1 枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄 277100
2 枣庄学院 信息科学与工程学院，山东 枣庄 277100
提出一种石墨烯-金属超材料复合太赫兹传感器，充分利用石墨烯能带Dirac点附近费米能级对样品的灵敏响应结合超材料表面强局域电场实现了对谷氨酸溶液浓度的多维超灵敏传感。实验结果表明，传感器在频率f =0.58 THz处存在一个明显的透射峰，且该透射峰幅值随谷氨酸溶液浓度的增加先升高后降低。若以透射峰幅值作为传感指标，器件能够探测到的最低浓度在10−1 fg/mL量级。另外，从传感器的透射波相位差-频率关系曲线中提取的斜率与浓度具有类线性关联，这意味着相位差信息也可以作为有效的传感指标。结合透射幅值和相位差两个传感指标，器件可以实现对谷氨酸溶液浓度的超灵敏精确检测。文中提出的器件为发展基于太赫兹超材料的超灵敏氨基酸传感器提供了帮助。
太赫兹超材料 传感器 石墨烯 多维超灵敏 terahertz metamaterials sensors graphene multi-dimension and ultra-sensitivity 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230045
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用专业技术创新中心，辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869
为增强304不锈钢表面性能，利用激光熔覆技术在其表面制备了TiC颗粒增强Fe基复合涂层，研究了激光功率对涂层几何特征、组织特征及硬度的影响规律和原因，引入灰关联分析综合表征熔覆层的组织特征，并推测出激光熔覆过程中TiC颗粒的熔解机制。结果表明，随激光功率的增加，熔覆层高度、气孔率、未熔TiC颗粒含量降低，宽度、深度、稀释率、析出TiC的二次枝晶臂间距增加，析出TiC含量先增加后降低、基体的二次枝晶臂间距先降低后升高且在1800 W时分别达到最高和最低。当激光功率为1800 W时，熔覆层表面成形良好，其组织特征均衡发展且灰关联度达到最大，平均硬度为801.5 HV0.5，达到基体的4.5倍左右。另外，TiC颗粒在激光熔覆中共有两种熔解机制，其特征分别为由外向内和整体分解，两种机制共同作用导致TiC颗粒的完全熔解。
激光技术 激光熔覆 Fe-TiC复合涂层 激光功率 微观组织 硬度 灰关联分析 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1914002
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用工程技术研究中心，辽宁 大连 116024
2 大连理工大学机械工程学院，辽宁 大连 116024
3 沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869
为了获得TiC铁基合金粉末在316L不锈钢上的激光熔覆最佳工艺参数，提出了一种基于遗传算法优化的反向传播（BP）神经网络的激光熔覆参数优化方法。设计三因素五水平的全因子试验，测量了熔覆层的宏观形貌和平均硬度，建立输入参数（激光功率、扫描速度、保护气流量）和响应量（熔覆层宽度、熔覆层高度、稀释率、显微硬度）的神经网络模型。以多元非线性回归分析工艺参数对响应量的影响，并以综合灰关联度表征熔覆层的综合性能，寻优得到最佳参数。试验结果表明，激光功率和扫描速度对熔覆层宽度、稀释率和显微硬度的影响明显，而保护气流量对熔覆层高度影响最显著，遗传算法优化的BP神经网络模型各响应量模型的拟合优度均达到0.85~0.91之间，GA-BP模型精度良好，当参数为1090 W，扫描速度为4.4 mm/s，保护气流量为10 L·min-1，综合性能最佳，表明BP神经网络算法适用于激光熔覆层质量控制和参数优化。
激光熔覆 反向传播神经网络 遗传算法 灰关联度 参数优化 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714001
1 中国科学院理化技术研究所光化学转化与光电材料重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学材料科学与光电子工程研究中心，北京 100049
近年来，有关类水滑石拓扑转变材料在光、电催化领域如产氢、C1化学转化等方面的研究被广泛报道。研究表明，在不同的煅烧温度、气氛等拓扑转变条件下处理类水滑石，不仅可以提高活性位的分散程度，而且可以实现催化剂物相组成、特定晶面和界面结构的调控。该材料在多种能源催化转化利用中呈现出优越的性能。本文介绍了类水滑石拓扑转变的过程及机制，并分别从光催化、电催化2个方面综述类水滑石拓扑转变材料在能源催化领域的研究进展。
类水滑石 拓扑转变 光催化 电催化 layered double hydroxides topotactic transformation photocatalysis electrocatalysis
利用双向反射分布函数描述目标表面的散射特性是最成熟和常用的方法，其关键在于如何快速准确地获取双向反射分布函数中的各特征参量。基于Cook-Torrance模型对目标表面散射进行建模，使用1550 nm激光对黑漆涂层金属进行探测，将测量数据用遗传-禁忌搜索混合算法进行反演，来获得模型中的未知参量。对比遗传算法和遗传-模拟退火混合算法可知，该算法优化了迭代次数，减小了计算误差，得到与实验值吻合的理论计算值。该研究提供了一种快速准确得到双向反射分布函数中未知参量的计算方法。
散射 双向反射分布函数 遗传算法 禁忌搜索算法 涂漆金属 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2129001
Author Affiliations
Abstract
School of Science and State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
Reference frame independent and measurement device independent quantum key distribution (RFI-MDI-QKD) has the advantages of being immune to detector side loopholes and misalignment of the reference frame. However, several former related research works are based on the unrealistic assumption of perfect source preparation. In this paper, we merge a loss-tolerant method into RFI-MDI-QKD to consider source flaws into key rate estimation and compare it with quantum coin method. Based on a reliable experimental scheme, the joint influence of both source flaws and reference frame misalignment is discussed with consideration of the finite-key effect. The results show that the loss-tolerant RFI-MDI-QKD protocol can reach longer key rate performance while considering the existence of source flaws in a real-world implementation.
quantum key distribution source flaw measurement device independence Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 092701
非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景，提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先，通过基于线结构光投影的计算机视觉技术，设计了线结构光旋转扫描视觉子系统，并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定；然后，针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题，提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法，有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹；同时，利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案，通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度，测量系统精度优于0.06 mm；最后，进行金属轮毂外轮廓形貌测量，通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径，验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明：该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量，弥补了接触式三维测量方法的缺陷。
三维视觉测量 线结构光 标定 3-D vision measurement line structured light calibration 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210894
1 南京理工大学 理学院, 江苏 南京 210094
2 南京林业大学 信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
针对当前行人检测方法计算量大、检测精度低的问题, 基于YOLOv4-tiny提出一种改进的行人检测算法。引入通道注意力和空间注意力模块(CBAM)至CSPDarknet53-tiny网络中, 通过学习图像的位置信息和通道信息得到更加丰富的特征; 在骨干网络CSPDarknet53-tiny之后引入空间金字塔池化模块,能够极大地增加感受野, 分离出最显著的上下文特征;使用CIoU损失函数对算法的多任务联合损失进行了优化。实验分别使用INRIA和WiderPerson中的训练集作为训练模型, INRIA和WiderPerson中的测试集分别作为测试集来验证模型。实验表明, 对比YOLOv4-tiny目标检测模型, 改进后的网络在INRIA测试集中精确度、召回率和平均精度值分别提升了6.23%、3.15%和6.12%; 改进后的网络在WiderPerson测试集中精确度、召回率和平均精度值分别提升了3.65%、3.28%和4.41%。改进后的模型在几乎不影响检测实时性的前提下, 更易于行人特征提取, 提高了检测精度。
深度学习 行人检测 注意力机制 deep learning pedestrian detection YOLOv4-tiny YOLOv4-tiny attention model
为了探究参考系无关量子密钥分发 (RFI-QKD) 协议下不同光源应对光源强度波动的能力差异, 提出了一种在非完美光源下参考系无关协议密钥率的理论分析计算方案。考虑常见的量子通信系统参数, 通过计算机仿真模拟分析对比了量子密钥分发中常用且易于获得的弱相干源 (WCS) 与可预报单光子源 (HSPS)以及可预测相干光源 (HPCS) 在强度波动下的具体表现。结果表明: 强度波动分析方案在参考系无关协议下具有可实现性, 相比常用弱相干源, 可预报单光子源和可预测相干光源在相同条件下具有更好的性能以及抵御强度波动缺陷的能力, 其中可预测相干光源具有最佳密钥率和最大传输距离。
量子光学 量子密钥分发 参考系无关 诱骗态 可预报单光子源 可预测相干光源 quantum optics quantum key distribution reference-frame-independence decoy state heralded single-photon sources heralded pair-coherent source
1 南京理工大学 理学院, 南京 210094
2 南京理工大学 工程训练中心, 南京 210094
为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。
散射 虚拟仪器 蒙特卡罗方法 水泥路面 激光 scattering virtual instrument Monte Carlo method cement road surface laser
