1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通讯重点实验室，广东 广州 511443
传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子，可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来，光学斯格明子被人们所提出，并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展，详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控，并对其潜在应用进行了展望，为本领域进一步快速发展提供了参考。
物理光学 斯格明子 拓扑光学 结构光场调控 光学学报
2024, 44(10): 1026005
1 南京大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023
2 南京大学集成电路学院，江苏 苏州 215163
3 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
4 武进南京大学未来技术创新研究院，江苏 常州 213153
二维光子晶体板的介电常数分布具有面内的空间周期性，并支持可辐射到自由空间的导模共振。这些辐射到远场的模式可以用动量进行标记，并具有偏振态，因此可以定义动量空间中的偏振场。通过研究不同结构参数和对称性下偏振场的特性以及与外界相互作用的规律，能够为光场操控提供新思路。本文介绍了二维光子晶体板在动量空间中的偏振场的相关特性，并综述了近年来相关的研究和应用。
物理光学 光子晶体 偏振场 偏振奇点 拓扑电荷 光学学报
2024, 44(10): 1026003
西北工业大学物理科学与技术学院，光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注，在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性，通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法，通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控，构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发，总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展，包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段，并分析了其传输和调控机理。
光场调控 无衍射光束 贝塞尔光束 光传输 光学学报
2024, 44(10): 1026001
Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能，影响了该技术更广泛的应用。光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展，重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理，并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望，可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。
激光技术 激光增材制造 光束矫形 磁场 热场 超声场 中国激光
2024, 51(10): 1002306
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, National Engineering Research Center of Visual Technology, Beijing, China
2 Hangzhou Dianzi University, School of Automation, Hangzhou, China
3 Medical School of Nanjing University, Nanjing, China
4 Hangzhou Dianzi University, School of Communication Engineering, Hangzhou, China
5 Lishui Institute of Hangzhou Dianzi University, Lishui, China
Light-field fluorescence microscopy (LFM) is a powerful elegant compact method for long-term high-speed imaging of complex biological systems, such as neuron activities and rapid movements of organelles. LFM experiments typically generate terabytes of image data and require a substantial amount of storage space. Some lossy compression algorithms have been proposed recently with good compression performance. However, since the specimen usually only tolerates low-power density illumination for long-term imaging with low phototoxicity, the image signal-to-noise ratio (SNR) is relatively low, which will cause the loss of some efficient position or intensity information using such lossy compression algorithms. Here, we propose a phase-space continuity-enhanced bzip2 (PC-bzip2) lossless compression method for LFM data as a high-efficiency and open-source tool that combines graphics processing unit-based fast entropy judgment and multicore-CPU-based high-speed lossless compression. Our proposed method achieves almost 10% compression ratio improvement while keeping the capability of high-speed compression, compared with the original bzip2. We evaluated our method on fluorescence beads data and fluorescence staining cells data with different SNRs. Moreover, by introducing temporal continuity, our method shows the superior compression ratio on time series data of zebrafish blood vessels.
light-field microscopy lossless compression phase space entropy judgment Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036005
为了提高大空间γ辐射场全局计算效率，开展了全局减方差（Global Variance Reduction，GVR）方法在大空间γ辐射场计算中的应用研究。针对计数栅元/网格体积差异造成的过度分裂问题，引入体积修正因子修改全空间权窗参数。体积修正后的基于通量的GVR方法计算的全局品质因子（FOMG）比直接模拟提高约39倍。针对非计数区计算耗时问题，提出了非计数区修正方法，使得FOMG因子进一步提高40%。在引入体积和非计数区修正的基础上，在大空间γ辐射场计算中与基于粒子误差、权重、径迹、数目、能量、碰撞和通量的7种GVR方法进行对比。结果表明：7种GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2~3个量级，基于误差的标准差σ降低2~3个量级；而基于权重的GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2 304倍，在所有GVR方法中减方差效果最好。在基于通量的GVR方法中引入光滑因子SI后，模拟计算的权窗下限随SI增加而减小，FOMG因子随SI的增加先增加后减小。当SI=0.8时，该方法计算的FOMG因子最大，比直接模拟提高3 246倍。
全局减方差 全局权窗 体积修正因子 大空间γ辐射场 蒙特卡罗模拟 Global Variance reduction Global weight window Volume modifying factor Large space γ radiation field Monte Carlo simulation
1 南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
光学元件的小型化与集成化一直是光场调控和集成光学领域的研究重点与难点之一。光学人工微结构具有在亚波长尺度上灵活调控光场振幅、偏振、相位、频率等属性的能力。通过与片上光波导或微腔集成，人工微结构可以为实现更紧凑的片上集成光子学器件以及更精确、更丰富的光场调控提供新的解决方案和更多的可能性。本文依据片上集成人工微结构在不同环节中调控的光场类型的差异，将其分成三类进行了讨论。介绍了基于不同设计原理的片上集成人工微结构在自由空间光入射耦合、波导模式面内调控以及离片辐射场调控方向的研究进展，并对该领域的部分新兴方向进行了展望。
人工微结构 超构表面 光场调控 集成光学 微纳光学 光学学报
2024, 44(10): 1026004
