1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 应用光学国家重点实验室，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
4 汕头市中心医院乳腺疾病诊疗中心，广东 汕头 515041
5 汕头市中心医院临床医学研究中心，广东 汕头 515041
三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。
医用光学 三次谐波成像 无标记成像 肿瘤诊断 小型化 内窥成像
1 北京空间机电研究所环境资源与气象探测领域办，北京 100094
2 北京空间机电研究所红外相机研究室，北京 100094
3 北京空间机电研究所科技处，北京 100094
4 中国气象局国家卫星气象中心，北京 100081
5 中国气象局风云气象卫星工程管理办公室，北京 100081
6 上海航天技术研究院气象环境卫星总体部，上海 201100
强对流天气是发生最频繁、影响最广泛的气象灾害，造成了巨大经济损失，严重威胁人民和社会安全，更是航空航天和信息通信等技术领域的重大威胁。闪电作为全球性强对流天气的典型要素，对强对流具有重要指示作用，因此闪电探测和强对流预警预报成为天基遥感的重要任务之一。系统地总结了闪电危害，闪电探测体系的发展历程和现状，天基闪电光学探测的技术难点、实现途径和发展现状；同时详细阐述了我国FY-4A闪电成像仪技术实现途径及在轨应用成果。FY-4A闪电成像仪利用时间滤波、空间滤波、超窄带光谱滤波、星上时空域多维融合点目标检测等多维技术实现了天基闪电光学探测载荷的研制与在轨应用，国内气象部门和众多科研院所利用FY-4A闪电成像仪的闪电探测结果实现了强对流灾害的精确预警预报，产生了重大经济效益与社会效益。最后，针对目前闪电探测体系存在的问题，分析了我国未来天基闪电探测系统的发展趋势，为我国后续闪电探测发展提供了参考。
强对流灾害 天基闪电光学探测 时空多维融合 预警预报 闪电探测综述
深圳大学 物理与光电工程学院，广东 深圳 518060
金属卤化物钙钛矿（MHP）作为一种新兴的半导体材料，目前已在光电应用中表现出优异的性能。其中，基于MHP的发光二极管（PeLED）发展迅猛，红光和绿光器件的效率已达到商用水平。然而，蓝光PeLED 的效率还远落后于红、绿光器件，这在很大程度上阻碍了 PeLED 在全彩显示领域中的应用。本文通过调节混合卤素阴离子的比例以及准二维钙钛矿组分来实现基于维度调制的准二维蓝色PeLED制备。首先，我们采用在 CsPbBr3∶PEABr 准二维钙钛矿中添加苯乙基氯化胺（PEACl）逐步替换苯乙基溴化胺（PEABr），实现了发光峰从502 nm到476 nm的可调制发射。然而，随着PEACl的增加，薄膜中的缺陷及n = 1低维相逐渐增多，导致器件效率降低。我们将溴化胍（GABr）引入到CsPbBr3∶PEACl 准二维钙钛矿中，n = 1低维相得到了显著的抑制，这有利于激子能量的转移，最终蓝光范围内准二维PeLED性能得到了显著提升。本工作为实现高效蓝光 PeLED 提供了新的思路。
钙钛矿发光二极管 维度调制 蓝光 PEACl掺杂 GABr掺杂 perovskite light-emitting diode phase modulation blue emission PEACl doping GABr doping
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东 广州 510006
2 广东省科学院半导体研究所，广东 广州 510651
为了有效提高半导体发光二极管（LED）光学系统的空间利用率，设计了一款基于负焦距透射结构的自由曲面准直透镜。该准直透镜分为透射准直和反射准直两部分，设计基于几何光学、斯涅耳定律以及能量守恒定律，通过使用Matlab软件编写算法迭代计算得到透镜的2D曲线数据，然后将2D曲线数据导入Solidworks软件旋转360°后得到准直透镜的3D模型，再导入光学建模软件Lighttools进行光线追迹，根据接收面上的光斑情况对准直透镜进行优化，优化后的准直模块经过模拟仿真，光能利用率为88.45%，光束角为±2.23°，具有优越的准直性能，相比传统的单透射自由曲面准直透镜，采取负焦距透射结构设计的准直透镜体积同比减少63.13%，能更有效地实现对LED光线的调控并减小透镜的体积。
光学设计与制造 准直光学设计 负焦距结构 自由曲面 算法设计 斯涅耳定律 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722005
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 上海海关工业品与原材料检测技术中心, 上海 200135
紫外灯下, 化石树脂常见荧光现象, 但其磷光现象仍有待表征与研究。 将印度尼西亚产出的类似多米尼加蓝珀的化石树脂分为白色包体(Part Ⅰ)、 暗色包体(Part Ⅱ)和基底(Part Ⅲ)三个部分, 使用红外光谱确定其植物来源, 借助三维荧光光谱仪表征化石树脂的光致发光现象(包括荧光和磷光), 并探讨印尼化石树脂发光现象随地质过程变化的规律。 红外光谱中1 384, 1 377和1 367 cm-1的振动峰表征所研究的化石树脂来源于龙脑香科植物。 印尼化石树脂的Part Ⅰ~Ⅲ中均存在3种特征荧光峰: 紫外区330~380 nm、 近紫外区388 nm和蓝绿光区446, 474和508 nm, 分别可被235, 330和440 nm光有效激发; 进一步推测可见光区荧光来源于两种不同的发光物质, 两者在白色包体、 暗色包体和基底中相对含量不同。 同时, 暗色包体和基底的磷光最强峰在537 nm附近和磷光寿命长达100 ms, 比白色包体的430 nm磷光峰更强且衰减时间更长, 贡献了印尼化石树脂的黄绿色磷光。 结合前人火山活动刺激树脂的产生和还原环境促进芳构化作用的观点, 推测印尼化石树脂中白色包体、 暗色包体和基底的三维荧光光谱和磷光光谱可有效说明基底部分芳构化程度高于暗色包体, 白色包体芳构化最低。
印度尼西亚化石树脂(柯巴树脂) 傅里叶变换红外光谱 荧光光谱 磷光光谱 Indonesian fossil resin (copal resin) Fourier transform infrared spectra Fluorescence spectra Phosphorescence spectra
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 湖北国土资源职业学院, 湖北 武汉 430090
翡翠为一种珍贵的玉石。 不同品级的翡翠价值差异巨大, 翡翠经充填、 染色等处理以提高外观质量, 并冒充天然翡翠。 鉴别翡翠就显得非常必要。 全面收集了市场上常见的A, B, C, 不同颜色B+C货翡翠样品, 在常规宝石学特征描述的基础上, 进行了三维荧光光谱测试。 三维荧光光谱技术是近年发展起来的一门新的荧光分析技术, 该技术在宝石学方面还未得到广泛应用。 目前主要依赖红外光谱对经充胶处理的宝石进行无损检测, 其测试结果会受到样品表面抛光程度及样品透明度的影响, 三维荧光光谱技术对样品抛光程度及透明度要求不高, 在一定程度上能避免红外光谱由于抛光程度、 透明度对测试结果的影响, 采用三维荧光光谱技术对市场上不同处理类型翡翠样品的三维荧光光谱特征进行分析, 结果显示: 除A货翡翠没有荧光反应外, B货翡翠荧光中心多集中在380 nm(λex)/440 nm(λem), 在长波紫外灯下具有中强蓝白色荧光。 C货翡翠荧光中心集中在365 nm(λex)/443 nm(λem), 在长波紫外光下呈弱紫色荧光, B+C紫色翡翠荧光中心集中在365(λex)/443 nm(λem), 长波紫外光下具有蓝紫色荧光。 B+C绿色翡翠荧光峰值主要集中在290(λex)/308 nm(λem), 短波紫外光下具有弱蓝白色荧光。 B+C黄色翡翠荧光峰值集中在335(λex)/377 nm(λem), 长波紫外光下具有弱绿色荧光。 B+C红色翡翠荧光峰值为290(λex)/308 nm(λem), 长波紫外光下具有弱绿色荧光。 在255 nm激发光源下时, 不同处理类型翡翠发光范围集中在紫-蓝区域, 发光中心波长呈B+C绿色翡翠>B货翡翠>C货翡翠, 在365 nm的激发光源下, 翡翠样品的荧光明显强于短波, 不同处理类型翡翠发光范围集中在紫-绿区域, 发光中心波长呈B+C黄色翡翠>B+C绿色翡翠>B+C紫色翡翠>C货翡翠>B货翡翠的大小关系。 三维荧光光谱有助于表征树脂, 有机染料及金属染剂, 它能快速有效鉴别不同方法处理的翡翠类型。
三维荧光光谱 翡翠 荧光特征 Three-dimensional fluorescence spectrum Jadeite Fluorescence characteristics
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 广东省科学院半导体研究所, 广东 广州 510651
为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中并进行360°旋转以得到3D实体模型,将其转入TracePro光学软件中进行蒙特卡洛光线追迹的模拟,在距离接收板20 m处接收到一个圆形光斑。对该透镜模型进行法矢修正,优化后的透镜经过模拟仿真,透射能力高达182 cd/lm,光束角为±1.621°。将优化后的透镜与传统的全内反射结构透镜进行对比,经验证发现优化后的透镜对窄光束的调控能力更好。
光学设计 全内反射结构 自由曲面 准直透镜
1 广东工业大学 信息工程学院，广东 广州 510006
2 广东省半导体产业技术研究院，广东 广州 510651
蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速，但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大，使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差，难以实现大规模推广应用。针对该问题，设计了一款高质量激光照明光学系统，基于蒙特卡洛光线追踪理论，对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计，使得整体光源模块各元件得到最佳整合，最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明：激光光源的光收集率达98.3%，激光光斑的不均匀度为1.7%，白光均匀度为98%，光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。
激光器 光学设计 准直透镜 窄光束 均匀度 laser optical design collimating lens narrow beam uniformity
1 华南师范大学 信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州510006
2 广东省半导体产业技术研究院, 广东 广州510651
针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题, 基于光电一体化二次光学设计, 提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源, 通过混光棒和微结构进行匀光, 最后利用抛物面镜实现光线的准直输出, 基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化, 实验结果表明: 在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。
LED太阳模拟器 光学设计 不均匀性 准直角 微结构 LED solar simulator optical design inhomogeneity collimated angle microstructure
