Author Affiliations
Abstract
1 Center of Ultra-precision Optoelectronic Instrument, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
2 Key Laboratory of Ultra-precision Intelligent Instrumentation (Harbin Institute of Technology), Ministry of Industry and Information Technology, Harbin 150080, China
To ensure the frequency accuracy of a heterodyne laser source in the ambient temperature range of -20°C to 40°C, a dual-longitudinal-mode thermally stabilized He–Ne laser based on non-equilibrium power locking was designed. The ambient adaptive preheating temperature setting scheme ensured the laser could operate normally in the range of -20°C to 40°C. The non-equilibrium power-locked frequency stabilization scheme compensated for the frequency drift caused by different stabilization temperatures. The experimental results indicated that the frequency accuracy of the laser designed in this study could reach 5.2 × 10-9 in the range of -20°C to 40°C.
He–Ne laser frequency accuracy ambient adaptability non-equilibrium power locking Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041407
1 福建中医药大学附属人民医院，福州 350004
2 福建中医药大学第一临床医学院，福州 350122
532 nm激光光凝是诱导啮齿类动物脉络膜新生血管（ CNV）的一种既定方法。本研究旨在评价激光诱导 CNV在体内和体外随时间变化的形态变异程度，为今后 CNV相关研究提供观察指标。本实验首先对棕色挪威（BN）大鼠进行激光造模，随后，根据不同时间点对其进行体内眼底照相、光学相干断层扫描（ OCT）、眼底荧光血管造影（ FFA）和吲哚菁绿血管造影（ ICGA），最后，应用组织病理检查进行体外验证。结果发现，光凝后第 7天出现 CNV，第 21天的 CNV总发生率最高。 FFA呈典型圆盘状强荧光渗漏， ICGA显示光凝区周边强荧光，中央低荧光，呈花环状形态。光学显微镜下可见，造模后第 7天，视网膜下 CNV形成，第 7～21天， CNV中央厚度逐渐增加，第 28天， CNV中央厚度保持相对稳定。这提示， 532 nm激光诱导 BN大鼠 CNV模型造模时间短，成功率高。这种造模方式可以广泛应用于临床前实验研究，为进一步研究 CNV发病机制提供了思路。
激光诱导 脉络膜新生血管 动物模型 BN大鼠 laser-induced 532 nm 532 nm choroidal neovascularization animal model brown Norway rats
盐城师范学院物理与电子工程学院，江苏盐城224007
基于Erfle透镜结构，设计了可用于头盔显示系统的传统折射式目镜。在此基础上添加了衍射面，设计出了折衍射目镜。这两种系统的基本结构参数相同，出瞳距为27 mm，出瞳直径为8 mm。与传统折射式结构相比，折衍射目镜的总长度减小了11%，重量减轻了约23%，畸变减小了59.45%。考虑到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率对系统调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）的影响，在40 lp/mm空间频率处，折衍射头盔目镜轴上视场的MTF值和最小MTF值分别高于0.68和0.28，满足设计要求。该系统可以应用于虚拟现实的头盔显示系统。
光学设计 目镜 头盔显示器 optical design eyepiece helmet display
1 海军工程大学动力工程学院, 湖北 武汉 430033
2 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室, 湖北 武汉 430063
3 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所, 湖北 武汉 430063
对船舶柴油机而言, 润滑油常受到冷却液的污染, 引起润滑油劣化变质, 从而导致其功能失效。 冷却液的主要成分是水、 乙二醇及少量的防腐蚀、 抗穴蚀、 消泡沫等添加剂。 将拉曼光谱用于检测润滑油被冷却液污染的浓度, 是一种针对复杂混合物的拉曼光谱检测问题, 单个拉曼峰强度的定量分析方法无法满足浓度的定量检测。 为此, 将拉曼光谱分析和LSTM神经网络数据挖掘方法应用于检测润滑油冷却液污染的浓度。 在实验室条件下, 配制了冷却液污染浓度为2%, 1.5%, 1%, 0.5%, 0.25%和0%的柴油机润滑油油样, 对每个油样取样50次, 并进行拉曼光谱分析, 共获得300个拉曼光谱数据, 随机抽取其中80%的数据作为神经网络训练样本, 剩余20%的数据作为测试样本, 拉曼光谱样本数据的光谱范围为300～2 000 cm-1; 对数据进行预处理, 包括采样、 拟合、 离散点平均梯度估计等; 构建训练样本集, 将LSTM神经网络和多层全连接层(FC)结合, 建立4种不同的神经网络模型结构; 得到其在训练集和测试集上的平均误差曲线、 测试集上的检测准确率曲线。 分析结果表明, FCs, LSTM-FCs-1, LSTM-FCs-2和LSTM-FCs-3等4种神经网络模型, 检测准确率分别为96.7%, 93.3%, 98.3%和83.3%。 选取任意1%的波数点, 加入幅值随机正负变化1%的噪声之后, 4种神经网络模型的检测准确率分别为88.3%, 90.0%, 96.7%和78.3%。 可见, 相比于其他3种神经网络结构模型, LSTM-FCs-2模型更适用于进行润滑油冷却液污染的定量估计, 加噪后最高准确率仍可以达到96.7%, 鲁棒性优于其他三种模型。 拉曼光谱结合LSTM网络中的LSTM-FCs-2模型, 应用于冷却液污染浓度分别为0.2%和0.4%的实际油样检测, 相对误差分别为5.0%和7.5%, 结果表明该方法可用于在用润滑油冷却液污染浓度的检测。
拉曼光谱 柴油机润滑油 神经网络 定量估计 冷却液污染 Raman spectroscopy Diesel engine lubricating oil Neural network Quantitative estimates Coolant contamination
相位校正是傅里叶光谱仪的关键处理步骤, 校正精度受仪器特性和不受控环境因素等的影响, 如干涉仪温度变化、 机械振动等。 针对干扰因素引入的相位不确定性及由此带来的校正难题, 在对傅里叶光谱仪相位特性进行量化分析的基础上, 将测量光谱相位分解为干涉仪温度相关的仪器相位和零光程点采样误差相关的线性相位。 其中, 仪器相位主要由傅里叶光谱仪自身特性决定, 受到干涉仪温度波动影响, 干涉仪温度稳定时的仪器相位大致为常数; 零光程差点采样误差是线性相位的主要来源, 并且每次测量时的采样零光程差点位置都有所不同, 这会导致每个获取干涉数据的光谱相位不同。 假设干涉仪稳定在温度限内的仪器相位大致为常数, 就可将相位处理简化为对线性相位的校正, 而包含仪器相位的剩余相位则可在后续的辐射定标过程中予以剔除。 相位处理的具体流程如下, 获取反演光谱相位数据后, 考虑仪器相位的温度相关性, 首先采用最小二乘拟合方法提取线性相位项, 然后基于提取的线性相位对干涉数据进行对称化处理, 对称化处理后的干涉数据相位足够稳定, 允许通过光谱均值降低振动等物理效应的干扰, 最后在辐射定标过程中, 使用复数辐射定标流程, 并取定标结果实部作为目标场景的标定光谱辐射数据, 即可移除大部分仪器相位, 从而完成了相位校正。 实验验证环节, 首先采用最小拟合方法得到并移除测量光谱的线性相位项后, 分析了不同阶次拟合多项式对仪器相位提取精度的影响, 结果表明, 5次多项式即可满足需求, 此时的均方误差为0.13 rad, 更高阶次不会继续改善提取精度。 然后基于5次多项式, 获取了干涉仪温度为283, 290和300 K时的仪器相位。 测量光谱数据移除线性相位和仪器相位后, 残余相位误差为幅值在零点处分布的随机噪声, 结果表明仪器相位具有温度相关性, 与理论假设相符。 最后, 实验验证了相位处理方案的可行性, 结果表明校正相位残差优于±0.04 rad, 辐射不确定度优于0.8 K。
红外傅里叶光谱仪 相位处理 仪器相位 复数辐射定标 Infrared fourier transform spectrometer Phase processing Instrument phase Complex radiometric calibration 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3328
School of Physics and Electronics Engineering, Yancheng Teachers University, Yancheng Jiangsu 224007, CHN
为了满足目镜轻小的功能需求，优化设计了三种不同结构的长出瞳距目镜。三种目镜的系统参数相同，在出瞳直径为7 mm的前提下实现了40 mm的出瞳距，焦距为26 mm，视场为32 °。首先，设计了由折射球面构成的纯折射式目镜，由五片透镜组成。其次，添加一个非球面优化设计得到了含有非球面的折射式目镜，由四片透镜组成。最后，添加一个衍射元件优化设计得到了折衍射目镜，由三片透镜组成。结果表明：在40 lp/mm频率处，含有非球面的折射式目镜的所有视场MTF都超过0.35，其中，0 °的中心视场MTF达到0.67；对比第一种纯折射式结构目镜，其长度减小了16.66%，重量减轻了35.88%，成像质量更好。折衍射目镜所有视场的MTF都高于0.40；对比第二种目镜，第三种目镜的长度减小了15.43%，重量减轻了37.40%，像质也得到改善。
目镜 光学设计 长出瞳距 eyepiece optical design long exit pupil distance 
