期刊基本信息
创刊：
1964年 • 半月刊
名称：
激光与光电子学进展
英文：
Laser & Optoelectronics Progress
主管单位：
中国科学院
主办单位：
中科院上海光机所
出版单位：
中国激光杂志社
主编：
范滇元
执行主编：
邱建荣
副主编：
戴琼海 张龙 张雨东 曹良才
ISSN：
1006-4125
刊号：
CN 31-1690/TN
电话：
021-69918427
邮箱：
地址：
上海市嘉定区清河路390号
邮编：
201800
定价：
120元/期
本期栏目 2011, 48(7)
激光与光电子学进展 第48卷 第7期
根据米氏理论，分别计算了由纯水、纯冰和冰水同心球形粒子构成的平面平行、各向同性云层的单次散射特性（单次散射反照率、不对称因子以及单次散射相矩阵）。根据辐射传输理论，利用累加法求解了矢量辐射传输方程，得到了3种不同构成云层的多次散射矩阵，对不同波长的太阳光的反射特性进行了比较。结果表明，反射光的偏振度比强度对云层的微观构成更敏感，并给出了理论解析。
散射 冰水粒子 矢量辐射传输方程 累加法 云层 
基于概率分析理论，通过模仿光子在大气中发生散射时的随机迁移路径和方向，得到各阶散射路径损耗的理论表达式。通过模型仿真，得到不同阶次散射对总的接收信号能量的影响，给出了在指定发送、接收仰角等参数情况下预测的链路损耗值，并分别给出了接收信号中经历一阶、二阶、三阶散射的光子能量随通信距离的变化关系；通过蒙特卡罗仿真分析，发现在给定参数条件下，四阶及以上阶次散射对总的接收信号能量的贡献已十分微弱（相差10个量级以上），因此基本可以不考虑四阶及以上阶次散射对总的接收信号能量的影响。
大气光学 多次散射 相函数 路径损耗 结合高能激光束硬边光阑发射时远场的分布特性，对探测器动态范围在光束质量β因子测量中的影响进行了理论分析。对近衍射极限光束质量测量不同动态范围探测器的影响进行了数值计算，根据计算测试误差给出了探测器动态范围的最低推荐值。实验验证模拟结果的正确性。
探测器 光束质量 动态范围 β因子 高数值孔径物镜下，必须采用矢量衍射方法研究焦点区域的光强分布。根据矢量衍射理论，研究了利用三环相位光瞳滤波器实现光束整形的技术。通过对数值孔径为0.85的物镜焦点区域光强分布的数值模拟，利用优化搜索算法得到了可以实现光束整形的三环相位结构。模拟结果表明，利用三环相位光瞳滤波器，不仅可以在焦面上实现光强的平顶分布，而且还可以得到单环衍射光束。分析了归一化半径和相位变化对光束整形质量的影响，发现通过改变归一化半径，不仅能够控制单环衍射光束的半径大小，还可以改变焦点光强的强弱。
衍射 矢量衍射理论 光束整形 相位型光瞳滤波器 
论述正交频分复用无源光网(OFDM-PON)与波分复用无源光网(WDM-PON)的联系和区别，指出WDM-PON 实际上是一种光接入网的物理层技术，它只有和别的媒质访问控制(MAC)技术结合起来才能完成数据通信系统和网络的功能。而OFDM-PON是工作于正交频分多址(OFDMA)MAC技术的光接入网，它的光网络单元(ONU)虽然必须占据不同的光谱，但它不是WDM-PON。从光差拍干扰(OBI)和MAC两方面阐明OFDM-PON的概念，以利于OFDM-PON技术的开发和相关标准的制订。
光通信 无源光网 时分多址无源光网 波分复用无源光网 正交频分多址无源光网 光差拍干扰 元器件计数法是目前国内外针对光电模块可靠性设计的通用方法，为了改善没有成熟光电模块产品就无法有效进行可靠性预计的问题，在产品设计阶段通过运用流体仿真分析软件以XFP(10 G小型可插拔)模块为例模拟分析其在不同温度条件下的工作状态。完成了XFP模块的热分析，给出了XFP模块可靠性设计的优化办法，得到了XFP模块可靠性预计的具体量化结果，实现了在设计阶段针对光电模块产品可靠性进行定量分析。
光通信 可靠性预计 热分析 XFP模块 采用L9(34)正交实验的方法，研究了弹性筒与芯轴形成的空气腔的体积、绕制探头时对光纤施加的张力这两个因素对芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度造成的影响。实验结果表明，空气腔体积及光纤张力对声压灵敏度没有实质影响，在光纤与弹性筒充分耦合的前提下可以不予考虑。
光纤传感器 光纤水听器 声压灵敏度 正交设计 极差分析 空气腔 光纤张力 提出一种运动序列中动目标检测的稳健性方法。用尺度不变特征变换(SIFT)算法生成特征描述符，基于最近邻距离比(NNDR)进行初始匹配，增加对称性约束以获得稳健的匹配点集。随机抽样一致集算法(RANSAC)用于分离背景和目标对应特征点，实现背景运动的稳健性估计。背景补偿后，相邻帧差分和数学形态学方法实现动目标的分割。真实运动序列的实验结果表明，该算法能够获得稳健的匹配点对，检测出运动目标。
动目标检测 尺度不变特征 对称性约束 随机抽样一致集算法 运动估计 光学系统及探测器的极限分辨率是影响激光主动成像系统分辨能力的主要因素，系统调制传递函数(MTF)是表征系统性能的重要指标。为了提高激光主动成像系统成像分辨率和MTF，分析了接收光学系统和探测器尺寸间的相互匹配关系，给出了光学系统参数的设计步骤，并对匹配条件和设计方法进行了实验验证。
成像系统 激光主动成像 调制传递函数 成像分辨率 匹配设计 为实现用小口径面形干涉仪完成对大口径光学镜面面形的检测，发展了斜入射检测方法，增大投射到待测镜上光斑的尺寸，从而增大干涉仪检测的镜面口径范围。推导了斜入射法检测平面反射镜面形的公式，并考虑了此方法可能引入的误差。对尺寸为124 mm×42 mm的平面反射镜分别在垂直和不同斜入射角条件下进行了测量，垂直入射时测得镜子工作表面面形起伏高度均方根（RMS）和峰谷(PV)值分别为16.3 nm和67.8 nm，斜入射时测得镜子工作表面的面形起伏高度RMS和PV值分别为16.8 nm和68.7 nm，相对误差分别为3%和0.9%，可以满足第三代同步辐射光束线的要求。
测量 镜面面形 斜入射法 ZYGO干涉仪 斜率误差 分析旋转介质中的声表面波(SAW)陀螺效应，推导了角速度与声波波速的关系，并讨论声光耦合波方程\.将角速度与波速变化的关系式代入声光衍射效率公式，得出声光耦合情况下角速度与衍射效率公式的关系式，依据此关系对声光陀螺结构进行优化设计。优化设计表明，对于耦合效率大的铌酸锂晶体在光波损耗不大时其X切Y传，Z切Y传具有最大的刻度因子，在此结构下其精度为2.06°/h，比单一的SAW陀螺提高2个数量等级。
陀螺 光学设计 声表面波 声光耦合 结构设计 根据里查德沃耳夫矢量积分理论，研究了在径向偏振光经大数值孔径聚焦下，透镜球差对瑞利粒子轴向光阱力的影响。通过数值计算得到了轴向光阱力随球差系数变化的分布。研究结果表明，球差系数的存在，不仅改变了光阱力的数值大小，也影响了对粒子束缚的有效作用区域，还导致光阱中心位置发生偏移。而且正负球差系数对光阱力的影响并不总是对称的，正球差系数使得梯度力的0点位置往z轴正向偏移，负球差系数使得梯度力的0点位置往z轴负向偏移。在不同的数值孔径、粒子半径以及孔径与光腰的比值下，球差对光阱力的影响程度也不同。
物理光学 光阱力 大数值孔径 球差 径向偏振光 以波动方程和受激拉曼散射（SRS）物质方程为基础，采用光种子法，建立了固体相干反斯托克斯拉曼频移器的归一化耦合波方程，研究了晶体中反斯托克斯光转换效率。在脉冲抽运条件下分析了归一化增益系数G、归一化相位失配系数ΔK以及一阶斯托克斯光种子的归一化光场振幅ψs0三个变量对固体相干反斯托克斯拉曼频移器的影响，并作出了一系列相应曲线，由所得曲线估算了各归一化变量的合理取值范围。分析结果表明，在ΔK=0时，通过增大ψs0来打破拉曼增益抑制的影响，其转换效率峰值可达到44%。而当ψs0较弱时，可选取合适的相位失配系数，反斯托克斯光转换效率可达40%。
激光器 相干反斯托克斯 斯托克斯光种子法 固体拉曼激光器 脉冲抽运 相位失配 报道了一种86 W准基模的激光二极管侧面抽运Nd:YAG激光器。所用激光晶体直径为3 mm，长度为65 mm，抽运方式为三维侧泵。通过凸面镜增大模体积，采用双棒串接插入90\O旋光片的方法补偿热致双折射，通过计算和实验相结合的办法得到较优化的谐振腔参数，并分析了谐振腔长度和激光模块之间的距离对稳区的影响；得到最高功率86 W，M2<2的准基模激光输出。数值计算了径向和切向偏振模式的半径随热透镜焦距的变化。数值计算了激光器的输出参数，与实验结果进行了比较。设计了较优化的扩束聚焦系统，分析了经过扩束聚焦系统后激光束腰位置波动随抽运功率的变化规律。
激光器 高光束质量 热退偏补偿 侧面抽运 激光熔覆技术经多年发展已取得许多成功的工业应用，但如何控制工艺以达到最佳成形效果，需要通过研究工艺参数与成形精度之间的关系才能找到最终的解决方案。借助激光熔覆快速成形法制备316L不锈钢实验试样，研究工艺参数组合对成形试样形状的影响规律。通过定义单涂覆层截面形状特征参数，采用线性相关法处理截面形状数据，建立工艺参数组合与截面形状特征参数的线性关系。此外，激光熔覆成形件易出现两类典型缺陷，即晶界间微裂纹和层间熔合不良缺陷。
激光技术 激光熔覆成形 形状特性 线性相关 采用NEL-A系列国产轴快流CO2激光器与SLCM-1225数控激光切割机联机切割模切板，研究了模切板割缝与板面不垂直问题的成因。运用几何光学原理对激光束入射到聚焦镜(凸透镜)的几种可能路径进行了讨论，分析认为设备在使用过程中造成光路的微小偏差是引起割缝与板面不垂直的主要原因，并提出可以通过调节聚焦镜和喷嘴相对于光路的位置来实现模切板割缝与板面垂直度的调整。实验结果表明，聚焦镜的水平位置调整可以改变激光束能量对称中心线在聚焦镜上的入射位置，从而改变经过聚焦后的光束能量中心线的方向，进而改变模切板割缝与板面所成的角度。
激光技术 激光切割 模切板 几何光学 垂直度 介绍了钠导星激光器在自适应光学系统中的应用价值，分析了其指标特点及技术难点。按产生方式的不同，分别从染料激光器、固体激光器、光纤激光器3个方面阐述了钠导星激光器的发展历程及最新进展。染料钠导星激光器是最早获得工程应用的激光器，但由于体积较大、稳定性及可靠性较差等缺点逐渐遭到淘汰。固体钠导星激光器又分为和频(SFG)、受激拉曼散射(SRS)及光参量放大器(OPA)3种类型，其中和频方式应用最为广泛，科学家们已根据需要开发出宏微脉冲体制、连续单频体制及连续锁模体制的激光器，并已研制出平均功率50 W的商用产品。光纤钠导星激光器是近几年迅猛发展起来的一类新型激光器，尤其是基于拉曼光纤放大器倍频的连续单频钠导星激光器，输出功率已突破了50 W。
激光器 钠导星 染料激光器 固体激光器 光纤激光器 和频 考虑不同偏振态光波模式之间存在反转粒子数共享和竞争的情况，联立求解麦克斯韦方程组与激光能级方程，分别获得了局域抽运条件下横电（TE）偏振模式与横磁（TM）偏振模式的光谱时间特性和阈值特性。结果显示，在合理选择局域抽运范围的情况下，TM偏振模式能够获得比TE偏振模式更低的阈值。TE偏振模式的峰值强度随时间演化逐渐增强后又迅速减小，这显示TE偏振模式在局域抽运区域较小的情况下被TM偏振模式压制。这些结果均不同于随机介质被全局抽运时的情形。
激光光学 光波局域化 局域抽运 偏振模式 激光透射连接以其快速、精确、柔性、较强环境适应性的局部连接和封装工艺，在工业、医学领域具有良好的应用前景。应用Dilas公司Compact130/140型半导体激光器对聚碳酸酯薄板进行了激光透射连接实验。使用响应曲面法进行实验设计，建立激光透射连接工艺参数的数学模型，并进行优化与分析。讨论了激光功率、激光扫描速度、模具压紧力、扫描次数等激光加工工艺参数对连接强度和接头连接区域宽度的交互影响趋势。结果表明，激光功率与激光扫描速度交互影响较大；增加激光功率，减小激光扫描速度，增加模具压紧力与扫描次数有利于提高连接质量。
激光技术 激光透射连接 响应曲面 工艺参数 连接质量 使用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，对Ca3Si4块体进行了详细的计算研究，得到了金属间化合物Ca3Si4是一种间接带隙半导体，禁带宽度为0.372 eV；价带主要由Si的3s和3p态电子构成，导带主要由Ca的3d态电子构成。其光学性质结果为：静态介电常数为19，折射率为4.35，吸收系数最大峰值为1.56×105 cm-1，能量损失峰的最大值约在8.549 eV处。
材料 半导体材料 金属间化合物 光学性质 第一性原理 太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点。太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控，有望填补“太赫兹空白”。介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展，包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径，电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用（调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器），太赫兹波段表面等离子体电磁超介质，非金属太赫兹电磁超介质的实现以及太赫兹电磁超介质的制备。对电磁超介质可能形成的太赫兹器件及其物理机制进行了充分的阐述，并基于研究现状提出一些今后的研究方向和发展前景。
电磁超介质 太赫兹 太赫兹器件 表面等离子体 组织的反射、透射和散射光检测都包含着组织的内部信息，可发展成为无损检测以及癌症早期诊断的重要手段，有着极为重要的意义。时间分辨蒙特卡罗模型能够预测组织的时间分布光学特性，具有精度高、灵活性强的优点，能适用于多种组织。但传统的蒙特卡罗模型中采用的Henyey-Greenstein(HG)相函数存在一些问题。介绍了基于米氏理论的米氏相函数。利用几种相函数进行时间分辨蒙特卡罗仿真并与实验结果进行对比。结果表明，米氏相函数比HG相函数更能真实地体现人体组织的漫反射特性，但由于米氏相函数与组织的散射颗粒尺寸相关，而组织的散射颗粒大小不一，针对不同的组织有不同的颗粒分布模型，因此应用于具体模型时散射颗粒模型的选择会有一些困难。
生物光学 时间分辨蒙特卡罗模型 人体组织 Henyey-Greenstein相函数 米氏相函数 综述光学陀螺的发展及其在捷联惯性系统中的应用概况，总结其发展态势和研究方向。在简述光学陀螺的工作原理及优势的基础上，回顾美、欧等国光学陀螺的发展历程以及我国光学陀螺的研究现状，总结了光学陀螺研究的关键技术。概述捷联惯性系统的技术特点及光学陀螺在系统应用上的优势后，回顾了美、欧等国光学陀螺捷联系统的发展历程。针对我国高精度光学陀螺捷联系统的研制需求，阐述了美国在高精度系统方面的研制情况和技术途径。总结出光学陀螺捷联惯性技术的发展趋势，为我国高精度光学陀螺捷联惯性系统的研制工作提供借鉴和参考。
光学器件 发展 激光陀螺 光纤陀螺 捷联惯性系统 从理论上解释了利用相位调制光场如何实现多光子跃迁的量子相干控制。在弱场作用下研究了几种整形激光脉冲形式与二能级原子系统的相互作用过程，研究了整形激光脉冲作用下双光子过程中的量子衍射效应。利用微扰理论给出了多光子跃迁过程的解析表示，根据解析表示解释了阶跃相位和余弦相位调制光场作用下多光子跃迁几率的量子相干控制。结果表明，这两种相干控制过程中都有跃迁几率消除现象，而且不同调制相位光场的作用结果对应着不同的几率消除位置。
量子光学 多光子跃迁 量子衍射 量子相干控制 对线偏振光入射到群体粒子场时侧向散射光的总光强特性进行了实验研究，散射介质为直径分别为0.065，0.123，0.220，0.360，0.494和1.240 μm的粒子与过滤的蒸馏水所构成的不同体积分数的悬浮液。研究结果表明，粒子侧向散射光的总光强相对散射角的变化，受粒子直径变化影响较大，且其变化程度随粒子直径的减小（1.240~0.123 μm）而变得更明显；而当粒子直径进一步减小时（0.123~0.065 μm），则此变化又趋于平缓。而总散射光强相对散射角的变化受粒子浓度和探测深度的影响则很小，没有粒子直径变化的影响大，但在探测平面内总散射光强相对散射角始终呈现对称分布的特性。
物理光学 线偏振光 侧向散射 光强 激光 以鸡胴体为研究对象，应用高光谱图像技术结合分段主成分分析和波段比等数据处理方法来检测鸡胴体表面粪便污染物。首先采集400\~1000 nm的鸡胴体表面高光谱图像；然后应用分段主成分分析获得7个特征波长(520.64, 542.12, 561.61, 577.04, 595.6, 703.82和852.1 nm)，并以577.04/520.64 nm波段比图像和852.1/703.82 nm波段比图像进行一次波段加运算后的图像作为检测鸡胴体表面粪便污染物的特征图像；最后运用阈值分割和数学形态学完成粪便污染物的提取。实验结果表明，对60个鸡胴体样本进行检测，盲肠、直肠和十二指肠粪便污染物检测正确率分别为100%,100%和96%，检测总正确率为93.3%。
光谱学 分段主成分分析 波段比 粪便污染物 鸡胴体 检测 