高光谱性能光学薄膜是国家重大光学工程、光电子产业的基石。为了提高光学薄膜的光学性能并开发精确制备技术，现有研究主要围绕设计理念、监控技术和薄膜材料等方面展开。目前，薄膜技术已经取得了长足进步，能实现高光谱性能光学薄膜的鲁棒性设计，多种基于高光谱性能光学薄膜的精确制备技术相继被提出。从薄膜设计、精确制备技术以及薄膜材料几方面出发，本文对现代高光谱性能光学薄膜研究进行了回顾和讨论，并对高性能光学薄膜潜在的挑战和进一步研究方向进行了展望。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2591
天津理工大学功能晶体研究院天津市功能晶体材料重点实验室，天津 300384
自倍频激光晶体同时具有激光及非线性光学性质，可在单个晶体器件中完成激光和倍频过程。该类晶体制备的激光器具备结构简单、体积小、稳定性好等优点，可满足现代化信息社会对高集成光电器件的要求。晶体镀膜是激光晶体得以应用的重要环节。依据Yb∶La2CaB10O19(Yb∶LCB)晶体特性、技术参数及光学薄膜设计理论，选择Ta2O5和SiO2分别作为高、低折射率材料，利用OptiLayer和Zygo干涉仪表征薄膜的光学性能和表面粗糙度，分析了离子源偏压对折射率和表面粗糙度的影响规律，并确定了离子源参数。采用光学监控和石英晶控相结合的方式，精准控制各膜层厚度，降低薄膜厚度的监控误差。测试结果表明，制备的Yb∶LCB晶体器件成功应用于590 nm激光输出系统。
材料 薄膜 自倍频晶体 离子辅助沉积 光学监控 中国激光
2022, 49(11): 1103002
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室, 吉林 长春 130022
2 自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061
3 西安交通大学电子科学与工程学院, 陕西 西安 710049
4 湖南大学电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410082
5 中国人民解放军63921部队, 北京 100000
针对溢油、赤潮等典型海洋生态环境污染和灾害,传统监测手段在海雾、耀斑、复杂光照等复杂海况干扰下存在“看不远”“辨不出”“认不清”三大难题。通过对比多种光学监测手段的优缺点,提出“光谱+偏振+红外探测”的多维度光学监测方法,梳理了典型海洋目标多维特性生成、传输、获取、处理与识别反演方法的现状与不足,提出了海洋目标多维度光学信息获取机制、复杂海况下多维度光学特性生成机理和传输演化机理、海洋目标多维度高分辨信息解混、重构与增强方法,以及目标识别反演方法等5个重点发展方向,指明了技术路线和解决途径,设计了多维度光学监测系统总体方案。最后,在室外开展了5种溢油种类、2种赤潮优势种的定性和定量化可控试验,利用偏振探测实现了油种的分类和赤潮优势种的区分,这为机载多维度高分辨海洋光学监测系统的深入研究与应用奠定了基础。
1 中国科学院 国家空间科学中心, 北京 101499
2 中国科学院大学, 北京 100049
小行星监测预警是开展行星防御的前提, 针对地基望远镜无法监测来自太阳方向小行星的问题, 本文论证了地球公转轨道天基光学望远镜任务概念。考虑地球第三体引力摄动, 建立了望远镜轨道维持模型; 考虑小行星视星等约束和望远镜视场约束, 建立望远镜对小行星的可见性模型, 评估了地球公转轨道光学望远镜的观测和预警效能。仿真结果表明: 施加约580 m/s的速度增量可使望远镜6年内的漂移距离相对初始状态不超过6%; 对构建的危地小行星数据库, 在极限视星等为24的条件下, 地球公转轨道光学望远镜在6年内可观测84.5%直径超过140 m的危地小行星, 能够对来自太阳方向的危地小行星进行有效预警。地球公转轨道望远镜对危地小行星具有较好的观测预警效能。
行星防御 危地小行星 天基光学监测 地球公转轨道 轨道维持 planetary defense potentially hazardous asteroids space-based optical monitoring Earth trailing heliocentric orbit orbit maintenance 光学 精密工程
2020, 28(11): 2563
1 北京空间机电研究所，北京 100094；先进光学遥感技术北京重点实验室，北京 100094
2 哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001
3 流体物理研究所，四川 绵阳 621000
建立了对运动物体在大气层内运动引发的大气扰流进行可视化光学监测的方法，包括大气扰流光传输方法、大气扰流光偏折监测方法，以及高精度扰动检出方法三个部分。首先，在分析大气扰流引发光线偏折机理的基础上，研究了大气扰流区光线折射率、折射率梯度和光线偏折传输的计算方法；其次，基于背景纹影成像原理的监测系统各参数对监测效能影响的分析方法；最后，利用“整像素搜索+亚像素定位”的高精度扰动检出方法，分别建立了这三种方法的数学模型并开展了仿真分析。结果表明：该方法为可视化监测航天飞行器返回大气层着陆减速、降落伞动力展开、客机超音速飞行等过程中与大气的相互作用，提供了一种重要的方法与途径，监测结果可为优化气动外形提供数据支撑。
光线偏折 变折射率 大气扰流 光学监测 light deflection variable refractive index atmospheric disturbance optical monitoring 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190535
中国船舶重工集团公司第七一一研究所,上海 201108
在石化工业中,高架火炬是一种用于燃烧上游生产过程中产生的废气的重要装置。然而火炬运行时通常存在不完全燃烧现象,主要表现为以下两种形式: (1)由于热值低引起的未燃烧的可挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOC)排放;(2)由于空气不足引起的黑烟排放。近年来,火炬工业领域开始尝试用光学方法对其燃烧状态进行遥测。介绍了高架火炬排放中采用的几种光学监测技术,包括被动式傅里叶变换红外(Passive Fourier Transform Infrared, PFTIR)光谱技术、中红外超光谱相机监测技术、自然光消光法(Line-Of-Sight Attenuation using Sky-light, Sky-LOSA)和双波长红外传感器监测技术,并从基本原理、应用和进展等方面对其进行了阐述。最后对光学遥测在高架火炬领域的技术发展和应用前景进行了分析。
高架火炬 光学监测 燃尽率 污染物排放 elevated flare optical monitoring combustion efficiency pollution emission
1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
2 中国人民解放军总医院激光医学科, 北京 100853
血管靶向光动力疗法(Vascular targeted photodynamic therapy, V-PDT)已成为临床治疗鲜红斑痣和老年黄斑变性等血管性疾病的重要方法。V-PDT通过主动或被动血管靶向的作用机制诱发系列生物响应以封闭病变血管。本文评述了V-PDT的作用机制和血管生物学响应, 重点讨论了用于评估V-PDT中血管损伤的光谱与成像技术, 并分析了这些技术的优点和局限性。最后展望了用于评估V-PDT血管损伤的光学技术发展及其应用前景。
光动力学疗法 生物响应 血管损伤 无损 光学监测技术 photodynamic therapy biological response vascular damage non-invasive optical monitoring technique
1 安徽蓝盾光电子股份有限公司, 安徽 铜陵 244000
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
介绍了一种基于BS和CS结合的架构实现环境光学监测仪器数据管理软件系统的设计,软件综合运用了.Net技术和J2ee技术完成了现场端数采模块和服务器端管理模块 两大部分的开发,运用.Net反射机制实现了松耦合热插拔的设备通讯,解决了基于环境光学监测仪器的大气污染气体在线监测系统中多种通讯方式仪器 的接入问题。数据管理软件系统实现了对区域内不同安装站点的相关设备运行质控,数据综合管理的目标,最大程度发挥了环境光学监测仪器在大气 污染气体监测和治理中的作用。
环境光学监测仪器 数采模块 热插拔 environmental optical monitoring instrument data acquisition module hot plug 大气与环境光学学报
2015, 10(6): 455
1 长春理工大学 生命科学技术学院, 长春 130022
2 吉林农业大学 工程技术学院, 长春 130118
针对细胞工厂监控系统长工作距和大倾斜角的观测需求, 设计了一种结构简单、成像清晰的光学显微成像系统.由于获得的细胞图像光照和色彩不均、样本浑浊、细胞重叠、边界粘连较多、细胞间距不明显, 采用单尺度Retinex算法进行图像预处理, 并结合Otsu阈值分割法与K均值聚类法进行细胞图像分割处理, 最后应用改进的快速连通区域标记以及高准确度细胞计数方法进行细胞个数统计.仿真实验和实际测试结果表明: 该系统成像分辨率和清晰度均达到工程需求, 能够较清晰地辨识出培养皿中细胞的形态和分布情况.细胞显微图像处理方法取得了良好的图像增强效果, 弱化了由光照不均和样本浑浊造成的人眼视觉无法清晰分辨细胞的现象, 消除了由于图像分割不到位造成统计误差, 细胞计数准确度达到95%以上.该方法适合多种类型细胞监测与计数处理, 可满足细胞工厂实时准确监控的要求.
细胞工厂 光电监测 显微成像 细胞图像增强 细胞图像分割 细胞计数 计数准确度 Cell factories Optical monitoring Microscopic imaging Cell image enhancement Cell image segmentation Cell counting Counting accuracy
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
二氧化硅(SiO2)是一种重要的光学薄膜材料，通常采用电子束蒸发辅以离子束轰击的方式沉积，但在某些情况下，不能借用氧离子束的轰击。着重研究了不同沉积温度下无离子源辅助制备的二氧化硅薄膜的光学特性。通过直接在线的光学监控方式，获得薄膜生长过程的透射率曲线，并得到薄膜在真空中的折射率。采用真空在线光谱扫描和大气中离线的光谱扫描，结合光度法拟合得到薄膜折射率。结果表明由于基片温度的变化，二氧化硅薄膜的折射率会随着薄膜的厚度而改变，随着沉积温度的升高而变大，折射率值在1.34~1.41之间。
薄膜 二氧化硅 光学监控 光学特性 沉积温度 光学学报
2014, 34(s2): s231001
