一阶逼近格林瓦尔-莱特尼科夫(G-L)加权系数的计算具有准确快速的递推公式，而高阶逼近鲁比希加权系数的求解则复杂度高，计算消耗时间长。本文通过傅里叶变换证明了鲁比希算子的逼近阶，并基于移位鲁比希算子提出一类四阶逼近的加权移位鲁比希差分(WSLD)算子。从数字信号处理角度分析 WSLD算子滤波特性，设计基于 WSLD算子的分数阶数字 FIR微分滤波器并进行数值仿真验证。对比 Al-Alaoui、鲁比希 2种典型分数阶算子，结果表明，利用 WSLD算子求解分数阶数字 FIR滤波器滤波系数的算法简单、高效，且相对其他算子能有效减小吉布斯效应影响。
鲁比希加权系数 WSLD算子 滤波特性 分数阶 FIR微分器设计 Lubich weighting coefficient Weighted Shifted Lubich Difference operators filtering characteristics fractional order FIR differentiator design 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 652
在由FPGA超前进位单元级联构成的抽头延时链中, 非线性通常较差, 是TDC测量系统需要解决的重要问题之一。为了解决该问题, 文章在已有的抽头采样序列(“SCSC”)基础上, 提出了“混合”抽头采样序列的方法, 显著改善了延时单元的非均匀性。所搭建的TDC包含了抽头延时链、采样逻辑电路、编码逻辑电路、码密度校准等模块, 并在Xilinx Kintex-7系列芯片上进行验证。测试结果表明, 提出的方法相较于“SCSC”序列下的微分非线性降低了32.0%, 积分非线性降低了22.8%。通过进一步校准, 所实现的TDC分辨率(LSB)为13.51 ps, 测量精度为19.17 ps, 微分非线性为［-0.45, 0.96］LSB, 积分非线性在［-3.27, 1.33］LSB之间。
时间数字转换器 超前进位链 码密度校准 time to digital converter Carry4 code density calibration
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
4 度亘核芯光电技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000
采用反射式体布拉格光栅（VBG）实现半导体激光锁频是激光技术应用中的关键技术之一，进一步压窄半导体激光的输出光谱线宽、提高外腔效率是研究重点。采用微通道水冷半导体激光模块，利用衍射效率为18%的VBG构建激光外腔，分析了前端面反射率分别为0.02%、0.20%、0.40%时的输出光谱与外腔效率。研究结果表明，半导体激光前端面反射率的降低能够进一步优化半导体激光器的输出光谱，提高外腔效率，压窄输出光谱线宽，实现大驱动电流范围的激光锁频。对于前端面反射率为0.02%的半导体激光器，激光输出中心波长锁定在779.8 nm处，光谱线宽压缩至0.08 nm，温漂系数为6.25 pm·℃-1，电流漂移系数为0.9 pm·A-1，外腔效率达到106%，连续输出功率达到127 W。
激光器 波长稳定 线宽窄化 外腔反馈 体布拉格光栅 中国激光
2023, 50(23): 2301003
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心，江苏 苏州 215006
3 江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
4 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
5 奥徒（上海）激光技术有限公司，江苏 苏州 215123
通过改变飞秒激光的能量密度和扫描次数，分别采用90°和60°两种激光交叉线扫描方式，在钛合金表面制备了一系列方形和菱形微结构，系统地研究了飞秒激光参数对表面形貌和润湿性的影响。利用 X射线光电子能谱测量分析了激光织构前后的表面化学成分变化。结果表明：表面结构的轮廓形貌更加依赖于激光的能量密度，而扫描次数主要影响结构的特征尺寸。不同的飞秒激光参数下获得的织构钛合金表面表现出不同程度的亲水性提升。较高的激光能量密度和扫描次数有利于增大钛合金表面的粗糙度，同时导致大量的金属氧化物富集，从而促进了液滴的浸润。
激光技术 飞秒激光 表面织构 钛合金 亲水性 中国激光
2023, 50(16): 1602208
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 江苏省苏州大学现代光学技术教育部重点实验室，江苏 苏州 215006
4 奥徒（上海）激光技术有限公司，江苏 苏州 215123
利用飞秒激光脉冲开展了零热膨胀系数Li2O-Al2O3-SiO2（LAS）透明微晶玻璃的非光学接触式焊接研究，分析了不同能量飞秒激光焊接LAS透明微晶玻璃的焊缝形貌和剪切强度，并对焊接后LAS透明微晶玻璃的透过率进行了测量。在激光脉冲宽度为300 fs、波长为1030 nm、单脉冲能量为3.0 μJ时，焊接后LAS透明微晶玻璃的剪切强度高达23.51 MPa，光学透过率相对于原始LAS透明微晶玻璃下降了5%。随着单脉冲能量的增加，LAS透明微晶玻璃的光学透过率发生不同程度的下降，改性区域逐渐远离焦点，向激光源方向移动，使得分界面处的焊缝宽度先增大至10.7 μm而后逐渐减小。X射线衍射分析结果表明，在该激光参数下实现了LAS透明微晶玻璃焊接而未产生新的晶相。
激光技术 飞秒激光 透明微晶玻璃 玻璃焊接 单脉冲能量 非光学接触 中国激光
2023, 50(16): 1602104
Nian Zhang 1,2,3,4Baoxing Xiong 1,2,3,4Xiang Zhang 1,2,3,4Xiao Yuan 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Soochow University, School of Optoelectronic Science and Engineering, Suzhou, China
2 Soochow University, Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology, Suzhou, China
3 Soochow University, Key Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province, Suzhou, China
4 Soochow University, Key Lab of Modern Optical Technologies of Education Ministry of China, Suzhou, China
Optical orbital angular momentum (OAM) multiplexed holography has been implemented as an effective method for information encryption and storage. Multiramp helicoconical-OAM multiplexed holography is proposed and experimentally implemented. The mode selectivity of the multiramp mixed screw-edge dislocations, constant parameter K, and normalized factor are investigated, respectively, which demonstrates that those parameters can be used as additional coding degrees of freedom for holographic multiplexing. The combination of the topological charge and the other three parameters can provide a four-dimensional multiplexed holography and can enhance information capacity.
orbital angular momentum multiplexed holography multiramp helicoconical beams multiple-dimensional multiplexing information encryption Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036013
介绍并研究一类具有物理可实现性的描述分数算子有理迭代过程的非正则标度方程, 提出几种新型分抗逼近电路, 并用广义非正则标度方程描述。推广出基于未知参量 m,n的一类非正则标度方程, 并研究其描述的分数算子有理迭代过程的特性。置换已知分抗逼近电路中元件位置获得 4种新的分抗逼近电路, 并用相应的广义非正则标度方程描述。研究表明, 广义非正则标度方程具有不同的近似解。最后, 介绍广义非正则标度方程描述的阻抗函数代数迭代过程的优化方法, 基于新型分抗逼近电路, 提出几种具有高运算恒定性的任意阶标度分形分抗逼近电路设计方案。设计分数阶微电路仿真实验, 验证新型分抗逼近电路的运算性能。
分数微积分 分数算子 广义非正则标度方程 优化 运算恒定性 fractional calculus fractional operator generalized irregular scaling equation optimization operational constancy 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 102
1 合肥工业大学 微电子学院， 合肥 230009
2 合肥工业大学 数学学院， 合肥 230009
随着大数据、云计算、物联网等技术的兴起，终端设备在硬件开销和供电方面面临巨大挑战，对于新型高效低功耗运算单元的需求日益迫切。针对运算单元功耗高的问题，提出了一种新型高效低功耗的近似Booth乘法器，可应用于图像处理、多媒体处理、模式识别等可容错应用领域。实验结果表明，与已有乘法器相比，所提出的近似Booth乘法器在功耗和延时方面分别降低了19.3%和28.6%，在面积方面节省了29.0%。同时，所提出的近似Booth乘法器的运算精度也具备一定的优势。最后，在高斯滤波的应用中验证了所提出的近似Booth乘法器的实用性。
近似计算 低功耗 Booth乘法器 图像滤波 approximate computing low power Booth multiplier image filtering
从信号处理角度考察 Lubich系数，分析了 Lubich系数的频域特性。设计了一种基于快速傅里叶逆变换(IFFT)的 Lubich系数的快速算法。IFFT算法直接求解的 Lubich系数不准确，在甚低阶运算时频域存在吉布斯效应，新算法利用零频赋值可有效减弱该效应。数值仿真结果表明，与 Lubich准确系数相比，在一定真分数运算阶范围内，新算法求得的 Lubich近似系数构建数字分数微分器有更好的效果，且新算法计算复杂度低，运算效率高。
分数阶导数 滤波函数 高阶逼近 频域特性 计算复杂度 fractional derivative filter function high-order approximation frequency characteristics computational complexity 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(6): 608
