Author Affiliations
Abstract
1 The University of Tokyo, Department of Bioengineering, Tokyo, Japan
2 The University of Tokyo, Department of Precision Engineering, Tokyo, Japan
3 The University of Tokyo, Medical Device Development and Regulation Research Center, Tokyo, Japan
4 Saitama University, Department of Electronics and Information Sciences, Saitama, Japan
Spatiotemporal shaping of ultrashort pulses is pivotal for various technologies, such as burst laser ablation and ultrafast imaging. However, the difficulty of pulse stretching to subnanosecond intervals and independent control of the spatial profile for each pulse limit their advancement. We present a pulse manipulation technique for producing spectrally separated GHz burst pulses from a single ultrashort pulse, where each pulse is spatially shapable. We demonstrated the production of pulse trains at intervals of 0.1 to 3 ns in the 800- and 400-nm wavelength bands and applied them to ultrafast single-shot transmission spectroscopic imaging (4 Gfps) of laser ablation dynamics with two-color sequentially timed all-optical mapping photography. Furthermore, we demonstrated the production of pulse trains containing a shifted or dual-peak pulse as examples of individual spatial shaping of GHz burst pulses. Our proposed technique brings unprecedented spatiotemporal manipulation of GHz burst pulses, which can be useful for a wide range of laser applications.
pulse stretching spatiotemporal shaping ultrashort pulse trains ultrafast imaging burst laser ablation transmission spectroscopic imaging Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016002
郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室， 橡塑模具国家工程研究中心， 河南 郑州 450001
聚合物制品在使用过程中， 人们最关心的是它的使用失效条件， 失效的重要体现就是材料的屈服。 目前为止， 人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象， 该理论关注的是晶体的取向和破坏现象， 而忽略了晶体的形变和受力情况。 事实上， 晶体的取向和破坏只是屈服的结果， 晶体承受应力的能力才是屈服的直接原因。 因此， 从晶体的受力和非均匀形变入手研究了聚合物制品的屈服行为， 期望为理解聚合物材料的失效行为提供新思路。 这里选取被人们广泛使用的等规聚丙烯（iPP）材料作为研究对象， 将iPP熔体在不同温度下等温结晶制备出具有不同片晶厚度iPP样品， 利用二维广角X射线衍射光谱原位监测了拉伸过程中iPP样品的晶体破坏和晶体取向过程。 首次利用“覆盖法”对二维X射线衍射图进行了处理， 原位观察了（110）晶面在拉伸过程中的2θ角的变化， 区分出了两个方向上（平行于拉伸方向和垂直于拉伸方向）晶体形变的非均一性。 结果表明: 对于不同片晶厚度的iPP晶体， 在单轴拉伸过程中， 晶体在不同方向上的受力和形变均是不同的， 即晶体的非均一形变是一种普遍现象; 晶体的破坏和取向总是同时发生， 都是从屈服点位置处开始， 这和片晶厚度无关; 而晶体破坏时对应的临界应力和晶体厚度有关， 片晶越厚， 晶体越稳定， 需要的临界应力就越大。 以上结果表明， 原位X射线衍射光谱技术可以实时观测晶体结构在拉伸过程中的变化情况， 从而将晶体结构演化和宏观力学性能直接关联。
二维广角X射线衍射光谱 等规聚丙烯 原位检测 单轴拉伸 晶体形变 Two-dimensional WAXD measurements Isotactic polypropylene In-situ detection Uniaxial stretching Crystal deformation 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1426
1 大连理工大学机械工程学院，辽宁 大连 116023
2 辽宁省肿瘤医院，辽宁 沈阳 110042
3 中国医科大学肿瘤医院，辽宁 沈阳 110042
4 大连理工大学附属肿瘤医院，辽宁 沈阳 110042
相较于传统非偏振光学表征方法，Mueller矩阵成像偏振（MMIP）法可以表征丰富的生物组织微观结构，在癌症病理诊断方面有着巨大的应用潜力。研究了机械拉伸下不同生物组织结构的MMIP表征，在MMIP系统的基础上增加机械拉伸模块，通过机械拉伸改变生物组织的光学特性。采用Mueller矩阵极化分解方法提取了可以表征介质基本偏振特性的2个表征参数，即二向色性（D）和散射退偏（Δ）。以乳腺导管内癌组织及正常乳腺组织为研究对象，分析了不同组织结构之间表征参数的平均值差值的变化趋势及其变化率在机械拉伸作用下的变化规律。结果表明：在机械拉伸作用下，不同组织结构之间的D参数平均值差值呈减小趋势，差值变化率最大可达7.9%，Δ参数平均值差值亦呈现减小趋势，差值变化率最大可达12.7%。研究结果为基于偏振成像的癌症病理诊断提供了参考。
生物医学 偏振成像探测 Mueller矩阵参数 乳腺导管内癌 机械拉伸 中国激光
2023, 50(15): 1507206
郑州大学 力学与安全工程学院, 郑州 450001
利用有限元分析方法, 研究了p型GaN压电半导体杆在简谐力作用下的拉伸振动问题, 得到了位移、电势和空穴浓度非线性动态响应的数值解, 并分析了简谐力对p型GaN压电半导体杆力电耦合性能的调控作用。研究结果表明, 简谐力显著地影响压电半导体杆内力电场的分布情况: 由于电流密度中的电非线性项, 电场和空穴浓度的分布失去对称性或反对称性; 力电场在简谐力驱动下表现为周期性变化, 但空穴浓度的动态响应表现为明显的非对称波动。
压电半导体杆 非线性 动态拉伸 多场耦合 piezoelectric semiconductor rod nonlinearity dynamic stretching multi-field coupling
1 南昌工学院 信息与人工智能学院, 江西 南昌 330108
2 江西师范大学 管理科学与工程研究中心, 江西 南昌 330022
为了进一步提升红外图像的亮度和对比度, 同时保持图像的自然效果, 提出了基于自适应Gamma校正的红外图像增强算法。用改进的双边滤波作为Retinex的中心环绕函数, 以提取红外图像的低频和高频部分, 即基础层和细节层。对基础层图像进行自适应于暗区像素占比的Gamma校正, 以提升图像的亮度和清晰度, 而对细节层图像进行自适应的分段线性拉伸, 进一步提升图像的对比度。实验结果证明了本文方法的有效性, 相对于现有的方法, 本文方法增强后的视觉效果更清晰、细节信息更丰富。
红外图像 图像增强 自适应Gamma校正 线性拉伸 infrared image image enhancement retinex Retinex adaptive Gamma correction linear stretching
1 山东大学 a.光学高等研究中心
2 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
3 山东大学 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
4 中国科学院 a.上海技术物理研究所，上海 200083
5 b.上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
为了增强短波红外成像仪的成像对比度，提高目标的识别率，介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性，通过统计上一帧图像的灰度分布，计算图像拉伸所需要的参数，处理当前帧的图像，达到实时处理的效果。在灰度统计模块中，利用 FPGA的片上块随机存储器 (Block RAM)资源，采用非倍频的流水线数字逻辑设计，避免了跨时钟域的操作，降低了系统状态机的复杂度，提高了系统的工作频率。采用国产 320×256元 InGaAs面阵探测器，搭载了 Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验，仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度，具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点，满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。
灰度统计 灰度拉伸 现场可编程门阵列 块随机存储器 grayscale statistics grayscale stretching Field Programmable Gate Array Block RAM 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 713
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 聊城大学 物理科学与信息工程学院 山东省光通信科学与技术重点实验室，山东 聊城 252059
4 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
5 北京国科世纪激光技术有限公司，北京 102211
具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低，难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升，因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝，将中心波长为1030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps，且将其光谱宽度控制在1.1 nm，利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB3O5 晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出，光束质量因子1.17，二次谐波转换效率54.3%。
皮秒放大器 光子晶体光纤 光栅 脉冲展宽 二次谐波产生 picosecond amplifier photonic crystal fiber grating pulse stretching second harmonic generation 红外与激光工程
2021, 50(11): 20200522
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
为提高浑浊介质下关联成像系统的成像质量,提出了一种基于直方图预处理的水下偏振差分关联成像方法。首先,通过偏振探测获取两个正交偏振方向的关联成像图像,然后,借助图像的灰度拉伸方法对重构图像进行预处理,最后,运用偏振差分算法得到目标图像。实验结果表明,所提方法可以改善浑浊水体下散射所造成的像质退化问题,增强图像细节,提高成像质量。利用重建图像的灰度直方图进行灰度统计分析表明,相比于现有偏振关联成像方法,该方法在水体介质浑浊浓度较高的情况下仍可以区分浑浊介质与目标。
成像系统 关联成像 偏振差分 灰度拉伸 散射介质 光学学报
2021, 41(15): 1511004
强激光与粒子束
2021, 33(3): 034001
