1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺（RFOG）利用宽带光源抑制寄生噪声。然而，宽带光源引入的过量相对强度噪声（RIN）成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此，考虑到不同光纤环形谐振腔（FRR）参数的影响，研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性，构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源（ASE）谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响，并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
针对宽谱连续波差分吸收激光雷达（DIAL）的特点，通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号，计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮（NO2）质量浓度反演误差。研究结果表明：当大气气溶胶均匀分布时，NO2质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应，而后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差一般可忽略不计；当大气气溶胶非均匀分布时，气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度，且与波长指数成反比。此外，适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO2-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差的近似模型，通过对比模拟计算的结果，验证了近似模型评估NO2质量浓度反演误差的可行性。
大气光学 宽谱差分吸收激光雷达 沙氏成像原理 二氧化氮 气溶胶光学特性
西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所，陕西 西安 710021
针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题，提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件，建立合理的优化目标函数，以光学结构参数作为遗传变量，利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构，筛选最优结构输入到光学仿真软件中，经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统，系统成像波段为0.4~1.2 μm，焦距为40 mm，视场角均为，波段范围内焦距差异小于0.03 mm，且宽光谱范围内成像质量良好。
宽谱段 遗传算法 等焦距 光学设计方法
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 ，上海 200093
二维钙钛矿的宽带发射引起了人们对单组分白光二极管的兴趣。二维钙钛矿(PEA)2PbBr2Cl2和(C6H18N2O2)PbBr4具有软晶格特性，因而能产生很强的光声耦合作用，使得受激产生的电子–空穴对（激子）很容易引起晶格畸变从而被晶格捕获，形成自陷激子（self-trapping excitons，STEs），发射出全光谱白光。研究表明：这2种材料的半高全宽可以达到232 nm和194 nm；斯托克斯位移分别为182 nm和198 nm；荧光寿命为9.812 ns和13.465 ns。它们在CIE色度图上坐标分别为（0.36，0.40）和（0.40，0.44），显色指数（color rendering indexes，CRI）为86.93和82.23。基于这2种钙钛矿，结合商用的紫外LED，制成的复合型LED色温在5000 K左右，为设计单组分白光二极管提供了新的思路和方法。
二维钙钛矿 自陷激子 宽谱发射 白光发射 LED two-dimensional perovskite STEs broad spectrum emitting white-light emission LED
1 南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019
2 西安交通大学 电子与信息学部，陕西 西安 710049
3 南京华群光电技术有限公司，江苏 南京 210000
4 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
针对目前的红外成像光学系统在机器视觉工业检测领域难以同时实现成像质量好和结构紧凑设计的问题，提出了一种宽光谱可见-短波红外成像光学系统的设计方法。运用光学设计软件ZEMAX设计了一种适用于可见光和短波红外的红外成像光学系统。该系统由7组10片透镜组成，利用多组双胶合透镜来消色差，在第15个面使用非球面提高成像质量，最后对系统的成像质量进行研究。设计结果表明：该系统的的工作波长为0.4~1.7 μm，全长为79.6 mm，F数为2.8，焦距为25.7 mm，畸变小于1.4%，调制传递函数值在奈奎斯特频率100 lp/mm处均大于0.4 ，接近衍射极限，成像质量良好。该系统可以对光滑表面的装配件进行缺陷检测，具有结构简单、易于加工装调的优点，有助于高效地完成机器视觉检测。
宽谱段 光学设计 可见光成像 红外成像 机器视觉 broad spectrum optical design visible light imaging infrared imaging machine vision 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220638
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 100049
3 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林 长春 130033
宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400~1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。
光学系统设计 高光谱相机 复消色差 宽谱段 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0922002
1 太原理工大学 物理学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学 光电工程学院，山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西 吕梁 035300
宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子，将它们与宽带隙半导体构成异质结构，便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO2复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO2层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构，Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO2复合纳米结构的协同作用，该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能，器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上，该器件能够探测TiO2本征吸收波段以外的入射光子。例如，在600 nm波长处，器件的响应率为9.67 μA/W，线性动态范围为60 dB，器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外，利用有限元法进行了仿真计算，通过电场分布图验证了Au/TiO2复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。
光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 photodetectors surface plasmon resonance metal nanostructure hot-electrons wide spectrum 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220464
1 中国工程物理研究院材料研究所，四川 江油 621908
2 清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
3 清华大学清华-伯克利深圳学院，广东 深圳 518055
随着我国先进制造业的快速发展，光谱共焦位移测量技术以其精度高、适应性强、效率高等优势而得到广泛关注，被应用于诸多行业。本文首先介绍了光谱共焦技术的应用进展，对其在表面形貌及工件厚度测量方面的研究成果进行分析，从多个方面说明了光谱共焦技术在位移测量过程中的性能特点。其次，针对光谱共焦技术的关键组成阐述了其研究进展情况，包括宽谱光源、色散物镜、共轭小孔以及光谱检测与处理等方面的主要成果，展示了各种创新思想在光谱共焦技术中的具体实现，并对各种技术方案进行对比分析，梳理了光谱共焦仪器的技术特点及优缺点。最后，对光谱共焦位移测量技术存在的技术问题进行了总结和展望，以期为光谱共焦技术的性能提升和应用拓展提供有益参考。
仪器，测量与计量 位移测量 光谱共焦技术 宽谱光源 色散物镜 共轭小孔 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312014
1 厦门大学化学化工学院，福建 厦门 361005
2 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
当金属膜厚度降低到几个纳米尺度时，其光学性质与体相金属显著不同，如具有宽波段红外高吸收率、可电调控的等离激元和较强的非线性光学响应等。然而金属膜在电介质衬底上的润湿性较差，其在生长初期以岛状生长模式为主，难以生长成连续的超薄膜。首先介绍了超薄金属膜的介电函数理论。随后综述了制备超薄金属膜的主要方法，包括种子层法、有机修饰法、共沉积法和低温沉积法。接着介绍了超薄金属膜的光学性质及应用。最后从制备工艺、应用等方面展望了超薄金属膜相关研究的发展方向。
材料 超薄金属膜 表面等离激元 宽谱红外吸收 非线性光学 柔性透明导电
1 浙江大学, 现代光学仪器国家重点实验室, 光电科学与工程学院, 杭州 310027
2 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027
3 太原理工大学物理与光电工程学院, 太原 030000
除了白炽灯、白光二极管以及非线性超连续白光光源外, 研究表明: 近红外连续激光辐照不同性质的光学活性材料可以产生一种连续宽谱白光。首先分类介绍具有近红外光驱动连续白光特性的发光材料, 包括无机材料、混合纳米结构材料、碳基材料、有机金属化合物及稀土复合物等。然后从光谱特性、温度效应和光电响应3方面讨论这种发光的内在光物理过程。随后总结分析目前报道的可能的发光产生机制及其潜在的应用价值。最后, 对这一光物理过程以及未来的研究方向进行总结和展望。
宽谱白光 连续激光驱动 非线性光学效应 固体发光材料 broadband white light continuum laser drive nonlinear optical effect solid-state luminescent materials
