1 长春工程学院, 吉林 长春 130021
2 中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
3 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205
长白玉是产自吉林省长白县的一种优质印章石, 储量丰富, 经济价值高。 运用X射线衍射仪（XRD）、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 扫描电镜、 能谱仪（EDS）对长白玉中的彩石品种进行谱学及矿物学研究。 XRD测试结果表明: 长白玉彩石除地开石类型外, 还有高岭石、 珍珠陶石-地开石、 镁橄榄石-利蛇纹石、 水镁石、 滑石类型, 杂质成分有黄铁矿、 赤铁矿、 水镁石、 利蛇纹石、 方解石、 白云石; 通过全峰图拟合(WPF)与 Rietveld 精细化拟合计算求得样品CB9中镁橄榄石占比49%, 利蛇纹石占比23%, 白云石占比15%, 水镁石占比13%, 其他样品中主矿物成分占90%以上。 结合宝石学特征分析: 高岭石族类彩石的颜色以灰白、 灰、 黑、 红、 浅黄、 褐为主, 硬度为2～3, 质地细腻, 刀感好; 镁橄榄石-利蛇纹石类呈绿色, 水镁石类呈黄绿色, 浅灰色; 除高岭石族类型的长白玉彩石外, 其他类型硬度偏低, 为1～2, 韧性差, 雕刻刀感差。 红外光谱分析验证了XRD测试结果, 并区分了长白玉彩石中的高岭石族多型, 认为CB1为无序高岭石, CB15为珍珠陶石-地开石, CB6、 CB11、 CB14为地开石, 且有序度为CB14＞CB6＞CB11。 结合拉曼光谱谱学特征、 EDS元素分析: 推断长白玉彩石的红色成因与隐晶质赤铁矿有关, 黑色与大颗粒显晶质赤铁矿有关, 灰色、 灰黑色、 黑色与无定形碳的存在有关, 利蛇纹石导致长白玉彩石呈绿色、 黄绿色; 水镁石的存在增加了长白玉的透明度, 细小密集的黄铁矿降低了长白玉透明度。 从微观形貌分析: 长白玉地开石型彩石呈片状, 他形、 半自型、 局部可见片层紧密堆积, 结晶颗粒大, 为几微米到十几微米; 高岭石型呈片状, 大小不均, 三维空间杂乱分布; 水镁石型呈大鳞片层叠状, 边棱尖锐, 片状晶体可达几十微米, 片层极薄; 利蛇纹石呈纤维状与片状水镁石堆积在一起; 镁橄榄石类呈致密块状构造。
长白玉彩石 高岭石 谱学 矿物成分 Changbai colored Jade Kaolinite Spectra Mineral composition 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2202
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 武汉工程科技学院, 湖北 武汉 430200
印度“龙蛋石”因其与青田龙蛋石具有相似的多色材质, 作为雕刻石引进国内。 然而目前市场对印度“龙蛋石”的谱学特征和成分结构还不清楚。 选取了极具代表性的样品, 利用偏光显微观察、 X 射线粉晶衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子探针(EPMA)、 傅里叶红外光谱仪(FTIR)对该样品的宝石矿物学特征、 颜色成因以及谱学特征进行了深入的研究。 印度“龙蛋石”以具有“白肉红心”为特征。 偏光显微镜显示, “印度龙蛋石”为隐晶质鳞片变晶结构, “红心”区域出现明显的红褐色斑块物质, 并从中心红色区域到边缘黄绿色区域呈现出由密集到松散分布的规律, 与外观颜色变化相符。 X射线粉晶衍射结果显示, 淡黄绿色“白肉”和“红心”区域衍射图谱一致, 均显示三个强的10.00、 4.99和3.33 衍射峰, 且在2.86、 2.99、 3.20、 3.49和3.73 处均可见伊利石衍射峰, 无其他矿物相存在, 表明样品为纯度较高的2M1型伊利石。 XRD在10.00 峰的半高宽为0.092°Δ2θ, 表明伊利石有序度和结晶度较好。 电子探针测试进一步证实该印度“龙蛋石”主要为伊利石, 其平均层间阳离子含量为0.824 p.u.f., 并含有0.05%～0.08%Wt的结构铁。 扫描电镜背散射成分图像显示红褐色斑块状物质具有明显的高亮衬度, 但普遍表现为伊利石鳞片状形貌。 能谱测试表明该区域铁平均含量为0.48%Wt, 高于伊利石中结构铁含量一个数量级, 表明红褐色斑块状含铁物质可能是印度“龙蛋石”的致色物质。 扫描电子显微镜下发现立方形貌的KCl晶体, 指示伊利石可能直接结晶于富K流体中。 傅里叶红外光谱测试结果表明, 样品在3 630 cm-1为OH伸缩振动峰; 830 cm-1为四面体内Al—O振动; 756 cm-1的吸收峰与Al取代Si参与四面体配位有关, 为四面体内Si—O—Al振动的表现。 位于3 625 cm-1附近的OH伸缩振动吸收峰与825和750 cm-1双指纹吸收峰为伊利石矿物的特征傅里叶红外吸收峰, 印证了该印度“龙蛋石”主要矿物为伊利石。 对印度“龙蛋石”的研究丰富了对雕刻石材质的宝石学和谱学特征的认识, 其红外光谱特征可作为雕刻石样品快速无损测试的鉴定依据。
印度“龙蛋石” 伊利石 铁质物质 颜色成因 谱学特征 Indian Longdan Stone Illite The iron material Color genesis Spectral characteristics 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1895
基于光纤布拉格光栅对（DFBGs）的双波长线形腔光纤激光器利用偏振烧孔效应实现双波长激光稳定输出的研究颇多，但有关3 dB光纤环形镜（FLM）与光纤布拉格光栅（FBG）构成腔镜或仅FBG构成腔镜，以及DFBGs的选择对其激光输出性能［光信噪比（OSNR）、斜率效率及稳定性等］的影响的研究很少。本文实验首先在双波长线形腔掺铒光纤激光器中比较了3 dB FLM与FBG构成腔镜和仅FBG构成腔镜的双波长激光的输出性能，结果表明，仅FBG构成腔镜的输出性能优于3 dB FLM与FBG构成腔镜的输出。其次在仅FBG构成腔镜的线形腔中对低反射率FBG（输出镜）反射率相同与不同时的输出性能进行了对比，研究表明，低反射率FBG的反射率相同时双波长激光输出具有较高的OSNR、斜率效率和稳定性。接着改变构成腔镜的两对FBG的中心波长间隔分别为4、8、12 nm，研究表明，中心波长间隔越大输出越稳定，OSNR越高，但激光器的斜率效率有所降低。最后在室温环境下实现了两个激光波长分别为1550 nm和1562 nm、OSNR分别为50.24 dB和51.19 dB左右、中心波长变化分别小于0.030 nm和0.035 nm、输出功率波动分别小于0.061 mW和0.059 mW、3 dB带宽分别为~0.146 nm和~0.144 nm的稳定输出，该结果为线形腔双波长的更优输出。
光纤布拉格光栅对 偏振烧孔 3 dB光纤环形镜 双波长线形腔掺铒光纤激光器 中心波长间隔 光学学报
2023, 43(23): 2306005
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE0和TE1双模分模器的尺寸仅为5.5 μm×4 μm，其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示：当输入TE0模式时，中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB；当输入TE1模式时，插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB；工作带宽覆盖150 nm时，TE0和TE1模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差，两种模式的插入损耗低于0.79 dB，串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统，为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。
集成光学 硅基光电子学 硅基分模器 逆向设计 伴随法 光学学报
2023, 43(23): 2313003
1 苏州大学 机电工程学院,江苏 苏州215000
2 苏州大学 未来与科学工程学院, 江苏 苏州 215222
针对惯性约束激光核聚变(ICF)靶零件夹持和装配过程中存在的重载荷与高检测分辨率之间的装配难题, 该文提出了一种基于双轴旋转结构的微装配方法。首先通过分析装配目标器件(铝套筒, 金腔和半腔)的特点, 制定了精密装配总体结构方案。然后介绍双轴旋转装置并对相应的传感器进行标定, 并进一步对集成传感器的双轴旋转装置进行角度偏转测试, 可检测最小0.01°的偏转。实验表明,该双轴旋转装置能灵敏地检测到微小的偏转, 并且传感器对双轴旋转具有“置零”的能力, 通过该装置可在无视觉引导的情况下完成目标件的装配。
精密装配 双轴旋转结构 夹持器 传感器 重载荷 precision assembly dual-axis rotating structure holder sensor heavy load
1 曲阜师范大学计算机学院，山东 日照 276826
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所，广东 深圳 518055
光声计算层析成像（PACT）不需要外源性对比剂便可获取厘米级深度的光声图像。然而，来自皮肤的高强度光声信号遮盖了皮下深层组织信息，阻碍了感兴趣区域光声图像的正面显示和分析。因此，笔者提出了融合多尺度感知和残差连接的U型深度学习模型，并采用该模型实现了PACT光声图像中皮肤信号的智能分割。首先，提出以单类皮肤区域标注为基准标签图像的非像素级皮肤区域标注方法，该方法不需要像素级图像标注，能够显著降低数据处理的复杂度；然后，设计了皮肤完整性拟合和皮肤掩膜生成算法，并采用该算法实现了PACT图像中皮肤信号的自动去除。使用PACT成像实验获得的人体腿部外周血管光声图像验证了所提方法在皮肤组织高精度智能提取和去除方面的正确性和有效性。与现有的皮肤去除工作相比，本文所提皮肤去除算法对MAP图像的重建误差下降了50%~70%，峰值信噪比平均提升了约4.5 dB，为深层组织PACT图像的高清晰显示提供了一条有效途径。
生物光学 光声成像 皮肤分割 深度学习 外周血管成像 中国激光
2023, 50(21): 2107111
1 宁波大学机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室，浙江 宁波 315201
3 中国科学院大学宁波材料工程学院，浙江 宁波 315201
4 江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000
采用多光束耦合纳秒激光对SiC陶瓷进行抛光试验研究，研究了耦合激光的双向光斑重叠率（δ）和能量密度（ED）对抛光表面质量的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪以及拉曼光谱仪等仪器观测表征了SiC陶瓷抛光前后的表面形貌、表面粗糙度、元素分布以及物相变化等。结果表明：随着δ和ED的增加，激光抛光表面出现重铸层，重铸层的拉曼光谱曲线含有Si的特征峰；当耦合激光的δ为75%、ED为4.254 J/cm2、扫描次数为2时，抛光表面粗糙度（Ra）降至0.73 μm；当δ和ED过大时，抛光表面易在孔隙附近出现微裂纹，并向周围延伸。
激光技术 激光抛光 多光束耦合 双向光斑重叠率 重铸层 SiC陶瓷 中国激光
2023, 50(16): 1602209
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Advanced Photonic Technology, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Key Laboratory of Trans-scale Laser Manufacturing Technology (Beijing University of Technology), Ministry of Education, Beijing 100124, China
The self-mixing interferometry (SMI) technique is an emerging sensing technology in microscale particle classification. However, due to the nature of the SMI effect raised by a microscattering particle, the signal analysis suffers from many problems compared with a macro target, such as lower signal-to-noise ratio (SNR), short transit time, and time-varying modulation strength. Therefore, the particle sizing measurement resolution is much lower than the one in typical displacement measurements. To solve these problems, in this paper, first, a theoretical model of the phase variation of a single-particle SMI signal burst is demonstrated in detail. The relationship between the phase variation and the particle size is investigated, which predicts that phase observation could be another alternative for particle detection. Second, combined with continuous wavelet transform and Hilbert transform, a novel phase-unwrapping algorithm is proposed. This algorithm can implement not only efficient individual burst extraction from the noisy raw signal, but also precise phase calculation for particle sizing. The measurement shows good accuracy over a range from 100 nm to 6 μm with our algorithm, proving that our algorithm enables a simple and reliable quantitative particle characteristics retrieval and analysis methodology for microscale particle detection in biomedical or laser manufacturing fields.
self-mixing interferometry particle detection continuous wavelet transform laser processing Hilbert transform Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041204
1 海军大连舰艇学院, 辽宁 大连 116000
2 中国人民解放军91878部队, 广东 湛江 524000
在电子侦察卫星支援对海作战背景下, 为充分发挥卫星作战潜能, 提出了基于萤火虫麻雀算法(FASSA)优化支持向量回归(SVR)的卫星作战效能评估模型。首先, 运用萤火虫算法(FA)对麻雀搜索算法(SSA)进行改进; 然后, 建立了电子侦察卫星作战效能评估指标体系; 最后, 运用FASSA算法优化SVR的相关参数, 依据所构建的效能评估指标体系, 构建了电子侦察卫星作战效能评估模型。仿真结果表明, 该模型具有较高的效能评估精度, 在各项指标上均优于其他模型。
电子侦察卫星 效能评估 萤火虫算法(FA) 麻雀搜索算法(SSA) 支持向量回归(SVR) electronic reconnaissance satellite effectiveness evaluation Firefly Algorithm (FA) Sparrow Search Algorithm (SSA) Support Vector Regression (SVR)
1 西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室, 绵阳 621010
2 西南科技大学矿物材料及应用研究所, 绵阳 621010
3 西南科技大学分析测试中心, 绵阳 621010
低成本制备堇青石多孔陶瓷一直是专家学者们研究的热点, 本文以石棉尾渣、粉煤灰、高岭土为原料, 在不添加发泡剂的情况下, 采用直接烧结法成功制备了堇青石多孔陶瓷, 系统研究了堇青石多孔陶瓷的物相演化、显微结构及理化性能。结果表明: 烧结温度的升高和配方中高岭土含量的增加有助于样品中堇青石的合成, 高岭土的添加可以有效降低样品发泡的温度和提高样品的孔隙率; 当烧结温度为1 240 ℃, 焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶3时, 制备的堇青石多孔陶瓷的体积密度仅为0.6 g/cm3, 孔隙率高达76.94%; 当烧结温度为1 220 ℃, 焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶5时, 制备的堇青石多孔陶瓷吸水率达到最大值34.57%; 此外, 制备的堇青石多孔陶瓷还表现出良好的耐碱性能。
堇青石 多孔陶瓷 自发泡 石棉尾渣 粉煤灰 高岭土 cordierite porous ceramics self-swelling asbestos tailing fly ash kaolin
