1 江苏科技大学 理学院, 江苏 镇江 212000
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 宁波大学 高等技术研究院, 浙江 宁波 315211
相较于单涡旋光束，涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量，研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIGn,n)模式，采用海上大气折射率变换的功率谱，模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明：（1）HIGn,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加；（2）n为奇数的HIGn,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小，且高于n为偶数的HIGn,n模式；（3）阶数n>1的HIGn,n模式比LG0,1模式具有更好的稳定性；（4）阶数越高，HIGn,n模式的质心漂移标准差越小。其次，选取线性阵列涡旋光束（LAVBs）进行对比，研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能，但由于HIG光束具有独特的结构，故可适用于不同的应用场景。最后，分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响，结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。
大气光学 螺旋因斯高斯模式 阵列涡旋光束 闪烁因子 湍流 atmospheric optics helical ince-gaussian mode array vortex beam scintillation index turbulence 
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optoelectronic Information of Science and Engineering, School of Science, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212100, China
2 Key Laboratory of Ferro and Piezoelectric Materials and Devices of Hubei Province, Faculty of Physics and Electronic Science, Hubei University, Wuhan 430062, China
3 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
We reporte and demonstrate a solid-state laser to achieve controlled generation of order-switchable cylindrical vector beams (CVBs). In the cavity, a group of vortex wave plates (VWPs) with two quarter-wave plates between the VWPs was utilized to achieve mode conversion and order-switch of CVBs. By utilizing two VWPs of first and third orders, the second and fourth order CVBs were obtained, with mode purities of 96.8% and 94.8%, and sloping efficiencies of 4.45% and 3.06%, respectively. Furthermore, by applying three VWPs of first, second, and third orders, the mode-switchable Gaussian beam, second, fourth, and sixth order CVBs were generated.
cylindrical vector beams order-switchable beams vortex wave plates solid-state laser Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101401
1 江苏科技大学理学院光电信息科学与工程系, 江苏 镇江 212100
2 江苏科技大学应用光学研究中心, 江苏 镇江 212100
建立了一种新型拉盖尔-高斯幂指数相位涡旋光束(PEPVB)理论模型,并基于广义柯林斯公式建立了拉盖尔-高斯PEPVB在傍轴近似下的传输理论模型。采用MATLAB数值计算软件仿真了拉盖尔-高斯PEPVB的自由空间传输特性和聚焦特性与径向阶数、拓扑荷数、幂指数和传输距离的关系。研究结果表明拉盖尔-高斯PEPVB及其传输特性不仅与幂指数和拓扑荷数有关,还与拉盖尔-高斯多项式的径向阶数有关,且在传输过程中光束能量沿着环形旋转聚集。这为光学操控微粒沿弯曲路径移动并避开障碍物打下了基础,对促进新型光场调控的理论及应用研究具有重要的意义。
物理光学 涡旋光束 光场调控 幂指数相位涡旋光束 拉盖尔-高斯光束 光场传输
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
针对如何在相位分布图中选取合适边缘采样点的问题，基于相位成像理论和实验分析了不同处理方案的优缺点并提出了采样策略。结合相位成像机理，采用基于梯度的几类经典边缘检测算子分析了采样特征点位置不确定性的来源及其对检测结果的影响。选取形态结构复杂程度不同的实际样品开展实验研究，对比分析不同采样点位置选取对样本尺寸计算结果的影响，对多种误差产生的原因进行了分析，给出了其理论上的关联和解释。综合多组实验数据对比分析的结果，总结出了适合不同复杂程度样品的形态结构特征提取方案，其处理效率能够满足快速实时检测的需要。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617030
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
神经元是生物神经系统结构与功能的基本单位,它通过放电活动对信息进行编码、传递和整合,在生命活动中起到重要作用;基于神经元放电活动的动力学本质和相位成像技术,探讨对活细胞及其内部亚结构进行无损、免标记成像的方法,根据神经元模型的相位信息对其静态形态特征和放电行为的动态表征进行研究;运用光学成像仿真技术建立神经元相位模型并获得其相位分布信息,从相位函数的物理意义出发分析模型的亚结构特征;考虑放电活动中样品胞内离子浓度变化对其折射率及相位信息的动态影响,初步探讨用相位信息直观表征该动态过程的方法;对于该较复杂的非均质相位体模型,引入异质对比补偿思想,免相位解耦地获得样品亚结构局部的静态形态信息及其动态放电活动的相位表征结果,并通过仿真分析验证该方法的有效性。结果表明,神经元放电特征及其形态的光相位表征方法具有无损、免标记、可定量的优势。
生物光学 光相位 异质对比补偿法 神经元 折射率
1 江苏大学机械工程学院， 江苏 镇江 212013
2 江苏大学理学院， 江苏 镇江 212013
基于干涉成像原理，提出了一种结构简单的轴向可调式共光路干涉成像系统的设计。该设计充分利用光路可逆性和分光棱镜的反射、折射特性，先通过棱镜将入射光分为两束平行光，一束照射到样品上被反射载物台反射作为物光，另一束则直接被反射作为参考光，然后利用上述棱镜使反射回的物光和参考光合束发生干涉。通过调整棱镜的分光层与光轴之间的夹角可分别实现不同类型的干涉。分别以傅里叶变换和三步相移范数法为例对实验获得的干涉条纹进行相位恢复，并通过对结果的分析评估了系统的性能，对设计用于生物细胞相位成像的可行性进行了论证。所设计的系统结构简单、操作方便、系统误差小，可为均质细胞的无损免标记形态检测提供一种简单易行的方法。
生物光学 相位成像 干涉系统 共光路 生物细胞
厦门大学信息科学与技术学院电子工程系, 福建 厦门 361005
Ince-Gaussian 模式是继Hermite-Gaussian 和Laguerre-Gaussian 模式之后的第3 类近轴波动方程的完整解系，其横模图形多样，且螺旋Ince-Gaussian 模式存在分离的涡旋结构并携带轨道角动量，这些特点使其在微粒操控、生物医学、光学通信等领域有广阔的应用前景，因而受到广泛的关注。基于此，阐述了Ince-Gaussian 模式的理论基础，详细介绍了其产生的方法及相应的优缺点，指出今后实现高效Ince-Gaussian 模式激光输出的研究方向。
激光光学 模式 涡旋 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 020002
1 中国林业科学研究院林产化学工业研究所, 生物质化学利用国家工程实验室, 国家林业局林产化学工程重点开放性实验室, 江苏省生物质能源与材料重点实验室, 江苏 南京210042
2 中国林业科学研究院林业新技术研究所, 北京100091
为了提高生物质乙醇木质素的反应活性, 采用水热法在四种不同碱性条件下对生物质乙醇木质素进行催化活化处理。 运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、 核磁共振氢谱（1H-NMR）、 凝胶色谱（GPC）和有机元素分析手段研究了生物质乙醇木质素被四种碱（NaOH, KOH, K2CO3和Na2CO3）催化活化前后木质素的化学结构以及组分变化。 FTIR结果表明生物质乙醇木质素碱经处理后, 木质素的酚羟基特征吸收峰1 375 cm-1都有明显增大趋势, 醚键振动吸收峰1 116 cm-1减弱, 1 597和1 511 cm-1处苯环骨架振动吸收峰强度变化很小; 1H-NMR分析结果表明酚羟基含量都有增大趋势, 增加顺序为: KOH>NaOH>K2CO3>Na2CO3, 其中KOH处理后的木质素酚羟基含量增加量为原木素的170%。 这由于离子半径大的钾离子更容易与木质素β—O—4醚键上的氧形成加和物, 进而发生醚键断裂反应, 生成新的酚结构衍生物。 GPC 表明生物质乙醇木质素碱处理后分子量分布向低分子区域扩展, 数均和重均分子量减小。 元素分析结果显示木质素经过水热反应处理后, C含量都有所增加, 而H和O含量则降低了, 表明木质素经水热反应处理过程中有脱羧基作用, 同时蛋白质的含量也有所降低, 提高了木质素的纯度。 这都有利于直接将木质素用于制备酚醛树脂胶黏剂。
红外光谱 生物质乙醇木质素 水热法 碱性 反应活性 FTIR spectra Bioethanol lignin Hydrothermal treatment Alkalinity Reaction activity 光谱学与光谱分析
2013, 33(11): 2940
1 吉林大学 计算机科学与技术学院, 吉林 长春 130012
2 空军航空大学 训练部, 吉林 长春 130022
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
提出了基于点云边界特征点的改进迭代最近点(ICP)方法来提高逆向工程中点云数据配准的效率和精度。首先, 提出了基于点云边界特征点的初始配准方法。对点云最小包围盒进行三维空间划分, 建立空间网格模型; 运用边界种子网格识别及生长算法, 从点云边界提取特征点, 运用奇异值矩阵分解法(SVD)求出点云的变换矩阵, 得到初始配准结果。然后, 提出了改进的ICP精确配准方法。对点云对应点赋予权重, 剔除权重大于阈值的点, 通过对目标函数引入M-估计(M-estimation), 剔除异常点。最后, 在初始配准的基础上, 运用改进的ICP方法精确配准。对经典ICP方法和改进ICP方法做对比实验, 结果显示, 改进方法的配准效率提高了70%以上, 误差减小到0.02%。实验表明, 本文方法大幅提高了点云配准的效率和精度。
逆向工程 迭代最近点 点云配准 边界特征点 M-估计 reverse engineering Iterative Closest Point(ICP) point cloud registration feature points of boundary M-estimation
中国科学技术大学 电子科学与技术系，安徽 合肥 230027
在红外辐射理论的基础上对导弹进行了红外建模，同时考虑了大气衰减的影响，并利用OpenGL对导弹的红外辐射进行了仿真。在算法中，利用粒子系统实现对导弹尾焰的红外仿真，并将尾焰的红外模型引入粒子系统，使得仿真的结果更为精确。另外，采用了纹理映射、融合、反走样和雾化等技术增强仿真的真实感，同时利用显示列表技术加快了OpenGL的处理速度。
导弹 红外辐射 大气衰减 粒子系统 missile infrared radiation atmospheric attenuation particle system
