1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
消除拼接主镜式望远镜的分块子镜间的共相位倾斜（tip-tilt）误差是有效提升集光能力、实现共相位成像的关键之一。提出了一种基于相位传递函数（PTF）的分块子镜的tip-tilt高精度检测方法。在分块镜的共轭面处设置具有离散孔结构的光阑，将其作为tip-tilt检测系统的入瞳，借助傅里叶分析，推导建立了误差检测系统的PTF与tip-tilt的函数关系，通过对探测得到的点扩散函数进行傅里叶分析，得到PTF，依据建立的函数关系即可实现tip-tilt的高精度检测。对所提方法进行了仿真分析和实验验证，检测精度的均方根（RMS）值为（为波长）。所提方法结构简单，只需要设置一个具有离散孔结构的光阑，可用于拼接式主镜、稀疏孔径系统的共相位tip-tilt误差检测。
傅里叶光学 相位传递函数 分块镜 倾斜误差 离散孔光阑 傅里叶变换
景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403
高熵陶瓷作为一种新兴的陶瓷材料自问世起就成为陶瓷领域的研究热点，然而，其巨大的成分设计空间也为基于实验和“试错法”的组分设计带来了挑战。近年来，通过机器学习与实验探索相结合的方式为这一问题的解决带来新方法。基于此，本研究建立了4个机器学习模型，通过训练评估选出性能最好的梯度提升决策树模型(R2=0.92)并用于预测，然后通过实验成功合成了单相的(Ti0.2V0.2Zr0.2Nb0.2Hf0.2)N高熵氮化物陶瓷，验证了模型的准确性，为高熵氮化物陶瓷的设计提供了新思路，加快了新体系的发现。
高熵陶瓷 氮化物陶瓷 机器学习 材料设计 模型预测 high-entropy ceramics nitride ceramics machine learning materials design model forecast
西藏大学太阳紫外线实验室, 西藏 拉萨 ８５００００
利用国际标准RAMSES光谱仪和CMP11型太阳总辐射仪, 在2019年至2020年期间对中国北纬30°区域8个城市(西藏阿里、 日喀则、 拉萨、 林芝、 成都、 武汉、 杭州、 上海)进行了地面太阳辐射的观测研究。 观测结果表明在中国北纬30°区域, 西藏总体太阳光谱不仅强度上远远高于低海拔的内地城市, 而且光谱曲线在形态特征上比低海拔更光滑, 吸收弱。 观测期间西藏最大地面单色太阳光谱强度可达2 018.48 mW·(m2·nm)-1(阿里, 2020年6月21日), 同纬度其他内地城市最大地面单色太阳光谱强度仅为756.22 mW·(m2·nm)-1(成都, 2019年11月03日); 西藏地面太阳光谱中所含紫外光谱(280～400 nm)比内地低海拔高出约1.5倍以上, 强烈的紫外线对西藏生态和人体健康产生相应影响; 观测期间发现拉萨地面太阳光谱强度约为成都的1.5～1.7倍; 阿里地面太阳光谱强度比上海高出约0.2倍。 观测结果为北纬30°区域太阳能资源的利用和生态环境等研究提供实地太阳光谱数据; 对2020年夏至发生的日食现象进行了太阳光谱的同步观测研究, 发现日食期间拉萨、 阿里辐射能量损失均超过95%。 分析了云、 气溶胶等大气因子对太阳光谱、 太阳总辐射的影响。 研究表明西藏阿里等地夏季太阳总辐射值频频超过太阳常数。
西藏 北纬30°N 太阳光谱 观测 日食 Tibet 30°N latitude Solar spectra Observation Solar eclipse 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1881
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电研究中心, 北京 100049
为了解决常规干燥(控温控湿)过程中坯体出现水分梯度问题, 利用微波干燥法来干燥湿坯。通过对比常规干燥(温度: 40 ℃; 湿度: 60%)和微波干燥的方式, 研究了湿坯的重量损失、线性收缩、表面温度和水分分布。与常规干燥相比, 采用微波干燥(功率250 W)时, 干燥结束时间和停止收缩时间分别缩短至1/6.8和1/6。在微波干燥过程中, 样品表面温度随时间延长先升高后降低, 与体内水分密切相关。而在常规干燥过程中, 温度保持恒定在40 ℃。采用低场核磁共振（NMR）成像技术表征湿坯内部的水分分布情况发现: 在微波干燥过程中, 水分分布更均匀, 表明微波干燥时湿坯的干燥应力更低。在1550 ℃下烧结6 h后, 微波干燥制备得到的氧化铝陶瓷具有更高的抗弯强度, 且标准差更小。
微波干燥 低场核磁共振成像 水分分布 氧化铝 凝胶 microwave drying low-field nuclear-magnetic-resonance imaging moisture distribution alumina coagulation
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前，并为人眼提供完整的深度线索，已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息，计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程，并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介，因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而，复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足，研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史，接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法，然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统，最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。
全息三维显示 计算全息 全息图 深度学习 光学学报
2023, 43(15): 1509001
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Engineering Research Center for Mixed Reality and Advanced Display, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Beijing Key Laboratory for Metamaterials and Devices, Key Laboratory of Terahertz Optoelectronics, Ministry of Education, and Beijing Advanced Innovation Center for Imaging Technology, Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
3 e-mail: yzhang@cnu.edu.cn
Graphene-based terahertz (THz) metasurfaces combined with metallic antennas have the advantages of ultra-small thickness, electrical tunability, and fast tuning speed. However, their tuning ability is limited by non-independently tunable pixels and low modulation depth due to the ultra-small thickness of graphene. Here, we demonstrate a reconfigurable THz phase modulator with independently tunable units enabled by switching the voltages applied on 10 graphene ribbons prepared by laser cutting. In addition, by introducing quasi-bound states in the continuum resonance through a designed double C-shaped antenna, the efficiency of the device is enhanced by times under different graphene chemical potentials. Experimental results demonstrate that a focus can be formed, and the focal length is changed from 14.3 mm to 22.6 mm. This work provides potential for compact THz spatial light modulators that may be applied in THz communication, detection, and imaging.
Photonics Research
2023, 11(7): 1185
南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
介绍了一种基于螯合剂功能化的拉锥光纤传感器，用于定量检测低浓度重金属铅离子Pb2+。该传感器由单模和四芯光纤制成，并对中间四芯光纤进行拉锥到直径15 μm。在此基础上，使用乙二胺四乙酸（EDTA）作为金属螯合剂固定在拉锥四芯光纤传感器表面，从而实现对铅离子Pb2+的高灵敏度检测。实验结果表明，该传感器对重金属铅离子Pb2+检测限为1 ng/mL。此外，该传感器具有良好的稳定性，以及制备工艺简单和响应速度快等优点。
锥形光纤 传感器 乙二胺四乙酸 Pb2+检测 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106025
1 陆军工程大学通信工程学院，江苏 南京 210001
2 中国人民解放军31106部队，江苏 南京 210016
3 陆军工程大学教研保障中心，江苏 南京 210007
4 东部战区总医院卫勤部，江苏 南京 210016
为避免数模转换器（DAC）在高速率、高分辨率方面的性能限制对量子噪声随机加密系统（QNRC）的影响，同时也为了降低系统的成本，本文提出了一种采用低位DAC级联调制、光域解密、直接检测的灵活多进制解密系统方案，并利用商用仿真软件VPI Transmission Maker Optical System 9.1（VPI9.1）对所提方案的可行性进行验证，得到了介观相干态功率为-20 dBm、传输距离为100 km、传输速率为10 Gb/s、密文态数目最高可达216-1的QNRC系统的仿真结果。结果表明：低位DAC级联的方式不仅可以大大提高密文态数目，确保最优的系统传输性能，还可以灵活适配多进制传输系统。此外，所提系统方案避免了数模转换器在高速率、高分辨率方面对QNRC系统的影响，同时还显著降低了高位传输系统的成本，为实现QNRC系统的国产化提供了一种解决方案。
光通信 量子噪声随机加密 低位数模转换器 多进制传输系统 中国激光
2023, 50(10): 1006004
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
衍射光学元件（DOE）因其轻型化、小型化和多功能化等特点，在现代光学系统中得到了越来越广泛的应用。针对不同应用场景下DOE的性能需求，研究人员需要灵活运用DOE的设计方法进行设计。通过回顾DOE设计的基本原理简述了现有基于衍射原理和干涉原理的DOE设计方法，通过几种典型应用中的最新进展阐述了具体的DOE设计方法及其适用性，并对DOE设计中的难点及其在未来科技中的可能应用方向进行了展望。
光学设计 衍射光学元件 设计 适用性 应用
山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心，山东 济南 250358
大气湍流会引起涡旋光束（VB）的相位畸变和模态扩散，造成湍流介质中通信性能下降。提出基于深度相位估计网络的拉盖尔-高斯（LG）光束相位补偿方法，以提高模态检测准确度，即通信的可靠性。分别利用使用和不使用高斯光作为探测光束两种方案进行学习，在光强图像与大气湍流引起的扰动相位之间建立映射关系，在接收端依据接收到的光强图像，预测湍流引起的扰动相位并进行相位校正。结果表明，所提深度网络能够较准确地实现相位预测，经补偿后，光束模态纯度达到95%以上，补偿后光强图像与发送端光强图像之间的均方误差明显减小。
大气光学 涡旋光束 卷积神经网络 相位预测 大气湍流
