1 东北电力大学 理学院，吉林吉林3202
2 吉林工程技术师范学院 数据科学与人工智能学院，吉林长春13005
3 吉林大学 数学学院，吉林长春10012
为了提高红外与可见光图像的融合质量，本文提出一种新颖的基于结构和纹理感知的Retinex模型的红外与可见光图像融合方法。该方法首先通过结构和纹理感知的Retinex模型将源图像分解为反射分量和光照分量，不但能够有效地将源图像的纹理和结构信息进行分离，而且也能很好地提取可见光图像中低亮度下的细节特征信息；然后通过构造源图像的二阶梯度为基础的权值映射和伽马函数对反射分量和光照分量进行融合；最后对融合的反射分量和光照分量进行重建得到最终融合图像。通过对38组广泛使用的TNO红外/可见光图像数据库中的图像进行测试表明，本文方法得到的融合图像不但具有较高的可视化质量，而且与近年来提出的5种高水平方法相比，本文方法在互信息、非线性相关信息熵、图像相位一致性度量上取得了更好的客观评价结果，能够较好地解决红外与可见光图像融合中出现的细节特征缺失和对比度较低的问题。
红外图像 可见光图像 图像融合 Retinex模型 infrared images visible images image fusion Retinex model 光学 精密工程
2022, 30(24): 3225
1 成都大学食品与生物工程学院, 四川 成都 610106
2 成都大学四川抗菌素工业研究所, 四川 成都 610106
3 四川大学机械工程学院分析仪器研究中心, 四川 成都 610064
病原菌检测对于保障饮用水和食品安全, 应对突发公共卫生事件至关重要。 现行检测标准或方法存在操作耗时费力, 成本高等缺陷, 难以满足现代社会高时效性要求, 因此开发操作简单、 低成本的病原菌快检技术迫在眉睫。 近年来, 随着激光技术和光电探测技术的高速发展, 能够快速获取微生物指纹信息的激光光谱引起了研究者的广泛关注, 其中表面增强拉曼光谱(SERS)和激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有快速、 原位无损或微损检测等优点, 在病原菌快速检测领域广受关注。 SERS作为一种分子振动光谱技术, 是在常规拉曼(Raman)光谱中引入具有光学信号放大作用的贵金属纳米结构, 实现Raman信号数量级的提升同时能够猝灭荧光, 因此可以快速获取目标分子的指纹光谱信息。 然而受贵金属纳米粒子的材质、 形貌、 大小等自身属性, 以及与待测物距离等多种因素的影响, 重现性仍然是SERS在细菌检测中的一大瓶颈。 LIBS作为一种新兴的原子发射光谱技术, 具有多元素实时检测的能力, 可以快速获取样品包括微量和痕量元素在内的所有元素信息。 LIBS进行细菌分类和鉴别时, 为了降低基底、 共存基质的元素干扰, 需采集大量纯培养细菌的光谱数据, 不仅增加了检测周期, 同时带来定性定量难两全的局面。 结合SERS和LIBS技术在病原菌快检领域的研究现状, 综述了两类方法各自的优势和局限性, 并对其在病原菌快速检测领域的发展趋势进行了展望, 为开发基于激光光谱的病原菌快检技术提供参考意见。
指纹光谱 病原菌 快速检测 拉曼光谱 激光诱导击穿光谱 Fingerprint spectroscopy Pathogenic bacteria Rapid detection Raman spectroscopy Laser-induced breakdown spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2372
1 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室, 江苏 镇江 212013
2 江西农业大学工学院生物光电及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息, 应用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP杂化泛函和6-31G（d,p）基组对三种氨基甲酸酯类农药（西维因、 克百威和涕灭威）分子进行了几何结构优化和频率计算, 利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱, 并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。 结果表明, 理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。 对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属, 找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰, 分别位于874, 1 014, 1 162和1 716 cm-1附近。 对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异, 找到三种农药分子各自不同的特征峰。 研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础, 将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。
氨基甲酸酯农药 密度泛函理论 拉曼光谱 频率归属 Carbamate pesticide Density functional theory Raman spectrum Assignment
1 江西农业大学工学院生物光电及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
2 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室, 江苏 镇江 212013
有机磷类农药常被用于防治植物病、 虫、 害, 但对人、 畜的急性毒性很强, 能抑制乙酰胆碱酯酶。 三种有机磷类农药分子（乐果、 敌百虫和伏杀硫磷）的分子构型用GaussView3.07构造, 理论计算采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）的B3LYP/6-31G（d, p)基组, 并将实验拉曼光谱、 理论计算拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）进行比较。 结果表明, 三种有机磷类农药分子的实验值与理论方法计算值具有很好的匹配性, 并对三种有机磷类农药分子（乐果、 敌百虫和伏杀硫磷）在400～1 800 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属, 找到了这三种有机磷类农药的特征峰。 有机磷类农药分子的振动峰中会出现相近的波数, PO基团引起的波数在1 140～1 320 cm-1之间, PS的伸缩振动的谱带在535～750 cm-1范围, 含有P—O—C基团的有机磷类农药在920～1 088 cm-1范围产生一个谱带。 对比分析三种农药的实验拉曼光谱和表面增强拉曼光谱, 找到了这三种有机磷农药分子各自主要的表面增强拉曼特征峰, 这些表明利用SERS技术可以用来鉴定有机磷农药。 研究结果为有机磷农药的定性定量分析提供了理论基础。
有机磷农药 密度泛函理论 拉曼光谱 乐果 敌百虫 伏杀硫磷 Organophosphorus pesticide Density Functional Theory Raman spectrum Dimethoate Trichlorfon Phosalone
成都精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
针对大型激光系统中光束质量低和波前畸变等特点, 采用离子辅助电子束蒸发技术成功实现对多层膜残余应力的精确控制。通过分析氧化铪、氧化硅单层膜残余应力变化规律, 研究了离子源束压、束流参量对膜层折射率、残余应力性质及大小的影响。540 mm×340 mm×60 mm规格大口径传输反射镜面形PV值达到0.5λ(λ=632 nm), 小光束损伤测试情况下, 样品元件的损伤阈值大于30 J/cm2(N-on-1,1 064 nm,5 ns), 利用该技术制备的大口径传输反射镜已获得成功应用。
薄膜光学 面形控制 离子辅助 反射镜 损伤阈值 film optics surface shape control ion assisted refractive mirror damage threshold
1 中国工程物理研究院 电子工程研究所,四川 绵阳 621900
2 成都精密光学工程研究中心,四川 成都 610041
实验研究了芯径为600 μm的全石英光纤传输脉宽为5 ns,波长为1064 nm的高峰值功率脉冲激光的传输特性。采用N-ON-1测试方法,获得光纤损伤阈值和光纤传能特性曲线。光纤50%概率损伤阈值为24 mJ,平均输出激光能量达到14 mJ,峰值功率接近3 MW。可将光纤传能特性曲线分为3个过程:未损伤段(平稳传输段)、光纤端面等离子体击穿段(非平稳传输段)和光纤体损伤段(传输截止段)。分析了光纤损伤形貌和损伤机理。研究表明,同时提高光纤端面等离子体击穿阈值和光纤初始输入段损伤阈值是提高光纤传能容量的关键。
光纤光学 光束传输 激光损伤 高峰值功率激光
1 哈尔滨工业大学 精密工程研究所,黑龙江 哈尔滨 150001
2 成都精密光学工程研究中心,四川 成都 610041
高精度KDP晶体是惯性约束核聚变光路系统中的重要元件,而已加工表面的小尺度波纹对光学元件的透射比有着重要影响。采用傅里叶模方法理论分析了表面小尺度波纹的幅值及周期对KDP光学元件透射比的影响。研究结果表明,当小尺度波纹幅值小于100 nm时,透射比随波纹幅值的增加基本呈线性增长,波纹幅值每提高10 nm,透射比可提高近0.5%;透射比随着小尺度波纹周期的增加围绕中心透射比上下浮动,透射比振幅基本保持不变,且中心透射比及透射比振幅均随着小尺度波纹幅值的增加而增大;小尺度波纹周期在10.5-12 μm区间内时透射比明显很低,需采取措施避免小尺度波纹的周期出现在此区间。对KDP晶体进行了加工、表面形貌检测及透射比检测的实验,实验结果与理论计算结果基本吻合。
KDP光学元件 透射比 傅里叶模方法 小尺度波纹
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所,上海 201800
2 成都精密光学工程研究中心,成都 610041
3 中国科学院 研究生院,北京 100039
建立了光学元件在真空环境下的激光损伤测量系统,采用电子束蒸发和离子辅助技术制备了HfO2/SiO2高反射薄膜。对不同工艺制备的薄膜在真空与大气环境下的1 064 nm波长的激光损伤阈值进行了测量,对薄膜的损伤形貌进行了观测。对薄膜的损伤特性研究分析结果表明:薄膜在真空环境中的损伤阈值相对大气环境中有明显下降,其1∶1测试和R∶1测试损伤阈值下降约30%;两种环境中的薄膜损伤特性也不同,真空环境中损伤阈值的下降可能与热传导的不同有关。
薄膜光学 激光损伤 大气环境 真空环境 高反射薄膜 film optics laser induced damage vacuum air high reflective coatings 强激光与粒子束
2009, 21(12): 1829
成都精密光学工程研究中心，四川 成都 610041
介绍了He－Ne散射检测激光损伤的原理和实验装置，分析了散射信号及激光损伤的内在关系。实验表明，散射信号与薄膜的激光损伤尺度与形貌有关，对于本次实验，最小探测的激光损伤尺度为20μm左右。与显微镜和等离子体闪光法实验对比显示，He－Ne散射测量能判定薄膜激光损伤的发生，准确测量激光损伤阈值，测量结果与显微镜观察法符合较好。
高功率激光器 He－Ne散射 激光损伤 损伤阈值 high power laser He-Ne scattering laser induced damage damage threshold
介绍了一种基于分数泰伯效应的单脉冲激光损伤阈值测量方法.该方法是根据六角相位光栅的分数泰伯效应,将激光光束整形成许多不同能量密度的高斯形状光斑,通过比较光斑分布图和损伤分布图即可统计计算得到各个能量密度区间的损伤概率.根据角谱传输理论数值模拟得到了六角相位光栅的分数泰伯像并得到实验验证.用该方法和传统的1-on-1测得HfO2/ SiO2高反介质膜的激光零损伤阈值分别为7.9和8.0 J/cm2,并进行了误差分析.
激光损伤阈值 分数泰伯效应 六角相位光栅 损伤概率 强激光与粒子束
2007, 19(12): 1970
