1 西安电子科技大学光电工程学院，陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学前沿交叉研究院，陕西 西安 710071
3 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心，北京 100190
4 航天江南集团有限公司，贵州 贵阳 550009
翠绿宝石激光器在医疗美容等领域发挥着重要的作用，其通常采用红光二极管（LD）激光器作为泵浦源，可以获得较高的转化效率，但红光LD激光器的光束质量较差，不适合直接作为克尔透镜锁模激光器的泵浦源，商用的绿光激光器以其优异的光束质量成为了克尔透镜锁模翠绿宝石激光器的首选泵浦源。报道了一种绿光泵浦的克尔透镜锁模翠绿宝石激光器。实验采用商用532 nm全固态绿光激光器作为翠绿宝石激光器的泵浦源，当泵浦光功率为10 W时，实现了稳定的锁模脉冲输出，重复频率为92 MHz，平均功率为369 mW，脉冲宽度为86 fs，中心波长为749 nm，光谱半峰全宽为6.3 nm。
激光器 全固态激光器 绿光泵浦 克尔透镜锁模 翠绿宝石
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 3.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
在轨高真空环境下, 航天器所用非金属材料会释放出碳氢类、硅氧烷等有机分子污染物, 沉积在航天器光学系统等敏感表面, 影响航天器性能和使用寿命。沸石分子吸附涂层可以实时吸附空间污染物, 但对其吸附作用机制还缺乏深入研究。为深入分析空间污染物分子在沸石内部的吸附机制, 本工作采用巨正则蒙特卡洛方法模拟计算了NaY沸石对三种典型空间污染物(甲苯(C7H8)、邻苯二甲酸二甲酯(C10H10O4)和八甲基环四硅氧烷(C8H24O4Si4))的吸附行为(吸附等温线、吸附热曲线和粒子密度分布图)。模拟和实验数据的对比分析验证了计算模型和方法的合理性。在超高真空条件下, NaY沸石对空间污染物表现出较高的吸附量, 但其饱和吸附量随着分子尺寸的增加而降低(C7H8>C10H10O4>C8H24O4Si4), 其中八甲基环四硅氧烷分子的饱和吸附量仅为8个分子, 远低于甲苯的36个分子。污染物分子在沸石内部的密度分布图显示, 三种污染物均优先吸附于NaY沸石的“超笼”位点。本研究系统分析了NaY沸石对典型污染物的吸附机制, 为高吸附性能的沸石分子筛吸附涂层的研发提供了理论指导。
蒙特卡洛模拟 NaY沸石 吸附机理 空间污染物 Monte Carlo simulation NaY zeolites adsorption mechanism space contaminants
中铁十九局集团 矿业投资有限公司, 北京 100161
在露天矿台阶爆破时, 台阶区域内的岩石移动轨迹是露天矿实现精准采矿的重要影响因素, 尤其针对矿化不均匀的矿体。针对乌山铜钼矿台阶爆破过程中内部岩石移动轨迹尚不明确的难点问题, 将通过采用信号标志物的跟踪算法, 并依托满洲里乌山铜钼矿开展了现场台阶爆破测试。通过现场智能信标安装、定位、监测和数据分析, 研究结果表明: 第一排信标运动时间长, 移动速度快, 平均速度达到5.8~9.8 m/s, 运动距离在18.4~29.4 m; 由于受到台阶前段岩体的约束和阻碍, 2#监测信标的运动时间、飞行速度与移动距离明显下降, 平均速度为1.8~4.8 m/s, 运动距离为5.3~14.2 m; 3#爆破孔信标移动距离和移动时间最小, 3-3号信标斜向下俯冲角度达到25°左右, 6-1、6-2、6-3号信标斜向下俯冲角度较为平缓2°~8°左右。从深度上来看, 浅部信标在前冲的这段时间内, 前半段水平向前移动, 后半段有明显的下降趋势, 深部信标的垂直运动距离明显小于浅部信标。
露天矿 台阶爆破 岩石移动轨迹 信号标志物 open-pit mine bench blasting trajectory of rock movement signal marker
1 北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系, 北京 100083
2 北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系, 北京 100083北京市工业波谱成像工程技术研究中心, 北京 100083
在太赫兹光谱实验测试中, 为了提高系统信噪比, 被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态, 然而在安检等实际应用场合中, 自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、 凸起等特殊形态, 这会对太赫兹光谱产生影响, 这些影响与特殊形态的尺寸有关, 但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。 首先, 对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模, 研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。 通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量, 获得了太赫兹波的束腰半径等参数。 然后, 选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验, 将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况, 通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。 最后, 由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上, 凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用: 随着凹陷深度的增加, 光谱传递函数幅值周期越来越小, 两者之间存在单调的定量关系, 且不会受到凹陷半径的影响。 利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测, 当可用频谱宽度为1.2 THz时, 凹陷深度的最低检测值为0.53 mm; 随着凹陷半径的增加, 光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势, 两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。 当凹陷半径大于5 mm时, 光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大, 样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系, 这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。 研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中, 还可用于设计样品表面形态, 使其具有期望的光谱传递函数。
太赫兹光谱技术 透射模型 表面形态 高斯光学 Terahertz spectroscopy Transmission model Surface morphology Gaussian optics 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2843
1 北京林业大学水土保持学院, 北京 100083
2 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心, 内蒙古 磴口 015200
沙尘天气事件作为一种危害性极大的灾害天气, 对我国西北干旱区生态环境影响显著。 借助于地面实测颗粒物数据、 MODIS影像数据、 OMI传感器影像数据、 CALIPSO激光雷达数据, 采用HYSPLIT模式对我国西北地区2016年一次典型沙尘事件时空演变特征进行研究。 首先, 基于PM2.5/PM10指数判断西北地区典型城市大气污染源性质以及污染情况; 然后, 利用MODIS影像MCD19-A2数据产品-气溶胶光学深度AOD数据、 OMI-Aura L3级OMAEROe数据产品-紫外吸水性气溶胶指数AAI数据和CALIPSO-Level1级数据, 分析大气气溶胶中沙尘水平空间分布特征; 最后, 借助HYSPLIT模式模拟沙尘气流后向轨迹, 确定区域内沙尘传送路径。 研究结果显示, 西北地区典型城市中西宁、 兰州、 银川在2016年4月30日—5月1日前后PM10指数均超过200 μg·m-3, PM2.5/PM10均小于0.6, 且处于较低值, 这表明是由于自然污染源影响导致空气中可吸入颗粒物含量上升, 可推测此次为沙尘暴事件影响; 大气气溶胶在沙尘事件发生期间呈现出明显水平变化特征, 沙尘事件起源于南疆盆地, 在5月1日至5月4日持续影响新疆南部和中部地区, 青海、 甘肃、 宁夏以及陕西部分地区也受到影响; 根据其变化可知, 塔克拉玛干沙漠是本次沙尘天气事件气溶胶污染形成的中心, 此次沙尘暴事件影响范围主要有新疆南部盆地和中部以及青海省北部地区; 通过对气流轨迹模拟结果来看, 2016年4月30日—5月1日沙尘暴事件通过偏西型路径主要影响新疆以及青海部分地区, 经分析可得其沙尘物质可能来源于南疆盆地、 新疆北部位于准噶尔盆地内部古尔班通古特沙漠以及境外哈萨克斯坦等地区。 这些研究结果将为抑制西北地区沙尘源地起沙过程、 保护生态环境可持续发展提供重要科学依据。
沙尘天气 遥感影像 大气气溶胶 沙尘运移 西北干旱区 Sandstorm event Remote sensing Atmospheric aerosol Dust migration Arid Northwest China 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1862
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 王之江激光创新中心，上海 201800
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
针对同时兼顾大范围搜索和精确识别目标的迫切需求，研制了一种大变倍比红外变焦成像系统，设计两片独立运动的变倍镜及一片补偿镜，通过两个变倍镜级联的方式获得大变倍比。结合系统运动镜片多及变焦曲线复杂的特点，采用直线运动机构实现镜片变焦运动，使用集成编码器及螺纹丝杆的直线电机作为驱动。通过有限元仿真开展了系统力学分析，所设计镜片最大位移为3.04×10-3 mm。成像系统适用于中波红外制冷式640×512焦平面阵列探测器，变倍比达到55倍。实验室成像及外场实景成像的结果表明，系统在焦距由6 mm至330 mm连续变化的过程中成像清晰、像质良好，验证了系统的连续变焦成像性能，该设计合理可靠。研究成果在搜索、跟踪、侦察、监视等方面有广阔的应用前景。
红外变焦成像系统 大变倍比 直线运动机构 直线电机 infrared zoom imaging system large zoom ratio linear motion mechanism linear motor 
Author Affiliations
Abstract
1 Center of Material Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Photonics Laboratory, Munich University of Applied Sciences, Munich 80335, Germany
3 Institute for Measurement and Sensor Technology, Technical University of Munich, Munich 80333, Germany
4 College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
In the aerospace field, for aerospace engines and other high-end manufacturing equipment working in extreme environments, like ultrahigh temperatures, high pressure, and high-speed airflow, in situ temperature measurement is of great importance for improving the structure design and achieving the health monitoring and the fault diagnosis of critical parts. Optical fiber sensors have the advantages of small size, easy design, corrosion resistance, anti-electromagnetic interference, and the ability to achieve distributed or quasi-distributed sensing and have broad application prospects for temperature sensing in extreme environments. In this review, first, we introduce the current research status of fiber Bragg grating-type and Fabry–Perot interferometer-type high-temperature sensors. Then we review the optical fiber high-temperature sensor encapsulation techniques, including tubular encapsulation, substrate encapsulation, and metal-embedded encapsulation, and discuss the extreme environmental adaptability of different encapsulation structures. Finally, the critical technological issues that need to be solved for the application of optical fiber sensors in extreme environments are discussed.
optical fiber sensors high-temperature sensing encapsulation technique extreme environments Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090007
1 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100088
2 清华大学工程物理系，北京 100084
3 危爆物品探测技术国家工程研究中心，北京 100084
太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景，但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制。搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统，将全息成像技术与自混合干涉测量相结合，实现太赫兹波段的大景深成像。利用自混合收发一体的特性，在不同偏焦程度下，对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像，在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度。
自混合探测 太赫兹成像 全息技术 量子级联激光器 景深扩展 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811013
随着红外探测技术手段的多样化发展，红外隐身技术的需求日益迫切。由于传统的红外隐身技术面临着多途径目标探测和多功能兼容的严峻挑战，因此研究光学微纳结构红外隐身技术有着十分重要的意义。基于局域共振机制的亚波长尺度的光学微纳结构，极大地丰富了人们对光的传输行为的调控。在红外隐身技术领域，光学微纳结构可以针对红外辐射特性进行材料和结构的精细化设计，从而满足理想红外隐身发射光谱的需求，为发展更加多光谱、多功能、自适应的红外隐身技术提供全新的解决方案。文中围绕红外隐身技术的相关研究，首先介绍了多层薄膜吸收体、金属表面等离子激元、基于相变材料薄膜可调吸收体、智能化设计光学微纳结构实现光谱响应的基本原理，在此基础上，重点回顾了近年来基于光学微纳结构的红外隐身技术新特点，包括多光谱红外隐身技术、多功能红外隐身技术、自适应红外隐身技术的发展现状。最后，梳理了光学微纳结构红外隐身技术所存在的不足及面临的困难并对未来的研究方向和发展趋势进行了展望。
红外隐身 热管理 超材料 选择性发射体 相变材料 infrared stealth thermal management metamaterials selective emitter phase change materials 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230197
浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江 杭州 310023
指尖作为人体最方便采集的部位之一一直是生物特征识别研究的重点。随着指纹等外部指尖生物特征抵抗环境干扰能力差和容易被伪造等问题的出现，人们开始关注指尖内部的生物特征。光学相干层析成像技术能够非侵入地对指尖的内部结构进行三维成像，并从中获取内部指纹、汗孔和汗腺等更加安全稳定的指尖内部生物特征。在过去的近二十年中，众多的研究者针对这一方向开展了研究。对光学相干层析成像技术、光学相干层析成像技术对指尖生物特征的采集、该技术在生物特征识别和防伪方面的应用等进行了总结，最后分析了当前的技术限制和发展前景，旨在为该方向的持续发展提供理论支持。
光学相干层析成像 指尖内部结构 指尖生物特征识别 防伪 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811012
