污水系统规划的重视, 混凝土在污水管道中得到了广泛应用。混凝土在污水管道服役期间会受到物理、化学以及生物的协同作用而劣化。在诸多侵蚀介质中, 硫酸对混凝土的性能影响最为突出。为了进一步加深对此研究领域的理解, 本文主要从污水管道中的硫酸来源、混凝土的硫酸腐蚀机理、影响硫酸腐蚀的因素及抗硫酸腐蚀对策等研究进展进行介绍, 寻找有效的污水管道混凝土防腐对策。
污水管道 硫酸 腐蚀机理 防腐对策 耐久性 sewage conduit sulfuric acid corrosion mechanism anti corrosion measure durability
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230174
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
激光多普勒测速技术以其高精度和高可靠性得到广泛应用，其为运动载体的导航定位提供了一种全新的独立测速手段，在提高定位精度方面发挥了重要作用。随着应用场景的拓展，现有的激光多普勒测速技术亟待进一步的发展和优化。文中从激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV)的测速原理、种类分类和导航应用研究现状三个方面入手，对用于运动载体导航定位的LDV技术进行综述。可以看到，利用LDV进行组合导航的航迹推算精度已经优于0.01%，达到了高精度导航定位的要求，其中单光束LDV比双光束LDV更适合车载应用，能敏感更多维度速度分量的LDV对导航精度提高的效果更明显。同时，对LDV后续的发展方向进行了展望，LDV与更低成本的SINS进行组合导航是下一步值得研究的方向。可以预见，LDV有望在未来成为覆盖高低速测量、海陆空全领域的高精度独立测速装置，在解决实际科学和工程问题中发挥更大、更重要的作用。
光学测量 激光多普勒测速仪 导航定位 运动载体 optical measurement laser Doppler velocimeter navigation and localization moving vehicles 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230143
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of In-fiber Integrated Optics, Ministry of Education, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 Photonics Research Center, Guilin University of Electronics Technology, Guilin 541004, China
Vector bending sensing has been consistently growing in many fields. A low-cost and high sensitivity vector bending sensor based on a chirped long-period fiber grating (LPFG) with an off-axis micro helix taper is proposed and experimentally demonstrated. The grating is composed of several sections of single-mode fiber with gradually larger lengths, and the off-axis micro helix tapers with fixed lengths when they are fabricated by using the arc discharge technology. The large refractive index modulation in the micro-helix taper greatly reduces the sensor size. The total length of the sensor is only 4.67 mm. The micro-helix taper-based LPFG can identify the bending direction due to the asymmetric structure introduced by the micro helix. The experimental results show that the transmission spectra of the sensor have distinct responses for different bending directions, and the maximum bending sensitivity is 14.08 nm/m-1 in the range from 0.128 m-1 to 1.28 m-1. The proposed bending sensor possesses pronounced advantages, such as high sensitivity, small size, low cost, and orientation identification, and offers a very promising method for bend measurement.
bending sensor chirped long-period fiber grating off-axis micro helix taper orientation identification Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060604
