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1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
量子安全直接通信不需要提前准备密钥, 直接通过量子就可以进行秘密信息传递。针对量子通信设备成本较高的问题, 基于 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 态粒子和半量子理论, 提出了一个双向三方的半量子安全直接通信 (SQSDC) 方案。该方案可以实现两个经典方和一个量子方之间的秘密通信, 且通过调整GHZ态粒子的个数，可以将经典方扩展至任意多方, 因此尤其适用于一个上级单位和多个下级单位之间的通信。方案安全性分析表明, 利用GHZ态的纠缠特性进行窃听检测, 可以有效地抵抗窃听者的截获测量重发攻击和纠缠测量攻击。在三方通信时, 该方案的通信效率达17.65%, 具有较高的通信效率。
量子通信 半量子安全直接通信 GHZ态 多方通信 quantum communication semi-quantum secure direct communication Greenberger–Horne–Zeilinger states multi-party communication 
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1 Joint International Research Laboratory of Information Display and Visualization, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 National Key Laboratory of Solid-State Microwave Devices and Circuits, Nanjing 210016, China
3 Nanjing Electronic Devices Institute, Nanjing 210016, China
4 Key Laboratory of Micro-Inertial Instrument and Advanced Navigation Technology, Ministry of Education, and School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
5 Suzhou Key Laboratory of Metal Nano-Optoelectronic Technology, Southeast University Suzhou Campus, Suzhou 215123, China
The technological innovation of thin-film lithium niobate (TFLN) is supplanting the traditional lithium niobate industry and generating a vast array of ultra-compact and low-loss optical waveguide devices, providing an unprecedented prospect for chip-scale integrated optics. Because of its unique strong quadratic nonlinearity, TFLN is widely used to create new coherent light, which significantly promotes all-optical signal processes, especially in terms of speed. Herein, we review recent advances in TFLN, review the thorough optimization strategies of all-optical devices with unique characteristics based on TFLN, and discuss the challenges and perspectives of the developed nonlinear devices.
thin-film lithium niobate second-order nonlinearity nonlinear integrated optics Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101901
采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度（848~1556 W/cm2）和切向气流流速（0~1个马赫数）对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明：切向气流流速为0.5个马赫数（Ma）时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小，最大减小了46%；功率密度为848 W/cm2时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律，与无气流（0 Ma）时相比，最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生，使得孔隙压力升高，促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括：降低树脂基体热解所产生的残炭含量，进而改变靶材吸收方式；产生切向剪切力，加速靶材的力学剥蚀；加速对流换热，降低靶材表面温度。当切向气流速度较小（≤0.4 Ma）时，切向气流的作用主要是促进树脂热解，降低残炭含量，转变靶材吸收方式；当切向空气流速较大（0.8~1.0 Ma）时，气流的冷却作用表现得较为明显。
激光光学 激光损伤 连续激光 玻璃纤维增强树脂基复合材料 切向空气流 穿孔效应 中国激光
2023, 50(14): 1401002
1 微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室,南京2006
2 南京电子器件研究所,南京10016
3 南京航空航天大学 电子信息工程学院,南京211106
4 空军装备部上海局,上海200231
基于硅基铌酸锂薄膜（Lithium Niobate on insulator，LNOI）材料平台，设计并制备了高速电光开关芯片，并实现了芯片的光纤耦合、管壳封装和性能测试。测试结果表明，该高速电光开关器件的开关速度达到13.4 ns，消光比达到31.8 dB。研究工作对未来研制光学延时芯片和波束形成网络芯片具有重要的支撑意义。
铌酸锂薄膜 电光开关 光学波束形成 LNOI electro-optic switch optical beamforming
为了研究7075铝合金在激光与外载荷联合加载下的失效行为, 采用最大拉力50 kN的拉伸伺服试验机与工作波长为1070 nm的6 kW连续光纤激光系统对7075铝合金进行了不同预载荷与不同激光功率密度下的联合加载实验, 获得了该材料的拉应力-时间曲线、温度-时间曲线、失效时间-功率密度曲线、失效温度-功率密度曲线等, 分析了功率密度与预载荷对失效过程、失效温度和断裂形貌的影响。结果表明, 在相同的预载荷下, 激光功率密度的增大会导致失效时间非线性下降, 失效温度是否有较大变化取决于预载荷的大小, 当预载荷大(330 MPa, 440 MPa)时, 失效温度随功率密度增加略有升高, 预载荷较小(110 MPa,220 MPa)时, 失效温度变化规律不单调; 在相同的激光功率密度下, 预载荷增大, 失效时间减少, 功率密度较大、预载荷较小时, 失效行为变得相似; 在一定的功率密度(315 W/cm2,351 W/cm2)下, 失效温度随预载荷的增大先增大后减小。该结果进一步揭示了7075铝合金的失效机理。
激光技术 失效温度 失效时间 预载荷 7075铝合金 laser technique fracture temperature fracture time preload 7075 aluminum alloy
1 东北林业大学工程技术学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
2 上海宇航系统工程研究所, 上海 201100
光谱分析在木材种类识别领域具有一定的潜力, 而其中的中红外光谱也广泛应用于定性及定量分析。 该研究中红外光谱法识别木材种类的报道中, 基于深度卷积神经网络可以在参数较少的条件下获得较高的识别率。 提出了一种聚类分析(CA)、 对称点阵图像分析(SDP)与深度学习(DenseNet)相融合的算法, 利用DenseNet的优势提高中红外光谱法识别木材的准确率。 首先, 采集了愈疮木、 巴里黄檀、 刺猬紫檀、 大果紫檀、 螺穗木5种木材样本的250组中红外光谱数据, 应用欧式距离进行了异常值剔除, 剩余240组作为待分析数据并对其进行分类的可行性分析。 对光谱数据进行SDP转化分析, 确定SDP转化的最优参数; 之后, 运用CA筛选原始光谱数据的特征, 根据CA不同阙值确定了三组维数的特征并进行讨论, 通过对比三组特征数据经过SDP转化后图像间的类内相似性和类间差异性, 初步确定了最优维数特征; 再将初步确定的最优维数特征数据输入到SDP-DenseNet模型中, 获得模型识别的准确率; 最后通过对比分析验证了模型的有效性, 一方面将原始数据及其余两组对照维数的特征数据分别输入到SDP-DenseNet模型中, 对比识别的准确率; 另一方面以最优维数特征数据输入到随机森林中进行识别, 对比传统机器识别与SDP-DenseNet算法识别的准确率。 结果表明: 经CA特征筛选的SDP-DenseNet模型普遍高于原始数据直接输入到SDP-DenseNet模型的准确率, CA特征筛选最优维数为255维, 其测试集最高识别率达到了88.67%, 而对照组107维为77.78%, 322维为68.89%, 原始数据的SDP-DenseNet模型识别率仅为57.78%; 经CA特征筛选的最优维数数据对应的随机森林模型识别率较低, 仅为66.67%。 因此, 提出的CA-SDP-DenseNet模型能有效提高中红外光谱法识别木材种类的精度。
中红外光谱 木材种类识别 聚类分析 对称点阵图像分析 深度学习 Mid-infrared spectroscopy Identification of wood species Cluster analysis Symmetrical lattice image analysis Deep learning
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 西北大学化学与材料科学学院, 合成与天然功能分子教育部重点实验室, 陕西 西安 710127
激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种快速、 实时的元素分析技术, 由于其在痕量元素探测、 地质环境监测等领域有着广阔的应用前景, 而受到人们极大的关注。 在实际应用中, 样品表面是影响等离子体产生及其特性的关键环境因素之一。 在大气环境下, 利用脉宽为8 ns、 波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光产生等离子体, 对比研究了天然岩石样品在非平坦和平坦表面条件下等离子体的发射光谱。 基于激光辅助辐射波模型, 阐释了非平坦样品表面对其光谱特性的影响。 通过对比等离子体时间积分光谱, 发现非平坦样品的谱线强度相比于平坦样品的谱线强度减弱了近70%, 该结果说明非平坦样品表面对LIBS真实测量数据的负面影响不可忽视。 针对褐铁矿样品中的谱线Fe Ⅰ 404.58 nm和Fe Ⅰ 438.35 nm, 研究了在平坦和非平坦样品表面下的峰值强度以及其衰减因子随激光能量的变化规律, 结果表明非平坦样品表面条件下采集的光谱强度始终低于平坦样品表面的光谱强度。 光谱强度的衰减因子先随激光能量增大而逐渐降低, 并在激光能量33 mJ达到最小值, 后随激光能量的进一步增大而增大。 实验结果进一步表明在非平坦样品表面条件下产生了密度较低的等离子体, 并且非平坦与平坦样品的电子密度的比值在激光能量33 mJ时达到最小, 此结果与光谱强度的衰减因子随激光能量的变化趋势一致, 这是源于非平坦样品表面会形成较大激光入射角度, 使得激光等离子体能量吸收区厚度变薄, 产生等离子体屏蔽效应所对应的激光能量阈值升高。 此外, 样品表面状态和激光能量对等离子体温度的影响甚微。 阐述了非正入射时等离子体特征参数与正入射时等离子体特征参数的联系和差异, 揭示了非平坦样品激光等离子体特征参量变化的内在物理机制, 为室外LIBS探测技术在元素定性和定量分析中光谱强度的校正提供参考。
激光诱导击穿光谱 非平坦样品 原子光谱 等离子体温度 电子密度 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Non-flat sample Atomic lines Plasma temperature Electron density 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3024
