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 2013, 33(11)

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光学学报 第33卷 第11期

作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
气溶胶单粒子的光学特性对于大气辐射过程的精确模拟至关重要。利用离散偶极子近似法,研究了一种硫酸盐包裹黑碳的非对称双成分气溶胶粒子模型在尺度参数为0.1~25时的光学特性,通过改变黑碳的位置分析了内部结构对内混合粒子光学特性的影响。黑碳位置对整个内混合体的消光、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率有重要影响,在瑞利散射区影响较小,而在米氏散射区影响较大。黑碳位置仅对瑞利散射区的散射相函数和瑞利散射区中除了0°和180°附近之外散射角方向的影响较小。黑碳越小,其位置对内混合体的消光、散射和后向散射效率因子的影响越小。同一尺度参数下,黑碳离球心越近,内混合体单次散射反照率越小,而吸收效率因子则越大,存在明显的透镜效应。黑碳越小,透镜效应越明显;内混合体尺度参数越大,透镜效应也越明显。
大气光学 气溶胶粒子 光散射 内部结构 透镜效应 
光学学报
2013, 33(11): 1101001
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
2 咸阳师范学院物理与电子工程学院, 陕西 咸阳 712000
利用复高斯函数展开法,有限尺寸圆形平面镜被分解为一系列高斯孔径的叠加。在此基础上,利用ABCD矩阵结合Rytov近似,计算了湍流中有限尺寸圆形平面镜回波的平均强度及后向增强系数,揭示了反射波二阶矩振荡区间的存在。通过计算相干度函数及相干长度,证明了振荡区间湍流会对波前产生更大的影响。
大气光学 边缘衍射效应 复高斯函数展开法 后向增强效应 相干长度 
光学学报
2013, 33(11): 1101002
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
基于CE-3极紫外(EUV)相机最高工作温度为70 ℃的要求,对EUV相机的微通道板(MCP)位置灵敏阳极光子计数成像探测器实验件在70 ℃时的性能进行了研究,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的MCP堆、楔条形感应电荷阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。为了获得稳定的MCP堆电子增益及较小的暗计数率,对MCP堆进行了预处理,包括380 ℃条件下真空高温烘烤18 h,以及电子清刷100 μA·h,并测量了预处理前后暗计数率;测量了探测器工作在室温和70 ℃时的暗计数率、空间分辨率、增益,测量结果表明探测器的空间分辨率为5.66 lp/mm,与室温下空间分辨率相同,暗计数率虽然小于1 counts/(s·cm2),但70 ℃暗计数率是室温的2~5倍;对探测器的使用寿命进行了初步分析。实验结果和分析表明探测器在空间分辨率、暗计数率、使用寿命等方面均满足EUV相机的要求。
探测器 光学器件 光子计数成像探测器 极紫外 微通道板 感应电荷楔条形阳极 
光学学报
2013, 33(11): 1104001
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 中国科学院大学, 北京 100049
为实现阵列化、多波长光探测器件的微型化与集成化,设计了一种基于亚波长金属光栅导模共振原理的透射滤光片。利用波导理论分析了二维金属光栅波导对称和非对称两种结构的共振特性,数值仿真分析了光栅各参数如占空比、光栅厚度、侧壁角度等对透射谱线的影响,并给出了结构优化参数范围。研究表明,透射滤光片的峰值波长与半峰全宽(带宽)取决于光栅周期和缓冲层厚度,带宽的调节范围为2~45 nm,最大透射率为81.7%,所设计的滤光片具有偏振无关性,较好地满足了当前微流控芯片、生物传感阵列等微量样品集成化探测的需求。
光栅 导模共振 透射滤光片 带宽 
光学学报
2013, 33(11): 1105001
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 南京林业大学机械电子工程学院, 江苏 南京 210037
为了研究双折射率对双折射光纤环境轴向应变灵敏度的影响,选取双折射应变系数相同,双折射率不同的双折射光纤,通过数值模拟得到轴向应变灵敏度随双折射率变化的趋势。模拟结果表明轴向应变灵敏度随着双折射率增加而减小。实验选取不同双折射率光纤构建光纤环境轴向应变传感器,进行应变灵敏度对比实验,将获取的双折射率、轴向应变灵敏度数据进行曲线拟合,实验拟合曲线与仿真曲线呈现良好的一致性。结果表明,选择双折射率较小的双折射光纤作为敏感元件可以提高双折射光纤环境轴向应变灵敏度,但是双折射率存在一定下限,否则将产生微弱的干涉光谱而无法进行轴向应变测量。
光纤光学 光纤环境 轴向应变 灵敏度 干涉光谱 
光学学报
2013, 33(11): 1106001
作者单位
摘要
1 南京大学现代工程与应用科学学院固体微结构物理国家重点实验室, 江苏 南京 210093
2 南京大学(苏州)高新技术研究院, 江苏 苏州 215123
介绍了一种基于光子晶体光纤(PCF)干涉仪的新型氢气传感器。该传感器采用反射式光路设计,在氢气传感单元中引入一段PCF。该PCF的一端以及一部分包层外壁在真空条件下蒸镀了一层金属钯膜,另一端接入光路,构成一套全光纤氢气传感系统。实验中记录了氢气浓度(体积分数)从0到5%变化时传感单元对应的干涉谐振波长的变化,谐振波长最大的移动可达1.2 nm,相比大多数基于布拉格光栅的光纤氢气传感器,相同条件下灵敏度有很大的提高。整套传感系统未引入任何分立的光学元件,在兼顾了全光纤光路的条件下,实现了较高的检测灵敏度。
传感器 光子晶体光纤 反射型 全光纤 氢气传感器 
光学学报
2013, 33(11): 1106003
作者单位
摘要
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
基于偏振模色散(PMD)监测是光性能监测(OPM)中的一项关键技术。提出一种利用射频(RF)功率谱中功率极小值对应的频率值监测链路中PMD的方法。通过在接收端级联一段具有较大差分群时延(DGD)的保偏光纤(PMF)以及一个偏振控制器(PC)来实现在RF谱低频区域内监测PMD,并进行了相应的理论分析和数值仿真。结果表明,此方法可以实现对一阶偏振模色散的精确监测,监测误差在±3 ps以内,且不受光信噪比(OSNR)、色散(CD)和传输速率的影响,同时此方法适用于多种调制格式的不同信号的PMD监测。通过改变接收端PMF中DGD的大小,可以满足对PMD监测范围和灵敏度的不同要求。
光通信 偏振模色散监测 射频功率谱 差分群时延 
光学学报
2013, 33(11): 1106004
作者单位
摘要
天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对基于相敏型光时域反射计(OTDR)的振动传感系统所使用的平均算法、差分算法不能有效实现对扰动的识别定位问题,提出了一种结合小波分析理论和信息熵理论的处理算法,以实现系统对外界扰动的准确评价。在深入分析系统所得信号特征及小波信息熵处理方法特点的基础上,探讨了窗长、步长对评价算法的影响,并使用加权算法对该评价算法进一步优化。实验表明,本方法可以区别噪声信号和扰动信号,实现对外界扰动事件的快速准确识别并精确定位扰动发生的位置,对系统的实际应用有重要意义。
光纤光学 分布式光纤传感 扰动评价 小波信息熵 
光学学报
2013, 33(11): 1106005
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
为了分析Schmidt棱镜偏振像差在自然光成像系统中对成像质量的影响,以线偏振光矢量衍射光强分布为基础,利用两种非相干叠加积分模型,获得了自然光通过Schmidt棱镜后完全相同的衍射光强分布关系。通过这个关系式分析得知,自然光经过屋脊棱镜的偏振像差表现为衍射光斑的对称分裂。对分裂导致的像面中心亮度比、分辨率以及所提出的像面变形度等像质评价参数进行了分析计算。结果表明,Schmidt棱镜的成像质量受到其偏振像差的影响严重。Jones矩阵因子B作为棱镜的结构特性参数,影响并决定棱镜的成像质量。B因子的大小就是Schmidt棱镜偏振像差的大小。理论分析及实验结果均表明,B=0为校正Schmidt棱镜偏振像差的一个条件。
几何光学 Schmidt棱镜 矢量衍射 偏振像差 像质评价 像面变形 
光学学报
2013, 33(11): 1108001
作者单位
摘要
浙江大学超大规模集成电路设计研究所, 浙江 杭州 310027
充分利用光刻系统中光源的部分相干特性和一维图形的特性,提出了针对一维版图的快速平面光刻仿真算法。该方法由一维基元图形查表法、最小查找表及其边缘延伸和无切割的大面积版图仿真组成。仿真结果表明,在保证极高准确性的基础上,相比于传统的快速仿真方法,该方法将查找表的建立时间缩短了95%以上、基本图形的仿真速度提高了48%左右、大面积版图的仿真速度提高了70%以上。
成像系统 光刻 光刻仿真 一维版图 
光学学报
2013, 33(11): 1111001
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
传统三维光刻矢量成像模型中将投影系统物方电磁场表示为二维形式,实现方式分为两种:采用局部坐标和忽略掩模衍射频谱的轴向分量。后者在浸没式光刻系统仿真中的适用性需要进一步分析。简述了忽略掩模频谱轴向分量的矢量成像模型和引入该分量的全光路三维光刻矢量成像模型,利用这两种模型和商业仿真软件,研究了掩模衍射频谱轴向分量对光刻胶中成像特征尺寸的影响并对结果进行了讨论。研究结果表明,相干照明和部分相干照明条件下,掩模衍射频谱轴向分量对光刻成像的影响随着数值孔径的变化趋势存在较大差异。这说明相干照明下的分析结论并不适用于部分相干照明条件,且只有全光路三维矢量成像模型才能满足浸没式高分辨光刻仿真的要求。
成像系统 物理光学 浸没式光刻 矢量成像模型 衍射频谱 
光学学报
2013, 33(11): 1111002
作者单位
摘要
1 兰州理工大学技术工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
基于Stoilov算法的相位测量轮廓术(PMP)三维测量过程中,由于其表达式中四种奇异现象的存在,致使用Stoilov算法时出现解相错误,所以不能很好地重构三维物体。采用统计逼近的方法补偿Stoilov算法表达式中出现的异常点,弥补了Stoilov算法的缺陷。同时Stoilov算法对光栅周期及条纹对比度比较敏感,当光强变化较大时,相移图像对应的像素点发生突跳,影响测量精度。因此,提出一种基于统计逼近的Stoilov优化算法的光栅参数优化方法以提高测量精度。实验模拟不同的物体,发现存在重构三维物体时均方差最小的光栅周期和光栅条纹对比度,验证了光栅参数优化设计的可行性。
信息光学 三维测量 Stoilov算法 光栅参数优化 光栅周期 条纹对比度 
光学学报
2013, 33(11): 1112001
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 中国科学院大学, 北京 100049
为了完成30 m光学红外望远镜(TMT)三镜支撑系统(M3CA)抗震性能分析,编制了地震波拟合软件,拟合出符合设计要求的地震时间历程,并基于时程分析方法进行了结构的地震有限元仿真。基于具有随机相位的三角级数理论编制了拟合地震波的软件,针对拟合精度低的问题引入幅值校正方法,使拟合的地震波谱与设计响应谱的平均偏差在4%以内;基于该系统的设计响应谱,拟合了返回周期为200年的地震时间历程;利用时程分析方法对结构进行了有限元仿真。仿真结果表明,三镜相对于三镜室最大位移为1.881 mm;三镜上的最大应力为0.27 MPa,发生在镜子的侧支撑位置处;支撑结构的最大应力为310.54 MPa,发生在侧支撑杆上。根据材料性能,三镜及侧支撑杆的最大应力均在材料的极限应力之内,故在返回周期为200年的地震发生时可保证系统的安全性。编制的程序拟合精度高,充分考虑了各种因素,结合有限元时程分析,为大型光电设备的地震分析积累了经验。
光学器件 望远镜 地震 时程分析 拟合 有限元法 
光学学报
2013, 33(11): 1112002
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精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
空冷凝汽器散热面温度场测量是研究空冷凝汽器换热机理和传热特性的基础。提出一种基于图像拼接的空冷凝汽器散热面温度场测量方法。利用四台红外热像仪对散热面纵向进行拍摄,通过移动清洗支架对其横向进行拍摄,得到124幅具有重叠区域的红外子图像。对子图像进行几何畸变校正,并消除辐照度不均衡影响。以基管中心为特征,利用灰度投影的相位相关算法进行图像配准,获得散热面的完整配准图像,最大配准误差为1 pixel。基于拼缝处有限行或列的灰度均值对已配准图像进行平滑处理,获得的连续温度场图像的最大空间分辨率较单幅图像提高了4倍,每个像素对应的散热面尺寸为12 mm,测温精度达到±0.4 ℃,可为优化空冷机组运行提供准确全面的空冷凝汽器温度分布信息。
测量 空冷凝汽器温度场 图像拼接 灰度投影 几何畸变校正 
光学学报
2013, 33(11): 1112003
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学科学技术学院, 河北 秦皇岛 066004
在高速滑动电接触过程中,接触表面会产生焦耳热、电弧等电气现象,导致接触温度发生突变,而温度是接触材料的导电性能及磨擦磨损的重要影响因素之一。提出了一种瞬态高温测量方法,用于测量高速滑动接触瞬间产生的温度变化。基于红外辐射原理,考虑大电流条件下的强电磁场测量环境,设计了相应的测量系统,主要包括光纤测温探头、隔离模块和高速采集模块。用黑体炉对该系统进行了标定,在高速滑动试验机上对该系统性能进行了实验验证,结果表明,该系统可对600℃~2000 ℃温度范围进行非接触有效测量,精度高、响应时间短,适用于高速滑动电接触等特殊环境下的瞬态高温测量。
测量 光谱学 瞬态高温测量 红外辐射 高速滑动电接触 
光学学报
2013, 33(11): 1112004
作者单位
摘要
安徽大学电气工程与自动化学院, 安徽 合肥 230601
鉴于Newton-Raphson (N-R)迭代法的数字图像相关方法(DIC)对初值敏感等问题,提出了一种使用SURF(speeded up robust features)特征匹配的数字图像相关方法。SURF算法能匹配出变形前后图像的特征点对,并获得点对的坐标值,使用与匹配点对所在的子区相对应的仿射变换来初始估计子区的变形参数,获得兴趣点的估计值。根据估算的初值进行迭代优化,得到使归一化最小平方距离相关函数(ZNSSD)最小化的兴趣点位移值。实验中,分别用该法及传统的基于尺度不变特征变换(SIFT)的初值估计方法对鲤鱼鳞片拉伸变形图样进行处理,结果表明所提的初值估计方法更加精确有效,并能够使后续的N-R迭代优化快速收敛。
测量 数字图像相关方法 特征匹配 
光学学报
2013, 33(11): 1112005
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 中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
对表面光泽度较高的物体表面颜色进行测量,常采用漫射照明、8°观察角、消除镜面反射光的几何条件。在结构设计中,通过积分球内设置的光阱来消除镜面反射光。由于光阱的尺寸、大小的不同,导致不同结构的仪器在测量表面光泽度不同的样品时会产生较大的器间差。从理论上分析了漫射照明、8°观察角、消除镜面反射光的几何条件下不同结构的测量仪器的器间差产生原因;设计了一种可以兼容包含镜面反射光(SCI)和去除镜面反射光(SCE)几何条件的测量结构,通过对样品表面SCI和SCE数据进行同时测量获得样品表面的光泽数据;提出了一种根据被测材料表面光泽数据对SCE测量数据进行修正的修正模型,并设计相关实验进行验证。实验结果证明,应用该修正模型对测量结构进行修正可以显著减小不同仪器结构之间的测量偏差,有显著的工程应用价值。
测量 颜色测量 器间差 光泽 算法修正 
光学学报
2013, 33(11): 1112006
作者单位
摘要
国防科学技术大学机电工程与自动化学院 , 湖南 长沙 410073
子孔径拼接技术与补偿检验技术的结合能够增加干涉仪的横向和垂直动态测量范围,适用于大口径、大非球面度的非球面的面形测量。利用一对相向回转的Zernike相位板作为近零位补偿器,产生可变的像差,补偿不同非球面在不同离轴位置的子孔径像差,使其剩余像差减小到干涉仪的垂直动态测量范围内。通过计算两个待测非球面的子孔径像差,求解Zernike相位板的相位函数;同时结合四台阶刻蚀工艺和载频技术,成倍提高衍射效率并隔离干扰衍射级次的影响。以同温层红外线天文台(SOFIA)望远镜的凸双曲面次镜和凹非球面反射镜为例,验证了该近零位补偿器实现不同非球面的子孔径像差补偿的能力,表明其具有良好的面形适应性。
测量 双回转相位板 近零位补偿器 非球面 
光学学报
2013, 33(11): 1112007
张俊 1,2,*彭航宇 1曹军胜 1王彪 1[ ... ]王立军 1
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 中国科学院大学, 北京 100049
激光合束是实现高功率半导体激光输出的主要途径,常规激光合束提高功率时合束激光的光束质量变差。外腔反馈光谱合束技术利用半导体激光振荡与外部光学系统相结合的方式合束,在提高激光功率的同时,合束激光的光束质量即为激光单元的光束质量。研制出一种基于透射光栅的3个970 nm半导体激光线阵的外腔反馈光谱合束光源,实现连续激光功率为140.6 W、光束质量为4.367 mm·mrad的激光输出,谱宽为36.60 nm,56个波长峰值与激光单元一一对应,为获得高光束质量的高功率半导体激光光源提供了可行的方案。
激光器 半导体激光 激光合束 外腔反馈光谱合束 透射光栅 光束质量 
光学学报
2013, 33(11): 1114001
作者单位
摘要
1 装备学院研究生院, 北京 101416
2 装备学院激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
3 北京化工大学物理与电子科学系, 北京 100029
在激光烧蚀过程中,靶材的吸收系数、热导率、电导率、密度和反射率参数随着温度变化而变化。当靶材表面温度接近热力学临界温度Tc时,靶材高温部分由金属向非金属转变。将靶材划分两个温度区域(0.8Tc以下和0.8Tc以上),对以上参数进行了建模计算。结合一维热传导方程,计算得到了铝靶温度、吸收系数、热导率、电导率、密度和反射率的时间和空间分布特性,并给出了烧蚀深度随激光能量的变化情况。数值计算结果与实验结果符合较好,验证了模型的正确性。
激光技术 激光烧蚀 光学性质 热物理性质 临界温度  
光学学报
2013, 33(11): 1114002
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 中国科学院大学, 北京 100049
空间巡天相机稳像系统的控制精度要求高,对导航星传感器提出了更高的要求。为提高导航星传感器的精度和带宽,提出了一种采用预测开窗和Kalman滤波相结合的星点定位方法。利用陀螺测量的三轴角速度信息,推导建立星点粗位置预测方程,得到星点的粗位置,在CMOS探测器上以预测点为中心的较小邻域范围内开窗,可提高运算速度。利用Kalman滤波算法对星点位置进行校正,最终得到高精度的星点位置。仿真实验结果表明,相比于传统的质心法,平均每帧图像处理时间从59 ms减少到27 ms,定位结果的标准差从0.1 pixel减小到0.04 pixel。提出的方法是一条提高星点定位运算速度和精度的有效途径,可为我国巡天相机导航星系统的研制提供一定参考。
测量 空间巡天相机 导航星传感器 Kalman滤波 粗位置预测 星点定位 
光学学报
2013, 33(11): 1115001
吴凡路 1,2,*刘建军 1,3任鑫 1,3李春来 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院国家天文台, 北京 100012
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院月球与深空探测重点实验室, 北京 100012
为满足深空探测全景相机的高精度标定要求,针对大型室外三维标定靶标构建困难、不能现场标定,平面棋盘靶标标定精度不高等问题,提出了一种基于圆形标志点的相机标定方法。大量圆形标志点按矩阵形式均匀分布在平面靶标上,以其中一个圆形标志点为原点建立世界坐标系。基于相机成像模型及物点、相机原点、像点的共线性约束,以投影误差最小作为目标函数,采用非线性优化方法得到了相机参数的最优解。标定实验结果显示所提标定方法可行、有效,具有较高的标定精度和较好的稳健性,相机参数的标定精度优于0.3 pixel;采用的畸变模型合适,标志点投影误差优于0.07 pixel。
机器视觉 相机标定 圆形标志点 全景相机 平面靶标 镜头畸变 
光学学报
2013, 33(11): 1115002
作者单位
摘要
南开大学机器人与信息自动化研究所, 天津市智能机器人技术重点实验室, 天津 300071
针对摄像机内参数的自标定问题,提出一种对中心折反射摄像机与针孔摄像机均适用的统一纯旋转自标定方法。应用统一球形成像模型对该两类摄像机进行描述;证明当摄像机坐标系做纯旋转运动时,空间静止点对应的球面投影点之间的距离保持不变;根据该性质构造具有统一形式的内参数约束方程组;提出最优化目标函数并利用数值优化算法进行求解。相比现有的自标定方法,该方法对上述两类摄像机均适用,而且无需进行复杂的矩阵数值运算。仿真与实验结果表明,该方法对图像噪声与微小平移具有较好的稳健性,并且具有操作简单以及标定精度高等优点。
机器视觉 针孔摄像机 中心折反射摄像机 内参数 自标定 纯旋转运动 
光学学报
2013, 33(11): 1115003
刘昶 *
作者单位
摘要
沈阳理工大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110159
针对平面目标的单目视觉测量问题,研究了基于双平面模型的相机标定的方法,该方法以多项式形式表达标定板平面坐标和图像坐标的对应关系,多项式系数隐式包含了相机参数和畸变系数,并通过最小二乘法进行估计。研究了利用多项式表达两平面对应关系时可能造成的暗区问题,提出利用图像坐标平移解决该问题的方法。考虑到标定板的厚度,将标定板分别放置在两个与被测平面平行、高度不同的位置,并标定出两个标定板平面与像平面间的关系,在已知被测平面与两个标定平面间距离的条件下,利用透视投影原理计算被测目标的实际尺寸。实验结果验证了该方法的有效性。
测量 计算机视觉 相机标定 双平面相机模型 畸变校正 最小二乘估计 
光学学报
2013, 33(11): 1115004
作者单位
摘要
重庆工商大学计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
利用TM波的边界条件,推导出TM波在一维光子晶体中光场的分布公式,研究了TM波和TE波在一维掺杂光子晶体中光场的分布规律。结果表明,缺陷模中TM波和TE波在杂质层附近光场的分布呈现共振的特征。禁带中TM波和TE波的光场随着光程厚度的增加而迅速衰减。
材料 光电子学 光子晶体 缺陷模 偏振光 光场 
光学学报
2013, 33(11): 1116001
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
采用提拉法生长了尺寸为30 mm×60 mm的自激活NdTaO4(NTO)晶体,用Rietveld全谱拟合方法对晶体的结构进行研究,结果表明,该晶体为单斜晶系,空间群为I2/a,给出了晶体的晶格常数和密度。对晶体的室温吸收和发射光谱研究表明,其在808.5 nm和885 nm有很强的宽带吸收,在1063.5 nm波段呈现明显的宽带荧光发射,有利于发展激光二极管(LD)抽运的可调谐或超短激光。该晶体有望发展成为一种高增益的自激活微片激光增益介质。
材料 NdTaO4晶体 自激活 晶体生长 晶体结构 光谱性能 
光学学报
2013, 33(11): 1116002
作者单位
摘要
南阳师范学院物理与电子工程学院, 河南 南阳 473061
采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311G (d)基组的水平上研究了Ca2Sin(n=1~9)团簇的平衡几何结构、稳定性与光谱性质。结构优化表明:Ca2Sin团簇的基态绝大多数为立体结构(除了n=1,2)。在获得的最低能量结构基础上计算并分析了掺杂团簇的平均结合能、二阶能量差分、分裂能、能隙与光谱性质与团簇尺寸的变化关系,计算结果发现:Ca原子的掺入使得体系的化学稳定性降低,Ca2Si5,Ca2Si7与Ca2Si9是幻数结构。从光谱性质分析来看,Ca2Si5团簇与Ca2Si9团簇的红外较强吸收峰的个数较多,而Ca2Si7团簇的红外较强吸收峰的个数则较少;Ca2Si5团簇的拉曼只有一个较强峰值且位于低频段内,Ca2Si7团簇与Ca2Si9团簇的拉曼较强峰的个数较多。
光谱学 Ca2Sin(n=1~9)团簇 结构与稳定性 密度泛函理论 
光学学报
2013, 33(11): 1116003
作者单位
摘要
南京工业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210009
石英玻璃因为其紫外(UV)透射性能较好,常被用来作为紫外探测器的窗口材料。但是它的热膨胀系数较小,如果和其他材料直接封接,就会产生内应力,从而对材料造成损伤。为此,以SiO2、P2O5、Al2O3、Li2O作为组分,制备紫外透射性能好(波长200 nm处,最高达到56%)、热膨胀系数高,同时具有较好稳定性的透紫外玻璃。利用固体核磁共振(MAS-NMR)、红外光谱(FTIR)对玻璃的局部结构进行表征和研究。结果表明,玻璃中的硅原子处于4配位状态;磷原子开始是3配位态,随着Al2O3含量的增加,磷氧四面体中出现了一个非桥氧键P-O…Li,而铝原子的平均配位数不断减少;Si-O-P键、Si-O-Al键以及P-O-Al键的出现,表明三个组分之间相互交联,形成一个整体;Si-O-P键越少,Si-O-Si键越多,紫外透射率越高。
材料 光学玻璃 紫外透过性能 魔角变换核磁共振 硅磷酸盐 
光学学报
2013, 33(11): 1116004
作者单位
摘要
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
从矩形空气孔光子晶体平板的研究入手,设计了一种新型的正方形空气孔L3型光子晶体平板微腔。采用有限时域差分法,计算了正方形空气孔L3型光子晶体微腔的Q值、模体积及谐振频率;讨论了正方形空气孔边长对微腔Q值、模体积及谐振频率的影响。对L3型光子晶体平板微腔进行了优化,设计出了Q值为27719、模体积为0.4361(λ/n)3、谐振波长为1543 nm的正方形空气孔的L3型光子晶体平板微腔。该L3型光子晶体平板微腔的Purcell因子高达4767。
材料 光电子学 光子晶体微腔 Q值 模体积 Purcell因子 
光学学报
2013, 33(11): 1116005
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应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种利用人体皮肤组织液进行近红外无创血糖检测的新方法。通过细化人体表层皮肤组织模型,将真皮层上层含有少量血液的乳突层与真皮层下层区分开,并与表皮层共同作为探测对象;选择人体表皮层较厚的腕曲侧部作为检测部位;在此基础上利用蒙特卡罗方法计算了1680 nm(葡萄糖倍频吸收峰)近红外光在人体腕曲侧部皮肤组织模型中的平均最大穿透深度、主要吸收区域、平均光程、出射能量、各层皮肤组织吸收能量占比。结果显示,当光源到探测器探头距离为0.6 mm时,真皮层和角质层吸收的能量较少,光程适中,平均探测深度、主要吸收位置均位于乳突层中,因而此距离为最佳距离,并设计了光纤探头。通过以上方式避开了富含血液的真皮层下层的干扰,获取了表皮层和乳突层中组织液的光谱信息,有利于血糖的近红外无创测量,为后续工作提供了理论依据。
医用光学 无创血糖检测 蒙特卡罗 组织液 
光学学报
2013, 33(11): 1117001
作者单位
摘要
吉林大学物理学院, 吉林 长春 130012
提出并证明了利用一个强相干驻波场,在一种四能级原子系统产生透射型电磁感应光栅并提高弱探测场交叉相位调制(XPM)及自相位调制(SPM)非线性的设想。探测脉冲的脉宽越短,产生相同相移所需的驻波场以及探测场的强度,与长脉冲或连续光相比需要的强度要大。由于相对传播的共振耦合场形成了驻波电磁感应光栅,探测场在近共振的另一强相干场的共同作用下,在具有大的非线性折射率的相干介质中透明地传播。探测脉冲在介质中传播的群速度受交叉相位调制以及自相位调制非线性调控。
非线性光学 量子相干 电磁感应光栅 色散 
光学学报
2013, 33(11): 1119001
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中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于谐衍射透镜成像理论和变焦系统原理,采用轴向移动式变换视场,同时引入谐衍射透镜,实现了红外谐衍射双波段双视场光学系统的设计。对设计结果进行了像质评价。设计与分析结果表明,该系统使用5片透镜在双波段实现了40~80 mm两档变焦,满足100%冷光阑效率。在3.7~4.3 μm中波红外波段,系统奈奎斯特频率处调制传递函数(MTF)值大于0.5;在8.7~11 μm长波红外波段,系统奈奎斯特频率处MTF值大于0.3。该成像系统具有双波段、高分辨率、体积小、结构简单等特点。
光学设计 红外系统 双波段 谐衍射 
光学学报
2013, 33(11): 1122001
作者单位
摘要
浙江大学光电信息工程学系, 浙江 杭州 310027
在光学系统偏振传输理论的基础上,对一高数值孔径(NA)的透射式光刻系统进行了偏振分析,分析中考虑了系统的实际特性现有工艺水平可制备的增透膜、薄膜和基底材料的吸收作用以及偏振照明,以增加分析结果的可靠性。通过计算系统各光学界面的透射率、反射率、吸收率及二次衰减值等偏振参数,得到镀膜、吸收作用以及不同偏振照明对系统传输性能和成像性能的影响。结果表明镀膜能有效提高该光刻系统的性能及稳定性,并可以将不同偏振照明对该系统性能的影响减小至可忽略的水平;同时,显著的基底吸收作用是该系统能量损失的主因,但吸收引入的偏振作用相对总体而言较小。
光学设计 投影光刻 偏振分析 高数值孔径 实际系统 增透膜 
光学学报
2013, 33(11): 1122002
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
设计了一种高清成像的硬性内窥镜。通过控制特征光线在中继透镜表面上的入射高度和出射角,可保证有效视场和通光孔径内所有的光线在口径为2.7 mm的透镜组中正常传播。将入瞳直径提高到0.3 mm,使物方分辨率优于21 lp/mm,角分辨率为8.45 C/(°)。同时有效避免棒镜内壁的全反射杂光导致像质下降。系统成像质量达到了衍射极限,调制传递函数值在空间频率120 lp/mm处大于0.3;通过将系统设置为多重物距的结构实现大景深设计。加入目镜优化设计后,整体系统的调制传递函数值在空间频率3 lp/mrad处为0.1,达到了人眼的分辨极限。测试验证表明,完成研制的内窥镜系统分辨率达到设计值。
光学设计 医学成像 硬性内窥镜 高清 景深 
光学学报
2013, 33(11): 1122003
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
深紫外光刻投影物镜光学系统对光学元件的面形精度要求极高,物镜中轴向调节机构调节力对光学元件面形的影响不可忽略。针对一种一体化结构的光学元件轴向调节机构,研究了调节力对光学元件面形的影响规律。采用有限元计算的方法分析了调节力与光学元件面形均方根(RMS)值、Code V标准Zernike系数之间的关系,并进一步提出了通过隔离调节力和吸收调节力以减小调节力对元件面形影响的方法。计算结果表明:光学元件面形的RMS值和Zernike系数随调节力线性变化,调节力不会导致已有像差转变为其他类型的像差,也不会导致新像差的产生;在光学元件与轴向调节机构的支撑镜框之间采用具有吸收调节力功能的柔性结构后,调节前后光学元件面形RMS值的变化幅度由187%降低到了8%以内,调节力对元件面形的影响得到了有效控制。
光学器件 调节机构 有限元分析 调节力 面形精度 
光学学报
2013, 33(11): 1123001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
衍射效率和扫描范围是影响液晶相控阵实际应用的关键指标,为了实现较大的扫描范围,需要制备高分辨率的液晶相控阵器件,然而在高分辨率下液晶的非线性关联效应会影响其衍射效率,从而限制了其扫描范围。从非线性关联机理出发,数值模拟了明确影响衍射效率的关键因素。通过观察液晶材料参数和器件结构参数对衍射效率的影响,明确优化器件衍射效率的方向。基于优化控制思想,采用优化算法应用合适的电极电压进一步提高器件的衍射效率,减小非线性关联效应的影响,为同时实现较大扫描范围和较高衍射效率的液晶相控阵奠定基础。
光学器件 液晶相控阵 衍射效率 非线性关联 优化 
光学学报
2013, 33(11): 1123002
作者单位
摘要
1 西南交通大学信息光子与通信研究中心, 四川 成都 610031
2 苏州大学现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
基于双节金属绝缘体金属(MIM)结构,设计了一种表面等离子体(SPs)型窄带光学滤波器。该滤波器有两块金属夹层,两夹层之间由一块金属薄膜分隔的两节绝缘介质层组成;每节绝缘介质层包含结构一致的4个周期,每个周期由一个高折射率绝缘介质和一个低折射率绝缘介质构成。光波进入到该波导结构同时激发出不同谐振波长下的长程表面等离子体(LRSPs)和短程表面等离子体(SRSPs),形成多个透射峰。在整个双节绝缘介质层中间处插入一块金属薄膜,不仅增大金属薄膜两端光波的耦合距离、压缩透射峰的3 dB信道带宽,而且能实现LRSPs/SRSPs共振波长的蓝移(红移),使特定波长处两者的透射峰发生重合,形成具有高对比度的窄带透射峰。有限时域差分法研究表明:在1.3 μm波长处获得3 dB信道带宽为9.2 nm的窄带透射峰,其峰谷对比度为37.2 dB;进一步将金属薄膜宽度增加到55 nm,3 dB信道带宽可降至7.2 nm,峰谷对比度升至40.1 dB,获得了良好的窄带滤波性能。
表面光学 窄带滤波器 金属绝缘体金属型波导 表面等离子体 
光学学报
2013, 33(11): 1123003
作者单位
摘要
1 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710062
2 西安科技大学理学院, 陕西 西安 710054
设计了一种基于金属介质金属表面等离极化激元(SPPs)波导的内嵌十字形金属结构的圆形谐振腔,并应用时域有限差分算法数值研究了其滤波特性。结果发现,旋转后的十字形结构破坏了圆形空腔的共振模式,从而显现出新颖的滤波特性。内嵌十字形金属结构圆形谐振腔的滤波特性依赖于十字形结构的旋转角度,相对于θ=0°的内嵌十字形结构,当十字形结构旋转到某一特定角度时,透射光谱中仅有一个透射峰。此外,内嵌十字形结构圆形谐振腔的滤波特性还强烈地依赖于十字形结构的尺寸。这些结果有助于设计复合结构滤波器,满足特定的滤波需要。
光学器件 表面等离极化激元 时域有限差分算法 滤波器 
光学学报
2013, 33(11): 1123004
作者单位
摘要
泸州医学院生物医学工程系, 四川 泸州 646000
基于电磁光束角谱法和稳相法,推导出了两个刃型位错高斯光束的横电(TE)波和横磁(TM)波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了两个刃型位错高斯光束在远场中的位相奇点和能流密度分布。研究结果表明,当两刃型位错的离轴量为0时,电场分量在远场中出现两条刃型位错;而当两离轴量不为0时,刃型位错消失,存在光涡旋。刃型位错、光涡旋和能流密度均关于原点对称。随着离轴量的增大,光涡旋和能流密度黑核会向原点靠近并在原点处重合。
物理光学 奇点光学 刃型位错 角谱 位相奇点 能流密度分布 
光学学报
2013, 33(11): 1126001
作者单位
摘要
湖南大学信息科学与工程学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室, 湖南 长沙 410082
基于平面波角谱理论研究了利用轨道角动量操控光子自旋霍尔效应中的非对称分裂。以光束在空气玻璃界面反射为例,建立了描述涡旋光束的光子自旋霍尔效应的传输模型,发现左旋和右旋圆偏振分量的横向位移是关于入射面不对称的,其中两个自旋分量位移的大小和方向是由涡旋光束的拓扑荷数所决定。轨道角动量诱导的非对称分裂可以看成是两自旋分量相对于入射面的整体偏移,这个轨道偏移本质上可以看成是线偏振涡旋光束的伊姆伯特费多罗夫(Imbert-Fedorov)效应。这些现象的物理机制归结于界面处的自旋轨道相互作用和轨道轨道转换,且与高斯光束所对应的对称分裂略有不同。研究结果表明轨道角动量为操控光子自旋霍尔效应提供了一个可选择的自由度。
光电子学 光子自旋霍尔效应 自旋相关分裂 轨道角动量 
光学学报
2013, 33(11): 1126002
作者单位
摘要
1 曲阜师范大学物理工程学院山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
2 济宁学院物理与信息工程系, 山东 曲阜 273155
利用弱测量技术研究两量子比特的量子关联动力学演化和转移。有纠缠突然死亡现象产生的非最大纠缠初态经前选择测量操作后,在演化过程中不但能够提高量子关联强度,而且能够缩短甚至消除量子比特纠缠的突然死亡区域;而对于演化中无纠缠突然死亡的非最大纠缠初态,弱测量操作则会降低量子比特间关联强度。对初始处于最大纠缠态的粒子,弱测量操作不能增强粒子间的纠缠但可以优化量子关联中的量子失谐。弱测量在实现量子关联转移时的破坏极小,能够延迟纠缠的衰减,并可使量子纠缠的转移时间提前。另外腔场与量子比特间的耦合强度与系统耗散率的关系决定纠缠原子在腔中动力学演化,表现为马尔可夫和非马尔可夫过程。
量子光学 弱测量 共生纠缠 量子失谐 纠缠突然死亡 量子关联转移 
光学学报
2013, 33(11): 1127001
作者单位
摘要
1 安徽大学电气工程与自动化学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
经典流形算法等距映射(ISOMAP)和局部线性嵌入(LLE)可以对高光谱数据进行降维,但不能解决大尺度高光谱图像的流形降维难题。详细论述了ISOMAP和LLE在大尺度高光谱流形降维中遇到的问题,提出了一种基于增量等距映射(IISOMAP)和LLE结合的高光谱流形降维算法IISOMAP-LLE,并针对流形降维算法较线性降维算法最小噪声分离(MNF)可以更好地发掘出高光谱数据中的非线性结构的优点,通过AVIRIS和OMIS-II数据实验验证了算法的可行性和优越性,并证明了IISOMAP-LLE算法可以避免增强型等距映射(ENH-ISOMAP)中由于Landmark点选取不当而造成的本征维数较大时类间可分性反而低于MNF的缺点。
遥感 高光谱遥感 大尺度高光谱流形降维 增量等距映射 增强型等距映射 最小噪声分离 
光学学报
2013, 33(11): 1128001
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 武汉软件工程职业学院光电子与通信工程系, 湖北 武汉 430205
根据海水中浮游微生物的结构特征及尺寸大小,建立了含有同心球核的椭球体模型,使用离散偶极子近似(DDA)方法,对不同形状、大小细胞的光散射Mueller矩阵进行计算,分析了线偏振光入射下散射光强空间分布的变化。结果表明,偏振光散射特征对有核细胞的方向、形状、大小、细胞核大小具有灵敏性。研究颗粒对偏振光的散射特征,可以对被测细胞做更细致的分类,对海水中浮游微生物和其他生物细胞的鉴定、研究具有实际应用价值。
散射 偏振光 颗粒 离散偶极子近似 
光学学报
2013, 33(11): 1129001
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
大部分污染气体在红外波段具有明显的发射或吸收特征,被动傅里叶变换红外(FTIR)遥感技术可以对污染气体进行远距离探测和识别。当利用移动平台对污染气体进行遥测时,背景辐射是未知的,且光谱中包含大气等干扰物特征,需要研究相应的背景压缩方法,提取目标光谱特征。研究了基于亮温光谱的红外背景压缩方法,认为背景辐射在亮温光谱上是缓变的基线,并利用中光谱分辨率大气辐射传输模型(MODTRAN)软件包模拟大气干扰物特征,根据最小二乘拟合原理实现红外背景压缩。实验以氨气作为目标气体,以低平天空作为背景。结果表明,本方法能够成功扣除背景辐射和大气干扰特征,提取氨气的光谱特征,并计算了氨气的浓度程长积值。
遥感 红外 亮温光谱 背景压缩 污染气体 
光学学报
2013, 33(11): 1130001
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津科技大学电子信息与自动化学院, 天津 300222
基于可调谐二极管吸收光谱技术(TDLAS)的痕量气体检测中,由于波长调制光谱(WMS)中光强也被调制,因此会伴随着剩余振幅调制(RAM)的产生,对检测信号的线型和系统噪声产生一定程度的影响。在傅里叶分析的基础上对任意调制度的二次谐波信号进行了建模分析,给出了光强幅度调制引起吸收谱线畸变的理论解释,并分析了光强调制的线性和非线性部分以及调制度对谱线畸变的影响情况,给出了二次谐波不对称及RAM噪声产生的根本原因。以NH3为例在考虑光强幅度调制的情况下进行基于TDLAS的二次谐波检测实验,给出了调制度对二次谐波线型及噪声水平的影响,并对理论分析进行了实验验证。
光谱学 波长调制 建模 二次谐波线型 背景噪声 
光学学报
2013, 33(11): 1130002
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 中国科学院大学, 北京 100049
阐述了基于法布里珀罗干涉仪(FPI)反演中高层大气风速和温度的基本原理,研究了FPI系统传递函数及其对入射谱线的响应表达式。借鉴传统FPI反演中高层大气风速和温度的经典理论,提出一种矩阵简化算法。利用分解和近似的数学基础方法来得到系统响应表达式的矩阵形式,然后采用最小二乘法反演出大气风速和温度。仿真结果表明:当预估风速和温度偏离实际风速和温度,小于150 m/s和80 K时,反演风速和温度的误差范围在±3 m/s和±10 K内。矩阵简化算法不但保留了完整傅里叶级数描述法的精确性,而且避免了激光校准和波长变换,具有简单和快速的优点。
大气光学 风速温度反演 法布里珀罗干涉仪 系统响应表达式 矩阵简化算法 
光学学报
2013, 33(11): 1130003
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国兵器工业标准化研究所, 北京 100089
根据紫外告警模拟系统的使用要求,基于法布里帕罗(F-P)窄带滤光片结构,通过对膜系理论的分析、材料蒸发工艺的研究、离子源参数的调整和优化,利用不同膜系设计的组合,设计并制备出能够有效采集紫外信号的紫外滤光膜。该滤光膜在紫外峰值透射率达到17.96%,通带半峰全宽约为20 nm,能够更准确地采集到所需紫外波段的模拟信号,同时对紫外以及可见波段进行了有效地抑制,可以较好地控制背景噪声的产生,其截止度小于-30 dB。该滤光膜在紫外告警模拟系统中对自然光进行滤光,对紫外信号进行了有效地采集,使系统的整体精度得到了提升。
薄膜 信号采集 窄带滤光膜 紫外诱导滤光膜 
光学学报
2013, 33(11): 1131001
作者单位
摘要
上海理工大学理学院, 上海 200093
研究了不同浓度磁流体薄膜样品的厚度对其场致双折射的影响。结果表明,固定磁流体浓度时,其双折射随样品厚度的增加而减小,且厚度不同的样品,其双折射随磁场的增加的变化趋势不同。对于薄样品,其双折射随磁场的增加而逐渐增加直至趋于饱和,而对于厚样品,其双折射随磁场的增加呈现非单调或“振荡”变化的现象。磁流体的浓度对其双折射的厚度依赖特性具有明显的影响,浓度越高,其双折射随磁场的增加开始呈现非单调或“振荡”变化时所对应的样品厚度就越小。详细分析了薄膜样品厚度和磁流体浓度对其双折射影响的有关物理机制,并定义了转折磁场的概念进行了定量的研究。
物理光学 磁流体 双折射 厚度 浓度 转折磁场 
光学学报
2013, 33(11): 1131002
作者单位
摘要
首都师范大学检测成像实验室, 北京 100048
X射线能谱分布在双能谱X射线计算层析(CT)成像、CT图像的硬化校正、CT成像的定量分析等方面起着重要的作用。传统的X 射线能谱估计方法是通过直接测量X射线穿过不同厚度物质后的衰减数据,间接估计X射线的能谱分布。与传统方法相比,提出一种由已知结构模体的CT数据间接估计X射线能谱的方法。该方法的特点是:1)不需要精确测量射线穿过物质的长度,只需要对已知结构和材质的模体进行CT扫描便可获得该材质下的衰减曲线,并且该方法对模体的制作精度要求不高;2)采用了带非线性约束的迭代求解方法,由于在迭代求解过程中加入了X射线能谱模型作为约束条件,大大减轻了求解模型的病态性和不适定性。所采用的X射线能谱模型考虑了靶材料对射线的吸收,更加接近实际CT系统的X射线能谱分布。数值实验表明:与已有方法相比,该方法能够更精确、更稳定地估计出X射线能谱的轫致辐射分布和特征辐射分布。
X射线光学 成像系统 能谱估计 能谱模型 计算层析成像扫描数据 交替迭代算法 重建算法 
光学学报
2013, 33(11): 1134001