南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
结合奇偶函数理论，提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量，对折射率均匀性引入的误差进行分部求解，生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差，对其中的均匀性误差复原，结果与初始值仅相差0.6×10-6，残差与平晶表面面形的低频信息无关，仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测，将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同，指标结果仅相差0.2×10-6，波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项，旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下，均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。
物理光学 光干涉测量 奇偶函数法 光学均匀性 绝对检测 Physical optics Optic interferometry Odd and even function Optical uniformity Absolute test
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 中科院南京耐尔思光电仪器有限公司，江苏 南京 211300
提出了一种可用于低空间频率干涉条纹的载频计算方法。该方法构建了载频干涉条纹的近似模型，实现了载频参数的线性迭代求解方法。仿真表明，该方法适用于多种情况，即使干涉图背景分布不均，也可准确计算载频，误差最大优于0.01λ，最小可达0.002λ，λ为632.8 nm。将所提方法求得的载频参数用于移相干涉中，相位均方根误差可达0.0002λ。实验中，所提方法与移相法相比，载频误差小于0.007λ，将求得的载频用于移相干涉时，相位无明显纹波。为低空间频率的干涉条纹提供了一种新的载频计算方法，可广泛用于干涉测量领域的各个方面。
测量 干涉测量 载频计算 相位提取 迭代法
1 山东理工大学激光高端制造研究中心, 山东 淄博 255000
2 山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255000
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255000
借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。
微尺度激光冲击强化 数值模拟 有限元分析 塑性变形 残余应力 micro-scale laser shock peening numerical simulation finite element analysis plastic deformation residual stress
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130022
3 东莞方孺光电科技有限公司，广东 东莞 523822
4 陆军装备部驻北京地区军事代表局，北京 100166
针对目前铜、金等金属材料加工的实际应用需求，开展了连续输出功率500 W的光纤耦合输出蓝光半导体激光加工光源研究。基于平面窗口TO封装的蓝光半导体激光单管器件，设计采用长后工作距的快轴准直镜和慢轴准直镜分别准直，获得低发散角、高光束质量的单元准直光束；结合二维空间合束、偏振合束和光纤耦合，将144个蓝光单管器件耦合进200 μm/NA 0.22光纤，通过ZEMAX软件对半导体激光光路进行光线追踪模拟；并从实验上实现，3 A电流驱动下，200 μm/NA 0.22光纤输出连续功率523 W，电光转换效率29 %。该激光光源具有直接加工铜、金等材料的能力。
蓝光半导体激光器 光纤耦合 激光合束 激光加工 blue diode laser fiber-coupled laser beam combination laser processing source
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京航天控制仪器研究所，北京 100039
4 中国科学院力学研究所 国家微重力实验室，北京 100190
报道了采用DBR方式，利用8 mm的高浓度掺Yb3+单模光纤，实现了波长为1064 nm的单纵模调谐激光稳定输出的实验结果。该DBR谐振腔有效腔长为16 mm，输出最大功率为7.4 mW，通过半导体制冷器温控改变谐振腔的温度，实现了0.824 nm的单纵模无跳模调谐。采用光纤外差法，并利用低损耗环形器和光纤反射镜倍增延迟线长度提升测量精度的方式，测量得到激光最大线宽为4.4 kHz。单纵模激光的弛豫震荡峰位于900 kHz处，其相对强度噪声为−110 dB/Hz，当频率大于1.5 MHz时相对强度噪声为−145 dB/Hz。
光纤激光器 单频 温度调谐 分布布拉格反射 fiber laser single frequency temperature tuning distributed Bragg reflection 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220570
长春理工大学 电子信息工程学院，吉林长春130000
卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）可用于工业生产环境下的纺织品疵点的鉴别与分类。针对实际场景下的纺织品瑕疵存在瑕疵类型视觉区分度小和实际数据样本采集时的瑕疵类别不平衡问题，本文提出了基于标签嵌入方法的纺织品瑕疵识别网络（Textile Defect Recognition Network Based on Label Embedding， TDRNet）。首先，算法调整了基础骨干网络的结构，从而提高模型的分类精度；接着算法还设计了标签嵌入模块（Label Embedded Module， LEM），并使用该模块来生成模型的类别权重偏移；然后，本文提出了分布感知损失函数（Distribution Perception Loss， DP Loss）调整算法的类别分布，从而减小同类瑕疵特征的类内距并增大异类瑕疵特征的类间距；最后，本文引入了Seesaw Loss损失函数，通过抑制少数类别的负样本梯度并提高对误分类时的样本损失来动态平衡模型训练过程中在不同样本下的更新梯度，以缓解少数类别的误分类率。在自制的“广东智能制造”布匹瑕疵分类数据集中，本文提出的框架在粗粒度分类和细粒度分类两个任务上的top1错误率可达16.35%和17.12%，而top5错误率在细粒度分类任务上低至5.20%。与其他分类模型相比，TDRNet在对比实验中取得了最优的结果。此外，TDRNet与近5年经典的细粒度分类模型进行了比较，并取得了SOTA结果，这充分表明了TDRNet的先进性。
卷积神经网络 纺织品瑕疵识别 标签嵌入 分布感知损失 Seesaw损失 convolutional neural network textile defect recognition label embedding distribution perception loss Seesaw Loss 光学 精密工程
2023, 31(10): 1563
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
3 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司，江苏 苏州 215028
4 江苏省研究生工作站苏州一光仪器有限公司，江苏 苏州 215006
5 苏州明世光学科技有限公司，江苏 苏州 215028
基于双泽尼克多项式推导稀疏孔径光学系统与视场相关的广义光瞳函数，以Golay3稀疏孔径成像系统为例，通过ZEMAX软件进行光学设计和数据拟合获得广义光瞳函数的双泽尼克多项式系数，根据傅里叶变换关系计算得到稀疏孔径光学系统的调制传递函数（MTF），并针对不同视场稀疏孔径光学系统进行成像模拟和图像复原。结果表明，调制传递函数的理论计算结果与ZEMAX设计结果一致，利用双泽尼克多项式可以表示不同视场稀疏孔径光学系统的成像特性。构建与视场相关的维纳滤波器进行图像复原，可有效提高不同视场稀疏孔径光学系统的成像质量。
成像系统 稀疏孔径 双泽尼克多项式 视场 维纳滤波器 光学学报
2023, 43(10): 1011001
1 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086
2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室/农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081
3 北京农林科学院植物营养与资源研究所, 北京 100097
4 黑龙江省科学院微生物研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
5 农业农村部环境保护科研监测所, 天津 300191
土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者, 特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用。 研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、 活性有机碳以及有机碳结构的变化规律, 深入了解根际有机碳固持和稳定机制, 为完善农田生态系统碳固持和农田可持续发展提供科学依据和理论支撑。 该研究依托黑土长期定位试验, 采用化学分析、 固态13C-核磁共振 (13C-NMR)等方法研究大豆根际土壤有机碳含量、 活性有机碳含量和有机碳结构组分变化规律。 结果表明, 与非根际土壤相比, 大豆根际土壤有机碳含量显著增加, 长期施肥处理能够显著增加根际土壤有机碳和低活性有机碳含量, 以常量有机肥加氮磷钾（MNPK）处理提升效果最好。 核磁共振实验结果表明, 与不施肥处理相比, MNPK处理明显增加根际土壤烷基碳、 烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值, 降低芳香基碳和芳香碳/总碳比值, 在非根际土壤中尤其显著; 常量氮磷钾（NPK）处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值, 在根际土壤中烷基碳比例和烷基碳/烷氧基碳比值增加, 烷氧基碳比例降低, 非根际土壤测试结果相反。 综上所述, MNPK处理能够显著提升根际有机碳含量, 增加有机碳中烷基碳、 烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值, 促进团聚体形成和增加土粒结构稳定性, 而NPK处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值, 降低根际烷氧基碳比例, 团聚体稳定性降低, 同时证明固态13C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化, 深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。
有机碳 大豆根际 黑土 13C-核磁共振 Soil organic carbon Soybean rhizosphere Black soil 13C-NMR 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3883
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
奇偶函数法与N次旋转法是平面绝对检验方法中常用的两种方法, 这两方法在恢复面形的过程中都使用了奇偶函数分解算法, 但是在求解奇奇项方面使用的方法不同, 对比了这两种绝对检验方法。在奇偶函数法与N次旋转法的算法仿真过程中加入待测平晶重力形变的有限元分析, 并对100mm口径平晶进行奇偶函数法与N次旋转法实验, 将面形恢复结果与液面法测量结果对比, 结果显示奇偶函数法恢复面形的PV值差值为4.864nm, N次旋转法恢复面形的PV值差值为1.853nm。结果表明存在重力影响时, N次旋转法恢复面形精度优于奇偶函数法。仿真分析旋转角度误差对于奇偶函数法与N次旋转法的影响, 结果显示N次旋转法抗旋转角度误差能力强于奇偶函数法。
干涉测量 平面绝对检验 奇偶函数法 N次旋转法 有限元分析 interferometric measurement absolute flatness test Odd-even function method N-rotation method finite element analysis
