1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究，基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像，分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法，最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型，基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布，完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比，所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好，在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下，所测得的光强相对误差小于8.38%，0配光曲线匹配指数高达98.33%，验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。
测量 分布光度计 近场分布式光度测量 成像式亮度计 光强 配光曲线
1 河北工程大学 数理科学与工程学院, 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 河北省计算光学成像与智能传感国际联合研究中心, 河北 邯郸 056038
2 首都师范大学 物理系, 北京 100048
快速、精确地对粒子进行三维定位在生命科学、材料科学、工业检测等领域具有重要的应用价值。传统的粒子定位方法由于运算量繁重, 难以满足快速、精确的需求。文章提出了一种新的基于相位掩模的粒子三维定位方法。采用Fienup优化算法设计位于4f系统频谱面上的相位掩膜, 针对不同深度的点光源获得一系列点扩散函数; 结合粒子位置和所成图像进行神经网络训练, 可在8 μm轴向范围内经单次测量实现目标粒子在三维空间中的高精度定位。两组模拟设计的数值结果表明所提方法能够快速高效地完成稀疏粒子的三维定位, 在细胞粒子成像定位等方面具有重要的应用价值。
三维定位 点扩散函数 Fienup优化算法 神经网络 4f系统 three-dimensional positioning point spread function fienup optimization algorithm neural network 4f system
1 河北工程大学数理科学与工程学院, 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心,河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心, 河北 邯郸 056038
2 首都师范大学物理系,超材料与器件北京市重点实验室, 太赫兹光电子教育部重点实验室,北京成像理论与技术创新中心, 北京 100048
太赫兹超材料吸波器具有吸收强、厚度薄、质量轻等优点, 已被广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、通信传感等方面。但是, 基于金属结构的传统太赫兹超材料吸波器一旦完成加工后, 它的吸收性能是固定不变的。为解决这一问题, 研究人员通过引入活性超材料设计了可调谐太赫兹超材料吸波器。结合可调谐太赫兹超材料吸波器的国内外研究现状, 分类阐述了几类典型的可调谐太赫兹超材料吸波器, 重点对单频带、多频带、宽频带以及可切换双功能太赫兹超材料吸波器的相关研究工作进行了梳理与总结, 并对其未来发展趋势进行了分析。
光电子学 可调谐吸波器 太赫兹波 活性超材料 optoelectronics tunable absorber terahertz wave active metamaterial
1 河北工程大学 数理科学与工程学院, 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 邯郸 056038
为了实现高精度的数字全息相位解包裹, 采用基于Unet网络框架中集成MobilenetV3的轻量级深度学习网络, 设计了UMnet网络以实现全息相位的精准解包裹。网络中融和轻量级注意力机制、多尺度卷积来增强网络精度与泛化能力, 同时运用hard-Swish激活函数提高网络学习能力; 运用模拟数据集进行网络训练, 对生成网络模型进行降噪能力测试, 并经过了实际样品全息图的测试验证。结果表明, UMnet比深度学习相位解包裹网络的结构性相似指数值提升了6.6%。UMnet能够简单、快速、高效地实现数字全息相位解包裹。
全息 相位解包裹 注意力机制 多尺度卷积 holography phase unwrapping attention mechanism multi-scale convolution
1 安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000
2 河南工业大学 信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
3 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
基于二维材料石墨烯，设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成，顶层为石墨烯超材料，中间层为二氧化硅，底层为金属薄膜。仿真结果表明，当石墨烯的费米能级为0.7?eV时，该吸波体在1.11~2.61?THz频率范围内吸收率超过90%，相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0?eV增大到0.7?eV时，该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外，该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此，它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。
超材料 太赫兹 吸波体 石墨烯 metamaterial terahertz absorber graphene 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 973
1 河北工程大学数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。
集成光学 集成光学传感器 品质因数 导模共振光栅 严格耦合波分析
河北工程大学 数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性, 结果表明：在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构, 而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响, 熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低, 而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理, 利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失, 并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明：熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率, 而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此, 在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用, 而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.
集成光学 光波导结构 离子注入 熔融石英 石英晶体 Integrated optics Waveguide Implantation Fused silica Quartz crystal
1 河北工程大学 理学院， 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学 信息与电气工程学院， 河北 邯郸 056038
3 河北工程大学 医学院， 河北 邯郸 056038
利用四种常见算法对由球面参考光像面数字全息显微术得到的中药饮片海金沙细胞的包裹相位图进行了相位解包裹。结果表明：基于离散余弦的最小二乘算法和预条件共轭梯度算法会使欠采样区域的误差进行传递，使得解包裹相位产生较大误差; 质量图导向路径跟踪算法由于未识别残差点，导致出现“拉线”或者“孤岛”区域，而且处理速度很慢; 基于横向剪切干涉的最小二乘算法处理欠采样包裹相位图的效果最好，而且处理速度较快。
像面数字全息显微 相位重建 欠采样 横向剪切 最小二乘法 digital image-plane holographic microscopy phase reconstruction under-sampling lateral shearing least-square algorithm 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2311
1 首都师范大学 物理系，太赫兹波谱与成像北京市重点实验室，太赫兹光电子学省部共建教育部重点实验室，北京100048
2 北京工业大学 应用数理学院，北京100124
理论上研究并论证了飞秒激光在非周期性极化畴反转的铌酸锂晶体(LN)中由光整流效应产生任意频率、窄带的太赫兹(THz)波辐射的可行性.为实现对THz波谱的整形，文中利用模拟退火(SA)算法设计出铌酸锂晶体的极化畴反转结构的最佳模型，由此可产生任意预置时间波形的THz辐射场.结果表明，SA算法是一种有效的通过设计晶体极化畴反转结构，实现对THz时间波形整形的方法.
光学 THz波 模拟退火算法 极化畴反转结构 光整流效应 准相位匹配 optics THz generation simulated annealing algorithm poled domain structures optical rectification quasiphasematching
