1 上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093
2 上海理工大学医用光学仪器与设备教育部重点实验室，上海 200093
3 北京大学长三角光电科学研究院，江苏 南通 226010
4 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程中心，上海 200093
光声信号的传统检测方法是基于超声技术，这样接触式的信号探测方式增加了交叉感染的风险，不利于临床应用。采用纯光学技术的光声成像可提升检测精度和临床舒适度，具有较强的临床应用价值。设计了采用调Q Nd∶YAG脉冲激光器作为激励源的光声信号激发系统，选用双频He-Ne激光器作为探测源采集光声信号，搭建的外差干涉系统产生携带光声信号特征的拍频信号，利用I/Q正交法解调出光声信号。首先通过超声换能器模拟振动信号验证系统性能，实验结果表明光声信号探测系统能较好地还原出超声振动信号，且与水浸探头相比，振动频率的相对测量误差只有0.04%，绝对差值为0.2 kHz。然后以碳棒和离体生物组织作为样品，利用短脉冲光激励诱导光声信号，采用本系统和超声探头进行信号探测，对比分析结果显示所搭建的外差系统在检测带宽内可以实现光声表面振动波的非接触、高精度探测。
生物光学 外差干涉 光声信号 I/Q正交法 非接触式探测
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室, 合肥 230009
溶液制备的钙钛矿薄膜通常含有大量晶界, 会降低薄膜结晶质量, 导致缺陷复合, 不利于提升器件性能。因此，制备更高结晶质量的薄膜来进一步提升能量转化效率是钙钛矿太阳能电池面临的挑战。液晶分子具有强的自组装能力和形貌调节能力, 本研究引入一种向列型单分子液晶4-氰基-4′-戊基联苯(5CB)作为甲脒铅碘(CH(NH2)2PbI3, FAPbI3)钙钛矿前驱液的添加剂, 可以增大钙钛矿晶粒尺寸, 减少晶界。此外, 5CB的氰基能钝化钙钛矿晶粒表面未配位的Pb2+, 降低缺陷态密度, 从而抑制非辐射复合。经过优化, 添加0.2 mg/mL 5CB的钙钛矿太阳能电池的能量转化效率达到21.27%, 开路电压为1.086 V, 电流密度为24.17 mA/cm2, 填充因子为80.96%。本研究证明使用单分子液晶作为添加剂是提升FAPbI3钙钛矿电池性能的有效策略。
钙钛矿太阳能电池 甲脒铅碘 液晶 4-氰基-4′-戊基联苯 缺陷钝化 perovskite solar cell FAPbI3 liquid crystal 4-cyano-4′-n-pentyl-biphenly defect passivation
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室, 合肥 230009
近年来, 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池以其优异的性能和低廉的制造成本受到了广泛关注。然而, 其含有铅元素的毒性以及稳定性阻碍了进一步商业化应用。双钙钛矿材料Cs2AgBiBr6具有稳定性优异、毒性低、载流子寿命长和载流子有效质量小的优势, 是一种颇具潜力的光伏材料, 已被应用于太阳能电池并展现出良好的性能。但是Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的光电转换效率还无法与有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池相媲美, 发展仍面临诸多挑战。本文首先介绍了Cs2AgBiBr6的晶体结构及容忍因子等结构参数; 然后介绍了溶液法、反溶剂辅助成膜法、气相法、真空辅助成膜法以及喷涂法等薄膜制备工艺的进展, 评述了各种薄膜制备工艺的优缺点; 接着从元素掺杂、添加剂工程及界面工程(界面能级匹配和界面缺陷钝化)三方面介绍了Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的性能优化策略, 结合近年来的研究进展进行了评述; 最后指出Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池面临的挑战, 并从前驱体溶剂工程、带隙工程以及器件降解机理三方面展望了未来研究方向。
Cs2AgBiBr6 太阳能电池 光电转换效率 双钙钛矿 综述 Cs2AgBiBr6 solar cell power conversion efficiency double perovskites review
1 华东师范大学计算机科学与技术学院, 上海 200062
2 丰华东师范大学计算机科学与技术学院, 上海 200062
3 华东师范大学计算机科学与技术学院, 上海 200062同济大学软件学院, 上海 200092
在大数据时代, 依靠以机器学习为代表的人工智能技术从海量、复杂多样的电磁大数据中快速挖掘出有效的信息是当前的研究热点。面向电磁数据的机器学习算法具有多样性、多变性的特点, 要求相关人员具有专业能力与编程知识。为解决电磁大数据挖掘实现过程中的复杂编程问题, 提出面向电磁大数据的图形化编程平台, 将机器学习的各类算法组件化, 用户无需编写代码即可建立机器学习模型和工作流分析数据, 并以可视化的方式分析电磁数据, 帮助用户进一步理解数据, 具有快速开发与易上手的优点。
电磁大数据 机器学习 可视化 图像化编程 electromagnetic big data machine learning visualization graphical programming 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1485
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
星载测风干涉仪采用临边观测模式测量大气气辉谱线的多普勒频移来实现大气风场探测，干涉仪有效覆盖性会受到探测目标源及卫星平台模式的限制，在卫星任务规划前端对观测数据进行分析，判断其是否满足科学目标，对风场数据应用具有重要意义。首先，建立了临边观测几何模型，对卫星运行期间仪器的临边切点分布情况进行仿真；其次，探讨了影响仪器有效观测的主要因素，并以昼气辉探测为例，分析在不同时段下，太阳入射角与干涉仪有效时空覆盖性之间的关系；最后使用分离变量法研究卫星轨道参数对测风干涉仪有效覆盖性的影响，并评估不同轨道参数下的干涉仪对欧亚大陆的覆盖百分比。结果表明：1）影响仪器有效观测的因素主要为太阳天顶角和太阳散射角，太阳入射角影响切点纬度覆盖范围和切点地方时；2）卫星轨道倾角和轨道高度共同决定仪器有效覆盖效率，且轨道倾角为欧亚大陆覆盖百分比的主要影响因素，当轨道倾角在60°~80°之间时，覆盖百分比可达到百分百。文中为星载干涉仪的后续设计及性能评估提供了观测几何框架，实现了载荷观测覆盖效能的定量分析，且该模型具备泛用于其他各类大气光学遥感载荷观测模式分析的能力。
星载测风干涉仪 临边观测 数据有效性 覆盖性 覆盖百分比 spaceborne wind interferometer limb observation data validity coverage coverage percentage 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230106
1 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津 300300
2 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
基于逐次阶散射法对矢量辐射传输方程进行求解，考虑了多次散射现象以及地表反射模型，研究了实际天气条件下不同能见度天气中气溶胶的散射偏振特性。基于北京地区2019年较长时间范围内的能见度统计，选取具有代表性的高能见度和低能见度天气。依据AERONET气溶胶宏观和微观数据，采用更能反映地表情况的耦合地表反射模型。仿真得出了不同能见度天气条件下的气溶胶散射光Stokes矢量，进而求得偏振度。仿真结果表明，低能见度和高能见度天气条件下的气溶胶散射偏振特性有所不同。低能见度天气条件下，随着太阳天顶角的增大，向下的1次散射光I、Q、U分量无规律变化，而向下的高阶散射光以及向上的各阶散射光的I、Q、U分量随太阳天顶角的增大而增大。在高能见度天气条件下，各阶散射光的I、Q、U分量变化趋势比较一致，均随天顶角的增大而增大，偏振度也是如此。实际天气条件下的气溶胶散射偏振特性对气溶胶散射偏振特性遥感、气溶胶微物理特性反演具有重要意义。
大气光学 能见度 气溶胶 多次散射 偏振 逐次阶散射法 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2101001
1 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室，北京 100101
2 中国科学院大学，北京 100049
3 安徽师范大学地理与旅游学院，安徽 芜湖 241003
4 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116
5 北京环境特性研究所，北京 100143
6 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
全球气候治理和温室气体减排已经到了刻不容缓的地步。自工业革命以来，大气甲烷（CH4）体积分数一直持续上升，目前全球平均值已达约1895.7×10-9，加上CH4全球变暖潜能值比二氧化碳（CO2）高约27~30倍，因此对大气CH4的监测成为碳减排的重点与热点。利用卫星遥感探测速度快、覆盖范围广、获取信息丰富等优势，可以实现高精度、高时空分辨率且全球覆盖的大气CH4浓度监测。据此，首先对大气CH4探测卫星及传感器的发展进行梳理与介绍，从早期的被动热红外探测，到对近地CH4浓度变化更为敏感的被动短波红外探测，再到以甲烷遥感激光雷达任务（MERLIN）为代表的主动型探测，CH4探测传感器空间分辨率提升至5~10 km，探测精度提升至10×10-9以内，并朝着高时空分辨率、高精度和连续观测一体化的目标不断发展；然后，对各类传感器不同算法的原理、适用条件和反演精度等进行归纳总结，其中精度最高、应用最为广泛的全物理算法的反演精度已达到了0.3%；最后，结合大气CH4卫星遥感发展现状与双碳目标的战略需求，对CH4卫星遥感和反演研究的发展趋势进行总结与分析，旨在为我国大气CH4卫星遥感体系建设提供一定的参考。
大气遥感 传感器 碳减排 温室气体 甲烷 反演算法 光学学报
2023, 43(18): 1899904
1 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 航天东方红卫星有限公司, 北京 100094
4 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
5 中国科学院大学, 北京 100049
为探究多角度偏振在紫外波段对气溶胶层高 (ALH) 的探测能力，在不同的观测几何、气溶胶和地表类型等条件下系统评估了多角度偏振在紫外波段的ALH反演信息量。基于最优估计理论和信息量分析方法，分析了紫外波段365 nm和388 nm两个通道模拟仿真数据对ALH的灵敏度，并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明：(1) 多角度偏振观测可有效提高ALH反演的信息量。(2) 多角度卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升，当反演中使用的角度数增加到5个时，ALH的信号自由度 (DFS) 提升了0.4以上。(3) 添加388 nm波段偏振观测或365 nm波段强度观测这两种方案均能提升ALH的DFS。但相对而言，偏振观测方案受气溶胶模型误差影响更小，能更好地提升ALH反演的信息量，尤其是改善了低气溶胶光学厚度 (AOD) 条件下的ALH反演。
气溶胶边界层高度 最优化估计反演 信息量分析 后验误差 aerosol layer height optimal estimation inversion information content analysis posteriori error 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 357
1 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津 300300
2 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
从能见度定义出发，提出采用SBDART辐射传输模式结合CALIPSO卫星数据求解辐射传输方程，对华北地区斜程能见度进行了详细的仿真与分析。首先，使用SBDART模式结合CALIPSO卫星数据获取实际条件下天空背景辐射亮度。然后，根据斜程能见度探测原理，得到斜程能见度所处区间，进而采用-二流近似估计区间内部辐射亮度分布，从而反演得到精确的斜程能见度。结果表明，采用CALIPSO卫星数据结合SBDART模式模拟大气辐射传输过程，计算结果与MERRA-2辐射数据变化趋势一致，相关系数达到0.949；使用-二流近似能更加高效地模拟辐射传输过程，且提出方法结果与SBDART模式保持较好的一致性，两者相对误差在14.3%以内；当斜程能见度小于1 km时，使用提出方法反演斜程能见度同经验公式相比误差约为7.1%，且适用于15°以外以及向上观测的斜程能见度探测。
大气光学 斜程能见度 SBDART δ-二流近似 CALIPSO 光学学报
2023, 43(12): 1201004
1 上海理工大学健康科学与工程学院，生物医学光学与视光学研究所，医用光学技术与仪器教育部重点实验室，上海 200093
2 上海市杨浦区市东医院眼科，上海 200438
3 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海现代光学系统重点实验室，上海 200093
近视是一种常见眼病，已成为中国青少年视力下降的主要原因。近视防控是一个关系国家和民族未来的大问题，已经上升为国家战略。当前近视防控的有效手段之一就是建立屈光发育档案，并根据数据给出眼屈光度的预测。然而，目前市面上并没有一款专用于屈光发育档案数据采集的设备。笔者基于前期研究，结合干涉、波像差和图像分析等技术建立了眼屈光度与生物参数一体化测量系统，主要测量眼轴长度、角膜曲率、前房深度和屈光度等参数。使用组内标准差、测试重复性、变异系数和组内相关系数评估了实验样机测量的可重复性。通过比较实验样机和IOL Master 500的测量结果，验证了实验样机测量结果的准确性和一致性。从组内标准差和测试重复性的数值可以看出：眼生物参数和屈光度测量都有很高的重复性；眼生物参数的变异系数均低于3%，眼轴长度和角膜曲率的变异更小（≤0.256%）；组内相关系数均高于0.6。说明测量结果具有较高的一致性。实验样机与IOL Master 500测得的眼轴长度、角膜曲率、前房深度数值无显著差异（P>0.05），说明实验样机测量结果的准确性很高。这些结果表明这样的一体化设计能完成基本的眼屈光度和生物参数测量。随着技术的迭代，该系统有望成为近视防控专用的屈光档案数据采集设备，为近视防控提供必要支撑。
医用光学 近视 眼生物参数 屈光度 干涉 波像差分析 一体化
