期刊基本信息
创刊：
1981年 • 半月刊
名称：
光学学报
英文：
Acta Optica Sinica
主管单位：
中国科协
主办单位：
中国科学院上海光机所
中国光学学会
中国光学学会
出版单位：
中国激光杂志社
主编：
龚旗煌
执行主编：
赵建林
副主编：
邵建达 刘文清 华灯鑫 张旭苹 刘辉
ISSN：
0253-2239
刊号：
CN 31-1252/O4
电话：
021-69916837
邮箱：
地址：
上海市嘉定区清河路390号
邮编：
201800
定价：
150元/期
本期栏目 2009, 29(7)
光学学报 第29卷 第7期
开发资源丰富、可再生、清洁的新能源是全球一项紧迫的战略任务。在概述现有能源技术的基础上, 从光学和光学技术角度重点对太阳能的直接利用、太阳能电池以及太阳能分解水制氢进行了分析。指出了利用简单有效的太阳能跟踪聚焦系统, 以及耐热、低损耗、低成本和宽光谱传输的空芯塑料光纤, 可以加大对太阳能的直接利用和普及推广; 在太阳能电池方面, 应重点研究和发展各种薄膜太阳能电池, 采用对可见、紫外和红外光谱吸收的、具有不同带隙的复合材料和采用多结器件, 以进一步提高电池的转换效率和降低成本; 在太阳能分解水制氢方面, 应该把直射到地球表面的、从紫外-可见-红外的宽太阳光谱, 利用空腔辐射器作一个变换, 转换成绝大部分位于水分子有强烈吸收带的红外区。同时利用催化剂(敏化剂), 对水进行红外光催化分解反应, 或者利用红外多光子离解这有可能取得工业化规模制氢的突破。
太阳能 日光照明 太阳能电池 太阳能分解水 
利用20单元双压电片变形镜和13×13阵列哈特曼波前传感器所构成的闭环自适应光学系统, 实验测试了双压电片变形镜对3～20项静态Zernike像差的空间校正能力, 并将实验结果与仿真计算结果进行了对比。最后分析了哈特曼传感器与双压电片变形镜之间的对准误差对实验结果的影响。研究表明, 除了少数几项外,双压电片变形镜对3～20项Zernike像差的拟合误差都小于0.5, 各项Zernike仿真和实验结果之差平均小于0.1。计算表明, 与严格对准的理想情况相比, 双压电片变形镜对3～20项Zernike像差中大多数项的拟合误差都随着失配程度的增加而增大, 对准精度对于高阶像差拟合效果的影响尤其严重。
自适应光学 变形反射镜 空间拟合能力 泽尼克像差 对准误差 分析了双波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的工作原理, 并通过共模波前传感器中的两套波前传感器探测得到的波前信息进行数据差分融合, 按照优化理论推导了两套波前校正器需要校正的像差公式。根据此像差公式, 仿真分析了以两套61单元变形反射镜组成的双波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正能力, 并与单套波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正能力进行了比较, 结果验证了推导的像差公式的正确性, 也说明了两套波前校正器不仅可以解耦, 而且其校正效果与理想行程单套波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正效果相当。
自适应光学 全光路像差校正 双波前校正器 波前传感器 基于在太湖、天目湖观测的水下光场资料, 假定在水体中无内光源及无非弹性散射的情况下, 通过水体中向上、向下的辐照度廓线分布, 及由此确定的漫射反射率、漫射衰减系数, 较为成功地反演了水体中介质的固有光学参数吸收系数, 且在较大程度上降低了由波浪及船舶阴影所带来的误差。同时将该反演结果与通过定量滤膜技术测定的结果进行了比较, 二者吻合得较好。该方法有利于研究进入水体的太阳辐射能在各介质之间的分配及水生生态系统对水下光场的响应、大型浅水湖泊中蓝藻水华的暴发机理、提高二类水体水质定量遥感精度。
辐照度 水光学 反演 吸收系数 针对利用POLDER数据反演陆地上空气溶胶光学特性和地表反射率进行研究。POLDER探测器能够提供可见光到红外的地气系统反射太阳光的反射率和偏振反射率的多方向数据。发展了一种基于多角度的总反射率和偏振反射率联合反演气溶胶光学参数的算法, 根据倍加累加法矢量辐射传输模式构建查找表, 反演过程中还考虑了测量数据的云检测处理, 气体吸收校正和平流层气溶胶校正, 通过865 nm波段总反射率和偏振反射率的模拟计算值和实际测量值的对比实现局部区域的气溶胶光学特性参数和地表反射率分布图的同时反演。并用CNES提供的POLDER气溶胶产品对反演结果进行了验证, 该方法能够得到气溶胶光学厚度、折射指数、粒子有效半径和地表反射率较合理的反演结果。
大气光学 光学厚度 偏振 气溶胶 对工作在铷5P1/2→10S1/2（532 nm）跃迁的法拉第反常色散滤光器的传输特性, 并对中间场下激发态法拉第反常色散滤光器的理论模型进行了分析与讨论。依据量子力学微扰理论和量子跃迁理论, 给予了完整地描述。理论分析结果表明, 在气室温度434 K,磁场强度0.067 T,抽运光强度20 W/m2,气室长度0.1 m条件下, 法拉第反常色散滤光器处于一个最佳工作状态; 期望的线芯工作方式得以实现, 中心透射峰适宜作滤光器的信号光通道。理论模型预测滤光器的峰值透过率接近50%, 等效带宽仅为2.6 GHz。铷532 nm激发态法拉第反常色散滤光器的光谱特性可用于检测具有重要应用价值的二倍频Nd：YAG激光信号。
原子与分子物理学 反常色散光谱 磁光效应 原子滤光器 研究了磁光薄膜波导中线性啁啾高斯光脉冲与单频连续静磁波共线作用, 给出了水平磁化时基于静磁表面波的磁光耦合方程。分别采用解析法和数值法计算了1310 nm和1550 nm两种光波长入射时衍射光的压缩特性, 两种求解方法得到的结果一致。计算表明, 衍射光脉冲的半峰全宽(FWHM)随相位失配因子的频率变化率和啁啾系数的增大而减小; 在给定的计算参数下, 与1310 nm波长对应的衍射光脉冲具有较大的峰值强度,但1550 nm波长输入时可以获得更窄的衍射光脉冲, 因而1550 nm光脉冲更适于作为磁光脉冲压缩的脉冲源。文章还分析了磁损耗对衍射光脉冲的光强和输出脉宽的影响, 对于普通的磁光薄膜, 损耗基本上不影响光脉冲压缩效果。
光通信 磁光信号处理 光脉冲压缩 磁光Bragg衍射效应 静磁表面波 磁损耗 采用手动熔接实芯光子晶体光纤和普通单模光纤制作本征法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉传感器的方法, 提出了一种可实现温度自补偿的高灵敏度折射率计。理论与实验表明, 新型F-P干涉传感器的对比度不受环境温度影响只随着外界折射率的变化而变化, 当外界折射率在1.32～1.44范围内变化时, 其折射率灵敏度约为4.59/RIU, 分辨率约为2×10-5。此外, 该传感器的腔长具有较高的温度灵敏度, 在20～100℃范围内, 其温度灵敏度为18.72 nm/℃。因此, 可以通过同时监测该传感器对比度和腔长的变化就可以实现折射率和温度的同时测量, 在实际工业应用中具有广泛的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 折射率测量 温度补偿 法布里-珀罗干涉仪 光子晶体光纤 研究了在低曝光量下光学联合变换相关器位移探测技术的稳健性, 为提出的颤震探测系统设计与实现提供可行性论证。通过实际视频, 探讨曝光量不足对光学联合变换相关器位移探测的影响。并讨论了不同方差的高斯白噪声对探测的影响。实验结果表明, 光学联合变换相关器位移探测技术在欠曝3.5档和存在一定噪声范围内仍能保持良好的运动矢量估计性能, 从而说明了光学联合变换相关器像移探测在一定的曝光量范围内仍能准确地得到运动矢量估计, 是一种运算速度快、实时性好且稳健性较强的探测技术。
图像处理 稳像 稳健性 欠曝光 光学相关器 基于物体表面色样本的视觉评价, 测试了典型色差公式对超大色差的预测性能。由18名观察者按照倍率法对60组颜色样本对进行心理物理视觉评价实验, 获得视觉色差的评价数据。利用实验数据对两个常用色差公式CIELAB和CIEDE2000以及基于色貌模型的最新色差公式CAM02-UCS和CAM02-LCD的超大色差预测性能进行了详细的比较和分析, 结果表明基于色貌模型的两个公式性能优异。同时, 使用本实验视觉数据考察了Attridge等人提出的幂指数模型, 并得到了一致的结论。
视觉光学 超大色差 物体表面色 视觉评价 色差公式 色貌模型 锐化是图像增强中一项关键性的技术, 但如果图像中包含噪声, 噪声也会因为锐化而放大, 最终导致信噪比的降低。探索了一种算法既可以对图像进行锐化滤波, 又不降低图像的信噪比。采用模式识别的相关理论, 基于隶属度和概率松弛技术对红外图像中由真实边缘和由各种噪声引起的亮度数值变化进行区分, 对不同区域采用不同的锐化处理。该算法不同于传统图像锐化算法只基于局部对比度的缺点, 在图像锐化过程中考虑图像边缘和噪声的空间分布的差异, 改善了传统边缘增强算法对噪声放大的缺点。实验数据表明, 该锐化方法未引起信噪比的降低, 具有良好的前景和实用价值。
图像处理 红外图像 锐化 隶属度 概率松弛技术 在质量图导引路径积分法的基础上, 提出了一种适用于移相干涉术中有分割遮拦干涉图的相位展开方法, 可以有效地解决不同有效区域之间相位展开结果不连续的问题。首先, 采用图像修复方法, 根据有效区域中包裹相位的纹理特征对遮拦区域进行填充, 使被遮拦分割的各个有效区域连通, 相位展开路径可以通过各个有效区域。在此基础上, 提出了一种新的质量图, 导引相位展开沿着相位变化最小的路径穿过各个有效区域之间的填充区域, 以保证不同有效区域中属于同一干涉级次的包裹相位主值加减2π的倍数相同。研究结果表明, 这种方法能有效地防止相位展开结果中2π整数倍的全局误差, 使不同有效区域相位展开结果连续。
光学测量 相位展开 路径积分法 质量图 遮拦 提出了一种基于张量的平稳小波变换红外图像去噪方法。采用平稳小波对噪声红外图像进行分解, 保持低频近似图像不变, 将所有尺度上的水平、垂直和对角方向的高频细节图像组合为一个立方体, 形成三阶张量, 通过多线性代数方法估计信号小波系数, 这种处理方式没有破坏小波系数之间的固有空间关系, 同时考虑到了尺度间和尺度内小波系数的相关性, 优于传统的基于线性最小均方误差的信号小波系数估计算法, 最后由低频近似图像与估计的高频细节图像通过平稳小波逆变换得到去噪图像。实验结果表明, 该方法在性能指标和视觉质量上优于传统的平稳小波域最小均方误差去噪算法, 为小波系数的较准确估计提供了一种全新思路。
图像处理 红外图像去噪 平稳小波变换 张量 多线性代数 提出了一种基于相位相关法的柱面全景图像自动拼接算法。首先推导了柱面投影公式、柱面平移量和平面平移量之间的对应公式; 然后利用改进的相位相关法计算出归一化相位相关度的峰值及峰值点坐标, 利用峰值作为相关度准则判断两幅图像是否存在重叠部分, 利用最大相关度求交自动确定头尾图像, 利用峰值点坐标判断两幅相邻图像的位置关系; 最后将环绕拍摄的序列图像投影到柱面坐标系下, 根据计算得到的变换参数进行图像拼接并融合得到柱面全景图像。实验结果表明, 该算法能有效地实现顺序混乱的序列图像的自动排序和柱面全景图像拼接, 具有较高的稳健性和拼接精度。
图像处理 图像拼接 相位相关 自动排序 柱面投影 为了克服因静脉图像照度不均造成的现有分割算法对静脉纹路分割不够精确的问题, 提出了一种基于最大邻域内差(Maximal intra-neighbor difference, MIND)的静脉图像分割算法, 其核心是充分利用静脉图像的邻域信息和新设计的距离函数计算出原图的MIND图像, 并与经过直方图修正后的原图加权相加得到了增强图像, 之后, 通过计算出增强图像的均值图像并与增强图像进行加权比较得到最终的分割结果。在分割的过程中, 可以根据MIND图像的直方图自适应调整算法中的分割参数提高分割效果, 最后的实验结果证明了算法的有效性。
图像处理 静脉识别 图像分割和增强 最大邻域内差 直方图 为了研究CIELAB颜色空间中明度、彩度和色调等视觉容差与色调角之间的相关性对基于CIELAB的典型色差公式（CIELAB、CMC、BFD、CIE94、LCD以及CIEDE2000）预测性能的影响, 实验选取了具有不同明度和彩度水平的5个色调环（L*=30, 50, 70和C*ab=10, 20, 30）, 并采用3个不同视觉尺度（ΔV=3.02, 5.92和8.87 CIELAB单位）进行视觉评估实验。8名色觉正常观察者根据心理物理学的恒常刺激法原理, 在阴极射线管（CRT）显示器上获取了相应颜色中心的明度、彩度和色调视觉容差。对实验结果的详细分析表明, 由于明度容差与色调角无明显相关性, 6个色差公式的预测性能均较好, 其中CIEDE2000略优于其它色差公式。对于彩度容差, LCD(Leeds color-difference formula)预测性能表现最优, 而CIEDE2000和BFD的表现最差, 其余色差公式则相差不多。CIEDE2000和LCD的色调权重函数的预测性能明显优于其它色差公式, 而CMC预测性能则为最差。
视觉光学 视觉与色彩 恒常刺激法 视觉容差 色差公式 权重函数 在三维数据可视化的应用中, 经常要求保留体数据外部组织的同时透视内部某一兴趣区, 而这一过程的实现通常需要对三维数据进行预处理后才能取得较好的效果。从体绘制的传统光学模型出发, 推导出一种可交互调节的体绘制光学模型。通过在分类信息中引入透射光对数据显示作用的计算, 建立了基于内部兴趣区的透视光线模型, 在保留外部组织半透明的同时, 无需对三维数据进行预处理来实现较传统模型更好的透视效果。实验证明：该方法能以大于20 f/s的速度完成交互, 且与传统模型相比有着更好的透视效果。本模型可有效提高用户对三维数据的特征识别能力, 为三维数据的有效分析提供理论依据。
光学模型 体绘制 传递函数 交互 兴趣区 探测器探元响应的不一致性导致计算机层析成像(CT)图像产生环状伪影, 使得像质下降, 影响了缺陷的判读以及图像的后续处理与量化分析。提出了两种CT成像环状伪影校正方法：基于特征识别的校正方法和基于B样条曲线拟合的校正方法。前者针对单个独立探元或者少数几个相邻探元存在突出响应不一致的情况。该方法首先识别出响应不一致探元的位置, 然后在该位置执行局部中值滤波以消除正弦图中的竖直条纹。后者针对多个连续探元同时存在微小响应不一致的情况。该方法用B样条曲线拟合的方法确定各个探元的归一化增益系数, 进而对探元的响应不一致性进行校正。两种方法各有特点, 互为补充, 共同组成较为完备的环状伪影校正体系。实验结果验证了两种方法的有效性。
X射线光学 计算机层析成像 环状伪影 特征识别 B样条曲线拟合 正弦图 为了提高光声成像（PAT）的对比度和分辨率, 需对组织样品的光声（PA）信号进行基于探头脉冲响应的滤波反卷积以恢复其频谱特性。对宽带光声信号而言, 由于带通滤波的截止频率由人为确定, 噪声不能得到有效抑制, 很难获得稳定的反卷积结果。针对此问题, 提出了基于维纳滤波反卷积的光声成像方法, 利用点光声源获得超声探头的脉冲响应。利用维纳滤波抑制反卷积过程中噪声的影响, 滤波器参数由离散小波变换（DWT）动态估计, 样品光声图像由时域后向投影算法重建。数值模拟与成像实验均表明该方法有效地抑制了噪声对反卷积的影响, 提高了光声成像的对比度和分辨率。
医用光学与生物技术 光声成像 反卷积 维纳滤波 调制度测量轮廓术是一种垂直测量的三维面形测量方法,可以测量表面有剧烈变化的复杂物体。提出了一种基于正交方向空间载频的快速调制度测量轮廓术。该方法将两个具有一定间距且正交的正弦光栅同时成像在被测物体上, 并使被测物体位于两个光栅成像面之间。采用空间频域滤波将正交光栅图像分离, 得到被测物体经正交光栅调制的两个调制度图像, 利用其比值和高度的对应关系恢复出物体高度。该方法只需采集一幅图像, 即可恢复出物体高度, 具有三维信息实时采集的特点。实验结果表明,利用该方法可以快速且较为准确地恢复出物体的高度信息。
光学测量 动态测量 调制度测量轮廓术 傅里叶变换 正交光栅 以激光散斑衬比分析为基础的激光散斑成像技术, 是一种无需扫描的全场光学成像方法, 在监测生理及病理状态下组织血流动态变化中的应用日益广泛。在实际应用中, 像面散斑平均尺寸等多种因素影响散斑衬比值, 使得该技术在反映血流变化的准确性方面受到影响。采用一种成像散斑计算机模拟方法研究了像面散斑平均尺寸对成像散斑统计特性的影响, 分析了成像参数与像面散斑尺寸的定量关系, 并通过物理模型实验对模拟结果进行了验证。研究结果确认了合理的像面散斑平均尺寸计算公式, 证实了散斑衬比值随像面散斑平均尺寸增大而减小的现象, 并为确定合理的成像参数提供了依据。
成像光学 激光散斑 散斑平均尺寸 衬比 成像散斑 模拟 提出一种基于结构光条纹成像的光线追迹和波前重建方法。以结构光条纹相位为信息载体, 采用相移技术精确地测量结构光条纹成像过程中相位的变化, 实现高分辨的光线追迹, 得到点列图。由于光线传播方向与波前垂直, 因此可以实现波前重建。将一个液晶显示器(LCD)置于点光源后, 显示正弦灰度调制光栅图样以产生标准条纹光束。条纹光束通过被测光学元件后, 发生变形。CCD记录下变形条纹图样, 根据相移技术进行处理, 计算后完成测量。由于调制光栅图样是由计算机产生的, 所以光栅的周期和方向可以灵活设置, 并可以实现精确的相移。实验验证了该方法的可行性。
光学测量 波前 点列图 结构光 相移技术 液晶显示器 提出了一种在现场条件下实现十几米空间范围内点三维坐标精密测量方法,该方法同时解决了大尺寸物体表面三维形貌测量中单元数据拼接精度低的问题。在空间待测点处设置可视特征, 称为全局控制点,利用近景摄影测量手段获取被测信息, 通过高精度图像处理技术、全局控制点自动精确配准技术和基于光束交汇的光束平差技术, 恢复全局控制点的三维信息。实验结果表明,该方法在使用普通数码像机的情况下实现相对测量精度0.073%。且具有操作灵活自由、测量速度快、自动化程度高和测量精度高的优点。
光学测量 大尺寸精密测量 光束平差 全局控制点 自动精确配准 
设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统, 主要包括迈克耳孙白光干涉系统和光纤光谱仪。对干涉信号进行频域分析, 结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数, 进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度, 使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算, 并对结果进行了详细的精度及误差分析。将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较, 结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm。与传统的光度法和椭偏法相比, 提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案, 同时保证了较高的精度。
白光干涉 测量薄膜物理厚度 等效厚度 频域分析 叙述了在266 nm波长点测量紫外探测器和紫外光功率计非线性的原理。提出了利用功率叠加法测量紫外探测器非线性参数的新思路, 设计并成功研制了精确测量紫外探测器非线性的装置。利用偏振分光棱镜实现光路的分离与合并, 提高了功率非线性测量的动态范围。采用外界杂散光屏蔽技术, 减小了背景光和杂散信号对测量结果的影响。编写了自动测量软件, 优化了数学模型, 降低了测量不确定度。实验结果表明, 在1 nW～100 μW的功率范围内, 测量重复性小于0.3％, 非线性扩展测量不确定度优于0.8％(k=2)。
紫外探测器 非线性 叠加法 偏振分光 提出了一种结构简单的S波段环形腔可调谐光纤激光器, 研究了输出功率随激光波长和抽运功率的变化关系以及激光器运转的稳定性。当抽运功率113 mW时, 通过调节全光纤可调谐法布里珀罗滤波器, 在1482.73～1520.75 nm范围内得到了稳定的激光输出, 3 dB带宽小于0.03 nm。其中1487.70～1520.75 nm范围内输出功率大于5 dBm,边模抑制比大于60 dB。1499.02 nm处最大输出功率7.11 dBm, 输出功率起伏小于0.04 dB。
激光器 掺铒光纤激光器 W型掺铒光纤 S波段 针对支持向量机(Support Vector Machine, SVM)在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion ,ICF)实验靶识别中稀疏性不够高而导致决策速度慢的问题, 提出利用相关向量机(Relevance Vector Machine, RVM)进行ICF实验靶识别。设计了基于二叉树的RVM多类分类器, 在二叉树的构建过程中同时考虑了类距离与类分布范围两种因素的影响, 获得了更为合理的二叉树层次结构。实验证明, RVM与SVM相比识别率不相上下, 但由于有更好的稀疏性使RVM的决策时间远比SVM短。该算法与传统的多类分类方法‘一对一’、‘一对多’、‘有向无环图’及‘基于类距离二叉树’相比, 混合识别率更高。
激光聚变 相关向量机 二叉树 多类分类 支持向量机 靶识别 基于随机激光的时域理论, 建立了横磁与横电光波模式共享反转粒子数情况下的理论模型, 并利用时域有限差分法（FDTD）数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组, 从而获得了二维随机介质内横磁与横电光波模式的阈值特性。结果表明, 如果横磁与横电偏振模式之间没有共享反转粒子数, 则横磁光波模式拥有较低的激发阈值; 反之, 则横电光波模式的激发阈值更低。在共享反转粒子数的情况下, 改变样品的表面填充率对两种偏振模式的阈值并没有很大的影响, 而增加样品面积则可以明显的降低横磁模式的阈值。
激光物理 随机介质 有限时域差分方法 模式竞争 报道了一台重复频率400 Hz、平均功率1.52 W的二极管抽运全固态钠导星激光器。利用两路声光调Q的1064 nm与1319 nm激光作为基频光, 并采用主从电源模式以及电子学延迟补偿技术实现两个调Q脉冲的时间同步, 然后在腔外通过一块LBO晶体和频产生了589 nm钠导星激光, 和频效率约达25.1％, 系统电光效率0.32%。为了实现中心波长与钠D2a线的锁定, 在1064 nm激光器内插入一块标准具, 并采用水冷控温, 通过调节控制标准具的倾斜角度和温度, 最终将中心波长对准至589.159 nm, 并且偏差小于±1 pm。
激光器 钠导星 和频 全固态 标准具 用脉宽为60 fs, 频率为1 kHz,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光照射在高纯度的Cu 、Ag、 Au金属靶材表面, 在损伤阈值附近产生周期性结构, 并随着脉冲作用数的增加, 产生的规则周期性结构被破坏。研究了入射角度对周期性结构大小的影响, 发现在较小角度时, 三种金属周期性结构大小几乎没有区别,在较大角度时, 三者之间的差别也微乎其微; 不同金属的损伤阈值各不相同, 因此, 认为入射激光的能量密度在较小角度时只影响表面周期性结构的锐利程度, 并不影响其大小。并从激光诱导金属表面产生周期性结构的理论出发进行了理论验证, 也表现出同样的规律。
飞秒激光 周期性结构 损伤阈值 扫描电子显微镜 磷酸盐钕玻璃、熔石英和BK7是3类用于激光惯性约束聚变（ICF）装置主要光学元件材料。实验中采用不同平均粒径的氧化铈抛光粉对上述3类材料分别进行抛光, 对特定材料抛光去除量和抛光粉平均粒径的关系进行了研究。实验表明：由于材料的物理和化学特性不同, 特定的材料需选用相应平均粒径大小的抛光粉才能达到最佳的抛光效率。实验还就上述3类高功率激光玻璃材料抛光中各个阶段的抛光粗糙度与抛光粉平均粒径的关系进行了研究, 结果表明：某一规格抛光粉的粒径对不同特性材料抛光后的表面粗糙度影响表征情况不同。
高功率 激光玻璃 光学加工 抛光粉 通过聚焦脉冲激光轰击置于邻苯二甲酸酐的环已酮溶液为流动相中的Eu2O3固体靶制备得到纳米Eu2O3环已酮溶胶。通过荧光光谱、荧光寿命、高分辨率透射电镜和选区衍射对溶胶进行了表征。研究结果表明, 溶胶中的纳米粒子表面为Eu2+离子, 而核心为Eu3+离子。邻苯二甲酸酐与Eu2O3粒子表面的Eu离子配位, 并将表面的Eu3+离子还原为Eu2+离子。邻苯二甲酸酐和环已酮能吸收紫外辐射并能将吸收来的能量传递给位于粒子表面的Eu2+离子, Eu2+离子得到能量后发出强紫色的荧光, 其发射峰分别位于415 nm和465 nm, 这两个峰可归属于Eu2O3纳米粒子中Eu2+离子的5d-4f的最低跃迁发射峰。
材料 非晶态光学材料 二价Eu离子 聚焦脉冲激光 荧光 溶胶 通过缩合反应合成了一种有机紫外滤波染料——2,7-二甲基-3,6-偶氮环庚-1,6-二烯高氯酸盐, 并采用元素分析、红外光谱、紫外光谱等手段对其进行表征, 着重讨论了不同浓度的染料溶液和染料掺杂的聚乙烯醇(PVA)薄膜的紫外光谱性质。实验表明, 当染料浓度较低时, 溶液的最大吸收波长为322 nm, 薄膜的最大吸收波长为325 nm。随着染料浓度的增加, 溶液和PVA膜紫外截止通带宽度加宽, 表现为285～345 nm区间为强吸收带, 而在日盲紫外波段(240～285 nm)保持较高的透过率。利用染料溶液和染料掺杂的PVA膜的这种光谱特性, 制作出日盲紫外滤波器。
光学材料 紫外滤波器 紫外光谱 染料 日盲紫外滤波器 为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式, 将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400（PEG400）的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤, 利用CCD拍照进行直观观察, 并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果, 同时与单纯PEG400作用进行了对比。结果表明：混合溶液可以使去除部分角质皮肤在15 min内反射光谱明显下降, 并产生显著的光透明效果, 30 min后皮肤更加透明; 而单纯PEG400以及未去除角质层的完整皮肤均无光透明效果。因此, 结合物理方法去除部分角质层、并添加促渗剂噻酮, 能以非侵入方式, 快速、有效提高PEG400对在体皮肤的光透明效果。
医用光学 光透明效果 生物组织光透明技术 噻酮 在体皮肤 针对具有纤维状结构特征的生物组织（诸如肌肉、皮肤等）, 建立了包含球状散射体和具有取向分布的圆柱状散射体的仿体模型, 并对偏振光在这类具有各向异性分布的复杂体系中的传输过程进行了蒙特卡罗模拟。给出了蒙特卡罗模拟程序的实现方法并验证了程序的可靠性, 随后将程序用于模拟和分析一些肌肉组织的偏振成像实验。实验和模拟结果的一致性验证了用柱-球散射体混合的仿体模型来模拟各向异性生物组织的合理性。同时, 通过模拟验证, 得到了两个新的参量, 分别可以用来表征组织样品中纤维的空间取向和组织样品的各向异性度。
散射 偏振成像 蒙特卡罗模拟 各向异性组织 仿体 通过求得非简并光学参变振荡器的稳态解及特征值, 研究了在共振与失谐两种情况下该系统的不稳定性。结果表明：共振时系统总是处于稳定状态, 而有失谐时系统存在不稳定性。并通过数值模拟绘出共振情况下特征值随驱动场强度的变化曲线, 及失谐时三个模量的输出信号随时间的变化情况。
非线性光学 不稳定性 失谐 非简并光学参变振荡器 最近几年中, 慢光和超光速的研究取得了很多进展。慢光和超光速产生的物理机制作为慢光和超光速研究领域的一个重要方面也吸引了研究者的关注。 设计了一个新颖的实验, 在掺铒光纤中观测了慢光和超光速信号的演化。分别在慢光(0非线性光学 慢光 信号演化 掺铒光纤
脉冲压缩光栅是激光约束核聚变系统中的重要光学元件。随着激光约束核聚变工程的快速发展, 对光栅的口径要求越来越大。全息技术是制造大口径脉冲压缩光栅的重要手段, 其制作的光栅大小受限于记录光学系统口径。为了制造出超大口径的脉冲压缩光栅, 提出了一种采用多次曝光拼接技术制作大口径脉冲压缩光栅的方法。该方法采用参考光栅作为检测元件, 利用其再现的光学特性, 以检测记录干涉光场与已记录光栅之间位相匹配情况, 并利用条纹锁定系统控制记录干涉光场的相位, 实现光学拼接制作大口径脉冲压缩光栅的目的。开展了1740 lp/mm光栅拼接实验研究, 拼接对准精度优于30 nm。
光栅 拼接 叠栅条纹 脉冲压缩 退偏度是衡量退偏器性能的主要参数。为了提高双光楔旋光退偏器的退偏性能, 应用平均Mueller矩阵推导出双光楔旋光退偏器退偏度的理论表达式, 并利用平均Mueller矩阵和斯托克斯矢量建立了退偏器偏振度与相关参量间的关系。通过对一阶贝塞尔函数求解, 理论上就退偏器的退偏性能进行了解释。退偏度的大小与入射光的波长、光瞳半径、退偏器的结构角等参数有关。在Matlab软件环境下对理论结果进行了模拟计算。模拟计算结果表明：波长越短退偏越容易, 在一定范围内适当增加光瞳半径或结构角可以提高退偏效果。理论结果与相应的实验结果相一致,证明了理论分析的正确性。为退偏器的优化设计、生产及使用提供了理论基础。
光学器件 旋光退偏器 Mueller矩阵 退偏 提出一种计算角锥棱镜反射光束相位误差的方法。光束通过非理想角锥棱镜时会引入一个附加光程差, 从而改变光束的相位特性和反射光束的传播方向。在小误差近似条件下, 采用光线追迹法建立了一个有效的数学模型, 计算角锥棱镜的二面角误差和反射面面型误差引起的传输光束的附加相位, 并分析了该模型的理论误差。在二面角误差为1″,反射面面形光圈数小于0.5的条件下, 该模型的数值仿真结果显示角锥附加相位具有高度的中心对称性, 附加相位对入射光束引入的相位平均斜率为零, 这一特性与误差的种类和大小无关。角锥棱镜的附加相位模型为分析其在应用中给系统带来的误差提供了一个新的方法, 有助于指导不同应用场景中所使用角锥棱镜的加工指标要求。
光学仪器 角锥棱镜 加工误差 附加相位 中心对称性 从理论和实验上研究了一种价格低廉、操作简单、可用于多点并行测量的液体折射率光纤传感器。该传感器采用分路器进行预分光, 利用高稳定放大自发辐射光源作为光源、普通光功率计作为光电探测器, 以熔融拉锥光纤作为传感单元。建立了一个简单模型, 分析了芯层所携带的光功率占总的光功率的比值随外部介质折射率变化的关系。实验上对不同折射率样品的传输损耗进行了测量, 采用对比方法作出了传输损耗随折射率变化的定标曲线。实验结果表明：外部介质折射率越高, 传输损耗越大。并验证了反射器（光纤布拉格光栅）的引入能够有效的提高系统的灵敏度。
光纤传感 熔锥光纤 折射率 分路器 反射器 对于激光雷达中液晶相控阵组件, 如何选取一定数量的扫描角度, 使得光束扫描能够覆盖整个视场范围并满足扫描指标的要求是一个崭新的问题。提出了一种基于二元光栅波控模型的液晶相控阵组件扫描角度筛选方法; 该方法利用二元光栅波控模型对液晶相控阵组件的光束扫描进行控制, 并将扫描视场均匀覆盖、光束最大副瓣大小与衍射效率作为扫描角度筛选的约束条件, 通过遍历对比的方式实现扫描角度的筛选。仿真结果表明该筛选方法有效可行。
光学器件 光学相控阵 扫描角度 二元光栅 液晶相控阵 实现彩色显示需要高效率和高色纯度的红、绿、蓝三种颜色发光。与红、绿色器件相比, 蓝光有机电致发光器件（OLED）有较低效率和较差的色纯度。为了改善器件性能, 将微腔引入到OLED中, 优化设计并制作出蓝色微腔有机电致发光器件（MOLED）：Glass/DBR/ITO/NPB/ DPVBi/Alq3/LiF/Al。得到蓝光微腔器件电致发光谱（EL）峰值位于472 nm, 与无腔器件相比, 峰值强度增强5.4倍,半峰全宽（FWHM）减小77.1%（仅为16 nm）, 光谱积分强度增加33%。微腔器件最大亮度8439 cd/m2, 最大发光效率2.4 cd/A, CIE色坐标为（X=0.14; Y=0.10）。结果表明, 由于微腔效应的存在, 导致微腔器件的EL谱线窄化和峰值强度增强, 可提高器件的色纯度, 改善器件发光性能。
光电子学 有机电致发光器件 光学微腔 蓝光 设计和初步制备了基于双光栅的等臂和不等臂马赫-曾德尔干涉仪, 两个衍射光栅分别用作光束分裂器和光束复合器。来自激光器的平行光束透过第一光栅后产生多束衍射光, 等臂干涉仪使用两个平面反射镜反射两束对称衍射光至第二光栅的同一位置并产生完全重合的衍射条纹, 即每束衍射光包含两个成分。利用光探测器监测任一束重合的衍射光束, 该光束两成分之间的相位差随时间的变化就能够被准确测定。而不等臂干涉仪仅使用一个反射镜反射某一束衍射光并使之与零级光束透过第二光栅后产生完全重合的衍射条纹。通过使用一个厚度为50 μm的玻璃片来改变相位差, 对不等臂干涉仪的干涉效果进行了测试, 得到了与理论值相符的实验结果。
相干光学 马赫-曾德尔干涉仪 衍射光栅 动态测试 研究了一种新颖的基于非共振光学斯塔克效应的有源光子带隙全光偏振开关的理论模型, 模拟了在抽运光作用下全光开关有源光子带隙的反射谱的变化情况; 反射式全光偏振开关的对比度随延迟时间和抽运功率密度的变化以及插入损耗随延迟时间的变化; 周期无序和折射率测量误差对光子禁带的影响。由于超辐射模的快速辐射衰减, 在非共振抽运脉冲通过后, 材料光谱特性将迅速恢复, 可形成太赫兹的开关; 并且材料的光子禁带对激子共振频率的变化非常敏感, 使得光开关控制光能量比普通多量子阱光开关的小很多。
光学器件 全光开关 有源光子带隙 光学斯塔克效应 抽运-探测技术 研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析。传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料, 利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作。通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化, 获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片。作为化学传感器, 把MZI的其中一臂设计成传感臂, 并进行适当的表面修饰, 可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器。最后, 对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟, 同时, 对面临的关键问题进行了分析和讨论。
光波导传感 马赫-曾德干涉(MZI) 渐逝场 折射率 相位差 从理论和实验相结合的角度, 研究了一维液晶光子晶体透射谱特性。实验给出了不同液晶缺陷层电压下的透射谱, 电压范围在0～10 V内, 透射峰的相对透过率变化为48%～18%, 禁带宽度290 nm调谐范围88 nm, 透射峰半峰全宽7 nm。理论计算和实验结果比较接近, 这些特性可以使一维液晶光子晶体用于调谐光滤波器和光开关。
光子晶体 向列相液晶 缺陷层 透射谱 利用化学自组装方法和旋涂技术, 成功地将二氧化硅(SiO2)微球体植入聚苯乙烯微球组成的蛋白石中, 获得了嵌有面缺陷的三维胶体晶体。经SiO2渗透后, 煅烧除去聚苯乙烯微球, 获得了反相结构的光子晶体。胶体球粒直径增大时, 无论晶体中有无缺陷态的存在, 蛋白石及其反相结构透射谱中峰的位置发生红移, 反之则产生蓝移。在胶体球粒直径一定时, 对于降低折射率的缺陷, 其透射谱峰中缺陷态的位置发生红移; 对于增加折射率的缺陷, 其透射谱峰中缺陷态的位置发生蓝移。透射谱还与缺陷层的厚度等因素有关。
光子晶体 红外光 自组装 面缺陷 通过柱坐标下的的分析方法, 获得径向偏振和方位角偏振贝塞耳-高斯光束经具有球差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场分布函数, 根据光场分布函数模拟了不同球差系数下贝塞耳-高斯光束在焦平面和通过焦点的纵向切面上的光场分布。结果表明, 在球差系数增加时, 方位角偏振贝塞耳-高斯光束在焦平面上的圆环状光斑内半径逐渐变小到趋于恒定, 而外环半径先减小后增大; 而衍射焦点偏离高斯焦点的距离越来越大, 纵向光强不再对衍射焦平面呈对称分布, 调整离焦距离无法完全消除球差的影响; 径向偏振贝塞耳-高斯光束会聚场的光强随初级球差的变化规律与方位角偏振贝塞耳-高斯光束的一致。
物理光学 高数值孔径 贝塞耳-高斯光束 初级球差 方位角偏振 径向偏振 当各向异性晶体介电主轴坐标系与入射光波所在平面坐标系取向不同时, 讨论折射光波场强E的问题变得比较复杂, 但是这种情形对于许多双轴晶体的非线性光学现象具有重要影响。在上述两坐标系任意取向的前提下, 讨论了平面波从各向同性介质入射到各向异性晶体后, 其折射光波电场强度E的大小和方向的一般表达式, 证明了折射光波电场强度的方向和大小可以通过求解一元四次方程和电磁场边界条件而得到。对于一些特殊的入射光波方向和具有特殊对称性的晶体, 折射光波电场强度E的方向与光波法线方向垂直, 也就此特殊情况进行了讨论。利用所得结果, 可以讨论两束折射光波能量的分配关系。
平面波 各向异性晶体 菲涅耳公式 双折射 在双模SU(1,1)相干态光场和V-型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 在旋波近似下, 研究了双模光场的压缩特性, 分别讨论了光场与原子之间的耦合常数、原子之间的相互作用和光场参数对光场压缩特性的影响。研究表明, 光场的两个正交分量均被周期性压缩, 光场与原子的耦合系数和原子间的相互作用强度增大时均使得光场正交分量涨落的周期缩短; 光场参数的变化不影响光场压缩的周期, 对压缩深度有一定的影响。
量子光学 玻色-爱因斯坦凝聚 V-型三能级原子 双模SU(1 1)相干态 光场压缩 合成孔径激光成像雷达发射的信号一般为线性啁啾激光信号, 然而激光器的实际扫频特性会产生二次及高次等非线性项。非线性项的存在会造成相位误差, 导致距离向成像聚焦模糊, 降低距离向成像分辨率, 因此必须对光源的非线性啁啾进行补偿。因此提出非匹配参考通道匹配滤波算法对非线性啁啾相位误差进行克服。仿真结果显示, 距离向图像可以得到较好压缩。同时, 还分析了参考通道长度及非线性贡献比例等不同参数环境下的距离向压缩效果。
合成孔径激光成像雷达 非线性啁啾信号 距离向压缩 相位二次项 匹配滤波 理论和实验研究了液体粘滞系数对声低通滤波光纤水听器声压灵敏度频响特性的影响。为了更好地描述声低通滤波光纤水听器的声学特性, 在已建立的低频集中参量模型中, 引入了一个用于描述系统机械损耗的参量, 即机械声阻, 从而得到了改进后的声压传递函数表达式。仿真结果表明, 粘滞系数主要影响共振频率附近的响应, 随着粘滞系数的增加, 共振频率基本不变, 共振峰值迅速下降。利用蓖麻油粘滞系数随温度变化较大的特性, 在充油驻波罐中测试了不同温度下声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响, 结果与仿真曲线基本吻合, 较好地验证了理论分析的正确性。
光纤传感器 光纤水听器 声压灵敏度 低通滤波器 采用电子束蒸发方法在三硼酸锂（LBO）晶体上制备了1064 nm, 532 nm二倍频增透膜。利用Lambda900分光光度计、MTS Nano Indenter纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力和激光损伤阈值进行了分析测试。结果表明, 通过多次实验, 不断改进薄膜沉积工艺条件, 在LBO晶体上获得了综合性能优异的二倍频增透膜。样品在1064 nm, 532 nm波长的剩余反射率分别为0.07％和0.16％, 薄膜粘附失效的临界附着力和激光损伤阈值分别为137.4 mN和15.14 J/cm2, 薄膜激光损伤发生在Al2O3膜层。
薄膜光学 二倍频增透膜 LBO晶体 附着力 激光损伤阈值 设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜, 在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%。讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响。对特定的带宽, 增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的。实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜, 实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜, 多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性。
薄膜 减反射膜 超宽带宽 初始结构 优化 在尺度缩小的合成孔径激光成像雷达实验室装置上, 实现了一个二维图案目标的同时方位向和距离向的二维成像, 达到扫描条带宽度≤10 mm和分辨率约为1.2 mm×2 mm。
合成孔径激光成像雷达 二维成像 方位向 距离向