1 中山大学电子与信息工程学院,广东 广州 510006
2 华南师范大学信息光电子科技学院,广东 广州 510631
3 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
生物组织折射率在微观上的不均匀分布造成了光学散射,进而导致了光在组织深处聚焦能力的丧失。波前整形技术通过补偿不同散射通道间的相位延迟,能够实现散射光的重新聚焦。该技术的有效实施依赖于散射过程的确定性,一旦散射过程在调控完成前发生变化,预补偿的相位将无法抵消散射带来的影响,最终会造成焦点强度的下降甚至是完全消失。然而在实际应用中,散射过程通常处于一个不断变化的动态状态,例如在生物活体内,血液的流动、心跳,以及呼吸等动态生理活动均会引起散射过程的动态变化。因此,为了保障波前整形技术在生物活体中的应用开展,提升波前整形系统的调控速度显得尤为关键。针对该问题,本综述主要对高速波前整形的发展现状进行了回顾,概述了调控速度的未来优化方向,分析并展望了其在生命科学中的潜在应用和前景。
波前整形 高速调控 散射介质 光学相位共轭 引导星 超声调制 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1000004
1 沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁 沈阳 110136
2 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,辽宁 沈阳 110136
在对K4169合金母材进行修复前采用不同的工艺进行热处理,以获取两类不同的显微组织,然后对比分析了母材的显微组织分和力学性能,并系统研究了修复试样热影响区液化裂纹的敏感性和产生机制。研究结果显示:在均匀化固溶时效条件下,母材主要由Laves相、δ相以及碳化物组成,修复试样母材与热影响区的平均显微硬度分别为220 HV和210 HV,修复试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为870.7 MPa、618.9 MPa和7.7%,断裂位置位于母材。在均匀化热等静压固溶时效条件下,母材主要由δ相以及碳化物组成;修复试样中存在裂纹,裂纹分布在母材一侧,横截面上裂纹的平均长度可达0.68 mm,最大裂纹长度为0.72 mm;热影响区液化裂纹的发生与母材的组织成分、晶粒度密切相关。相较之下,均匀化热等静压固溶时效合金修复试样母材与热影响区的平均硬度都较低,分别为210 HV和200 HV,Laves相和δ相的含量对母材和热影响区的显微硬度均有影响,抗拉强度和屈服强度分别降低了20.3%和38.4%,但延伸率有所升高,断裂位置在热影响区。两种试样都未断在修复区,这是因为修复区的晶粒更细,产生了细晶强化作用。
激光技术 激光沉积修复 K4169合金 修复前热处理 开裂机理 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002322
1 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海交通大学物理与天文学院,上海 200240
2 上海量子科学研究中心,上海 201315
波前整形方法通过改变入射光的相位模式分布来补偿由散射引起的相位畸变,使散射光子可以被有效地利用,从而实现散射光场调控。通过散射光场调控可以将有害的散射介质变成可控的光学元件,实现光的定向传输、动态检测等功能,为其在各领域中的应用提供了一种强大的工具。本文在介绍光场散射特性及其调控方法原理的基础上,介绍了散射光场空间、偏振、频率、能量和轨道角动量等自由度的调控方法,随后重点介绍了散射光场调控在成像、通信、非线性光学、量子光学、光学检测、集成光学和光计算等领域的最新研究进展。
物理光学 散射 光场调控 波前整形 传输矩阵 光学学报
2024, 44(10): 1026006
1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室,北京 100084
3 北京控制工程研究所,北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送,限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前,重新规划散射介质内的光传输路径,实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦,从而克服了散射介质的限制,将散射光重新利用,使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件,也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展,并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
3 西北工业大学物理科学与技术学院,陕西 西安 710129
4 陆军装甲兵学院士官学校,吉林 长春 130000
常规成像系统的焦平面结构决定其具有极高的光学增益和有限的焦深范围,导致系统高成像质量与弱激光防护能力的矛盾性问题。波前编码成像技术具有大焦深特点和光场调控作用,通过像面离焦能够在保证成像质量的前提下有效提升系统的激光防护性能。研究波前编码成像系统成像质量和激光防护性能的权衡问题,分析系统激光防护性能的极限至关重要。以反正弦型相位掩膜板为例,分别建立离焦波前编码成像系统的成像模型和激光传输模型,研究系统的成像质量和激光防护性能随离焦参数的变化规律。通过解耦方式将系统的成像质量作为基本约束条件,引入定量评价指标得到系统允许的最大离焦参数为9.70λ(λ为波长),并在此基础上评估系统的极限激光防护性能。结果表明,在该条件下系统的最大单像素接收功率的降幅达到96.37%,回波探测器接收功率降至0.217‰,成像系统的抗激光损伤和反激光主动探测性能分别提升一个和三个数量级以上。
波前编码 成像系统 激光防护 成像质量 光学学报
2024, 44(10): 1026026
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
3 中国科学院大学光电学院,北京 100049
4 齐鲁空天信息研究院,山东 济南 250101
5 中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083
6 中国科学院计算光学成像技术重点实验室,北京 100094
激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而,它却不是完备的。因此,提出采用平面波前畸变量(PWD)作为评估激光相干合成性能的综合参数,该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式,分析该参数对系统合成效率的影响,进一步的仿真和实验测量结果表明,平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低,与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。
相干合成 填充因子 桶中功率 激光阵列 波前 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706004
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室, 吉林长春 130033
4 中国人民解放军95975部队, 甘肃 酒泉 735018
为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建,本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先,采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射;其次,利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准;之后,基于环带整体调控模式,采用共焦与曲率半径联合分析,实现曲率半径与系统对准的共同调节;最后,利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测,并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接,空间共焦基准定位精度优于125 μm,共相基准覆盖范围优于20 μm,精度优于0.5 μm,光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制,利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度,增加了检测效率与准确度。
分段镜面 波前像差 共基准 大口径望远镜 segmented mirror wavefront aberration common reference large aperture telescope