1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京空间机电研究所， 北京 100089
4 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器，提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度，与一体化设计对比，分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活，缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真，优化传感器结构参数，最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明：该传感器的工作频段为0~1 200 Hz，在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz，三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g，横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求，在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。
光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度 fiber Bragg grating triaxial vibration sensor microminiaturization high sensitivity 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230518
1 澳门大学应用物理及材料工程学院 教育部联合重点实验室， 中国 澳门 999078
2 澳门大学科技学院 物理化学系， 中国 澳门 999078
3 澳门大学 教育部精准肿瘤学前沿科学中心， 中国 澳门 999078
碳点（CDs）作为一种新型光热纳米材料引起了肿瘤治疗领域的关注。然而，作为光热剂，碳点在深红（DR）至近红外（NIR）区域的光热转换效率有限。此外，碳点对肿瘤组织的靶向性也是急需解决的一个重要问题。本综述介绍了一些增强碳点深红或近红外吸收和光热转换效率的实用策略，包括尺寸调整、元素掺杂、表面修饰、半导体耦合和生物大分子包覆等。基于这些策略可以构建合适的碳点及其复合物，实现对肿瘤的靶向光热治疗。最后，我们希望建立高效的肿瘤识别和光热治疗一体化系统，实现碳点在肿瘤治疗中的临床应用，并为解决肿瘤相关问题和促进健康发展提供重要的科学意义和应用价值。
碳点 近红外吸收 光热特性 光热疗法 carbon dots near-infrared absorption photothermal property photothermal therapy 
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 College of Materials and Chemistry, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
The pandemic of respiratory diseases enlightened people that monitoring respiration has promising prospects in averting many fatalities by tracking the development of diseases. However, the response speed of current optical fiber sensors is still insufficient to meet the requirements of high-frequency respiratory detection during respiratory failure. Here, a scheme for a fast and stable tachypnea monitor is proposed utilizing a water-soluble C60-Lys ion compound as functional material for the tracking of humidity change in the progression of breath. The polarization of C60-Lys can be tuned by the ambient relative humidity change, and an apparent refractive index alteration can be detected due to the small size effect. In our experiments, C60-Lys is conformally and uniformly deposited on the surface of a tilted fiber Bragg grating (TFBG) to fabricate an ultra-fast-response, high-sensitivity, and long-term stable optical fiber humidity sensor. A relative humidity (RH) detecting sensitivity of 0.080 dB/% RH and the equilibrium response time and recovery time of 1.85 s and 1.58 s are observed, respectively. Also, a linear relation is detected between the resonance intensity of the TFBG and the environment RH. In a practical breath monitoring experiment, the instantaneous response time and recovery time are measured as 40 ms and 41 ms, respectively, during a 1.5 Hz fast breath process. Furthermore, an excellent time stability and high repeatability are exhibited in experiments conducted over a range of 7 days.
humidity sensor fullerene derivative optical fiber sensing tilted fiber Bragg grating nanomaterials Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021201
北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
离轴三反光学系统多采用长条形反射镜，为尽可能提高反射镜面形精度，其支撑结构形式多为柔性支撑；为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求，支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术，建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型，分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数，并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计，本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法，采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构，保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证，优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差（0.018λ）和装调方向重力下刚体位移（0.007 mm）均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行，可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。
长条形反射镜 柔性支撑 点阵结构 点云 优化算法
1 1.东南大学 机械工程学院, 南京 211189
2 2.高速飞行器结构与热防护教育部重点实验室, 南京 211189
高速飞行器中的陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地会遇到低速冲击问题, 低速冲击后的损伤形式以及剩余承载能力是影响飞行器结构安全的关键问题。本研究以二维编织SiC/SiC复合材料板件为研究对象, 在不同能量下开展了低速冲击试验, 分析了低速冲击载荷下试验件的表面损伤状态, 通过计算机断层扫描技术观察了试验件内部的损伤形貌, 结合冲击过程中的冲击响应曲线以及应变历史曲线, 分析了SiC/SiC复合材料低速冲击过程的损伤机理。针对含勉强目视可见损伤的试验件开展了冲击后剩余强度试验, 研究了勉强目视可见损伤对SiC/SiC复合材料剩余承载性能的影响。结果表明, 在低速冲击载荷的作用下, 试验件的表面损伤主要包括无表面损伤、勉强目视可见损伤、半穿透损伤以及穿透损伤, 试验件的内部损伤主要有锥形体裂纹、纱线断裂以及分层损伤。低速冲击损伤会严重影响SiC/SiC复合材料的剩余性能, 虽然试验件损伤勉强目视可见，但其剩余压缩强度为无损件81%, 剩余拉伸强度仅为无损件的68%。
SiC/SiC 陶瓷基复合材料 低速冲击 损伤特性 剩余强度 SiC/SiC ceramic matrix composites low-velocity impact damage characteristics residual strength
1 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621900
2 深圳市第二人民医院烧伤整形科，转化医学研究院，广东 深圳 518035
飞秒激光加工技术主要是利用激光焦点对材料进行微区去除，结合加工路径的精准规划和激光参数的精确调控，实现各种功能微结构的精密加工。然而，在实际加工过程中，材料表面并非都是理想平面，这引起激光焦点与材料表面的相对距离发生变化，导致材料表面接收的激光焦斑尺寸不一致，进而造成飞秒激光加工的微结构不均匀，最终不满足某些应用场景的实际需求。针对该问题，提出了基于分区域平面拟合和二维插值的两种校正方法，即在待加工区域内以少量采样点近似描述材料表面起伏形貌，并以此为依据校正加工路径的高度坐标，使飞秒激光加工过程中激光焦点和材料表面的相对距离控制在不影响加工效果的范围内。试验结果表明，这两种校正方法都能保证飞秒激光加工大面积微结构的均匀性和一致性，是解决非平整表面不易实现高品质微结构加工的有效方法。
飞秒激光 精密加工 非平整表面 分区拟合 二维插值 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714009
1 重庆邮电大学 光电工程学院，重庆 400065
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 400714
3 中国科学院大学 重庆学院，重庆 400714
针对红外图像细节模糊、对比度低等问题，提出了一种基于二次引导滤波的红外图像增强算法。首先，将原始红外图像作为引导图像，使用引导滤波提取出红外图像的细节信息；其次，将得到的细节信息再进行一次引导滤波处理提取出噪声更低的细节信息；最后，将原始红外图像和两部分的细节信息进行加权求和，实现红外图像增强。该算法能够提高红外图像对比度，增强红外图像细节信息。实验结果表明：相比于其他增强算法，本文算法增强之后的红外图像平均对比度提高了123%～246%，平均梯度提升了56%～101%，视觉效果获得明显改善，更能突显细节特征。基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)实现该算法时，占用资源低，处理640×512像素分辨率的单帧红外图像所需时间可达10.12 ms，能满足红外探测系统的实时性要求，具有一定的实用价值。
引导滤波 红外图像 图像增强 FPGA guided filtering infrared image image enhancement FPGA 
Author Affiliations
Abstract
Joint International Research Laboratory of Information Display and Visualization, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
All-dielectric metasurfaces are usually limited because of their static functionality and small scale. In this paper, we use an easy nanofabrication technique to fabricate all-dielectric metasurfaces with the advantages of having dynamic tunability and a large area. Using an anodized aluminum oxide (AAO) template as an evaporation mask, a large-area metasurface embedded in polydimethylsiloxane (PDMS) () is fabricated. The metasurface exhibits remarkable electric dipole (ED) and magnetic dipole (MD) resonances. Based on the solvent-swelling effect of PDMS in 20% toluene, the ED/MD resonance peak shifts dynamically to red. So far, to the best of our knowledge, a large-area metasurface embedded in PDMS and achieved by using the AAO template method has not appeared.
all-dielectric metasurface light manipulation nanodisk dynamic tunability Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 073601
1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
航空发动机尾喷流场的压力分布对反映发动机运行状态有重要意义，传统传感器的单点测量不适用于发动机尾喷流场测量的应用场景，于是将纹影测量方法引入航空发动机尾喷流场的定量测量中。提出一种采用纹影法解耦流速与密度场的高速气流压力场分布重构方法，以实现高速气流场的密度场、速度场和压力场的实时测量与重构。首先，通过纹影图像的亮暗变化获得光线偏折角，进而间接获得流场的密度分布；然后，通过连续帧的纹影图像，采用光流测速算法获得流速分布；最后，利用已获得的流速与密度信息，通过数值计算即可获得流场的静压分布和动压分布，进而获得总压分布。实验结果表明：与皮托管测量压力结果相比，所提方法的最大偏差约为5%。所提方法仪器精简易于实现，具备非接触测量的优点，是精确重构出高速流场压力分布的有效方法，同时该方法拓展了纹影法在流场定量测量中的应用范围。
视觉测量 纹影法 光流法 压力分布 航空发动机 光学学报
2023, 43(11): 1112004
