期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
光子学报
英文:
ACTA PHOTONICA SINICA
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院西安光学精密机械研究所;中国光学学会
出版单位:
科学出版社
主编:
郝跃
ISSN:
1004-4213
刊号:
CN 61-1235/O4
电话:
029-88887564
邮箱:
地址:
陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱
邮编:
710119
定价:
120元/期

本期栏目 2018, 47(6)

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光子学报 第47卷 第6期

作者单位
摘要
中国海洋大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
提出基于二次多项式拟合的数据融合算法用于激光雷达信号探测.充分考虑模拟探测和光子计数的非线性关系, 选择有效增大数据融合区间; 分析云对区间内的模拟探测和光子计数数据质量的影响并进行质量控制, 获得稳定的融合系数; 同时利用模拟探测和光子计数的非线性关系校正脉冲堆积引入光子计数信号的非线性误差.以直接探测多普勒激光雷达为例, 开展与探空气球的同步对比实验.结果显示:本文算法较之现有商用算法, 风速相关系数从0.8提高到0.85, 均方根误差从3.37 m/s降低至2.41 m/s, 偏差从0.60 m/s降低至0.06 m/s, 证明改进后的融合算法能够有效提高直接探测多普勒激光雷达风场探测的精度, 可更好地应用于大气探测激光雷达的远场和近场信号的融合处理.
激光雷达 光电探测 光子计数 模拟探测 融合系数 Lidar Photoelectric detection Photon counting Analog detection Gluing coefficient 
光子学报
2018, 47(6): 0601001
作者单位
摘要
1 武汉大学 电子信息学院, 武汉 430072
2 上海航天技术研究院, 上海 201109
基于液晶空间光调制器进行了Non-Kolmogorov湍流的室内模拟实验, 并对光强概率密度分布、光强闪烁指数及光强时间频谱进行了分析, 完成了模拟实验结果与相关湍流理论之间的对比验证.实验结果显示:在弱湍流下, 归一化对数光强近似服从正态分布, 且随着湍流强度的减小, 正态分布拟合系数增大; 光强时间频谱高频段的幂律随着湍流功率谱幂律的减小呈减小趋势, 与理论分析一致, 但具体数值小于理论预测; 闪烁指数则随着大气相干长度的增大而减小, 在大气相干长度小于0.05 m的范围内闪烁指数急剧变化, 在大气相干长度大于0.2 m之后趋近平缓, 这一变化趋势与湍流幂律无关, 与理论预测一致, 表明湍流模拟实验能较好地再现湍流对无线光通信中接收光强的影响.模拟实验的误差分析表明, 不同强度湍流的模拟实验其误差主要来源不同, 可为实验的进一步改进提供针对性建议.
大气湍流 Non-Kolmogorov谱 液晶空间光调制器 概率密度分布 闪烁指数 时间频谱 Atmospheric turbulence Non-Kolmogorov spectrum Liquid crystal spatial light modulator Probability density distribution Scintillation index Temporal power spectrum 
光子学报
2018, 47(6): 0601002
胡烜 1,2,*李道京 1付瀚初 2,3,4魏凯 3,4
作者单位
摘要
1 中国科学院电子学研究所 微波成像技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
4 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
对用于地球同步轨道空间目标进行成像观测的地基逆合成孔径激光雷达系统进行了分析.讨论了地球同步轨道空间目标运动特性和观测几何模型, 分析了地基逆合成孔径激光雷达系统指标, 波形选择为无周期相位编码信号, 提出了基于发射和本振参考通道的信号相干性保持方法.根据目标存在振动和三维自转的特点, 采用正交基线干涉处理的方法进行运动相位误差估计与补偿.引入自适应光学系统实现大气时变相位误差校正, 同时明确了基于正交基线干涉处理的逆合成孔径激光雷达与自适应光学在大气校正方面具有互补性.设计了初步系统方案, 仿真验证了目标振动和三维自转对逆合成孔径激光雷达成像有明显的影响.
激光雷达 逆合成孔径成像 空间目标 系统分析 地球同步轨道 Lidar Inverse synthetic aperture imaging Space object System analysis GEO 
光子学报
2018, 47(6): 0601003
作者单位
摘要
大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
针对当前光纤法布里-珀罗(F-P)传感器解调仪存在的结构复杂和成本较高等问题, 提出一种基于光学相关原理的新型解调方案.采用平板玻璃作为光学互相关器, 利用平板玻璃与F-P腔的互相关关系解调出光纤F-P传感器的腔长.建立仿真模型对解调光路进行优化设计, 搭建了结构简单的单模光纤F-P传感器解调仪, 该仪器仅由宽谱光源、平板玻璃、线阵CCD、柱面镜和单模光纤搭建而成.实验结果表明, 腔长解调分辨率达到0.72 nm.该解调仪在光纤测井、液位测量和结构健康监测等领域中的温度、压力和位移测量中有着广阔的应用前景.
光纤传感 光学相关 光纤法布里-珀罗干涉仪 平板玻璃 线阵电荷耦合元件 Fiber-optic sensing Optical correlation Fiber-optic Fabry-Perot interferometer Glass wafer Linear charge-coupled device 
光子学报
2018, 47(6): 0606001
作者单位
摘要
上海理工大学 理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
依据包层模有效折射率的概念及包层模场的光功率密度分布, 重新审视了镀膜长周期光纤光栅“模式转换”现象, 对“模式转换”给出了新的物理图像.通过修正镀膜长周期光纤光栅包层模有效折射率的范围, 指出有效折射率呈现的台阶式增长是各次包层模自身属性的反映, 不存在高次模式替代低次模式的过程, 并将“模式转换区”重命名为“模式垒区”.通过分析包层模场的光功率密度分布, 指出“模式转换区”较低次包层模式进入薄膜层传输说法的不合理性.研究表明, 当薄膜厚度达到一定厚度时, 包层模场光功率分布将愈加集中在薄膜层内部, 但并非沿着薄膜层传输.讨论了镀膜长周期光纤光栅传感器薄膜参数优化的问题, 在修正的包层模有效折射率范围和未修正的包层模有效折射率范围的情况下分别进行优化, 并对优化结果进行比较, 结果表明两种情况下的优化结果存在较大的偏差.从机理上解释了修正薄层模有效折射率范围后的优化结果的正确性, 为设计高灵敏镀膜长周期光纤光栅传感器提供了新的理论指导.
光纤光学 镀膜长周期光纤光栅 模式转换 有效折射率 功率密度分布 灵敏度 Fiber optics Coated long-period fiber grating Mode transition Effective refractive index Power density distribution Sensitivity 
光子学报
2018, 47(6): 0606002
作者单位
摘要
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130012
基于扫频激光器和马赫-增德尔干涉结构的光纤传感系统, 针对扫频激光器的频率步进不够精细导致干涉臂长差解调结果不精确的问题, 提出了一种相似性解调方法.该方法通过在频率步进范围内进一步细分, 构造相应细分值的模拟函数, 与采集到的干涉信号进行相似性对比, 相似性最大时所对应的模拟干涉臂长差即为精确结果, 并通过仿真与实验验证了该方法的可行性.实验表明该系统中干涉臂长差的解调范围为2~17 mm, 该范围内解调结果最小分辨率为1 μm, 可以达到测试量程万分之一的分辨率, 且抗干扰能力强、精度高, 可实现信噪比大于6.87 dB时信号的解调.根据解调原理, 在不强调实时性的应用中, 可以通过提高细分的精细度, 进一步提高系统分辨率.
光纤传感 信号处理 相似性解调 干涉臂长差 马赫-增德尔干涉 Optical fiber sensing Signal processing Similarity demodulation Interference arm length difference Mach- Zehnder interference 
光子学报
2018, 47(6): 0606003
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对光分组交换网络中光开关插入损耗导致交换跳数受限的问题, 基于半导体光放大器四波混频非线性效应, 提出了一种两级级联的增益光开关技术思路, 可以有效实现光交换后输出信号的增益补偿及形状再生, 提高信号质量.利用OptiSystem仿真平台, 优化系统参数, 在泵浦光位于信号光中心波长±4 nm范围、泵浦光功率在(3~15)dBm区间内, 增益光交换输出信号通过增益补偿和形状再生相较于一级交换输出信号可实现增益大于25 dB、误码率从10-5提高至10-18、Q因子从4.16提高至8.71的大幅度质量改善.该技术在多跳光分组交换网络中有较大应用前景.
光开关 光分组交换 四波混频 半导体光放大器 多节点交换 Optical switch Optical packet switching Four-wave mixing Semiconductor optical amplifier Multi-node switching 
光子学报
2018, 47(6): 0606004
作者单位
摘要
重庆大学 光电工程学院 光电技术与系统教育部重点实验室, 重庆 400044
传统的稀疏表示分类方法仅利用图像数据的稀疏特性分类, 未利用高光谱图像的邻域信息, 为此提出了一种联合稀疏特性和邻域相似度量的分类方法.该方法首先利用稀疏表示揭示出数据的稀疏特性, 然后计算在各类样本中的稀疏相似性, 并结合邻域特性, 构建数据在各类样本中的稀疏-邻域联合相似关系, 最后根据联合相似性大小判断数据类别.在利用数据的稀疏特性的同时结合像元的邻域信息, 增强各种地物类别间的区分性, 提升分类效果.在Indian Pines和PaviaU高光谱数据集上的实验表明:本文算法的分类精度高于其他方法, 总体分类精度分别达到了81.69%和86.59%, 能得到具有更多同质区域的分类结果图, 拥有更好的总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数.
高光谱图像 相似度量 稀疏表示 联合相似性 邻域信息 Hyperspectral Image Similarity Metrics Sparse Representation Federated Similarity Neighborhood Information 
光子学报
2018, 47(6): 0610001
作者单位
摘要
天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对传统图像融合方法造成的边缘模糊、细节损失、图像对比度与清晰度容易降低等问题, 利用非下采样轮廓波变换, 提出一种基于直觉模糊集和区域对比度的红外与可见光图像融合算法.首先, 使用非下采样轮廓波变换将源图像分解, 分别得到源图像的高频和低频成分.其次, 利用直觉模糊集灵活准确描述模糊概念的特性, 构建双高斯隶属函数对低频成分进行融合; 利用区域对比度详细描述图像纹理信息的特点, 采用多区域特征对比度结合距离分析的融合规则, 对高频成分进行融合.最后使用非下采样轮廓波逆变换得到融合图像.实验结果表明, 与其它融合算法相比, 该算法提高了图像对比度, 保留了源图像中的边缘和细节信息, 且得到的融合结果具有更优的客观评价值.
图像融合 红外与可见光图像 非下采样轮廓波变换 直觉模糊集 区域对比度 Image fusion Infrared and visible image Non-subsampled contourlet transform Intuitionistic fuzzy set Regional contrast 
光子学报
2018, 47(6): 0610002
作者单位
摘要
浙江大学 光电科学与工程学院, 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310058
为了实现对多层光场三维显示技术的优化, 利用亚克力板和光学胶片实现光场的还原, 增加多层权重和光场权重, 扩大调整显示效果的自由度, 在计算过程中能够在外部参数不变的情况下改变多层装置的显示效果.证明了水平视场下各行图像的相互独立性, 采用行分治方法进行计算, 降低了拟合运算的时间复杂度,节省了运算所需的时间与内存, 使有限时间内更高精度的计算成为可能.在其他参数确定的情况下, 采用原始方法能够进行计算的最大尺寸是900×1 200像素, 而行分治方法能够计算1 800×2 400像素的图像而不出现内存不足的问题.基于图像方差建立了衡量光场重建效果的标准, 在此标准下, 发现增加层数、分辨率, 减少视场大小和平均多层权重可以提高整体成像质量, 增加特定视场角的权重能够提高其特定方向的成像质量.从实际制作的3层共2 mm厚的多层模型中观测到了视差, 证明了多层装置在光场还原方面的显著优势.
显示设备 几何光学 光线追踪 图像重建 立体图像处理 最小二乘法拟合 Display devices Geometrical optics Ray tracing Image reconstruction Stereo image processing Least squares approximations 
光子学报
2018, 47(6): 0610003
作者单位
摘要
天津工业大学 理学院, 天津 300387
将有雾图像分割为非天空区域和天空区域, 对于非天空区域, 提出一种优化的暗原色先验思想, 即开运算暗通道算法; 对于天空区域, 引入具有保边去噪的双边滤波算法, 提出一种改进的边界约束算法.运用两种算法分别估计两个区域的透射率, 然后利用大气物理散射模型复原各区域, 最后合并两个无雾区域得到去雾图像.实验结果表明, 该算法很大程度提高了有雾图像尤其是含天空的有雾图像的图像对比度, 改善了颜色失真问题.
图像增强 图像去雾 天空分割 暗通道先验 边界约束 双边滤波 Image enhancement Image defog Sky segmentation Dark-channel prior Boundary constraint Bilateral filter 
光子学报
2018, 47(6): 0610004
作者单位
摘要
1 长春理工大学 理学院, 长春 130000
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215600
基于离轴干涉原理和共光路结构布局, 设计和搭建了以激光作为光源的衍射相位显微成像系统, 在未放样品的情况下, 测得该系统的平均噪声误差仅有6.70 nm.利用标称直径为4.8 μm的标准聚苯乙烯微球来检验该系统检测的准确性, 测量误差与理论预期结果相比不超过4%.用该系统测量100只贾第鞭毛虫包囊个体, 并重建贾第鞭毛虫包囊的相位图, 在相位图的基础上, 估算出每个贾第鞭毛虫包囊的干质量.对测量结果进行统计分析, 结果表明贾第鞭毛虫包囊呈椭圆形状, 长轴范围为8~15 μm, 短轴范围为4~7 μm, 包囊的干质量在42.70~137.07 pg之间.该衍射相位显微成像系统采集速度快、准确性高, 可以满足对单个寄生虫形态和干质量进行定量分析的需求.
干涉 衍射相位显微技术 共光路 显微镜 干质量 Interference Diffraction phase microscopy Common-path Microscope Dry mass 
光子学报
2018, 47(6): 0611001
李明杰 1,2,*胡明勇 1,2张健 1,2曹明坡 1,2王位 1,2
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 光电技术研究院 特种显示技术教育部重点实验室
2 特种显示技术国家工程实验室, 合肥 230009
针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题, 提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术, 建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数, 设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上, 设计内核自适应维度算法并优化运行程序, 结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明, 本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%, 单帧耗时0.026 s, 平均综合加速比为29.1.该系统精度高, 可移植性强, 简单易行, 能够广泛应用于成像畸变的实时校正.
大视场物镜 光学畸变 高分辨率 GPU并行加速 实时校正 OPENGL显示 Large-field objective Optical distortion High-resolution GPU parallel acceleration Real-time correction OPENGL display 
光子学报
2018, 47(6): 0611002
作者单位
摘要
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
为了有效抑制激光多普勒测速仪输出数据的随机漂移, 提高其测量精度, 在传统时序模型的基础上采用新陈代谢双时序模型进行激光多普勒测速仪漂移数据滤波.该模型由两级新陈代谢时序模型级联而成, 每一级新陈代谢时序模型均依次对13个数据点时序建模.依据此模型分别对激光多普勒测速仪静态及动态漂移数据进行建模和滤波.利用方差分析法及Allan方差法对滤波前后的测速仪静态漂移数据进行分析并利用频谱分析法对比了滤波前后的测速仪动态漂移数据.结果表明:新陈代谢双时序模型将静态漂移数据标准差减小为原始数据的44%, 将角度随机游走降为原始数据的41%; 该方法不仅能实时降低激光多普勒测速仪的静态随机漂移误差, 而且能够实时有效抑制其动态输出噪声.
应用光学 时序分析 新陈代谢双时序模型 激光多普勒测速仪 静态数据 动态数据 方差分析法 Allan方差 频谱分析 Applied optics Time series analysis Metabolic double time series model Laser Doppler velocimeters Static data Dynamic data Variance analysis Allan variance Spectrum analysis 
光子学报
2018, 47(6): 0612001
作者单位
摘要
1 航天工程大学 研究生院, 北京 101416
2 中国人民解放军78156部队111分队, 兰州 730000
针对多视图三维重建中畸变影像的相对姿态估计问题, 提出了一种高精度的鲁棒性估计方法.根据对极几何关系, 推导了畸变中心未知时的畸变基础矩阵表达模型.在系数矩阵中引入加权矩阵, 控制参与估计的匹配对应点, 通过奇异值分解估计畸变基础矩阵.根据加权矩阵更新准则对加权矩阵进行更新, 然后进行迭代计算, 比较前后两次估计得到的内点数目及平均极线距离, 得到畸变基础矩阵的最优解, 并判断是否需要继续迭代.在得到最优畸变基础矩阵后, 再分别对畸变中心、畸变参数以及焦距进行估计.仿真和真实实验表明该方法能有效提高相对姿态鲁棒估计速度, 在噪声均方差为2.5时, 畸变参数误差均值小于2%, 焦距估计误差小于3.5%.
机器视觉 相对姿态 鲁棒性方法 基础矩阵 奇异值分解 Machine vision Relative pose Robust method Fundamental matrix Singular value decomposition 
光子学报
2018, 47(6): 0612002
作者单位
摘要
河南理工大学 测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454000
考虑城市道路边缘的空间姿态特征, 建立了一种自动提取道路边线点云并绘制道路边界线的方法.建立空间格网点云存储结构, 利用网格内整体点云的法向量特征对其进行聚类和分割, 利用改进K均值算法提取道路边线点云, 采用中值法绘制道路边界线.基于本文方法, 分别选择实验区直线段和曲线段道路扫描数据进行分析.结果表明, 本文方法不依靠任何辅助信息, 便可以提取直线和曲线道路边线点云以及绘制道路边界线, 在路面平坦的工况下有较好的提取效果.
点云数据 空间格网 法向量聚类 改进K-means算法 自动提取道路边线 中值法 Point cloud data Spatial grid Normal vector clustering Improved K-means algorithm Automatic extraction road boundary Median method 
光子学报
2018, 47(6): 0612003
余谭其 1,2,*韦玮 1,2张艳娜 1张运杰 1[ ... ]孙凌 3,4
作者单位
摘要
1 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, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230031
3 中国气象局 国家卫星气象中心, 北京 100081
4 中国气象局 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
风云四号A星在轨替代定标试验于2017年4月下旬在敦煌辐射校正场正式开展, 为满足地表反射率在遥感器视角方向上的校正需求, 利用便携式定点测量装置对敦煌戈壁地表进行了方向特性测量.定性分析了敦煌场地春季的方向特性, 并基于RossThick-LiSparseR核驱动模型反演了相应的双向反射分布函数模型参数, 构建了场地方向特性定量描述模型.对模型的计算值与实测数据进行线性回归分析, 得到2017年4月26日、27日和28日的修正决定系数分别在0.75、0.83和0.85左右, 验证了该模型对实测数据具有良好的拟合优度.利用模型计算太阳方位面上的各向异性因子并与中分辨率成像光谱仪双向反射分布函数模型参数产品的历史数据进行对比发现, 当观测天顶角小于40°时, 二者相对偏差在波段2和波段4均小于1.56%, 波段5小于3.12%.这说明构建的模型能较好地描述敦煌场地方向特性, 验证了试验数据的可靠性.
遥感 场地定标 双向反射分布函数 双向反射分布函数模型 春季敦煌 方向反射比 Remote sensing Field calibration BRDF BRDF model Dunhuang in spring Directional reflectance MODIS MODIS 
光子学报
2018, 47(6): 0612004
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了基于稀疏子孔径正交多项式的拼接算法.该算法采用Mathematica9.0对圆域Zernike多项式进行Gram-Schimdt正交化, 构造出稀疏子孔径区域内的标准正交多项式——Z-sparse多项式, 并采用该正交多项式进行稀疏子孔径区域波前数据的拟合.实验表明:根据算法重构与直接检测的全孔径波前残差PV=0.071 9λ, RMS=0.007 4λ.该算法可对所提取的七个子孔径波前像差数据进行有效的拼接.
稀疏子孔径 正交多项式 Mathematica符号计算 拼接检测 波面重构 Sparse subaperture Orthogonal polynomials Mathematica symbol calculation Stiching wavefront reconstruction 
光子学报
2018, 47(6): 0612005
陈天奇 1,2,*张普 1彭勃 1,2张宏友 1,2吴的海 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 瞬态光学与光子技术重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种采用双铜-金刚石的“三明治”封装结构, 利用有限元分析方法研究了其与传统的Cu+CuW硬焊料封装结构激光器的热应力与Smile.对比模拟结果发现新封装结构热应力降低43.8%, Smile值增加95%.在次热沉热膨胀系数与芯片材料匹配的情况下, 使用弹性模量更大的次热沉材料, 可对芯片层热应力起到更好的缓冲作用.以硬焊料封装结构为例, 分析了负极和次热沉厚度对器件Smile的影响.结果表明负极片厚度从50 μm增加到300 μm, 器件工作结温降低2.26 ℃, Smile减小0.027 μm, 芯片的热应力增加22.95 MPa.当次热沉与热沉的厚度比小于29%时, Smile随次热沉厚度增加而增加; 而当次热沉厚度超过临界点后, Smile随次热沉厚度增加而减小.当次热沉厚度达到临界点(2300 μm)时, 硬焊料封装的半导体激光器具有最大的Smile值3.876 μm.制备了CuW厚度分别为300 μm和400 μm的硬焊料封装976 nm激光器, 并测量了其发光光谱.通过对比峰值波长漂移量, 发现CuW厚度增加了100 μm, 波长红移增加了1.25 nm, 根据温度和应力对波长的影响率可知应力减小了18.05 MPa.测得两组器件的平均Smile值分别为0.904 μm和1.292 μm.实验证明增加CuW厚度可减小芯片所受应力, 增大Smile值.
大功率半导体激光器 封装 有限元分析 热应力 High power diode laser Packaging Finite element method Thermal stress Smile Smile 
光子学报
2018, 47(6): 0614001
作者单位
摘要
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
考虑温度扰动的情况下, 对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论, 建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型, 分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明, 当温度在-40~70℃范围波动时, 激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04 μm、0.011 MHz和1.96×10-10.建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统, 实验结果与理论分析相吻合.
棱镜式激光陀螺 温度扰动 传输矩阵 自洽理论 标度因数 Prism laser gyroscope Temperature disturbance Transmission matrix Self-consistent theory Scale factor 
光子学报
2018, 47(6): 0614002
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学 材料与矿资学院 功能材料研究所, 西安 710055
2 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
3 西安中科微精光子制造科技有限公司, 西安 710199
将不同脉冲数的飞秒激光作用于陶瓷材料表面, 研究了线偏振和圆偏振激光对氧化锆和氧化铝陶瓷材料烧蚀阈值的影响, 利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了烧蚀坑表面形貌, 利用激光扫描共聚焦显微镜确定了烧蚀坑深度.结果表明:两种材料在线偏振光下的饱和烧蚀阈值均小于在圆偏振光下的值; 当偏振态相同时, 氧化锆饱和烧蚀阈值小于氧化铝.随脉冲数增加, 线偏振和圆偏振光下氧化锆烧蚀坑表面结构均由无序向有序发展, 出现了周期性环形波纹结构和纳米孔洞阵列.与线偏振光相比, 圆偏振光对烧蚀坑深度的作用更明显, 且烧蚀坑表面形貌对能量密度变化比较敏感, 更容易产生周期性结构.
飞秒激光 偏振态 点烧蚀 多脉冲 氧化锆陶瓷 氧化铝陶瓷 Femtosecond laser Polarization state Point ablation Multipulses Zirconia ceramic Alumina ceramic 
光子学报
2018, 47(6): 0614003
作者单位
摘要
1 上海应用技术大学 材料科学与工程学院, 上海 201418
2 上海应用技术大学 理学院, 上海 201418
用高温熔融法制备了Er3+/Tm3+共掺杂无铅铋硅酸盐玻璃.测试了玻璃的吸收光谱和荧光光谱, 分析和表征了Er3+、Tm3+离子之间的能量传递机制和传递效率, 结果表明:在800 nm和1 550 nm光源泵浦下, Er3+的掺入能够增强Tm3+离子1.8 μm发光, 相应的最大发射截面分别为6.7×10-21 cm2和7.3×10-21 cm2, 荧光带宽达到250 nm.根据Dexter-Foster模型, 得到Er3+:4I13/2能级到Tm3+:3F4能级的直接能量传递系数为16.8×10-40 cm6/s, 为1 550 nm泵浦下获得较强的1.8 μm发光奠定了基础.
铋硅酸盐玻璃 光谱性质 Er3+/Tm3+共掺杂 2.0 μm发光 1 550 nm泵浦 Bismuth silicate glass Optical properties Er3+/Tm3+ co-doped 2.0 μm Luminescence 1550 nm pump 
光子学报
2018, 47(6): 0616001
吴杰 1,*单翔 1胡亮亮 1郭凯 2[ ... ]李炳南 1
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
2 合肥工业大学 计算机与信息学院, 合肥 230009
设计了一种可用于超高场磁共振成像(MRI)的负磁导率超材料磁感应透镜(MIL), 可以有效提高MRI的信噪比.MIL是由6×6个加载电容的金属开口谐振环组成的二维周期结构, 并将其加工在一层0.6 mm 厚度的FR-4介质基板上.将MIL放置于射频线圈和样品之间, 能够实现等效的磁表面等离激元效应.MIL单元电磁场分布、散射参数和等效磁导率的仿真结果表明:所设计的MIL在拉莫尔进动频率297.2 MHz产生负的磁导率, 并能增强由射频线圈产生的射频场的倏逝波分量.两个不同的标准表面射频线圈的MRI扫描实验表明, 小水膜仿体在施加MIL后可以将矢状面图像信噪比提高约200%, 大水膜仿体在施加MIL后可以将冠状面图像信噪比提高约58%.仿真和MRI图像结果均表明了所设计的MIL具有聚焦表面射频线圈磁场强度的能力, 有益于提高MRI的信噪比、空间分辨率和探测深度.
超材料 磁共振成像 信噪比 磁导率 表面等离激元 射频 Magnetic resonance imaging Metamaterial Signal-to-noise ratio Permeability Magnetic surface plasmons Radio frequency 
光子学报
2018, 47(6): 0616002
叶颖 1,2,*王林香 1,2庹娟 1,2赵海琴 1,2
作者单位
摘要
1 新疆师范大学 物电学院, 乌鲁木齐 830054
2 新疆师范大学 矿物发光及其微结构重点实验室, 乌鲁木齐 830054
采用高温固相法合成了金属离子Li+、Na+、Al3+掺杂的BaF2∶Eu3+荧光粉体.用X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光光谱和荧光衰减曲线分别对其微结构、形貌、发光性能进行表征.实验结果表明, 在266 nm激发下, 与单掺23%Eu3+样品相比, 掺杂摩尔浓度为9%的 Li+、Na+、Al3+样品的611 nm处发光强度分别提高了4.71倍、1.51倍及1.35倍.掺入Li+或Al3+后Eu3+的5D0能级的寿命变长, Na+的掺入使Eu3+的能级寿命变短.相比BaF2∶23% Eu3+样品, 9% Li+、6% Na+、23%Eu3+共掺BaF2样品及9% Li+、12% Al3+、23%Eu3+共掺BaF2样品的发光分别提高1.73倍和3.05倍, 相应的能级寿命均增加.
BaF2: Eu3+荧光粉 金属离子掺杂 发光特性 荧光寿命 BaF2∶Eu3+ phosphor Metal ions doping Luminescent properties Fluorescence lifetime 
光子学报
2018, 47(6): 0616003
作者单位
摘要
西安邮电大学 电子工程学院, 西安 710121
研究了耦合广义非均匀非线性薛定谔-麦克斯韦-布洛赫方程所描述的非均匀掺铒光纤系统中不同非线性局域波的色散与非线性管理问题.利用相似变换求解非均匀非线性薛定谔-麦克斯韦-布洛赫方程, 得到一个非自治的通解形式.该解在非均匀掺铒光纤系统中包含了众多的非线性局域波结构.从非线性局域波的复现与相移非线性局域波考虑, 在色散与非线性管理系统下分析了呼吸子和多峰孤子的动力学特性.结果表明在非均匀掺铒光纤系统中存在新的非线性局域波结构, 并且在色散与非线性管理系统下非线性局域波的结构呈现多样性, 这对实际的光纤通信理论有参考意义.
非线性局域波 掺铒光纤 相似变换 非线性薛定谔-麦克斯韦-布洛赫方程 管理 Nonlinear localized waves Erbium-doped fiber Similarity transformation Nonlinear Schdinger-Maxwell-Bloch equation Management 
光子学报
2018, 47(6): 0619001
作者单位
摘要
长春理工大学 理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室, 长春 130022
报道了一种内腔光参量振荡器, 该器件通过改变多通道MgO∶PPLN极化晶体的极化周期和温度, 可以快速实现3.2~4.1 μm中红外参量光可调谐连续输出.采用1.064 μm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构, 考虑晶体热效应及宽范围调谐参量光振荡过程中光斑模式匹配, 通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析, 确定最佳腔型结构参数.基于该谐振腔结构, 实验研究了多周期MgO∶PPLN晶体的温度和极化周期对参量光波长的影响, 实验中克服了MgO∶PPLN晶体在3.8~4.1 μm中红外波段较为严重的本征吸收以及量子亏损导致的效率降低问题, 获得2.78~4.18 μm中红外激光连续调谐输出, 调谐范围达1.399 μm.在3.2 μm、3.5 μm、3.8 μm、4.1 μm四个典型波长下实现了参量光输出, 功率分别为1.72 W、1.39 W、0.79 W和0.442 W, 对应转化效率分别为7.17%、5.4%、3.1和1.84%.
固体激光器 中红外激光 内腔式光学参量振荡器 宽调谐 连续波 Solid state laser Mid-infrared Intra-cavity optical parametric oscillator MgO∶PPLN MgO∶PPLN Wide Tuning Cotinuous-wave 
光子学报
2018, 47(6): 0619002
周全 1,2,*张恩亮 2白向兴 2申钧 2[ ... ]汪岳峰 1,2
作者单位
摘要
1 中国人民解放军陆军工程大学 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中科院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性, 在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器, 并研究其光电响应特性.结果表明, 二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附, 降低器件的暗电流漂移; 同时, 探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性, 显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段, 顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中, 对石墨烯沟道产生n型掺杂, 器件最大响应度可达3.5×105 A/W.在可见光波段, 因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级, 界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器, 该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.
石墨烯 异质结 场效应管 光电探测器 背栅调制 耦合 载流子寿命 Graphene Heterostructure Field-effect transistor Photodetector Back-gate modulation Coupling Carrier lifetime 
光子学报
2018, 47(6): 0623001
潘琰 1,2,*李新 2翟文超 2刘恩超 2[ ... ]郑小兵 2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 合肥 230026
2 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, 合肥 230031
介绍了连续光谱地表反射特性自动观测辐射计(SCR)的光机系统设计.SCR辐射计的光谱范围为400~2 400 nm, 能够实现地表反射率的长期自动观测.所设计的SCR辐射计使用经过定标的漫反射参考板作为反射率标准, 漫反射参考板通过转臂自动切入、切出测量光路.为保证参考板在野外的长期适用性, 设计了参考板清洁机构.对易发生失效的转臂进行静力学分析.结果表明:转轴位置会发生应力集中, 且距离转轴位置越远, 变形量越大, 变形引起的参考板水平误差在0.3°以内, 满足应用需求.为验证SCR辐射计测量数据的准确性和仪器的可靠性, 设计了SCR辐射计和SVC光谱仪的比对试验.试验结果表明:两台仪器所测量的反射率具有相同的变化趋势, 二者偏差普遍在±1%以内, 最大偏差在±3.5%以内.SCR辐射计能够实现较高精度的反射率数据自动测量, 在卫星遥感器外场自动化定标和高频次定标方面具有重要应用前景.
辐射计 自动化定标 地表反射率 光机设计 有限元分析 Radiometer Automated calibration Ground reflectance Opto-mechanical design Finite element analysis 
光子学报
2018, 47(6): 0623002
作者单位
摘要
西安工业大学 光电工程学院, 西安 710021
传统荧光光谱分析法虽能用于评估植物生理状况, 但在植物遥感探测中该方法具有抗干扰性弱、待测数据量大的缺陷.针对此问题, 提出一种荧光寿命成像技术, 将植物荧光寿命及光谱信息结合, 分析植物内在生理信息, 实现了远距离、大范围精确测量植物生理状况.采用时间分辨测量法, 用连续激光脉冲照射植物产生大量相同的荧光信号, 同时不断改变探测器的启动延迟时间, 得到完整的荧光信号, 用解卷积法反演植物荧光寿命.对活体法国冬青植株的光谱信息与荧光寿命特性进行了研究, 结果显示植物荧光寿命与叶绿素含量成线性关系, 并且植物叶绿素含量在0.03~0.06 mg/cm2这一特定范围, 线性相关系数高达0.9051, 比荧光光谱能更精确地反映植物叶绿素含量.
光谱学 激光诱导荧光 时间分辨测量法 荧光寿命成像 荧光光谱 荧光激光雷达 Spectroscopy Laser-induced fluorescence Time resolution measurement Fluorescence lifetime imaging Fluorescence spectrum Fluorescence LiDAR 
光子学报
2018, 47(6): 0630001
作者单位
摘要
1 常州大学 数理学院 电子科学与技术系, 江苏 常州 213164
2 中科院安徽光学精密机械研究所 环境光谱研究室, 合肥 230031
为研究α-蒎稀的光电离解离机制, 采用同步辐射光电离质谱, 在7.9~15.5 eV能量范围内研究了α-蒎稀的紫外光电离解离, 对α-蒎稀的电离解离能及其碎片离子的出现势进行了理论分析.实验测得光电离效率曲线, 从光电离效率曲线中获得α-蒎稀C10H16的电离能和碎片离子C9H+13, C7H+10, C3H+6 及CHH+3的出现势.用Gaussian 03理论方法计算了C10H16和主要的光解离碎片的总能量, 用高级能量计算方法计算了C10H16的电离能和部分碎片离子的出现势及主要的解离通道的离解能.根据实验和理论计算结果, 分析了产生碎片离子的主要的解离通道.分析表明实验测得的结果与理论计算提出的C10H16的光解离通道获得的解离能符合得较好.
α-蒎稀 光电离 光离解 离子出现势 同步辐射 α-Pinene Photoionization Photodissociation Appearance energy of ions Synchrotron radiation 
光子学报
2018, 47(6): 0630002