1 宁波大学高等技术研究院 红外材料与器件实验室，浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
3 浙江省海洋研究院，浙江 宁波 315211
4 吉林大学 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰，该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量，尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题，同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤，并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真，系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明，优化设计后的光纤在1 550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值，可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。
低串扰 19芯光纤 沟槽辅助型 多组分碲酸盐玻璃 low crosstalk 19-core fiber trench assisted multicomponent tellurite glass
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
将掺铒纳米晶与甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体共聚获得的复合聚合物可用作聚合物光波导放大器的增益介质。器件的增益性能与复合聚合物中的纳米粒子浓度密切相关。本文利用高温热分解法成功制备了尺寸均匀的β?NaLu50%Y30%F4∶18%Yb3+，2%Er3+纳米晶。纳米晶尺寸约16 nm，表面修饰有不饱和基团，因此可以与MMA共聚合得到纳米粒子?聚甲基丙烯酸甲酯（NPs?PMMA）纳米复合材料。通过将纳米粒子的掺杂浓度分别调整为0.1，0.15，0.25 mmol，制备了三组不同键合比例的复合聚合物。下转换发射光谱和透过光谱测试分析表明，随着键合的纳米晶浓度升高，复合聚合物发光强度逐渐提高，但近红外区的光透过率略微下降。使用这三组复合聚合物材料制备的倒脊型光波导放大器，在1 550 nm处，器件的相对增益分别为3，3.46，5.61 dB，插入损耗分别为19.20，25.00，26.53 dB。该结果说明，虽然高掺杂浓度的稀土纳米晶造成了散射损耗增加，却有效地提高了增益介质在C波段的发光强度和器件的相对增益。在本文实验中，增加纳米晶浓度带来的增益提高优于散射损耗的增加。
掺铒纳米晶 复合聚合物 键合比例 光波导放大器 erbium-doped nanocrystals composite polymer bonding ratio optical waveguide amplifier
兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070
针对多输入多输出（MIMO）系统非线性检测中排序串行干扰消除（OSIC）算法信号检测性能弱的问题，提出了一种可动态调整的OSIC（D-OSIC）检测算法。为解决早期的误差传播问题，通过最大似然（ML）算法选择最佳符号，提高ML-D-OSIC算法的检测性能。根据遍历容量动态调节消除层的数目，并结合混合迭代算法降低算法的复杂度。仿真结果表明，ML-D-OSIC算法的信号检测性能明显优于OSIC算法，检测性能可通过调整预定义阈值、偏移量和权重而提升，且复杂度远低于ML算法。
信号处理 多输入多输出 信号检测 最大似然算法 串行干扰消除 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1107004
沈阳农业大学信息与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110866
开展水稻无人机高光谱解混, 获取水稻植株的高光谱反射率信息, 对于提高水稻理化参量的反演模型精度具有重要意义。 目前大多基于高光谱遥感影像自身数据进行解混, 运用算法模型进行高光谱数据解混, 将高光谱图像和可见光图像进行优势互补, 提出一种基于无人机高清影像与高光谱遥感影像融合的稻田无人机高光谱解混方法, 解决单一数据局限性问题, 增强光谱数据对地物的描述能力。 为了更好的计算端元丰度, 将同一目标区的高清数码正射影像与无人机高光谱遥感影像利用经纬度信息进行空间配准, 使得不同传感器获得的图片在几何位置上对齐, 通过SVM分类器的监督分类方法对可见光的数码正射影像进行地物分类, 利用地物分类的结果对应高光谱的一个像元, 从而得到一个像元内的端元丰度。 设相邻区域内的水体端元是相同的, 利用线性解混模型(LSMM)对相邻区域的混合像元进行解混, 最终获取水稻高光谱反射率信息。 结果表明对两种图片进行空间配准丰富了数据源信息, 有利于像元的端元丰度计算, 其中水稻端元丰度在70%以上解混效果最好, 丰度在50%以上解混效果一般, 丰度在30%以下解混效果较差; 选择监督分类方法进行地物分类, 精度达到99.5%, 面向对象方法分类精度为98.2%, 监督分类方法优于面向对象分类方法; 最终得到的混合像元分解反射率高于原混合像元反射率, 减少了水体混合部分对光谱数据的影响, 使得分解后水稻的光谱反射率更加准确, 为水稻理化参量无人机成像高光谱遥感反演提供更加准确的科学依据。
高光谱 无人机 端元提取 水稻 混合像元 Hyperspectral UAV Endmember extraction Rice Mixed pixels
1 洛阳理工学院环境工程与化学学院，洛阳 471023
2 河南科技大学农学院，洛阳 471023
在液相超声剥离制备g-C3N4纳米片的基础上，通过光照还原法负载Ag纳米颗粒，成功构筑Ag/g-C3N4纳米片，通过透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面积和孔分析仪(BET)和瞬态光电流等方法对制备的样品进行表征，考察可见光下杀灭E.coli能力以表征其光催化活性，并通过改进的Hom模型对样品的光催化抗菌动力学进行研究。研究结果表明，3%Ag/g-C3N4纳米片具有最优的光催化抗菌活性，光催化抗菌曲线拟合的k2值是体相g-C3N4的2.99倍，是3%Ag/体相g-C3N4的1.45倍。大的比表面积和良好的光生载流子分离效率是3%Ag/g-C3N4纳米片具有优异光催化抗菌活性的主要原因。
Ag/g-C3N4纳米片 光催化 抗菌性能 大肠杆菌 动力学 Ag/g-C3N4 nanosheeet photocatalysis antibacterial property Escherichia coli kinetic
1 西安建筑科技大学理学院, 陕西 西安 710055
2 武警工程大学物理实验中心, 陕西 西安 710086
稀土掺杂上转换(upconversion, UC)发光材料是一种把两个或多个长波长、 低能量的近红外光子转换成一个短波长、 高能量的可见或紫外光子的发光材料。 由于其锐线发射、 长寿命和无背底荧光等特性, 在生物成像、 检测与治疗、 太阳能电池、 药物输送和光催化等诸多领域具有极大的应用价值。 目前, NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体是公认的最重要的上转换发光材料之一, 其相关的上转换发光机理、 制备方法、 光谱调制以及实际应用方面均已被科学家们进行了大量的研究。 然而, 荧光效率低这一严重问题一直制约着上转换发光材料实际应用的进程。 另外, 关于单颗粒上转换NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体中荧光的产生、 输运和耦合特性还不清楚。 一维微/纳材料作为一种二维受限体系, 为研究电子和光子的输运特性提供了一个理想模型。 通过柠檬酸钠辅助的水热法合成了长径比可控的一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒和一维NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳棒结构。 采用激光共聚焦激发系统, 在单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒中, 通过控制棒的长径比、 激发方式和制备特殊的核-壳结构等方式, 研究了荧光的产生和同步荧光图案, 揭示了在一维棒结构中荧光光线的输运模式为: 垂直于棒轴方向的荧光沿棒横截面的戒指形谐振腔趋肤传播和近似沿棒轴方向的荧光在棒介质中反复全反射以波导方式输运至棒端后靶向输出; 在NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳一维棒结构中, 在单一波长激发下, 获得了源自单颗粒的Tm3+的蓝色和Er3+绿色特征发射。 采用点激发方式激发一维核-壳微米棒样品一端时, 呈强烈蓝色荧光空间不对称的哑铃状分布, 且中间出现了微弱绿色荧光, 构筑出单颗粒单一波长激发下的局域色彩调制发射, 并为微量稀土发光中心局域掺杂的检测提供了一种途径。 在波导激发和点激发方式下, 在对单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+和NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳微米棒的荧光产生和输运的调制中, 实现了对离子荧光发射颜色的控制, 并揭示了荧光在一维棒中传输耦合过程中, 沿棒长模式荧光比沿径向模式荧光更容易传输耦合。 该研究的一维棒荧光的输运和耦合特性, 暗示了其在光子耦合器件、 上转换波导激光以及荧光成像方面的潜在应用。
一维微米晶体 自发荧光输运 荧光传输机理 荧光图案 One-dimensional microcrystals Luminescence targeting output Luminescence transport mechanism Luminescent pattern 光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1040
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
设计了基于石榴石型铁氧体磁性材料的光子晶体滤波器和光开关。利用平面波展开(PWE)法,分析了特定半径下光子晶体的能带结构,利用时域有限差分(FDTD)法分析了磁场改变时磁性材料耦合频率的变化。结果表明,该器件在不加磁场时具有优良的选频滤波功能,各目标光信号的透射率均达90%以上,且信道串扰小;加磁场后,耦合腔的耦合频率改变,器件处于关断状态。该器件的关断最大稳定时间达26.7 ps,最大透射率仅为8%,关断效果明显,具有良好的开关特性。
集成光学 太赫兹(THz)滤波器 平面波展开(PWE)法 光开关 时域有限差分(FDTD)法
中北大学电子测试技术国家重点实验室, 信息探测与处理山西省重点实验室, 山西 太原 030051
多谱CT成像是通过不同谱段的CT图像表征检测对象中的不同组分。 为了便于在同一视图中显示所有组分的信息, 需要研究多谱CT序列的融合方法; 但是常用融合方法如加权平均法、 小波变换融合法等都是针对图像细节信息的优化, 不能表达组分的物理特性, 从而导致融合图像的灰度不具有物理表征性, 影响CT的定量检测。 为此, 结合具有物理表征特征的数据约束模型(DCM), 开展了基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究。 首先通过能谱滤波分离的成像方法获得多个能谱范围内的多能投影数据, 采用TV-OSEM算法重建不同能谱段的CT序列; 其次, 利用传统DCM模型和改进DCM模型分别对多谱CT序列进行融合, 传统DCM模型是严格单能的, 由于滤波后能谱的非严格单能特性, 其融合结果不能表征出对象序列中的全部组分。 针对此问题提出了改进DCM模型。 改进DCM模型选择了新的体元定义, 并且在多谱CT序列融合中引入先验组分作为参照, 通过先验物质对融合结果中其他物质进行校准, 实现检测对象中各组分位置的准确分布。 仿真实验表明, 该方法可从物理表征正确性的角度, 实现多谱CT序列融合, 在满足CT序列中不同组分区分的同时, 其融合图像的灰度具有物理可参照性, 有利于后续的CT定量检测。
多谱CT CT序列融合 约束模型 先验组分 Multi-spectrum CT CT sequence fusion Data-constrained model Prior component
1 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 伊犁师范学院 电子与信息工程学院, 新疆 伊宁 835000
利用978 nm近红外光激发样品CaF2∶Pb2+,Yb3+, 在室温下观察到二价Pb2+离子在383 nm附近的紫外上转换发光。该发射峰对应于Pb2+离子的3P0→1A1g(1S0)跃迁。瞬态光谱测量结果表明: 在这个材料体系中, Pb2+离子的激发来自于Yb3+离子三聚体的合作敏化。但是随着Pb2+离子掺杂浓度的提高, Yb3+离子三聚体遭到结构性破坏, 导致其合作发光减弱。本文首次利用Pb2+离子掺杂造成Yb3+离子三聚体的结构性破坏, 从而引起合作荧光猝灭, 并对在CaF2基质中因其他二价离子的掺入而造成的Yb3+三聚体合作发光猝灭给予了合理的解释。
Yb3+离子三聚体 合作敏化 Pb2+离子 紫外上转换发光 Yb3+-trimers cooperative sensitization Pb2+ ions UV upconversion luminescence
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
3 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
为了研究波前畸变对光束指向探测的影响, 采用蒙特卡罗方法分别在整口径和不同口径、不同排布的子口径情况下, 对光束进行了模拟分析。研究结果表明, 当波前畸变的均方根值小于0.163λ时, 光束指向探测误差小于0.5 μrad; 当波前畸变的均方根值小于0.234λ时, 光束指向探测误差小于1 μrad。可选取波前畸变相对较小的子光束区域来计算整口径的光束指向。
激光技术 相干合成 蒙特卡罗方法 光束指向探测 波前畸变
