中国船舶集团有限公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象，提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先，通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式，该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时，通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距，可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此，首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小，而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距，从而实现XY离焦像差的校正，改善输出光束的光束质量。实验结果表明，该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2 μm和1.1 μm校正到0.5 μm以下，相应的光束质量β因子由3.1降到1.8，光束质量得到明显改善。
高能激光 光束质量 像差校正 光束整形 矩阵光学 high energy laser beam quality aberration correction beam shaping matrix optics
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 西安精密机械研究所，陕西 西安 710077
为了研究粗糙动态海平面对折射偏振光的影响，利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换生成随机动态海面，建立了激光跨粗糙空气-海水界面的偏振光传输模型。研究了不同风速、不同距离、不同光发散角下激光穿过空气-海水信道后的偏振特性和闪烁指数。仿真结果表明，风速越大，接收偏振度越小，相同条件下，圆偏振光偏振度远大于线偏振光；信道距离越长，偏振度越低；风速和链路距离变大时，闪烁指数也变大；当光束发散角减小时，闪烁指数变大；反之闪烁指数减小。验证了所提模型的可行性。本文研究为空气-海水光通信提供了理论依据。
水下无线光通信 Elfouhaily谱 跨介质 偏振光 闪烁指数
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
以超冷铒原子系统冷却光的基频光作为探测光，主动补偿激发铒原子赫兹线宽能级跃迁的激光在光纤传输中引入的附加相位噪声。在不影响原有被传输亚赫兹线宽激光（1299 nm）的情况下，将相近波长的宽线宽基频光（1166 nm）从光纤输出端反向注入，实施外差拍频探测并主动反馈补偿。当两个波长激光的光纤传输噪声基本一致时，可极大地抑制亚赫兹线宽激光在光纤传输中由于温度和振动等因素引起的各种相位噪声。主动补偿后传输激光的线宽从锁定前的14.6 Hz压窄到锁定后的11.6 mHz，光频传输的1000 s稳定度从1.6×10-16提升到6.5×10-19，满足当前最高精度和稳定度光钟的光频传输需求。所发展的光频传送方案可作为被传输激光器功率不足或空间受限时的替代方案，也可用在单点对多点近距离传输网络中简化源端发送装置。
光纤链路 光纤相位噪声 窄线宽 相位噪声抑制 光钟 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506004
石河子大学机械电气工程学院/农业农村部西北农业装备重点实验室, 新疆 石河子 832003
棉花杂质在轧棉过程中对棉纤维造成损伤, 导致成品纺织品出现瑕疵。 因此, 杂质的检测和分类在棉花生产过程及质量检验中至关重要。 地膜是我国机采棉中特有的杂质。 该研究将包括地膜碎片等12种常见棉花杂质放置于两层皮棉层之间, 采用推扫式高光谱成像系统在透射模式下对杂质与皮棉混合样本进行图像采集, 在400~1 000 nm范围内利用光谱信息识别嵌在皮棉层中的12种杂质。 首先对高光谱图像进行平场校正, 对边缘噪声进行裁剪； 选择500 nm处灰度图像进行人工感兴趣区域（ROIs）提取, 从ROIs提取皮棉和杂质平均透射光谱并进行标准化； 使用典型判别分析（CDA）对皮棉和杂质光谱进行处理并利用前三个典型变量绘制散点图, 观察散点分组情况, 采用多变量方差分析（MANOVA）对前三个典型变量评估每两种杂质之间的差异。 然后使用区间随机蛙跳（iRF）方法提取特征波段, 采用支持向量机（SVM）分类器, 分别对全波段及特征波段的透射光谱进行杂质和皮棉13个类别的分类研究, 对比分析两次分类的准确率。 结果表明, 全波段的各类杂质和皮棉的平均分类准确率为84.4%, 该方法对棉花内层杂质的检测与分类是可行的, 包括与皮棉外观相近的地膜、 塑料包装和纸的分类效果较好。 在提取12个特征波段后, 4种具有相似外观和相似化学成分的杂质（裂茎、 茎皮、 棉铃壳、 棕叶）分类准确率较低但都超过73%； 棉籽、 绿叶、 纸片、 塑料包装、 地膜、 皮棉的分类准确率均超过90%； 各类杂质和皮棉的平均分类准确率为86.2%； 与全波段光谱的分类结果相比, 特征波段光谱的平均分类准确率提高1.8%。 该研究结果可为棉花内层杂质检测研究提供理论依据, 并对高光谱透射成像技术的应用有较好的指导作用。
棉花杂质分类 高光谱成像 透射 随机蛙跳 特征波长提取 Foreign matter classification Hyperspectral imaging Transmittance images Interval Random Frog Feature selection 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3230
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061 合肥综合性科学中心环境研究院, 安徽 合肥 230031安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230061
2 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061 合肥综合性科学中心环境研究院, 安徽 合肥 230031中国科学安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061
4 安徽蜀峰环境科技发展有限公司, 安徽 合肥 230031
利用自主研制的四波长全固态激光雷达系统, 实现了大气臭氧和气溶胶的协同观测, 这也是该系统在国内的首次立体观测应用。 基于该雷达系统, 重点针对2021年4月中旬沙尘污染前、 中、 后三个阶段进行污染物的空间垂直分布特征进行分析, 发现臭氧的垂直分布主要集中在距地面1.5 km范围内, 沙尘前的臭氧浓度整体明显高于沙尘中和沙尘后。 沙尘前和沙尘中, 气溶胶的垂直分布高度可以达到2.5 km, 由于沙尘的突然入境, 会造成局地消光系数突变升高超过2.5 km-1, 沙尘过境后气溶胶主要积累在近地面500 m范围内。 通过激光雷达的连续观测和垂直廓线分析发现沙尘前, 在上午7时前后城市上空距地面300 m高度附近会出现臭氧浓度的低值区, 约13 μg·m-3, 不足附近范围的1/4, 这可能是在稳定大气环境中由日出前的“滴定效应”造成。 但是, 沙尘的突然输入不仅消除了该稳定的“滴定效应”, 而且还抹平了臭氧的日变化特征, 使得近地面的臭氧浓度峰谷值降为55 μg·m-3, 是沙尘前和沙尘后的0.44倍和0.46倍。 同时, 由于沙尘的输入, 细颗粒物质量浓度的占比降低至不足20%, 加之上游一次污染物输入, 进一步抑制了臭氧的生成和转化过程。
激光雷达 沙尘 垂直结构 臭氧 协同观测 Lidar Dust Vertical structure Ozone Collaborative observation 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2258
杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所, 浙江 杭州 310018
压电陶瓷驱动电源是微位移系统的关键组成部分。为了满足系统对高稳定性、高精度的应用需求，该文设计了一种基于PB58高压运放的新型驱动电源，采用STM32单片机控制输入信号，接收并监控输出信号状态。采用反馈零点补偿和噪声增益补偿相结合的方式提高了放大电路的稳定性。对搭建完成后的系统进行测试分析，最终证明该电源系统具有稳定性高，响应速度快，输出功率大的特点。
压电陶瓷 功率放大 驱动电源 单片机 相位补偿 piezoelectric ceramics PB58 PB58 power amplifier drive power supply microcontroller phase compensation
Author Affiliations
Abstract
Rabies-viruses-based retrograde tracers can spread across multiple synapses in a retrograde direction in the nervous system of rodents and primates, making them powerful tools for determining the structure and function of the complicated neural circuits of the brain. However, they have some limitations, such as posing high risks to human health and the inability to retrograde trans-synaptic label inputs from genetically-defined starter neurons. Here, we established a new retrograde trans-multi-synaptic tracing method through brain-wide rabies virus glycoprotein (RVG) compensation, followed by glycoprotein-deleted rabies virus (RV-G) infection in specific brain regions. Furthermore, in combination with the avian tumor virus receptor A (TVA) controlled by a cell-type-specific promoter, we found that EnvA-pseudotyped RV-G can mediate efficient retrograde trans-multi-synaptic transduction from cell-type-specific starter neurons. This study provides new alternative methods for neuroscience researchers to analyze the input neural networks of rodents and nonhuman primates.
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2340001
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, People’s Republic of China
2 School of Nanoscience and Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, People’s Republic of China
3 School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332, USA
Tribovoltaic nanogenerators (TVNGs) have the characteristics of high current density, low matched impedance and continuous output, which is expected to solve the problem of power supply for small electronic devices. However, wear occurrence in friction interface will seriously reduce the performance of TVNGs as well as lifetime. Here, we employ MXene solution as lubricate to improve output current density and lifetime of TVNG simultaneously, where a high value of 754 mA m-2 accompanied with a record durability of 90,000 cycles were achieved. By comparing multiple liquid lubricates with different polarity, we show that conductive polar liquid with MXene as additive plays a crucial role in enhancing the electrical output performance and durability of TVNG. Moreover, the universality of MXene solution is well demonstrated in various TVNGs with Cu and P-type Si, and Cu and N-GaAs as material pairs. This work may guide and accelerates the practical application of TVNG in future.
Nano-Micro Letters
2023, 15(1): 218
1 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
随着相干光源的发展，对大尺寸高精度反射镜的表面光滑度要求不断提高。针对X射线使用的高长宽比矩形平面反射镜，发展了一种基于激光干涉平移剪切法的二维绝对检测方法，以单方向多次平移测量取代正交方向的平移测量，推导出多矩阵增广区域法重构算法，获得了高精度矩形平面镜的绝对面形。经过仿真模拟，在不考虑噪声时，得到的绝对面形与初始面形的残差均方根（RMS）为0.03 nm（）；在考虑随机高斯噪声时，重点模拟分析了不同平移次数和平移距离下的面形恢复情况。对120 mm×40 mm的矩形平面镜进行了实验验证，测量恢复的绝对面形与三平板法得到的绝对面形RMS为1.07 nm（）。模拟和实验结果均表明：所提方法可有效地获得高精度矩形平面反射镜的二维绝对面形，且单方向平移也为发展基于绝对检测的多孔径拼接测量奠定了基础。
光学测量 矩形平面镜 绝对检测 单向多次平移法 区域法重构 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312001
1 西南大学资源环境学院, 重庆 400715
2 西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心, 重庆 400715
柑橘是我国第一大类水果, 氮素对于柑橘的生长发育至关重要, 实时、 无损地监测柑橘氮素营养状况, 对于氮素养分精准管理具有重要意义。 植株体内的氮素可以分为营养性氮素、 结构性氮素和功能性氮素, 不同形态氮素各组分在柑橘叶片中的含量对叶片生理生化反应有一定的指示作用, 其中, 功能性氮含量是指示柑橘氮营养状况的重要指标。 以“春见”橘橙为试验材料, 分别于果实膨大期和转色期, 利用可见-近红外光谱仪测定不同施氮处理的柑橘叶片反射光谱, 并用化学分析方法测定其叶片功能性氮含量。 分析了柑橘果实膨大期和转色期叶片原始光谱和一阶微分光谱与叶片功能性氮含量的相关关系, 筛选出敏感波段, 利用全波段和敏感波段, 结合光谱植被指数法、 光谱化学计量法和机器学习方法, 构建了柑橘果实膨大期和转色期叶片功能性氮含量的无损监测模型, 并对比分析多种光谱变换和光谱预处理方法对于模型精度的影响。 结果表明, 在柑橘果实膨大期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合反向传播神经网络构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其建模集决定系数R2c和验证集决定系数R2v均为0.78, 建模集均方根误差RMSEC和验证集均方根误差RMSEV均为0.82 g·kg-1; 基于敏感波段原始光谱结合随机森林构建的模型精度也较高, 其R2c和RMSEC分别为0.84和0.67 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.74和0.83 g·kg-1。 在柑橘果实转色期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合BPNN构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其R2c和RMSEC分别为0.77和1.04 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.76和1.13 g·kg-1。 研究表明, 可以利用可见-近红外光谱技术, 实现对柑橘叶片功能性氮含量的无损监测。
柑橘 功能性氮 可见-近红外光谱 反向传播神经网络 随机森林 Citrus Functional nitrogen Visible-near infrared spectroscopy Back propagation neural network Random forest 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3396
