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
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 2010, 30(9)

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光学学报 第30卷 第9期

作者单位
摘要
光学学报
2010, 30(9): 1
作者单位
摘要
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
单芯光纤和双芯光纤的耦合问题是限制双芯光纤研究和应用深度的关键问题之一。利用突变光波导的分析方法, 在高斯近似的模场分布下, 推导了单芯单模光纤和双芯单模光纤对接和熔接的耦合能量、总体耦合效率和两纤芯耦合能量比的数学表达式。利用这组关系定量地详细分析了单芯光纤和双芯光纤耦合中的模场匹配、双芯光纤的纤芯距和纤芯位置对耦合效果的影响。利用其中一个纤芯位于光纤中心的双芯光纤, 通过保偏熔接机进行辅助定位, 实测了单芯单模光纤与双芯单模光纤对接耦合的输出能量与纤芯位置的关系, 测量结果能够很好地与理论结果相符合。
光纤光学 双芯光纤 光纤耦合 光纤熔接 高斯近似 
光学学报
2010, 30(9): 2010
作者单位
摘要
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 泉州 362021
提出一种用环形光束产生局域空心光的新方法,即用环形光束垂直入射锥透镜底面,沿光轴方向就会产生局域空心光。用几何光学分析模拟了环形光束产生的局域空心光的过程和传输方向上不同位置的截面光强分布,推导了局域空心光暗域的横向和径向大小的计算式,分析了影响局域空心光暗域的大小的因素,并给出相关的实验结果,实验与理论基本吻合。与双锥透镜、锥透镜透镜产生局域空心光相比,这种方法结构简单,元件容易加工,具有重要的应用价值。
几何光学 环形光束 锥透镜 局域空心光 贝塞尔光束 
光学学报
2010, 30(9): 2010
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
随着激光的广泛应用,在许多场合都需要对其进行光束整形,其中最重要的整形元件就是衍射光学元件(DOE)。引用了自适应加法(AA)算法,并且对其进行了改进,一方面克服了AA算法的两个缺陷,另一方面提高了AA算法的精度。在AA算法中加入自动选取参数λ的环节,使得不必采用尝试法确定参数,减小了DOE设计的工作量。此外,还提出了三种克服分母出现零点的方法。应用AA算法设计了整形高斯光束的DOE以及一维光栅分束器,并得到理想的结果。对比了AA算法和高斯(GS)算法,说明AA算法具有优势和潜力,可以简单高效地应用于DOE的设计。
光学设计 衍射光学元件 自适应加法算法 参数选择法 
光学学报
2010, 30(9): 2473
作者单位
摘要
南京师范大学教育部虚拟地理环境重点实验室, 江苏 南京 210046
2008年11月、2009年4月、2009年6月分别对太湖水体56,31个样点、巢湖水体30个样点进行野外实验。对散射系数与总悬浮物浓度之间的关系进行分析,建立不同季节、不同湖泊散射系数与总悬浮物浓度之间的关系模型,得到比散射系数;建立了不同季节和湖泊的散射系数光谱模型;运用生物光学模型,估算出后向散射概率,并讨论其波谱的依赖性。结论为:1)太湖水体不同季节以及巢湖水体的散射系数与总悬浮物浓度具有较为稳定的线性关系;2)太湖水体不同季节以及巢湖水体具有较为稳定的比散射系数,其值约为0.63 m2/g;3)太湖不同季节的水体、巢湖水体的散射系数具有较为稳定的光谱模型;4)太湖不同季节的水体、巢湖水体的后向散射概率并无光谱依赖性。
海洋光学 散射模型 生物光学 后向散射概率 
光学学报
2010, 30(9): 2478
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
表征大气对视觉影响的物理量是大气能见度,该物理量的具体定义在各种应用领域和研究文献中是比较混乱的。在气象领域,水平大气能见度已成为常规观测量。航空应用领域常常涉及到的斜程大气视线路径的能见度问题一直没有统一的标准。以物体与背景亮度的对比度为研究对象,详细探讨了大气中的视觉问题,澄清了水平能见度的概念,从辐射传输方程出发研究了斜程大气能见度问题,给出了典型大气条件下斜程大气能见度的基本特征,特别比较了向上和向下观察时能见度的区别。
大气光学 大气能见度 视觉 辐射传输 斜程能见度 
光学学报
2010, 30(9): 2486
作者单位
摘要
南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
针对地震勘探中横波检波灵敏度低的问题,提出了一种基于菲涅耳衍射理论的双光栅水平向地震检波器。介绍了系统的工作原理,通过使用新的人工地震动模拟函数,研究检波器力学模型运动微分方程的解和频率特性,证明了系统的可行性。推导了激光束经过双光栅系统衍射后的场分布和光强,仿真分析表明,沿接收屏纵向强度呈波形分布,利于光电信号转换,推出了条纹频率与地震动水平向速度的关系式,利用对称指示光栅提出了一种对地震动位移、速度进行辨向并记录平衡位置时间的简便方法。初步计算该检波器的灵敏度为136 pm,动态范围达144 dB,与其他检波器相比,对应的性能参数值提高了10%以上,有良好的工程应用前景。
光学设计 地震检波器 衍射 双光栅 条纹频率 
光学学报
2010, 30(9): 2493
作者单位
摘要
桂林电子科技大学信息与通信学院, 广西 桂林 541004
声光偏转效应可用于信号载频相关信息的测量。但当多个射频信号同时加载到声光偏转器时,在布拉格条件下信号间将发生互调现象,给信号检测带来很大的困难,尤其是三阶互调光束的干扰尤为严重。针对这种声光衍射产生的互调干扰,从声光衍射互作用原理出发,讨论了产生互调现象的条件、衍射分布和信号频谱图。通过理论分析,提出了减小互调现象的方法和措施。构建测试系统平台,对多路信号同时到达声光偏转器时产生互调干扰的程度进行了实验验证。在声光偏转器有效带宽内,衍射效率一定的情况下,通过适当控制射频驱动功率,保证声光偏转器工作在线性区域,可有效地减小互调干扰,从而有利于系统的信号检测。
衍射 光栅 多频互调 线性驱动 带宽 
光学学报
2010, 30(9): 2504
作者单位
摘要
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
利用反射式强度调制型光纤传感器进行间隔固体介质的声波隔体探测,研制了光纤传感声探测装置,重点从光强调制、振动提取和拾振耦合三个方面研究了在声波隔体探测过程中的振动传递机理,对振动传递过程进行了分析研究,从理论上建立了固体介质、探测拾振装置和光纤敏感单元三者的振动传递数学模型。在此基础上设计实现了光纤声传感系统,并给出了声波隔体探测的实验方法。其结果表明,在5 cm厚木板、5 cm厚水泥预制板、12 cm厚砖墙、10 cm厚水泥预制板的测试条件下,此系统对频率为1 kHz,声级(SPL)为94 dB的标准声信号的探测失真度均小于8%。
探测器 强度调制型光纤传感器 数学模型 声波探测 
光学学报
2010, 30(9): 2508
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
目前产生超连续谱大多采用全内反射光子晶体光纤,光谱宽度达两个倍频程,但无法对其位置和宽度进行主动控制。全固态光子带隙光纤的带隙效应具有光谱滤波功能,通过设计全固态光子带隙光纤的带隙和带隙内色散特性,可产生特定范围内的超连续谱输出,同时色散特性受纤芯直径影响很小,有利于光谱可控的大功率超连续谱产生。根据1.064 μm的抽运脉冲激光的需要,设计了全固态光子带隙光纤,并计算了第一带隙内的色散、损耗及非线性系数等参数。通过与波长有关的损耗将带隙效应引入到广义非线性薛定谔方程中,模拟了飞秒脉冲在全固态光子带隙光纤中传输的时域和频谱演化,得到带隙内超连续谱输出。比较了在有无带隙的情况下,飞秒脉冲的时域和频谱在带隙光纤中随传输距离的演化,分析了带隙效应对超连续谱产生的影响。
非线性光学 超连续谱产生 飞秒脉冲 全固态光子带隙光纤 
光学学报
2010, 30(9): 2513
作者单位
摘要
燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
分析了具有反共振反射的蜘蛛网包层塑料空芯光纤在1.3 μm波段的损耗特性及其与结构参数的关系。将光纤包层等效为周期性多层膜,用渐近转移矩阵法进行数值模拟。为优化光纤结构参数,分析了包层层数N,高折射率层厚度d2和高、低折射率比值n2∶n1对损耗的影响。计算结果表明,随着N的增加,损耗首先快速下降最后达到一个固定值;模式损耗随d2的增加呈线形增大趋势,n2∶n1越大,反共振波长处的损耗越低。在此基础上,用模拟退火优化算法对空气层厚d1和纤芯半径rco进行了最优化求解。最后,用以上求得结构参数的优化组合即N=3,d2=2.648 μm,n2∶n1=1.49∶1.0,d1=3 μm和rco=100 μm,计算得到最低损耗是0.449 dB/km。
光纤光学 结构优化 模拟退火优化法 反共振反射 蜘蛛网结构包层 
光学学报
2010, 30(9): 2519
罗旋 1,2,*江阳 1,2于晋龙 1,2胡林 1,2[ ... ]李玉金 1,2
作者单位
摘要
1 贵州大学理学院贵州省光电子技术与应用重点实验室, 贵州, 贵阳 550025
2 天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
设计并演示了一种新型的光信号全光提取与擦除方案。将两个时域上同步,强度反相的矩形光脉冲作为控制信号,通过光纤中四波混频效应所形成的逻辑门(与门和非门),可以对一段时隙上的光数据进行同步的提取和擦除。对10 Gb/s非归零信号的仿真和实验验证了方案的可行性。方案可在更高速率的系统下工作,并对波长和码型透明。
光纤通信 四波混频 光逻辑门 光分/插复用 
光学学报
2010, 30(9): 2524
作者单位
摘要
西安理工大学自动化学院, 陕西 西安 710048
白光LED发光模型是室内可见光通信系统设计与分析的重要基础。在对白光LED的光子出射机理进行分析和分类的基础上,提出了一种通用白光LED的数学发光模型。该模型以朗伯模式为基础,叠加不同分量的高斯模式,白光LED的结构和材质参数决定了模式的数量、权重和方向性。通过基于高斯-牛顿迭代的非线性回归估计算法,估算出各种类型白光LED发光模型的具体参数。仿真结果表明:该数学发光模型便于计算,适用于不同厂商生产的商用白光LED,模型数值与厂商数值之间相似度系数均大于95%,具有较高的准确性。
室内可见光通信 白光LED 通用数学发光模型 非线性回归估计 
光学学报
2010, 30(9): 2536
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
采用自行搭建的被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器作为抽运源,将其输出尾纤与国产光子晶体光纤(PCF)进行低损耗熔接,构成全光纤结构的高功率超连续谱(SC)光源。全光纤结构提高了超连续谱产生系统的稳定性和转换效率。实验观察了皮秒脉冲在正常色散区抽运光子晶体光纤产生超连续谱过程,并对超连续谱的产生机理进行了理论解释。该光源输出平均功率为4.6 W的超连续谱,超连续光谱展宽超过1000 nm,光光转换效率为54%。
非线性光学 超连续谱 光子晶体光纤 全光纤 
光学学报
2010, 30(9): 2541
邬融 1,2,*赵东峰 1,2戴亚平 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
模拟退火(SA)是解决复杂非线性优化问题的好工具,开发其并行性也成为近些年的研究热点和方向。针对衍射光学元件(DOE)的束匀滑应用,结合消息传递接口(MPI)并行编程方法,开发并实现了具有良好收敛效果和并行效率的SA算法。在8个中央处理器(CPU)的小型并行计算平台上进行了入射口径310 mm、出射20阶超高斯0.4 mm×0.8 mm聚焦光斑的优化设计,使用不到原来1/6的时间就能获得比原串行算法更好的匀滑效果,从而验证了该并行SA算法的快速有效性。
傅里叶光学 模拟退火 光束整形 并行处理 
光学学报
2010, 30(9): 2544
作者单位
摘要
西安电子科技大学自动控制系, 陕西 西安 710071
针对多目标视频跟踪中需要主要解决的目标冲突、合并以及分离等问题,提出了基于自适应混合滤波的多目标跟踪算法。采用混合高斯背景建模法获得前景图,并对图中阴影采用一种简化去除算法,即判断前景像素时,将HSV分量用加权的形式描述,而不必对各个分量依次判断。对前景图提取观测值时,引入了合并处理算法,将分裂的多个矩形检测框进行合并。然后,利用推理的方法将前景观测值与目标关联,用自适应混合滤波算法实现多目标有效跟踪。该算法结合了均值漂移算法运算效率高的和粒子滤波算法能够有效处理遮挡情况的特点。实验表明该算法可以高效地跟踪多目标、准确判断目标的出现和消失,并能够解决多目标冲突、合并和分离等问题。
多目标跟踪 自适应混合滤波 数据关联 粒子滤波 均值漂移算法 
光学学报
2010, 30(9): 2554
作者单位
摘要
浙江大学光电系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
基于标量衍射理论研究了二维周期物体自成像现象,进一步地扩展了二维周期物体的自成像条件。研究表明,只要两个方向周期长度的平方满足整数比,就存在相应的周期夹角满足自成像要求;另一方面,只要两个方向周期夹角的余弦值的平方是有理数,理论上也就能找到比例合适的周期长度实现自成像。分析了同一个二维周期物体用不同的周期长度及夹角组合来表示时,这些组合之间的数值关系。根据这些关系,给出了判断两个不同的周期长度及夹角的组合是否等价的方法。最后用数值模拟验证了相关的理论分析。
衍射 二维周期物体 自成像 泰伯效应 
光学学报
2010, 30(9): 2562
作者单位
摘要
中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
研究了超高斯相位型光瞳滤波器的轴向超分辨性能。通过数值模拟,使用新的参数T,w讨论确定了三区二元相位型光瞳滤波器的超分辨区域。将超高斯相位型与二元相位型滤波器对比,分析相同参数下两种光瞳滤波器的轴向超分辨能力,进而讨论超高斯相位型滤波器的轴向超分辨性能随其阶数的变化关系。超高斯型滤波器与相位型相比,超分辨能力略有降低,但其旁瓣能量也有所降低,因此能量利用率有所提高。
成像系统 超分辨 光瞳 滤波器 超高斯 
光学学报
2010, 30(9): 2568
作者单位
摘要
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
调制度反映相位展开可靠性的程度,与物体本身灰度和形状有着紧密的关系,因此可作为测量的特征标记。提出了一种采用调制度层析实现在线三维测量的方法。通过投影一固定的正弦条纹到待测运动物体上,借助物体运动可产生等效的相移变形条纹。利用基于傅里叶变换轮廓术调制度模型计算各帧等效的相移变形条纹的调制度,并采用层析方法从各帧调制度分离出反映待测物体的调制度层析特征,以该层析信息作为特征模板,实现像素匹配,从而获取各帧具有一致像素坐标的等效相移变形条纹,实现在线移动物体的三维面形测量。实验证明了该方法的可行性和实用性。
信息光学 在线三维测量 调制度 像素匹配 相位展开 Stoilov相移算法 
光学学报
2010, 30(9): 2573
作者单位
摘要
同济大学理学部, 上海 200092
粗糙表面产生的多波长远场散斑图案的散斑延长现象可以用来进行表面粗糙度测量。以抛喷丸表面为研究对象,具体介绍了多波长散斑自相关表面粗糙度测量方法。根据多波长散斑图案的各向同性径向辐射的特征,提出了适用的数字图像处理方法。探讨了局部自相关函数特征长度的选取、数字图像处理过程中的局部窗口尺寸和散斑图像的饱和曝光比等因素对散斑延长效应的影响。通过拍摄和处理每一样品表面多个位置的多波长远场散斑图像,计算了Ra分别为0.4,0.8,1.6和3.2 μm的表面样块的光学粗糙度指标值。结果表明,该光学粗糙度指标能很好反映被测表面的粗糙程度。
光学测量 表面粗糙度测量 多波长散斑自相关 散斑延长效应 
光学学报
2010, 30(9): 2578
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学理学院光子科学与技术研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出一种偏振激光干涉仪的误差校正方法,可实时地对干涉信号的非线性误差进行校正。由于单频激光干涉仪中的光电元件存在的参数误差和位置误差以及外界环境因素的影响,使得输出的4路干涉信号的正交性受到破坏,产生了非线性误差。基于椭圆匹配原理,给出了非线性误差的校正算法和判据。对干涉信号的参数特征进行实时地统计与估值,并借助于对干涉条纹实现16384点细分,从而得到皮米级的位移测量分辨力。搭建了零差偏振激光干涉仪及振动实验装置,对校正前后的信号进行了对比实验。结果表明,经过非线性校正干涉仪信噪比提高超过30 dB,测量的分辨力优于10 pm/Hz1/2
光学测量 误差校正 椭圆匹配 偏振干涉仪 非线性误差 
光学学报
2010, 30(9): 2585
李遥 1,2,*白剑 1,2邓燕 1,2许乔 1,2杨国光 1,2
作者单位
摘要
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
大口径长焦距透镜的波面检测目前仍没有一种行之有效的方法。为解决此问题,结合塔尔博特效应、叠栅条纹检测等现有技术手段,提出一种通过子孔径波面二维扫描对长焦距大口径透镜进行波面检测的新方案,并改进传统测量光路,兼顾测量精度和工程化,完成测量样机的研制。该方案通过子孔径波面二维扫描的方法获取子波面斜率,再通过以泽尼克多项式为基底模型、奇异值分解的模式法重构波面。经与WYKO激光干涉仪测量结果比较验证,测量方案正确可靠,测量样机能够应用在实际测量中。
光学测量 塔尔博特效应 叠栅条纹 子波面斜率 泽尼克多项式 奇异值分解法 
光学学报
2010, 30(9): 2590
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
在吸收光谱检测技术中,常利用多次反射池技术增加吸收气体的光程长度,以提高灵敏度,降低检测极限。通过综合传统的多次反射Herriott池和White池的优点,利用White池的三镜光学结构和Herriott池的光路传输原理,设计出了一种新型的长光程多次反射池,其结构简单、外形紧凑、光程可调、性能稳定并且小型化。将研制出的基长20 cm、光程范围10~100 m可调的新型多次反射池应用于可调谐二极管激光吸收光谱技术中进行一氧化碳气体的探测,结合数字信号处理技术可把现场检测的灵敏度提高到10-6量级。实验结果显示这种新型多次反射池在吸收光谱技术中应用良好,与传统同基长的反射池相比,气体检测灵敏度有了明显的提高。
工程光学新型多次反射池 可调谐二极管激光吸收光谱 一氧化碳高灵敏气体监测 小波变换 
光学学报
2010, 30(9): 2596
作者单位
摘要
江苏大学食品与生物工程学院, 江苏 镇江 212013
提出了基于高光谱成像技术的猪肉嫩度检测方法。利用高光谱成像系统获取78个猪肉样本在400~1100 nm范围的高光谱图像数据;通过主成分分析高光谱数据进行降维,从中优选出3幅特征图像,并从每幅特征图像中分别提取对比度、相关性、角二阶矩和一致性等4个基于灰度共生矩阵的纹理特征变量,这样每个样本共有12个特征变量,再通过主成分分析提取6个主成分变量,并参照剪切力方法测得的样本嫩度等级结果,利用神经网络方法构建猪肉嫩度等级判别模型。模型对校正集样本的回判率为96.15%,预测集样本的判别率为80.77%。研究表明高光谱图像技术可以用于猪肉嫩度等级水平的检测。
光谱学 高光谱成像 检测 嫩度 
光学学报
2010, 30(9): 2602
作者单位
摘要
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
针对传统圆检测算法检测速度慢、不适于多圆检测的问题,提出一种基于全局搜索的圆检测方法。将证据积累和加权平均的思想结合,对证据积累过程中产生的伪圆心进行归类、分析,并对三类伪圆心进行逐类剔除,最后计算其它圆参数。实验结果表明,该算法效率高,对局部信息缺损不敏感,检测时间不会随着圆个数的增加而线性增加,检测效果明显优于传统的随机圆检测(RCD)算法。
机器视觉 圆检测 证据积累 全局搜索 
光学学报
2010, 30(9): 2608
张永康 1,2裴旭 1,2陈菊芳 1,2顾永玉 1,2[ ... ]尤建 1,2
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏技术师范学院机械工程学院, 江苏 常州 213001
为了研究激光辐照材料引起表面波纹现象及原因,采用钕玻璃激光器产生的脉冲激光来冲击黑漆作为吸收层的AZ91镁合金试样。激光冲击后采用表面三维轮廓仪对试样冲击区域表面进行测量,结果得到在冲击区域存在波纹分布现象;观测并描绘了表面形貌及表面波纹的分布情况,并分析了材料表面波纹特性与激光能量的关系;得出波纹特性受激光能量影响。最后从等离子体对试样的作用和等离子体内部相干受激光散射机制引起的光栅效应两个方面出发,讨论了热传导、热辐射以及激光照射等因素在试样表面产生热微扰动现象的耦合过程,进而从表面热微扰动的非平衡状态探讨了表面波纹的形成机理。
激光光学 激光冲击处理 表面波纹 冲击波波阵面 等离子体 
光学学报
2010, 30(9): 2613
作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
热效应是限制高能激光输出性能的重要因素之一,液体激光体系在此方面具有特殊的优势。开展了二极管抽运无机液体激光器的流动出光实验,实现了流动状态下较长时间高重复频率的激光脉冲输出。测量了激光光谱、激光脉冲波形和单脉冲激光能量等参数,其中激光中心波长为1052.7 nm,脉宽约为170 μs,最大单脉冲能量约为5 mJ。在抽运频率400 Hz时可连续工作10 min以上。但随着抽运频率上升,激光脉冲能量相应下降。结果表明,二极管抽运的无机液体激光体系在流动状态下能有效地避免热沉积,从而实现较长时间、高重复频率的激光脉冲输出,有望发展成为新型高功率、高光束质量激光体系,值得开展深入的实验研究。
液体激光器 流动出光 激光脉冲 单脉冲能量 
光学学报
2010, 30(9): 2620
作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
报道了采用1064 nm激光抽运周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂(PPMgO\:CLN)晶体光参变振荡器(OPO)实现高效率2.7 μm可调谐激光输出的实验结果,理论计算了PPMgO\:CLN晶体准相位匹配(QPM)温度调谐曲线。在1064 nm激光抽运功率为182 W,声光Q开关工作频率为10 kHz和PPMgO:CLN晶体工作温度为150 ℃条件下,获得了平均功率为36.7 W、波长为2.73 μm中红外激光输出,斜率效率为23.7%。通过改变周期为31.3 μm PPMgO\:CLN 晶体的工作温度30 ℃~200 ℃,获得了中红外波长3.0~2.6 μm激光输出,波长温度调谐实验结果与理论分析结果有大约10 ℃的差异。
激光器 可调谐激光器 光参变振荡器 周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂晶体 准相位匹配 
光学学报
2010, 30(9): 2624
马文英 1,2,3,*杨欢 1,2,3刘娟意 1,2,3倪祖高 1,2,3[ ... ]姚军 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 湖南师范大学物理与信息科学学院, 湖南 长沙 410081
推导了任意形状金属纳米结构的局域表面等离子体共振波长的解析解,分析了金属纳米结构的形状对其消光特性的影响。计算与分析结果表明,在空气中(折射率n=1.0),某种金属的纳米结构的消光光谱谐振波长仅与形状有关,形状参数L可以拟合为宽高比的二次函数,且二次项的系数代表了金属纳米结构的尖锐程度,形状越尖锐,谐振波长便越长。共振波长的研究对根据需要合理设计金属纳米结构具有重要的指导意义。
材料 谐振波长 米氏理论 形状参数 宽高比 
光学学报
2010, 30(9): 2629
作者单位
摘要
哈尔滨理工大学光信息科学与技术系, 黑龙江 哈尔滨 150080
从麦克斯韦方程出发,推导了折射率线性调制介质内的平面波倍频耦合波方程,并给出了稳态耦合波方程的小信号解。由菲涅耳函数所描述的小信号解给出了不同于典型sinc函数的失谐函数结构。分析结果表明,折射率线性调制晶体相对于普通非线性晶体具有更大的匹配带宽,从而拥有更大的可接受温度和匹配角以及光谱带宽;然而这种带宽的增加是以牺牲整体的转换效率为代价的。值得关注的是通过选取特定的折射率调制参量可使失谐函数平坦化,这降低了倍频晶体对于由环境温度、机械结构等原因造成的工作点漂移的灵敏度。通过高转换效率下的数值模拟发现,失谐函数特性仍与低转换效率下的基本结论相符,只是在数值上略有不同且依赖于耦合强度。
非线性光学 倍频 折射率调制 转换效率 
光学学报
2010, 30(9): 2634
作者单位
摘要
中央民族大学理学院, 北京,100081
基于超快光脉冲的非线性传输模型,数值模拟了不同偏振态下的飞秒光脉冲在石英介质中的传输过程,分析了不同偏振度和数值孔径对光脉冲传输特性和脉冲压缩的影响,获得光脉冲出现再聚焦效应的临界椭圆度和临界数值孔径。研究结果表明在松聚焦条件下,自聚焦效应造成了不同偏振光脉冲在传输中表现出明显不同的光强分布和等离子体细丝结构。在光脉冲的时域演化过程中,圆偏振光与线偏振光相比仅出现自压缩,而未出现脉冲分裂。在紧聚焦条件下,由于透镜的线性聚焦相比自聚焦占据主导地位,因此不同偏振光传输特性和脉冲压缩规律趋于一致,且未出现明显自压缩现象。
非线性光学 超快光脉冲 自聚焦 等离子体 
光学学报
2010, 30(9): 2639
作者单位
摘要
上海大学精密机械系, 上海 200072
将平面对称光学系统的像差理论应用于极紫外(XUV)光栅仪器的评价函数,可以得到评价函数关于光学参量的解析表达式。应用合作型协同进化遗传算法来解决多参量评价函数的优化问题,建立了优化程序。应用该程序对XUV摄谱仪系统进行优化设计,并运用光线追迹程序Shadow对该光学系统进行数值成像计算和比较,研究结果表明发展的评价函数在XUV多元件光栅光学系统优化设计中是十分有效的。
光学设计 评价函数 像差 优化设计 
光学学报
2010, 30(9): 2646
魏秀东 1,2,3,*卢振武 1,2,3林梓 1,2,3王志峰 1,2,3
作者单位
摘要
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 吉林大学通信工程学院, 吉林 长春 130012
3 中国科学院电工研究所, 北京 100080
为了提高塔式太阳能电站镜场的集光效率,需要对镜场的布置进行优化设计。基于非成像光学设计理论,提出了利用腔式吸热器的几何特性与定日镜年均效率因子相结合的镜场边界限制方法,提高了定日镜的光学效率。镜场采用规则化布置,易于进行优化,从而提高了镜场优化设计的响应速度。采用蒙特卡罗光线追迹法建立了镜场聚光的数学模型,采用参数搜寻算法优化镜场结构,在Matlab环境下编写了镜场优化设计软件,并利用现有的西班牙PS10镜场对软件进行了验证。使用该软件设计了北京10 MW塔式太阳能电站镜场,设计的年均光学效率为64.15%,与PS10镜场相近,达到国际先进水平。
非成像光学设计 定日镜场光学效率 光线追迹法 塔式太阳能电站 
光学学报
2010, 30(9): 2652
李旭阳 1,2,*李英才 1,2马臻 1,2易红伟 1,2贺天兵 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
随着空间光学技术的不断发展,时间延时积分电荷耦合器件(TDICCD)相机得到了广泛的应用,TDICCD图像传感器的应用不仅提高了相机系统的信噪比而且使相机的光机结构更加紧凑,但光学系统的畸变在推扫过程中会造成像移,并最终导致图像模糊,因此对光学系统的设计提出了新的要求。分析了光学系统畸变对TDICCD推扫成像时的影响,研究了空间相机光学系统设计中消除畸变的方法,并进行了光学系统设计。设计了谱段位于450~900 nm,焦距f=6000 mm,F数为10的三反射消畸变光学系统。设计结果表明,当光学系统视场角为1.6°时,光学系统的畸变量小于0.01%,当面中心遮拦为0.06时,Nyquist频率(50 lp/mm)处调制传递函数优于0.50,成像质量达到衍射极限,可以满足高分辨率TDICCD空间相机的使用要求。该光学系也适用于多光谱、立体成像和立体测绘等对光学系统畸变有严格要求的相机系统。
光学设计 空间相机 三反消像差光学系统 长焦距 消畸变 
光学学报
2010, 30(9): 2657
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
论述了双通道头盔显示器光学系统的结构特点。根据对双通道头盔显示器应用要求的讨论,确定了它的技术指标。分析了离轴像差的特性,并在光学系统合适的位置处使用合理的自由曲面面型,有效地校正了离轴像差。设计的离轴双通道头盔显示器光学系统的技术指标为视场40\O×30\O,出瞳直径15 mm,焦距26.4 mm,眼点距25 mm,波长540~560 nm,后截距大于3 mm,眼分辨率满足在0.88 lp/mrad空间频率处的调制传递函数(MTF)值大于0.1。该系统的结构紧凑(系统尺寸70 mm×122 mm),重心位置适当,可以内嵌入头盔侧面使用。
光学设计 头盔显示器 自由曲面 离轴像差分析 
光学学报
2010, 30(9): 2662
作者单位
摘要
清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了进一步提高大尺寸液晶照明系统的综合性能,并符合动态显示的技术要求,提出了一种直下式导光板模块化设计方法,并以其作为指导,设计了一种采用导光板的直下式照明结构模块。对模块进行了照明仿真计算,其均匀性大于80%,满足大尺寸液晶面板的照明需求。在该模块拼接的基础上进行了动态显示的模拟,并对单个导光板模块进行了实验的验证。
液晶显示 导光板 直下式照明 发光二极管 
光学学报
2010, 30(9): 2668
作者单位
摘要
苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
根据所研制超光谱成像仪的性能指标和应用要求,设计可用作超光谱成像仪前置系统的连续变焦光学系统,具有相对孔径大、工作于可见光波段、中等焦长、光能利用率高和像方远心等特点。详细介绍变焦距光学系统的结构选型及其初始结构计算方法。设计的变焦距光学系统采用机械补偿法,变倍比为4×,相对孔径为1∶2,在宽视场(8°)和窄视场(2°)端的焦距分别为55 mm和220 mm。系统畸变小于0.6%,在66 lp/mm空间特征频率处的调制传递函数值大于0.5,能够满足超光谱成像仪的使用要求。
光学设计 变焦距光学系统 初始结构确定 二级光谱 像方远心 超光谱成像仪 
光学学报
2010, 30(9): 2674
郭永祥 1,2,3,*李英才 1,2,3梁天梅 1,2,3陈钦芳 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 长安大学政治与行政学院, 陕西 西安 710054
从共轴三反射系统的基本理论出发,通过偏瞳和偏视场相结合的方式设计了一个圆视场离轴三反射光学系统,全视场为5°,焦距f=5000 mm。从像质评价结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限,满足指标要求。在设计中考虑到了实际工程应用中的部分问题,可以为长焦距大视场航天相机系统设计提供参考。
光学设计 反射系统 三反射系统 离轴三反射系统 
光学学报
2010, 30(9): 2680
作者单位
摘要
四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
研究了外腔反馈对内腔有效长度和内腔中光子态密度的影响,并对自混合干涉可能产生的作用进行了分析讨论。研究表明,外腔反馈光不仅改变法布里-珀罗腔前端面反射率,也会引起等效腔长不连续变化,导致腔内光子态密度不连续变化。因此,外腔反馈光使量子效率发生连续及不连续改变,导致介质增益系数和饱和光强也出现连续及不连续改变。而且强外腔反馈引起复合腔模式的变化不会使自混合干涉信号出现阶跃变化,同时外腔反馈光对载流子寿命影响很小,显著减小了载流子辐射复合寿命,提高辐射复合效率,削弱非辐射复合效率。
光学测量 激光二极管 光子态密度 自混合干涉 量子效率 斜率效率 
光学学报
2010, 30(9): 2684
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用单层亚波长硅光栅结构设计出工作在近红外波段的偏振分束器。该偏振分束器在45°入射角附近对TE偏振光具有很高的反射率同时对TM偏振光具有很高的透射率,其设计原理是基于亚波长光栅的泄漏模共振效应以及类布儒斯特效应。利用散射矩阵方法和时域有限差分方法对偏振分束器进行设计和分析。模拟结果显示,该偏振分束器在1390~1600 nm的波长范围内的反射与透射消光比大于100;同时该偏振分束器具有相对较大的入射角度容差,在有限尺寸高斯光束入射下能保持很好的性能。
光栅 偏振分束器 散射矩阵方法 亚波长光栅 泄漏模共振效应 类布儒斯特效应 
光学学报
2010, 30(9): 2690
乐孜纯 1,2,3董文 1,2,3刘魏 1,2,3张明 1,2,3[ ... ]黄万霞 1,2,3
作者单位
摘要
1 浙江工业大学理学院,浙江 杭州 310023
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院高能物理研究所, 北京 100080
结合矩阵光学方法与衍射理论,得到研究X射线长组合折射透镜光学性能(包括焦斑尺寸、有效光束半径和强度增益等)的理论方法。设计并采用LIGA技术实际制作了顶点曲率半径50 μm的抛物面型PMMA材料长X射线组合折射透镜,在北京同步辐射装置(BSRF)的形貌站(4 W,1 A)对其在8 keV时的聚焦性能进行了实际测试。给出了模拟计算和实测结果,并进行了分析讨论,实测结果显示了良好的聚焦效果,理论与实验结果基本吻合。
光学器件 X射线长组合折射透镜 薄透镜近似 X射线聚焦性能 同步辐射 
光学学报
2010, 30(9): 2696
黄超 1,2,*王治强 1,2张斌 1,2刘薇 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院光电研究院, 北京 100190
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
电荷耦合器件(CCD)是成像系统的关键器件,CCD器件的点扩展函数(PSF)是整个成像系统PSF的重要部分。采用背部入射、部分耗尽CCD,分析了载流子在CCD中的运动过程,推导了计算CCD的PSF的解析公式。对CCD进行物理建模,用蒙特卡罗方法进行粒子跟踪模拟计算得到了PSF,并能和解析公式计算得到的PSF很好的吻合。系统分析计算了CCD的主要特性参数,如响应度、线性度和调制传递函数(MTF)等。模拟研究了入射光波长和CCD自由层宽度对CCD的PSF的影响,结果表明较窄自由层宽度和长波易得到较好的PSF。
光计算 电荷耦合器件 点扩散函数 蒙特卡罗方法 自由层 
光学学报
2010, 30(9): 2703
作者单位
摘要
南京邮电大学光通信研究所, 江苏 南京 210003
太赫兹波调制器是太赫兹波通信系统中关键的一环,同时,可调谐光子晶体作为一种新兴材料,被广泛地用于制作光通信系统中的调制器、光开关和滤波器等功能器件。光子晶体技术和太赫兹波技术相结合为设计太赫兹波调制器提供了新的思路。提出了一种基于二维硅光子晶体的新型太赫兹波调制器。该光子晶体采用点、线缺陷组合的结构,通过在点缺陷处填充5CB液晶,使其成为可调谐光子晶体。当在点缺陷处外加电场时,此太赫兹光子晶体的缺陷态频率发生动态迁移。基于这种机制,此器件可对太赫兹波的通、断状态进行调制。仿真结果表明,调制器的调制深度大于30 dB,调制速率为10 kHz,具有体积小巧、易于集成的优点。
光电子学 太赫兹波 调制器 光子晶体 5CB液晶 
光学学报
2010, 30(9): 2710
作者单位
摘要
华南师范大学信息光电子科技学院光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510006
提出了一种新颖的制作二维光子晶体全光开关的方法。光子晶体波导通过往二维六角形分布的光子晶体的空气孔中填充偶氮苯掺杂液晶得到。数值模拟结果表明,通过外界光场控制空气孔中所填充的向列液晶的方向可以对光子晶体的方向能隙进行调节,这种可调节性可用于制作全光开关。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。
光子晶体 液晶 平面波展开法 完全禁带 全光开关 
光学学报
2010, 30(9): 2714
耿鹏程 1,2,*侯蓝田 1,2韩伟涛 1,2庞辉 1,2夏长明 1,2
作者单位
摘要
1 燕山大学信息科学与工程学院红外光纤与传感研究所, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
要提高七芯光子晶体光纤激光器的输出功率,必须要增大七芯光子晶体光纤的有效模面积,并且需要纤芯间具有较强的耦合作用,以保证各纤芯输出的光束保持同相位。为了更直观的分析七芯光子晶体光纤的有效模场面积和纤芯间耦合强度的关系,根据七芯光子晶体光纤7个超模的特征,给出了七芯光子晶体光纤耦合长度的一种计算方法。利用多极法和有限差分光束传播法分析了七芯光子晶体光纤的结构对有效模场面积和耦合长度的影响。通过优化七芯光子晶体光纤的结构,设计了一种外层空气孔较大,内层空气孔较小的七芯光子晶体光纤,其有效模场面积高达3703 μm2 ,耦合长度仅为13310 μm。
光纤光学 相干合成 光束传播法 光子晶体光纤 超模 
光学学报
2010, 30(9): 2719
作者单位
摘要
鲁东大学物理系, 山东 烟台 264025
在束腰不在物镜入瞳位置的一般情况下,利用理查德〖CD*2〗沃尔夫矢量衍射积分公式获得了径向偏振高阶矢量贝塞尔-高斯光束通过有初级球差和受孔径限制的物镜聚焦的三维光场的径向,方位角和纵向分量表达式。数值模拟了入射光束受圆孔径和环形孔径限制情况下初级球差对光场分布的影响。结果表明:球差对焦平面光场分布的影响是非常小的,尤其是环形孔径限制情况下球差的影响可以完全忽略;在受圆形孔径限制情况下,光束经有球差物镜聚焦后,焦平面前后的光场分布不再对称。球差导致在焦平面各点的强度分布变化并不总是一致变大,或一致变小;使用环形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸要远小于使用圆形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸。
物理光学 贝塞尔-高斯光束 初级球差 径向偏振 
光学学报
2010, 30(9): 2724
作者单位
摘要
河南师范大学物理与信息工程学院, 河南 新乡 453007
利用PeggBarnett 相位理论,研究了耗散腔中多个Λ型原子与相干态光场在拉曼相互作用下光场的相位特性,讨论了原子数、光场平均光子数和腔场耗散系数对光场相位特性的影响。研究表明,当腔不存在耗散时,光场与原子相互作用使相位分布以周期为π/λ振荡;在t=nπ/λ时刻,光场和原子退纠缠,相位分布概率曲线在极坐标图中呈单叶型结构;在演化周期内,光场与原子的相互作用使相位分布概率曲线分裂为多叶型结构。当腔存在耗散时,相位分布概率的叶型结构逐渐演化为以坐标原点为中心的圆,即光场相位最终演化为随机分布;腔的耗散系数越大,光场相位趋于随机分布越快。另外,原子数的变化,并不影响相位分布的叶形结构,只是引起相位涨落周期性振荡的加剧。
量子光学 相位损耗腔 拉曼相互作用 相干态光场 PeggBarnett相位 
光学学报
2010, 30(9): 2730
作者单位
摘要
1 河北科技师范学院凝聚态物理研究所, 河北 秦皇岛 066004
2 内蒙古民族大学物理与电子信息学院, 内蒙古 通辽 028043
基于LeeLowPinesHuybrechts变分方法研究了抛物量子点中强耦合双极化子的基态性质,并推导出了量子点中强耦合双极化子有效势Veff随电子-声子耦合强度α、两电子相对距离r和量子点半径R0的变化规律。结果表明,有效势Veff由库仑势Vcoul、量子点的限定势Vconf和诱生势Ve-LO三部分组成;其中诱生势Ve-LO总是小于零,其绝对值|Ve-LO|随电子-声子耦合强度α的增加而增大,随电子间相对距离r和量子点半径R0的减小而增大。双极化子有效势的绝对值|Veff|随电子-声子耦合强度α的增加而增大,随电子间相对距离r的减小而增大。耦合强度α和电子间相对距离r是影响有效势Veff的主要因素,而量子点半径R0和介电常数比η对有效势Veff的影响较小。
量子光学 量子点 双极化子 LeeLowPinesHuybrechts变分方法 诱生势 有效势 
光学学报
2010, 30(9): 2737
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
被动傅里叶变换红外(FTIR)遥感是一种具有应用潜力的生物气溶胶远程探测技术。红外遥感测量中目标光谱特征上往往存在噪声信号和基线漂移。而生物气溶胶的光谱特征相对较宽,传统的基线校正方法都不适用。由于生物气溶胶红外光谱和不同形式的基线漂移都是非高斯信号,把非高斯性作为独立性度量,基于独立成分分析(ICA)技术设计了生物气溶胶红外光谱信号的预处理算法。试验结果表明,该算法可以把未知干扰成分、基线漂移等作为独立分量分离出来,从而不影响进一步的定性、定量分析。
红外光谱信号 生物气溶胶 被动红外探测 独立成份分析 基线校正 
光学学报
2010, 30(9): 2742
作者单位
摘要
北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
空间目标的光散射、光辐射特性除了与其背景环境、几何结构和表面材料等密切相关外,姿态变化对其光学特性也有一定的影响,这种影响在天基观测中尤为明显。就姿态变化对空间目标可见光特性的影响进行了理论分析与建模研究,建立了姿态相关的空间目标可见光特性的理论模型。结合具体的参数,对空间目标环境一号卫星和资源二号卫星在探测视点处的辐照度随姿态的变化进行了数值计算。初步的研究结果表明,姿态变化对空间目标可见光特性的影响不可忽略。建模结果可为空间目标的探测、识别提供理论依据。
空间光学 空间目标 可见光特性 姿态变化 建模与仿真 
光学学报
2010, 30(9): 2748
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
连续光谱的同步辐射光通过入射狭缝照射到光栅单色器后,在出射的单色光λ中总是不可避免的混有基波λ的高级次谐波λn=λ/n。采用自制的3300 1p/mm 金膜自支撑透射光栅和美国IRD公司的AXUVI00G光电二极管探测器,定量研究了光谱辐射标准和计量光束线在5~40 nm波段的高次谐波。研究了Zr,Si,Al和Al/Mg/Al滤片在不同能量范围对高次谐波的抑制作用,给出了实验数据和曲线。在5~40 nm波段,适当的选用Zr,Si,Al和Al/Mg/Al 滤片可有效地抑制高次谐波,在5~34 nm波段将高次谐波与基波的信号强度比例控制在8.06%以内,经量子效率修正后小于3.08%,在35~40波段经探测器量子效率修正后高次谐波比例小于10.00%。
光谱学 高次谐波抑制 滤片 真空紫外 光谱计量 
光学学报
2010, 30(9): 2753
孙兰香 1,2,*于海斌 1,2丛智博 1,2辛勇 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院沈阳自动化研究所工业信息学重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
2 2中国科学院研究生院, 北京 100049
激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种快速的化学组成分析技术,在冶金过程的原位、在线及远程分析方面展现了突出的应用前景和研究价值。利用神经网络建立定标模型,结合LIBS技术对不同品种钢中的Mn和Si组分进行定量分析,研究了不同输入方式对神经网络性能的影响,并与光谱分析中常用的内标法进行对比。结果表明,对于化学体系复杂的多基体钢的定量分析,神经网络定标法能够更充分利用光谱中的信息,有利于校正基体效应和谱线之间的干扰;但是,神经网络的输入方式对网络性能具有重要影响,只有在合理选择输入方式下才能有效提高测量重复性和准确性。
激光诱导击穿光谱 神经网络 定量分析 多基体钢 
光学学报
2010, 30(9): 2757
朱华新 1,2,*冯晓国 1,2赵晶丽 1,2梁凤超 1,2[ ... ]高劲松 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为满足红外和雷达复合制导飞行器带外隐身的要求,设计了一种ZnS基底上的红外高通雷达带通的频率选择表面( FSS)组合膜。设计并分析了作为初始结构的电感性网栅薄膜,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法分析了网栅膜基底上的开孔十字FSS结构,该结构谐振频点为31.75 GHz,透射率为-0.38 dB,其对应的理想导体(PEC)表面FSS的谐振频点为33 GHz;为提高此组合结构的红外透射率,运用薄膜光学理论设计了由YbF3与ZnSe两种膜料组成的红外增透膜,膜层厚度为1.085 μm。结合光刻与镀膜工艺制作了实验件,测试表明,该组合薄膜在测试雷达频段平均传输系数小于-7.51 dB(谐振频点外),在谐振频点31.5 GHz的透射率达到了-0.63 dB;在长波红外平均透射率达到了87.95%。
薄膜 滤波器 频率选择表面 透明导电膜 阻抗 
光学学报
2010, 30(9): 2766