中国科学院宁波材料技术与工程研究所，激光极端制造研究中心，浙江 宁波 315201
随着多材料激光增材制造科学与技术的不断进步，一体化制备极端使役性能的大物性差异材料与元件成为可能。但大物性差异多材料增材制造成形界面问题尤为突出。根据大物性差异多材料激光增材制造成形的进展，笔者聚焦大物性差异材料的界面问题和界面优化方法，分别以激光吸收率差异、热物性差异、界面生成脆性相分类阐述界面问题，同时在工艺优化、功能梯度设计、复合制造三个方面对界面优化方法进行总结，为实现大物性差异材料的高质量成形提供参考。同时，阐述了大物性差异多材料激光增材制造建模与仿真研究进展，以期通过宏观和介观尺度模拟指导大物性差异材料的激光增材制造成形参数优化。最后对多材料激光增材制造大物性差异材料的应用和共性科学问题及技术挑战进行了展望与思考。
激光技术 大物性差异材料 多材料激光增材制造 界面缺陷 界面优化
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
针对大气湍流环境下光学元件平面面形PV值测量这一问题。首先建立了一种大气湍流下斐索干涉仪的模型,通过该模型得到1000张干涉条纹图像; 然后提出了一种基于卷积神经网络估算PV值的方法,将干涉条纹图像作为卷积神经网络的输入,利用卷积神经网络提取图像的特征信息,得到PV值; 最后将得到的结果与ASTM计算得到的结果、相位解包裹得到的结果以及BP神经网络得到的结果进行对比,发现利用卷积神经网络的方法偏差为2.25×10-4λ,较ASTM、相位解包裹以及BP神经网络得到的结果偏差更小。实验结果表明此方法具有抗干扰性强、精度高、运算快的优点,是一种有效的抗大气湍流影响的光学检测方法。
大气湍流 平面面形测量 卷积神经网络 斐索干涉仪 atmospheric turbulence plane measurement convolutional neural network Fizeau interferomete
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室,河南 洛阳 471000
3 洛阳理工学院, 河南 洛阳 471000
在基于深度学习的SAR图像目标检测中, 为了降低SAR图像中噪声等特性对特征学习的干扰, 提高检测方法中识别和定位任务的交互性, 采用了联合任务检测方法。该方法利用联合任务网络, 使识别和定位任务在尽可能共用特征的同时保留各自的特殊性, 从而提升两个子任务对特征学习的监督能力。此外, 该方法还利用联合任务学习方法, 在锚框选择和损失函数计算中, 同时考虑识别和定位任务的可靠程度, 从而提升训练效果。公开数据集上的实验结果证明了该方法的有效性。
目标检测 深度学习 模式识别 SAR SAR target detection deep learning mode recognition
1 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心，北京 100083
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
换能器作为超声系统的核心部分，起着重要的作用。传统的超声换能器是电驱动器件，利用材料的压电效应实现电-声转换，然而面对应用环境的苛刻要求，其有限的带宽限制了其在高标准要求环境中的应用。光致超声作为一种新型技术，利用激光代替电作为激励源获得超声，拥有传统压电技术无法具备的特性，如高频率和大带宽，这是成像和传感所需要的。同时，光致超声技术具有较为简单的换能器构架，避免了电子元件组装的复杂性，使得各种形状的超声换能器开发成为可能，比如凹形换能器和全向换能器。光致超声技术的这些优势使其有望获得更广泛的应用。对光致超声技术进行了介绍，主要包括光声机制、换能器性能表征和该技术在生物医学领域中的最新应用，并进一步讨论了光致超声技术未来可能的发展方向。
生物光学 光声效应 超声波 光致超声换能器 高频超声 中国激光
2023, 50(21): 2107105
1 暨南大学光电工程系，广州 510632
2 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广州 510632
本文采用激光加热基座法生长出一系列掺杂不同Er3+浓度(摩尔分数)的Er∶CaGdAlO4(Er∶CGA)激光晶体，并对制备出的系列晶体开展详细的光学性能研究。结合J-O理论计算和光学性能表征，通过对比吸收光谱中780~840和955~1 020 nm的最大吸收系数、吸收截面、半峰全宽和辐射寿命等，以及荧光发射光谱的发射强度、发射截面和能级荧光寿命等光学性能参数，得到Er3+的最佳掺杂浓度为5%。该工作为获得一种有望用于1.5~1.7 μm近红外波段全固态激光器的新型激光增益介质提供了一定的实验基础。
1.5~1.7 μm近红外激光 Er∶CGA晶体 激光加热基座法 光学性能 全固态激光器 增益介质 1.5~1.7 μm NIR laser Er∶CGA crystal laser-heated pedestal growth method optical property all-solid-state laser gain medium
华中科技大学，武汉光电国家研究中心，武汉 430074
作为典型吸光层的三维金属卤化物钙钛矿材料具有较低的结合能、较长的载流子寿命及扩散长度、较高的缺陷容忍度等优异的光电性能，所制备的钙钛矿太阳能电池展现出了优异的光电转化效率。然而，对光、热、湿度等环境的敏感性限制了其实际应用。相比于三维钙钛矿，激子结合能较高、化学性质稳定的二维钙钛矿增强了器件的长期稳定性。与二维钙钛矿结合，三维/二维多维度钙钛矿电池在不损失效率的前提下获得了优越的稳定性。本文主要从二维钙钛矿的晶体结构及稳定性入手，重点阐述了三维/二维多维度钙钛矿的制备工艺及稳定性方面的研究进展，最后对三维/二维多维度钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的进一步提升进行了总结与展望，旨在为钙钛矿光伏商业化提供指导。
二维 三维/二维多维度钙钛矿 太阳能电池 two-dimensional 3D/2D multi-dimensional perovskite solar cells
金宸宇 1,2,3葛鸿浩 1,2,3张亚周 1,2,3董刚 1,2,3[ ... ]姚建华 1,2,3,*
1 浙江工业大学激光先进制造研究院，浙江 杭州 310014
2 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310014
3 高端激光制造装备省部共建协同创新中心，浙江 杭州 310014
4 英国曼彻斯特大学激光加工研究中心，曼彻斯特 M139PL，英国
为了研究激光熔覆316L粉末多层堆积过程中熔覆层的Cr元素分布机制，建立了一种基于体积平均法的三相熔化凝固模型，模拟多层激光熔覆过程中的熔池流动、传热和传质现象。对模拟结果与实验结果进行比较分析，验证了模型的可靠性。通过分析激光熔覆多层316L粉末过程中的温度场、流场以及元素分布的瞬态变化，以Cr元素作为粉末的示踪元素获得了熔覆层的元素分布机制。结果表明：由于Marangoni效应，熔池内形成了位于熔池前端的顺时针方向涡流和后端的逆时针涡流，熔池最大流速出现在熔池后端表面；在前三层熔覆过程中，随着层数增加，熔池表面温度梯度下降导致熔池最大流速减小，而在热积累作用下熔池体积明显增大，但熔池内部流态不发生改变。同时，第二、三层熔覆时熔覆层发生部分重熔，重熔区内的基体元素在熔池内被粉末元素再次稀释，导致粉末元素的含量在熔覆层内逐层上升，最终获得从基体元素向粉末元素过渡的熔覆层。
激光技术 多层激光熔覆 元素分布 数值模拟 中国激光
2023, 50(12): 1202205
苏州科技大学, 绿色印刷纳米光子工程技术研究中心, 材料科学与工程学院, 江苏 苏州 215009
弱光上转换是将低能量光子转换为高能量光子的过程, 在三维荧光显微成像、 太阳能电池、 光催化等领域具有广泛的潜在应用, 因而成为有机荧光材料领域的热点课题。 目前基于三线态-三线态湮灭机制有机弱光上转换材料(TTA-UC)的研究已较为深入, 有关发光机理及应用研究均有较多报道; 然而针对另一种有机弱光上转换机理——基于单光子热带吸收的弱光上转换(OPA-UC)的研究目前还较为少见。 氮杂蒽衍生物由于具有良好的结构刚性和平面性, 高的荧光量子产率, 是研究TTA-UC和OPA-UC两种有机上转换发光的理想模型分子结构。 通过研究比较三种氮杂蒽衍生物: 酚藏花红(PSF)、 藏红T(SFT)、 亚甲基紫(MTV)各自TTA-UC和OPA-UC的发光性能差异, 分析探讨了分子结构对OPA-UC发光性能及TTA-UC敏化效率的构效关系。 实验发现酚藏花红和藏红T由于具有较高的荧光量子产率, 同时辐射衰减常数较大, 其主要衰减过程为辐射衰减; 而亚甲基紫具有较高的分子内电荷转移能力(ICT), 因而非辐射衰减部分更多。 研究三种分子的TTA-UC性能, 发现亚甲基紫的三线态能级过低无法进行三线态-三线态能量转移过程, 而藏红T由于拥有更高的三线态寿命而具有更高的上转换发光效率(9.69%), 是酚藏花红体系(3.16%)的3倍。 进一步研究酚藏花红和亚甲基紫的OPA-UC性能差异, 发现相同浓度条件(10-3 mol·L-1)下亚甲基紫(0.12%)的OPA-UC发光效率相较于酚藏花红(0.059%)更高, 且随着浓度的升高, 亚甲基紫的OPA-UC发光增强效应更大。 进一步研究表明, 在TTA-UC发光过程中, 敏化剂的敏化效率主要受分子三线态寿命以及系间窜跃能力影响, 寿命越长, 系间窜跃能力越强, 敏化效率越高; 而在OPA-UC发光过程中, 湮灭剂分子的发光学率主要受ICT影响, ICT能力越大, 分子发光效率越高。 使用氮杂蒽分子廉价易得, 对未来高性能TTA-UC和OPA-UC发光分子的设计具有一定的实际意义。
弱光上转换 三线态-三线态湮灭上转换 单光子吸收上转换 氮杂蒽衍生物 Low power upconversion Triplet-triplet annihilation upconversion Single-photon hot band absorption upconversion Azaanthracene derivatives 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1761
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室，长春 130022
2 中国科学院高能物理研究所 粒子天体物理中心，北京 100049
3 北京化工大学 数理学院，北京 100029
分别以AZ50XT和聚乙烯醇为脱膜剂，在本底真空度为5.0×10-4 Pa的磁控溅射镀膜机中沉积Al膜，制备出厚度为80 nm的自支撑Al滤光片，并对滤光片进行表面缺陷分析。通过扫描电镜和CMOS相机观察得到，制备的Al滤光片表面均匀性较好，有少量针孔。对滤光片的光学性能进行了表征。用紫外可见分光光度计测得滤光片在可见光及红外光波段的透过率低于0.02%，基本满足使用要求。用软X射线透过率测试系统测得滤光片在1.6~10 keV能段的透过率高于90%，透过率曲线与理论结果基本一致，满足应用要求。用同步辐射装置测得两种滤光片在50~250 eV能段的最高透过率分别为53%和35%，受Al膜表面氧化和脱膜剂残留的影响，实际测得的透过率比理论计算值偏低。
薄膜 自支撑 脱膜剂 软X射线 极紫外 透过率 Thin films Self-supporting Release agent Soft X-ray Extreme ultraviolet Transmittance
战略支援部队信息工程大学，河南 郑州 450001
基于IEEE 802.15.7标准中的OOK（On-Off Keying）调光模式，提出一种基于删除polar码的调光方案，该方案在获取尽可能高质量的可见光通信性能的同时，还可以支持用户的调光需求并抑制闪烁对人眼带来的不适。利用基于列贪婪删除算法的删除polar码方案及CRC（Cyclic Redundancy Check）校验支持的SCL（Successive Cancellation List）译码方法，本方案可以获得优越的误码性能；利用置位式伪随机扰码对删除polar码加扰，以获得01平衡、游程长度受限的数据序列，使灯光变化在最大闪烁时间段（MFTP）内，避免人眼感知到不适的灯光闪烁；利用插入补偿符号（CS）的方式使平均光强度符合用户调光需求。经仿真比对分析，发现该方案能支持用户任意调光率（0~1）需求。在调光率为0.5时，与其他使用前向纠错（FEC）码进行调光的方案相比，本文所提方案在码率为0.5的情况下传输效率有1.25倍以上的提高；在调光率为0.2、误比特率为10-4时，本文方案采用码率为0.5的polar码时能提供0.5~1.7 dB的信噪比增益。
光通信 可见光通信 调光方案 删除polar码 前向纠错码 光学学报
2022, 42(16): 1606007
