李炫熹 1,2,3杨林永 1,2,3周智越 1,2,3黄威 1,2,3[ ... ]王泽锋 1,2,3,*
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(24): 2416004
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
报道了全光纤2.15 μm波段光纤气体拉曼激光器。将实芯单模光纤与空芯光子晶体光纤直接熔接制备成全光纤气体腔，并在实芯光纤上刻写长周期光纤光栅，防止菲涅耳反射回光对泵浦源造成损坏。以1971 nm脉冲光纤放大器作为泵浦源，当腔内气压为1.4 GPa时，2.15 μm拉曼光的最大平均功率约为0.87 W，受限于较高的拉曼阈值，光光转换效率只有19%。本研究为实现2.15 μm光纤激光光源提供了一种新的可行的技术方案。
激光器 光纤气体拉曼激光器 空芯光纤 受激拉曼散射
1 铁道警察学院刑事科学技术系, 河南 郑州 450053
2 山西大同大学微结构电磁功能材料山西省重点实验室, 山西 大同 037009
4 无锡谱视界科技有限公司, 江苏 无锡 214000
5 公安部物证鉴定中心, 北京 100038
6 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
人民币是中华人民共和国的法定货币, 人民币的真假直接关系到我国社会的和谐与稳定。 百元钞票作为我国最大面额钞票, 其真假的鉴定显得更为重要。 以2005版的百元钞票为例, 利用可见/近红外高光谱成像仪获取一张真钞与两张假钞正、 背面高光谱影像数据, 然后分别在百元钞票的正、 背面选取4个特征点, 以分析百元真假钞票在正、 背面的光谱反射率差异。 从真假钞正面四个特征位置的光谱反射率曲线可知, 不同特征点处, 真钞与假钞之间的有些图案的光谱反射率差异较大, 有些图案的光谱反射率则差异并不显著。 而不同批次的假钞, 其不同位置的光谱反射率也存在较大的差异。 对于真假钞背面的分析可知, 不同特征点, 在不同的波段, 真钞与假钞以及假钞之间的光谱反射率同样有一定的差异。 根据真钞与假钞正、 背面8个特征点的光谱反射率曲线变化特征, 选取500, 660和870 nm三个波长的灰度图, 观察到真钞与假钞在不同特征点的灰度图均表现出明显的差异。 真钞在500 nm处的图像轮廓清晰, 在660和870 nm两个波长, 无论是正面或背面, 真钞均有多处特征位置有异于假钞, 因此可用660或870 nm区别百元真假钞。 为了突出真钞与假钞之间的图像差异, 利用基于波段运算得到百元真钞与假钞的灰度图。 由图可知, 在正、 背面上, 真钞在多个地方均区别于假钞。 由真假钞正面的前12个主成分的灰度图可知, 无论从真、 假钞正面或是背面, 每一主成分均有真钞显著区别于假钞的地方。 根据真假钞正背面的纹理特征图可知, 真钞的纹理特征显著区别于假钞。 研究表明百元真钞与不同版本的假钞在可见/近红外光谱范围内光谱反射率差异显著, 近红外特征波段、 光谱运算、 主成分分析、 纹理特征等技术均可探寻到百元真假钞在正、 背面存在的位置差异。 由此可知, 可见/近红外高光谱成像技术可实现不同版本百元真假钞的鉴定, 并为假币的溯源提供了可能性和理论支持, 此技术在公安实战中具有实际意义。
高光谱成像 光谱分析 主成分分析 伪币鉴别 Hyperspectral imaging Spectroscopic analysis Principal component analysis Identification of forged banknotes 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2903
1 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083
2 浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310058
3 吉林省农业科学院玉米研究所, 吉林 长春 130033
玉米种子穗腐病是危害玉米产量的主要病害之一。 利用近红外光谱开展了玉米种子穗腐病判别模型研究。 246粒玉米种子由吉林省农业科学院海南育种基地提供, 其中96粒玉米种子为穗腐病染病样本, 其他150粒玉米种子为同种玉米正常样本。 利用MATRIX-Ⅰ型傅里叶近红外光谱仪采集了样本800~2 500 nm范围的近红外光谱信息, 并对样本近红外光谱数据利用多元散射校正(MSC)进行预处理。 结合玉米内部有机物质的近红外光谱的敏感波段和样本近红外光谱吸收峰挑选了4个优选区间, 并采用相关系数法(CA)、 连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)三种不同原理的特征波长提取算法分别提取了4(1 362, 1 760, 2 143和2 311 nm)、 5(1 227, 1 310, 1 382, 1 450和1 728 nm)和10(1 232, 1 233, 1 257, 1 279, 1 313, 1 688, 1 703, 1 705, 2 302和2 323 nm)个特征波长。 以提取得到的特征波长作为玉米种子穗腐病判别模型输入变量, 用0-1(染病-正常)表示样本染病状况作为输出真实值建立支持向量机(SVM)模型, 使用网格搜索法结合十折交叉验证法对模型参数进行优化。 结果表明, CA-SVM, SPA-SVM和CARS-SVM三种判别模型中训练集和测试集建模准确率均在90%以上。 该研究成果为玉米种子病害诊断装置提供了模型基础, 且针对优选区间进行特征波长选择的方式也可以为建立其他种子病害判别模型提供参考。
近红外光谱 玉米种子 穗腐病 特征波长 Near-infrared spectrum Corn seeds Ear rot Characteristic wavelength 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1716
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
1.7 μm波段光纤激光器在生物成像、气体探测、材料加工以及中红外激光产生等领域具有重要的应用价值，近年来受到了国内外的广泛关注。本文对1.7 μm波段光纤激光器的研究进展进行了详细综述，全面讨论了不同技术方案的特点，包括最近报道的基于空芯光纤的气体拉曼激光技术。结合应用需求，简要展望了1.7 μm波段光纤激光器的发展趋势。
激光器 1.7 μm波段 光纤激光 空芯光纤 拉曼激光 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900001
1 中国科学院国家天文台，北京 100101
2 中国科学院太阳活动重点实验室，北京 100101
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621999
向列相液晶可变相位延迟器(LCVR)已逐渐成为空间偏振调制仪器的研究热点，然而，国内没有液晶器件在空间使用的经验，液晶器件在各种空间环境下的适应性如何尚未可知。因此，本团队设计了一套星载向列相液晶相位延迟测试系统，该系统不仅可以在地面的空间力、热模拟环境中测试LCVR的关键性能，还可以搭载在卫星上对LCVR的相位延迟稳定性进行在轨验证。本文首先阐述了LCVR相位延迟的测量方法并实现了光机电系统的优化设计，在此基础上，研究了LCVR在空间力、热模拟环境中的电光性能。研究结果表明：力学试验前后，LCVR的电光性能未发生明显变化；在热试验中，LCVR的相位延迟-电压曲线的稳定性在0.185°以内。本次试验发现LCVR的相位延迟-电压曲线随环境温度呈线性变化，该结果为未来星上数据校准提供了数据支持。最后，在长达9个月的不间断运行测试中，LCVR的相位延迟-电压曲线长周期变化小于1°，标准偏差为0.27°。这表明该液晶试验仪长周期工作性能良好，可以满足在轨测试需求。
测量 向列相液晶 偏振调制 相位延迟 液晶电驱动 中国激光
2022, 49(17): 1704005
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 公安部物证鉴定中心，北京 100038
3 上海市现场物证重点实验室，上海 200083
刑事技术领域中血痕的种属鉴定在判断案件性质、确定侦查方向等方面有重要作用，探索用光谱无损的方法进行种属鉴定。使用CRi Nuance光谱成像仪搭载MISytem 3.0光谱影像分析软件在450 nm~950 nm波谱范围内对30种载体上的人血痕迹样本、动物血痕迹样本、人血动物血混合血痕迹样本3类共计180组对象进行光谱成像分析，并用样本中两种物质的斜率之差分析实验结果。高光谱成像技术鉴别不同载体上人血和动物血及其混合血的实验结果表明，三种血痕在大多数载体上可被区分，区分率均在70%以上，为确定或排除嫌疑提供了参考。所提方法补充了血痕种属鉴定的方法体系，可在血痕鉴定领域进一步推广使用。
光谱学 高光谱成像 鉴别 血痕 种属鉴定 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1630001
在细观层次上, 将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及骨料-水泥砂浆间界面过渡区构成的三相复合材料, 基于Python语言, 运用蒙特卡罗方法建立具有周期性的混凝土单胞模型, 结合均匀化理论和周期性边界条件, 提出了考虑界面层作用的混凝土等效弹性模量预测方法。采用已有文献结果验证了模型预测值的有效性, 在此基础上, 进一步研究单胞尺寸、界面层厚度、骨料体积率及骨料最大粒径对混凝土等效弹性模量的影响规律。结果表明, 混凝土单胞模型可有效预测混凝土复合材料的弹性性能, 与已有方法预测结果的误差范围为1.87%～4.97%, 混凝土单胞模型的尺寸建议以150 mm为宜, 20%～40%内的骨料体积率对混凝土等效弹性模量的影响最为明显, 而界面层厚度与骨料最大粒径对混凝土弹性模量的影响较小, 呈单调递减或单调递增的影响规律。
混凝土 单胞模型 均匀化理论 周期性边界条件 等效弹性模量 骨料体积率 concrete unite-cell model homogenization theory periodic boundary condition equivalent elastic modulus aggregate volume rate
黄威 1,2,3林佳本 1,2,3,*侯俊峰 1,2,3张洋 1,2,3[ ... ]王东光 1,2
1 中国科学院 国家天文台，北京 100101
2 中国科学院 中国科学院太阳活动重点实验室，北京 100101
3 中国科学院大学，北京 100049
液晶可变相位延迟器（LCVR）由于其调制速度快、重量轻、无运动部件等特点成为空间光学仪器中新的研究热点。然而，LCVR中的液晶属于高分子材料，其空间适应性有待考核验证。由于地面环境模拟试验无法同时还原太空中的所有参数，因此亟需研制一台符合卫星搭载要求的LCVR空间特性试验仪，来研究液晶器件在真实星载环境下的电光性能（相位延迟-电压曲线稳定性）。本文分析了LCVR延迟测试系统的稳定性，并给出LCVR相位延迟-电压曲线的电子学测量方案。首先使用“零点”标定法设计了高稳定度的LCVR驱动；然后使用变频误差控制法，实现了LCVR的高精度恒温控制。其中LCVR驱动稳定度达到99.3%，LCVR恒温精度最高达到（35±0.1）℃。在此基础上，对整机进行了力、热和电磁兼容试验，结果表明待测LCVR和电子学系统功能稳定，成功完成了LCVR这一首飞器件的空间光电测试系统在我国的首次研制，对液晶的空间化应用有着重要意义。
液晶器件 液晶可变相位延迟器 偏振调制 恒温控制 liquid crystal device LCVR polarization modulation constant temperature control
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 湖南 长沙410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙410073
中红外激光在通信、遥感、安检和光电对抗等许多领域中都有重要的应用价值,一直以来都是激光领域研究的热点。中红外激光的产生方法有很多,其中光纤中红外激光器具有结构紧凑、光束质量好和转换效率高等特点,故被认为最有希望实现便携、稳定、高效和高功率的中红外激光输出。随着软玻璃光纤制备工艺水平的提升,中红外光纤激光技术获得了快速发展,输出功率水平也得到了很大提升。然而,受限于稀土离子种类、软玻璃光纤制备工艺和软玻璃光纤化学稳定性,基于软玻璃光纤的中红外激光器在功率进一步提升和波长拓展方面存在技术瓶颈,近年出现的中红外光纤气体激光器为此提供了有效的解决方案。详细综述了中红外光纤激光技术的研究现状,包括基于气体填充空芯光纤的新型中红外光纤激光器,并简要展望了中红外光纤激光技术的发展趋势。
激光光学 中红外激光 光纤激光 固体激光 气体激光 空芯光纤 拉曼激光
