1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程研究中心， 上海 20009上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
荧光碳量子点是一种新型的、 有前途的光致发光纳米材料。 由于其多样的理化性质和独特的光学特性， 低成本、 生态友好、 丰富的功能基团等优势， 在生物成像、 光电器件、 光催化、 离子检测、 靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。 发光二极管（LED）多年来一直是学术研究的热点， 广泛应用于液晶显示、 全彩显示和日常照明设备中。 许多荧光材料已经被应用于LED的研制; 纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、 发光性能稳定、 环境友好、 原材料丰富、 成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。 但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战， 大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、 绿光波段， 且量子产率偏低， 限制了碳量子点在该领域的发展。 因此， 合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。 以柠檬酸三胺为前驱体， 以多种低毒、 廉价的酸试剂为修饰剂， 采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点， 并用荧光光谱仪、 透射电镜、 X射线衍射仪、 拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。 结果表明， 所制备的碳量子点尺寸均匀， 分散性好， 发射的荧光由蓝色逐渐变为红色， 发射峰值波长在450～650 nm之间可调， 其荧光量子产率均在30%以上， 红色碳量子点的量子产率高达38.75%， 且表面富含羧基和羟基， 具有很强的亲水性。 通过不同酸试剂控制碳量子点的石墨化程度和表面羧基的数量， 简单探究了碳量子点的发光机理。 通过向环氧树脂中添加一种或多种颜色的碳量子点制备了全彩发射CQDs/环氧树脂复合薄膜， 并制备了三种具有高显色指数的白光LED， 其中暖白光LED的CIE色坐标为(0.43, 0.39)， 相关色温为3 913 K， 显色指数为86; 制备的中性白光LED的CIE色坐标为(0.37, 0.37)， 相关色温为4 170 K， 显色指数为85.5; 制备的冷白光LED的CIE色坐标为(0.30, 0.34)， 相关色温为6 857 K， 显色指数为80.4。 该研究为开发低成本全彩色荧光薄膜和发光器件的替代荧光粉提供了一种新思路。英文标题>Preparation of Full-Color Carbon Quantum Dots and Their Application in WLED
碳量子点 全彩色 多酸试剂 荧光薄膜 白光发光二极管 Laboratory of Modern Optics System， University of 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1358
1 华中科技大学 网络空间安全学院, 武汉 430074
2 华中科技大学 工程实践创新中心, 武汉 430074
为了满足现代**装备中的侦查需求, 提出了一种新型的红外共形成像光学系统, 在消除光学头罩引入的复杂像差过程中, 采用一对轴向移动的相位板来实现像差动态校正。给出了一个红外共形成像光学系统设计实例, 其工作谱段为3.7μm~4.8μm, 焦距为40mm, 长径比为1.0, 瞬时视场为2°, 扫描视场为±15°。结果表明, 在奈奎斯特频率17lp/mm处, 各个扫描视场的调制传递函数均大于0.6, 系统的光学传递函数接近衍射极限, 各个扫描视场的弥散斑都小于30μm, 适用于像元尺寸为30μm×30μm的中红外制冷型焦平面阵列探测器。该研究对于促进新型成像光学装备在**领域中的进一步的发展、应用是有帮助的。
成像系统 相位板 像差校正 共形光学系统 中波红外 imaging systems phase plate aberration correction conformal optics system mid-wave infrared
1 江苏海洋大学 电子工程学院，江苏 连云港 222005
2 江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港 222005
FPGA（field programmable gate array）具有可重复编程、算法实现灵活等优势，以97单元变形镜为原型，提出基于FPGA的SPGD（stochastic parallel gradient descent algorithm）控制算法通用快速实现方案。采用TimeGen软件对SPGD算法进行时序分析，并采用Vivado软件分别对SPGD算法随机扰动电压生成、性能指标计算和控制电压的计算与输出进行FPGA配置和编程，将每个模块的计算结果与Matlab结果进行对比、分析。研究结果证明了该文所提方案的合理性和可行性，为下一步基于FPGA的SPGD算法硬件实现和应用提供基础。
自适应光学系统 SPGD控制算法 FPGA 变形镜 adaptive optics system SPGD control algorithm FPGA deformable mirror
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
随着光学元件的口径增加，无论是在加工检测还是在站址观测过程中，镜面视宁度的影响已经越来越难以忽略。在此情况下，研究可以定量测量镜面视宁度的方法与设备就显得十分重要。基于曲率/斜率混合传感策略，结合冷冻湍流假设实现镜面视宁度评价在时-空域上的转化，实现对镜面视宁度大动态范围的检测。首先，对曲率/斜率混合传感的基本方法进行了理论推导，并以标准化点源敏感性作为评价指标进一步分析了检测过程中的镜面视宁度变化。实验结果显示，在热扰动流场较为均匀时，镜面视宁度的影响较流场反复变化时小，由于湍流不稳定所引入点源敏感性（PSSn）为0.971 8。实验结果证明基于曲率/斜率混合传感的方法可以定量分析大口径光学元件镜面视宁度，对于后续开展的大口径系统设计优化与检测加工具有很好的指导意义。
大口径光学系统 镜面视宁度 曲率传感 波前斜率 large optics system mirror seeing curvature sensing wavefront slope 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200419
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209；中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209；中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209；中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
系外行星的直接成像是当今国际天文学研究的热点，而对潜在的系外行星候选体进行大面积普查将是未来十年天文学的迫切需要。国际上中小型2 m级望远镜上部署的ROBO-AO瑞利激光信标自适应光学系统（AO），可以灵敏而快速地删察系外行星候选体。但瑞利信标高度引起的聚焦非等晕效应是限制其行星探测能力的重要因素。基于1.8 m望远镜61单元钠信标自适应光学系统优化构建系外行星高对比度成像系统，它将在近红外波长范围内提供系外行星的高对比度成像。通过对钠信标AO高对比度成像过程的仿真，发现在理论上，钠信标AO系统的系外行星高对比度成像性能优于ROBO-AO，即在2 h曝光时间内，可以实现与母恒星光通量比为4×10?7的行星的直接成像，而相同环境下，ROBO-AO系外行星直接成像能力为1×10?6，其中行星与恒星的角间距为1''''。
钠信标 高对比度成像 星冕仪 自适应光学系统 sodium laser guide star high-contrast imaging coronagraph adaptive optics system 红外与激光工程
2020, 49(8): 20200058
电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键，毫米波速调管零件尺寸较小，为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率，要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析，确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案，利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算，并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压26 kV，发射电流2 A，互作用区长度30 mm，磁场强度大于0.6 T，流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压17 kV，电流0.65 A，互作用区长度20 mm，磁场大于0.9 T，流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管，设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。
Ka波段 W波段 电子光学系统 电子枪 聚焦系统 Ka-band W-band electron optics system electron gun focusing system 强激光与粒子束
2020, 32(10): 103013
强激光与粒子束
2020, 32(10): 103007
1 中国矿业大学信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
2 淮海工学院电子工程学院, 江苏 连云港 222005
3 中国电子科技集团公司第五十三研究所光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
利用88单元变形镜及电荷耦合器件成像器件,以扩展目标为校正对象,建立了带有噪声的无波前探测自适应光学系统模型。在噪声情况下,验证了扩展目标成像时掩模探测器信号和波前相位的平均梯度平方和之间存在线性关系。将基于此线性关系的算法作为无波前探测自适应光学系统的控制算法,通过仿真,检验了模型式无波前探测自适应光学系统在噪声情况下对扩展目标成像的校正能力。结果表明,相同湍流条件、不同信噪比下的校正效果接近。按照湍流条件从小到大的顺序,与信噪比为20 dB的结果相比,信噪比为5 dB时校正后的平均均方根相对误差分别为3.71%,2.94%和2.42%,说明基于该线性关系的模型控制算法具有较强的抗噪能力。
成像系统 成像噪声 扩展目标 自适应光学系统 抗噪能力
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为更好地实现地基大口径望远镜库徳光路的集成装调, 在三个层次上对其误差进行分析, 并利用“Brownian Bridge”过程建立了库徳光路误差模型。首先, 基于光径方程分析了库徳光路在大气扰动影响下的光线偏离情况; 其次, 分析了动态误差所引起的光学模糊以及重力作用下的累积印透效应; 最后, 根据“Brownian Bridge”过程, 在充分考虑误差闭合链的情况下, 建立了库徳焦点位置误差的模型。结果表明: 即使在0.4 ℃/m的温差下, 大气扰动也可以引起0.2″左右的偏差, 且与2.3 mm的大气相干长度等效。同时, 由于折光补偿的符号是一致的, 故无法依靠多次测量平均抵消大气扰动的影响。根据改进的误差模型, 库徳焦点的位置误差与基于独立同分布的假设所得的结果相比, 降低了约20%, 即更充分地考虑了误差闭合的情况。
大口径望远镜 库徳光路 误差分析 large telescope Coude optics system error analysis Brownian Bridge Brownian Bridge 红外与激光工程
2019, 48(3): 0318001
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 电子科技大学 光电科学与工程学院, 四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
自适应光学系统有效通光口径的变化会引起部分哈特曼传感器子孔径缺光以及部分变形镜驱动器失效, 造成系统子孔径排布和驱动器排布的匹配布局发生改变, 从而引起变形镜控制电压输入与哈特曼传感器反馈输出之间的对应关系发生变化。针对自适应光学系统有效布局变化的情况, 首先从理论上分析了系统不能稳定工作的原因, 并且提出采用0-1故障模型的新方法对自适应光学系统部分单元失效的情况进行建模, 然后针对经典比例-积分控制算法进行修正。最后通过实验证明, 采用0-1故障模型建模, 可以保证系统的稳定运行, 但自适应光学系统的部分单元失效, 会引起系统对波前像差的校正能力的下降。
自适应光学系统 哈特曼传感器 变形镜 0-1故障模型 adaptive optics system Hartmann-Shack sensor deformable mirror 0-1 fault model 红外与激光工程
2018, 47(11): 1111004
