国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100085
本文从国家自然科学基金申请与资助的角度，总结回顾了自“十三五”（2016—2020年）以来至“十四五”开局之年（2021年）期间国家自然科学基金委员会信息科学部光学和光电子学学科（F05）自由探索类项目、引导类项目以及人才类项目的申请资助情况，从项目数量、资助额度、依托单位、学科领域等角度分析了该领域基金资助的总体特征、结构性变化以及发展趋势，依据这一时期的优秀科研成果分析了基金资助的成效，并结合“十四五”发展规划对光学和光电子学学科未来的优先发展领域与基金管理工作进行了展望。
1 江苏大学材料与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 青岛大学环境科学与工程学院, 山东 青岛 266100
构建较强氧化还原能力与较高电荷转移效率的阶梯型(S型)异质结光催化剂是提高光催化性能的有效策略。通过溶剂热法在棒状苝酰亚胺(PDI)表面原位生长了ZnIn2S4纳米片, 得益于良好的界面接触与匹配的能带结构, PDI/ZnIn2S4异质结展现出优异的光催化性能。此外, 在同步光催化产氢与苯甲醇氧化全反应体系中, 5% PDI/ZnIn2S4光催化剂表现出较高的产氢性能[21.66 mmol/(g?h)]与苯甲醛产率[1.02 mmol/(g?h)]分别是纯ZnIn2S4的2.12倍和3.00倍。基于X射线光电子能谱、瞬态光致发光光谱和电子顺磁共振信号等分析, 证实了PDI与ZnIn2S4之间内建电场的形成与S型电子转移路径。该电荷转移机制保留了复合催化剂较高的氧化还原电位, 促进了界面电荷分离与转移, 进而提升了光催化性能。该有机-无机S型异质结光催化剂的设计应用为新型双功能催化剂的开发提供了新思路。
异质结 苝酰亚胺 光催化制氢 苯甲醇氧化 scheme perylenimide H2 production benzyl alcohol oxidation
1 国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100085
2 国防科技大学理学院，湖南 长沙 410073
3 杭州电子科技大学微电子研究院，浙江 杭州 310018
激光自发明以来经历了飞速的发展，带动物理、化学、生物、信息等众多相关领域取得了重大突破，在基础科学和应用技术研究中占据了至关重要的地位。本文从国家自然科学基金的视角，结合2017—2021年国家自然科学基金重点项目、重大项目、国家重大科研仪器研制项目、面上项目和青年科学基金项目的资助情况，对各立项项目的题目和关键词进行热词分析，梳理了我国激光科学技术的发展现状和挑战，并在此基础上对需要进一步深入研究和探讨的问题进行了展望。
激光技术 热词分析 前沿热点 研究展望
1 重庆文理学院 材料科学与工程, 重庆 402160
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文总结了铌镁酸铅系弛豫铁电单晶材料的发展历程, 铌镁酸铅系单晶材料的压电常数由最初的1 540 pC/N提升至4 000 pC/N,制备单晶的主要方法为改进的布里奇曼法。根据单晶的组分不同, 工艺条件也有差别, 在改进其性能的过程中其理论依据逐渐完善, 弛豫铁电单晶高压电效应的根源是单畴剪切压电效应, 在实际研究中可通过宏观或微观地改变局部结构对铁电相进行设计, 使铁电自由能分布曲线变得平坦, 从而达到提高其压电性能的目的。铌镁酸铅基弛豫铁电单晶性能优异, 可替代锆钛酸铅(PZT)陶瓷而广泛用于医用超声探头、水下声纳及压电驱动器等领域。
铌镁酸铅 铁电 弛豫 单晶 压电性能 lead magnesium niobate ferroelectric relaxor single crystal piezoelectric property
1 北京航空航天大学 电子信息工程学院, 北京 100191
2 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
采用相位屏法模拟仿真, 对四拉盖尔高斯光束(Laguerre Gauss, LG)在大气湍流中传输时的闪烁性能进行了研究。结果表明: 与单LG光束相比, 四 LG光束可以降低光传输中的闪烁指数; 和外尺度相比, 内尺度对光束闪烁指数的影响较大; 光束的拓扑荷或者径向量子数越大, 四LG光束的闪烁指数越大; 当光束之间的距离取合适的值时, LG光束在大气湍流中的闪烁指数可取得最小值。
四拉盖尔高斯光束 闪烁指数 内外尺度 拓扑荷 径向量子数 four LG (Laguerre-Gauss) beams scintillation index inner and outer scales topological charge radial quantum number
北京航空航天大学 电子信息工程学院, 北京 100191
基于Rytov近似和Huygens-Fresnel原理, 推导出外差激光雷达在non-Kolmogorov弱湍流中斜程探测时目标平面的平均光强和闪烁指数, 得到外差激光雷达系统效率, 并针对广义指数、天顶角、结构常量、基站结构、望远镜孔径和光束类型对系统效率的影响进行了研究.研究结果表明：当广义指数小于3.2或大于3.8时, 外差激光雷达的系统效率减小幅度较大;随着天顶角的增大系统效率逐渐减小;双基站结构外差激光雷达的系统效率小于单基站结构;随着望远镜孔径的增大, 系统效率存在最低值, 并最终趋于平缓;近场时平行光系统效率最大, 远场时发散光的系统效率最大.
外差激光雷达 non-Kolmogorov湍流 系统效率 平均光强 闪烁指数 Heterodyne lidar Non-Kolmogorov turbulence System efficiency Mean intensity Scintillation index
北京航空航天大学 电子信息工程学院，北京 100191
根据广义惠更斯-菲涅耳原理，推导出了部分相干贝塞尔高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流中传输时平均光强和偏振度的解析表达式，研究了部分相干贝塞尔-高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流模型下的光强分布特征和偏振度变化规律，同时分析了指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度以及拓扑荷、光源相干性等对光束传输性质的影响.数值计算表明，随着传输距离的增加，部分相干贝塞尔高斯光束的光强会从空心分布逐渐演变为高斯分布，同时光束会有一定程度的展宽.而且，当指数项值越接近于3.1,折射率结构常量越大,外尺度越大或者内尺度越小时，光强分布的演变越为迅速，展宽现象也越明显；当拓扑荷越小或者相干长度越小时，光强分布的演变越迅速，但是二者对展宽现象的影响并不明显.另外，偏振度在近距离处会经历一段振荡及升降变化过程，当距离足够远时会趋于一个稳定值，且该值等于光源平面上的初始偏振度.偏振度变化的快慢程度受指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度、拓扑荷和相干长度等因素的影响.
大气光学 部分相干贝塞尔高斯光束 非柯尔莫哥诺夫湍流 平均光强 偏振度 Atmospheric optics Partially coherent Bessel-Gaussian beams Non-Kolmogorov turbulence Average intensity Degree of polarization
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
简要地叙述了厄米高斯模与拉盖尔高斯模的一些理论，画出了具有代表性的厄米高斯模与拉盖尔高斯模在z=0平面的三维图像。为了了解厄米高斯模与拉盖尔高斯模的各种模态的关系，分别画出了它们的模态从(0,0)到(2,2)的强度等高线，并从模阶数与峰值、峰值的变化、延伸面积和对称性得到了它们各自的特性，然后进行对比得到它们之间的相同点和不同点。另外通过图像和公式说明了厄米高斯与拉盖尔高斯最低阶模(0,0)是一致的，即高斯模。对比了它们之间的电(磁)场和平均坡印廷矢量，不同点与模态有很大关系。画出横截面中振幅强度随传输距离增加而变化的图像，从中得到了束宽和峰值强度与传输距离之间的关系。
物理光学 厄米高斯模 拉盖尔高斯模 图像比较
北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100191
提出一种基于边缘检测和Keren 配准方法的自适应归一化卷积超分辨率重建算法。为了进一步提高低分辨率序列图像间的配准精度,该算法将边缘检测与Keren 配准算法相结合。首先利用Roberts 算子对图像序列进行边缘检测,然后利用基于简化四参数仿射变换模型的Keren 改进算法求出边缘图像间的平移和旋转参数。仿真实验结果表明即使在含有噪声及大角度旋转情况下,相比Keren 改进算法该算法配准精度得到了显著提高；其中采用Roberts算子相比其他传统算子可获得更高的配准精度。最后采用自适应归一化卷积超分辨率融合算法进行超分辨率重建,真实混叠图像序列的实验表明,基于提出的这种配准方法的超分辨率重建图像获得了很好的视觉效果和更高的分辨能力,具有良好的应用价值。
图像处理 超分辨率 图像配准 边缘检测 超分辨率融合 激光与光电子学进展
2010, 47(5): 051006
