Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, CAS Key Laboratory of Materials for High-Power Laser, 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 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science (CEULS), State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 e-mail: n.n.dong@siom.ac.cn
Since the emergence of graphene, transition metal dichalcogenides, and black phosphorus, two-dimensional materials have attracted significant attention and have driven the development of fundamental physics and optoelectronic devices. Metal phosphorus trichalcogenides (), due to their large bandgap of 1.3–3.5 eV, enable the extension of optoelectronic applications to visible and ultraviolet (UV) wavelengths. Micro-Z/I-scan (-Z/I-scan) and micro-pump-probe (-pump-probe) setups were used to systematically investigate the third-order nonlinear optical properties and ultrafast carrier dynamics of the representative material . UV-visible absorption spectra and density functional theory (DFT) calculations revealed a quantum confinement effect, in which the bandgap decreased with increasing thickness. The two-photon absorption (TPA) effect is exhibited under the excitation of both 520 and 1040 nm femtosecond pulses, where the TPA coefficient decreases as the thickness increases. In contrast, the TPA saturation intensity exhibits the opposite behavior that the TPA saturation is more likely to occur under visible excitation. After the valence band electrons undergo photon transitions to the conduction band, the non-equilibrium carriers relax through non-radiative and defect-assisted recombination. These findings provide a comprehensive understanding of the optical response process of and are a valuable reference for the development of optoelectronic devices.
Photonics Research
2024, 12(4): 691
1 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
针对传统水接触角测量过程需要人工干预，导致测量结果精度低、可复现性差等问题，提出一种基于改进Faster RCNN的水接触角测量方法。首先，把Faster RCNN骨干网络VGG16替换为ResNet101，在其残差块末尾处添加注意力机制模型convolutional block attention module（CBAM），增强网络提取特征的能力；其次，融入特征金字塔网络（FPN），充分提取不同尺度下的特征信息，此外，引入Focal损失函数来解决正负类样本不均衡的问题；最后，对定位到的水滴进行边缘检测和角点提取，再利用迭代重加权最小二乘法（IRLS）拟合椭圆轮廓计算水接触角。实验结果表明，改进后的Faster RCNN目标检测算法与原算法相比，平均精度均值提高10.794%，速度提升11 frame/s，水接触角测量结果平均标准偏差为0.109°。
图像处理 水接触角 特征金字塔网络 注意力机制 Faster RCNN 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812002
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西省人工影响天气中心，陕西 西安 710016
冰晶是云滴谱的重要组成部分，其对全球辐射收支平衡、全球气候变化、水文循环、人工影响天气作业等具有重要的影响。目前2~100 μm的冰晶与液滴混合相态难以区分，且存在难以提供冰晶微物理参数的瓶颈问题。针对这两个问题，本文基于数字全息理论，利用全域数字图像融合方法、局部亮度梯度方差法和旋转卡壳法，结合固液相粒子圆度概念，实现了云中液滴和冰晶的混合相态识别，在特定圆度阈值下，液滴和冰晶的识别率大于93%；再结合光学图像识别技术，获得冰晶粒子的面积、周长、凸包和最小外接矩形数据；最终利用上述数据获得了冰晶微物理参数。通过在低温云室中的观测实验，获取了板状、枝状和六角冰晶的微物理参数，该方法解决了冰晶观测中的瓶颈问题。此外，通过冰晶采样间隔时间和不同时刻的质心三维坐标和等效直径，还可获得冰晶粒子的三维运动速度与轨迹。该方法对提升数值天气预报精确度，以及人工影响天气作业具有重大意义。
数字全息 粒子相态识别 冰晶 粒子速度
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
利用量子信道和经典信道相结合的方法，采用部分脱体传输设计了连续变量量子克隆方案，在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明：双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模，取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引，但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于。在输出模的最优增益下，观察了输出模和输出模的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化，发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度，且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。
量子光学 量子克隆 量子关联 双向导引
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210023
柱矢量光束的紧聚焦在光学微操纵、光学存储、激光微加工、超分辨率成像和粒子加速等领域发挥着重要作用。亚波长光栅平凹透镜对柱矢量光束的紧聚焦的能力仍有提升空间，本文利用闪耀结构将光的能量从零级转移并集中到-1级，对亚波长光栅平凹透镜的聚焦性能进行优化。提高了透镜的衍射效率，增强了焦场的能量。通过调整高斯径向偏振光的形状参数，改变入射光振幅及入射区域半径实现对焦场能量的动态调控。进一步地，调控柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地横向调制焦场，获得多样化形貌的焦斑。本文的优化手段对于其他光栅透镜也具有参考意义，该研究结果在超分辨率成像以及光场调控等领域具有潜在的应用价值。
亚波长光栅透镜 柱矢量光束 闪耀结构 聚焦 调控
光子学报
2023, 52(12): 1201002
传统光伏面板缺陷检测任务以人工目视方法为主，存在效率低、精度差、成本高等问题。提出基于深度学习的融合光伏面板可见光图像与红外图像的缺陷检测网络，即多源图像融合网络(Multi-source Fusion Network, MF-Net），实现光伏面板的缺陷检测。 MF-Net以 YOLOv3 tiny为主干结构，并针对光伏面板缺陷特征进行网络结构改进。其中包括：在特征提取模块中增加网络深度并融入密集块结构，使得 MF-Net能够融合更多高层语义信息的同时增强特征的选择；将双尺度检测增加为三尺度检测，以提高网络对不同尺寸缺陷的适用度。此外，提出自适应融合模块，使特征图融合过程中可以根据像素邻域信息自适应分配融合系数。实验结果表明，相比基于 YOLOv3 tiny的融合网络，改进后的融合检测网络 mAP提高 7.41%；自适应融合模块使 mAP进一步提升 2.14%，且自适应融合模块能够有效提高特征的显著性；在与单一图像（仅有可见光图像或红外图像）的检测网络及其他融合图像检测网络的对比实验中，所提出的网络 F1 score最高（F1＝0.86）。
光伏面板 图像融合 缺陷检测 可见光图像 红外图像 photovoltaic panel, image fusion, defect detection
1 成都工业学院 材料与环境工程学院,成都 611730
2 西南交通大学 土木工程学院,成都 610031
3 四川省机场集团有限公司,成都 610000
4 四川路桥华东建设有限责任公司,成都 610200
为控制开挖轮廓的成型效果与减弱爆破作用对保留岩体的扰动, 以跨金沙江特大拱桥云南岸约51 m深且一次开挖约20 m深的基坑爆破为工程背景, 主爆孔采用逐孔起爆加强松动爆破设计与施工, 周边孔采用光面爆破设计与施工, 总结了一套适用于深陡拱桥基坑开挖的深孔光面爆破技术, 并对光爆孔内气体作用过程、孔壁膨胀压力和爆破损伤范围进行理论计算与分析。爆破结果表明: 采用深孔光面爆破技术可以形成平整的开挖轮廓面, 相对完整岩体的半孔率可达90%以上, 相对破碎岩体的孔痕保留较少但超欠挖依然可控, 极大地降低了岩壁表面的应力集中; 光面爆破装药段附近不会形成粉碎区, 且保留岩体的最大损伤范围约49 cm, 充分保证了岩壁稳定与施工安全; 光面爆破施工过程中采取台阶底部开挖面缓倾向于临空面、棉质细绳绑扎药卷牵引装药以及每间隔5~7个光爆孔设置孔内起爆雷管与孔外传爆雷管等工程措施以确保爆破的可靠性、安全性及经济性, 取得了良好的社会和经济效益, 同时也对类似工程具有一定的指导和借鉴作用。
拱桥基坑 深孔光面爆破 爆破损伤 arch bridge foundation pit deep hole smooth blasting blasting damage
