中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置是一台用于材料、光谱、生物、医学等领域前沿研究的多功能用户装置，在实验室现有的太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）基础上，拟新增两套2×9-cell超导加速单元和两台波荡器，将电子能量提升至最大50 MeV，输出频率覆盖范围拓展至0.1~125 THz，最大宏脉冲功率大于100 W。同时，采用跑道型束线设计，拟建设一台小型能量回收型直线加速器实验研究平台。本文主要介绍了中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置的总体设计、工作模式以及用户实验站布局。
激光器 自由电子激光 红外太赫兹 超导加速器 波荡器 能量回收型直线加速器 中国激光
2023, 50(17): 1718001
1 运城学院 物理与电子工程系，山西 运城 044000
2 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
3 联想（北京）信息技术有限公司，北京 100095
4 南开大学现代光学研究所，天津 300350
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
提出了一种基于轨道角动量全息(Orbital Angular Momentum, OAM)和频移的大容量光学信息加密方法。该方法实现了对多个图像信息的并行加密。首先，对多幅原始图像进行采样，采样阵列的采样间隔取决于具有不同拓扑荷数的螺旋相位的空间频率。然后，多个采样图像信息经过随机相位调制、傅里叶变换和频移相位调制后相干叠加构成轨道角动量保留全息图。最后，将不同拓扑荷的螺旋相位分别编码到轨道角动量保留全息图中，得到轨道角动量选择全息图，进行相干叠加后构成最终的单个加密全息图。解密时，轨道角动量复合选择全息图被加载到空间光调制器上，用包含特定拓扑荷数的涡旋光束照射，并经过傅里叶变换获得多个解密信息。该加密系统具有极高的加密灵活性和极大的加密容量，不仅可以在同一拓扑荷下，设计不同的频移因子来并行加密一组多个图像信息，还可以利用不同拓扑荷对多组图像信息进行加密。该方法将涡旋光束的模式设定为一个新的光学密钥，极大地提高了光学加密系统的安全性。此外，该光学加密方法中，待加密图像信息的尺寸不受空间光调制器的像元数量限制，极大地提高了光学实现信息加密的可行性和有效性。仿真实验结果表明该方法具有较高的安全性、抗噪性和抗剪切能力。
光学信息加密 轨道角动量 全息 频移 optical information encryption OAM holography frequency shift 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230313
1 中国北方车辆研究所推进系统技术部, 北京 100072
2 西安交通大学能源与动力工程学院, 热流科学与工程教育部
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效率、燃料灵活、全固态的燃料电池, 是世界各国竞相研究开发的重点。其长期在高温下运行, 运行部件之间材料属性差异较大, 内部不可避免产生的热应力引起的部件损坏失效问题比较严重, 严重阻碍其商业化应用。SOFC的热力失效问题不同尺度下有不同的表现形式和机理, 本文从电堆、单电池和电极多个尺度综述了目前国内外学者相关的研究工作和进展, 并对此做出评述和展望, 提出了未来值得进行的研究内容, 为SOFC热力失效问题的研究提供指导。
固体氧化物燃料电池 热应力 数值模拟 失效 solid oxide fuel cell thermal stress numerical simulation failure
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对红外和可见光图像融合存在的轮廓信息不全、边缘及纹理细节信息缺失等问题, 提出一种改进简化脉冲耦合神经网络(Improved Simplified Pulse Coupled Neural Network, MSPCNN)和模糊 C-均值(Fuzzy C-mean, FCM)图像融合算法。首先, 将红外和可见光图像用非下采样剪切波算法(Non-Subsampled Shearlet Transform, NSST)分解为高低频子带; 然后对分解后的高频子带采用 MSPCNN融合, 用一种高斯分布权重矩阵进行处理, 增强细节信息和对比度; 接着, 将得到的低频子带图像使用 FCM聚类算法进行聚类中心提取, 设置聚类中心近似阈值简化过程, 实现背景分类提取; 最后利 NSST进行逆变换, 从而完成红外和可见光的图像融合过程。通过客观评价指标计算, 本文所提方法在平均梯度、标准差、平均相似度等参考指标上相对于其他同类型算法均有改善提高, 由于模型参数的简化, 算法运行速度相对于其他算法得到提升, 算法更适用于复杂场景。
图像融合 非下采样剪切波算法 脉冲耦合神经网络 模糊 C-均值 image fusion non-subsampled shearlet transform pulse coupled neural network fuzzy C-mean
1 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580
2 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院，山东 青岛 266580
3 中国石油大学(华东)新能源学院，山东 青岛 266580
梯度阳极结构能够有效提高阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的电性能，然而孔隙率的变化与阳极热机械性能与热应力分布密切相关，因此研究孔隙率对SOFC热应力和电性能的综合影响规律至关重要。基于COMSOL Multiphysics仿真平台建立了多物理场耦合作用下梯度孔隙阳极设计的SOFC热力学模型，考虑阳极材料力学性能与孔隙率的相关性，研究了具有梯度孔隙阳极结构的SOFC工作阶段电化学性能和热应力分布规律。结果表明：与通常孔隙率为0.4的均匀孔隙阳极设计SOFC相比，具有梯度孔隙阳极结构的SOFC在保持高电化学性能的同时显著改善了阳极电极-电解质-阴极电极结构的热机械匹配，其输出功率提升了3.5%，而电解质最大第1主应力下降了68.5%，极大减小了由热应力导致的失效概率。研究结果为优化SOFC阳极结构设计提供了理论与数据支持。
固体氧化物燃料电池 热应力 梯度孔隙阳极 数值模拟 solid oxide fuel cell thermal stress gradient porosity anode numerical simulation
1 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580
2 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院，山东 青岛 266580
3 中国石油大学(华东)新能源学院，山东 青岛 266580
利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型，将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中，基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序，研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为，预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明，SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变，下连接体最先达到临界损伤值，是潜在危险区域，最容易发生失效；50 000 h后，SOFC出现2处蠕变损伤，最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处，长度为1.6 mm，为非贯穿裂纹，较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏，可以满足40 000 h的商业安全运行要求。
固体氧化物燃料电池 不均匀温度场 蠕变损伤 裂纹扩展 solid oxide fuel cell uniform temperature field creep and damage crack propagation
马帅 1,2,3,*王宁 1,2,3朱里程 1,2王帅 1,2,3[ ... ]许冰 1,2,3
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
光场成像能同时记录光线的强度信息与方向信息且具备估计场景深度的能力。然而，深度估计的精度却容易受光场遮挡的影响。因此，本文提出一种边框加权角相关的深度估计方法来解决该问题。首先，该方法将光场角度域图像分成四个边框子集并分别度量这些子集中像素的相关性来构建四个代价体积，以此解决不同类型的遮挡。其次，该方法提出加权融合策略来融合四个代价体积，进一步增强算法的鲁棒性，同时保留算法的抗遮挡能力。最后，融合后的代价体积利用引导滤波对其进行优化，以提升深度估计的精度。实验结果表明，提出的方法在量化指标上优于现有的方法。同时，在绝对深度测量实验中，提出的方法能实现高精度的测量。
边框角相关 加权融合 光场成像 深度估计 side window angular coherence weighted fusion light field imaging depth estimation
1 长春理工大学电子信息工程学院, 长春 130022
2 西安工业大学兵器科学与技术学院, 西安 710021
为了提高光电稳瞄平台的扰动补偿能力, 提出了一种基于自抗扰的改进内模控制策略。以经电流环化简后的方位轴速度环为控制对象, 采用内模控制给定系统期望输出轨迹, 将基于自抗扰的鲁棒控制律引入到内模控制结构中降低模型误差和外部扰动对系统的影响, 提高抗扰动能力。给出了所提出控制器的设计方法与闭环控制系统结构, 仿真对比实验验证了所提策略的高性能表现, 结果表明, 所提方法对于系统参数摄动具有很强的鲁棒性, 与标准内模控制以及PI相比具有更高的稳定精度。
扰动补偿 内模控制 自抗扰控制 鲁棒性 disturbance compensation internal model control ADRC robustness
伍俊龙 1,2,3郭正华 1,2,3陈先锋 1,2,3马帅 1,2,3[ ... ]杨平 1,3,*
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决光场相机应用于三维测量时,在弱纹理区域和精细结构区域难以获得准确视差估计结果问题,提出了基于深度学习技术对光场深度估计进行建模,并建立了光场视差与真实深度之间的转换关系。将所提方法应用于多种复杂场景中,实验结果均表明:该方法可以准确获取弱纹理区域和精细结构区域的视差信息,较好地复原场景的三维结构,视差估计处理时间压缩到1s量级,相比传统的基于代价优化的方法,降低了1~2个数量级。
测量 三维测量 光场成像 深度估计 深度学习 中国激光
2020, 47(12): 1204005
南昌航空大学无损检测教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
提出一种基于中红外中空波导光纤的呼吸气体CO2测量系统,该系统使用中心波长为2.73 μm的分布式反馈(DFB)激光器结合1 m长的中空波导光纤,采用免标定波长调制光谱技术(CF-WMS)对呼吸气体CO2进行实时测量。采用CF-WMS技术得到的CO2气体浓度与配制所得的标准气体浓度之间的线性度为0.9999,在体积分数为0%~6%的范围内,测量结果与标准气体体积分数值之间的最大绝对误差为0.01%。由CF-WMS 技术反演的CO2体积分数精度为1.01×10 -5,在最佳积分时间26.00 s时,CO2气体的探测极限为1.3×10 -6。基于CF-WMS技术与传统的标定式波长调制技术(WMS)测量CO2气体体积分数的精度和灵敏度,并将两者进行比较,结果发现CF-WMS技术相对于WMS技术,测量精度提高了一倍,CF-WMS技术测量灵敏度为WMS技术测量灵敏度的1.4倍。对呼吸气体CO2实时测量时,采用CF-WMS技术测量的背景CO2体积分数基本稳定在3.8×10 -4左右,呼吸末CO2体积分数稳定在5.7%附近。
光谱学 激光吸收光谱 波长调制技术 呼吸气体分析 二氧化碳 光学学报
2020, 40(11): 1130001
