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 2019, 56(20)

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激光与光电子学进展 第56卷 第20期

作者单位
摘要
暨南大学信息科学技术学院, 广东 广州 510632
为降低高效视频编码(HEVC)中帧内预测编码复杂度和编码耗时,提出一种基于预测单元(PUs)尺寸的HEVC帧内预测模式快速选择的改进算法。对最大尺寸PUs利用统计概率分层构建进入粗选择模式(RMD)过程的模式列表,对其他尺寸PUs分别采用两种不同方式提取纹理方向构建进入RMD过程的模式列表,其中对32×32、16×16尺寸PUs采用像素梯度提取纹理方向,对8×8、4×4采用像素值偏差提取纹理方向,从而减少进入RMD过程模式数量,有效降低编码时间。实验结果表明,本算法所用编码时间比测试模型HM16.9减少32.2%,而码率仅仅增加了0.86%。与现有优秀算法相比,本文算法进一步降低编码耗时,保证了编码质量。
图像处理 高效视频编码 帧内预测 模式选择 纹理方向 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201001
作者单位
摘要
延边大学工学院智能信息处理研究室, 吉林 延吉 133002
人脸图像优选对智能监控系统中的人脸识别有着重要的意义。针对在视频中多人脸跟踪时出现跟丢、跟错以及无法及时添加、取消跟踪器等难以处理的问题,本文提出用人脸聚类代替人脸跟踪获取同一人脸图像,并构造出一种人脸图像质量的综合评价指标来从大量的多姿态人脸图像中选出一张人脸姿态和图像质量较好的人脸图像。首先对视频中的行人进行人脸检测,然后采用残差网络提取人脸面部特征进行人脸聚类,最后定义了人脸旋转程度、人眼状态、人脸遮挡程度、人脸图像清晰度4个评价指标,并将聚类后每一类人脸图像在4个评价指标上归一化均值作为各评价指标的权重系数,从而构造出一种人脸图像质量的综合评价指标,以此进行人脸图像优选。实验结果表明,人脸聚类能够有效获取到视频中同一人的人脸图像,所构造的人脸图像质量综合评价指标能有效获取到视频中的同一人的较优人脸图像。
图像处理 人脸图像优选 人脸聚类 综合评价指标 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201002
作者单位
摘要
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
针对当前去雾算法经常出现过度曝光、颜色失真等问题,提出了一种基于全卷积回归网络的去雾算法。该回归网络基于端到端系统,由特征提取和特征融合两部分构成。首先,输入有雾图像,经过特征提取和特征融合,最终回归为粗透射率图;之后使用导向滤波对其进行优化,再利用大气物理散射模型反演出无雾图像;最终采用限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)对无雾图像进行增强,以得到更符合人类视觉的清晰图像。所提算法不仅可以有效避免去雾后出现的过度曝光和颜色失真等问题,而且能保留图像完整的细节信息,具有较好的去雾效果。
图像处理 图像去雾算法 卷积神经网络 端到端 限制对比度自适应直方图均衡化 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201003
作者单位
摘要
江南大学物联网工程学院, 无锡 江苏 214122
为降低图像文本数据的稀疏性和传统图像特征的局限性,提出一种融合卷积神经网络(CNN)和主题模型的图像标注算法。利用狄利克雷主题模型对图像训练集的文本数据进行建模,生成文本主题分布和文本主题标注词分布,以降低图像文本数据的维度和稀疏性。考虑到图像文本主题的稀疏分布,利用CNN提取图像的高层视觉特征,同时改进损失函数以重构CNN。利用图像的高层视觉特征和对应的多个文本主题构建多分类器,进行图像文本主题多标签分类学习,并获得图像的文本主题分布。最后,将该文本主题分布和主题模型生成的文本主题标注词分布融合计算出图像的标注词概率。由Corel5K和IAPR TC-12图像标注数据集的对比实验可知,本文方法有效提高了图像的标注性能。
图像处理 卷积神经网络 主题模型 图像标注 损失函数 多标签分类学习 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201004
作者单位
摘要
青岛大学计算机科学技术学院, 山东 青岛 266071
针对基于卷积神经网络的超分辨技术在纹理恢复时存在信息丢失、边缘模糊的现象,将密集块和激励模块结合,对图像进行低分辨率到高分辨率的端对端处理。密集连接融合后组成的密集块结构使图像区域的上下文信息得到有效利用。激励模块将有价值的全局信息选择性放大并将无用特征加以抑制。图像重建部分中的多个1×1卷积层结构减小了前一层的尺寸,在加速计算的同时减少了信息丢失。直接处理的原始图像缩短了训练时间,卷积层和滤波器的优化显著降低了计算复杂度。
图像处理 超分辨技术 密集连接 激励模块 1×1卷积层; 计算复杂度 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201005
马旗 1,2,*朱斌 1,2,**张宏伟 1,2,***张杨 1,2姜雨辰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 国防科学技术大学, 安徽 合肥 230037
无人机的快速发展与应用在给社会带来便利的同时,也对公共安全、个人隐私、**安全等构成了严重威胁。快速准确地发现未知无人机变得越来越重要。在无人机检测技术中,基于机器视觉的方法具有成本低廉和配置简便的优点。针对低空快速移动的无人机,提出一种基于优化YOLOv3的无人机检测识别方法。利用残差网络及多尺度融合的方式对原始的YOLO网络结构进行优化,提出O-YOLOv3网络,利用真实拍摄的无人机数据集进行训练和测试。实验结果表明,所提方法的平均准确度优于原始方法,检测速度满足实时性要求。
图像处理 低空无人机 目标检测 残差网络 多尺度融合 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201006
作者单位
摘要
1 渤海大学工学院, 辽宁 锦州 121013
2 渤海大学新能源学院, 辽宁 锦州 121013
针对经典的基于球面反卷积的体素内纤维走向分布估计方法对噪声非常敏感的问题,提出一种非凸正则球面反卷积方法。该方法基于邻域体素间纤维走向分布的相似性构造非凸空间正则项,采用改进的Richardson-Lucy算法求解非凸正则反卷积问题。基于二张量数据和HARDI模型数据进行仿真,结果表明,与经典的球面反卷积方法和全变分正则化球面反卷积方法相比,所提出的方法估计结果的平均角度误差分别降低了约52%和9%,在抑制噪声的同时能够保持体素内纤维走向的细节信息。
图像处理 磁共振扩散成像 纤维走向分布 球面反卷积 非凸正则化 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201007
作者单位
摘要
1 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
2 光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
针对现有扫频光学相干层析成像中扫频范围不足的问题,提出了一种基于量子点半导体光放大器(QD-SOA)与量子阱半导体光放大器(QW-SOA)并联的傅里叶域锁模(FDML)高速宽带扫频光源。研究了两种SOA的输出特性,并将中心波长为1310 nm的QW-SOA与中心波长为1280 nm的QD-SOA并联置于光纤环形腔内,结合FDML技术,研制了一种高速宽带扫频光源。该扫频光源的扫频范围为318 nm,半峰全宽为110 nm,扫频速率为101 kHz,光源平均输出光功率为7.8 mW,瞬时线宽低于0.1 nm。
成像系统 光学相干层析成像 扫频光源 傅里叶域锁模 量子点半导体光放大器 扫频范围 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201101
张良 1,2车进 1,2,*
作者单位
摘要
1 宁夏大学物理与电子电气工程学院, 宁夏 银川 750021
2 宁夏大学沙漠信息智能感知重点实验室, 宁夏 银川 750021
行人再识别系统中,检索到的行人图像会出现较大的姿态差异、复杂的视角变化以及检测框中行人图像不对齐等问题,为此,提出一种可以直接使用人体关键点信息进行行人图像对齐,并在此对齐基础上提取多粒度特征的重识别算法。首先使用姿态预估模型定位人体骨架关键点信息,并根据提取的骨架关键点直接进行行人图像对齐,然后对行人图像提取多粒度特征。评估阶段使用姿态信息结合多粒度特征进行相似度匹配。仅使用身份(ID)损失函数在Market1501、CUHK03、DukeMTMC-reID 3个公开数据集上进行实验。结果表明,所提算法具有一定的优势。
机器视觉 深度学习 人体关键点 特征融合 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201501
作者单位
摘要
河海大学机电工程学院, 江苏 常州 213022
为提高自动驾驶扫地机器人的环境点云重建精度,提出一种基于三维激光的图优化即时定位与建图算法。首先使用扩展卡尔曼滤波融合GPS、惯性测量单元(IMU)、里程计信息得到当前位姿,然后基于3D-NDT配准得到点云变换关系,最后通过构建图优化模型来进行后端优化,将点云位姿构建为图节点,将实时激光点云数据、融合后定位信息与地面参数作为边约束,并求解出点云的优化位姿。结果显示,与其他仅利用激光数据建图的算法相比,本算法改善了点云环境建图结果,提高了建图精度。算法的正确性和高效性得以验证。
机器视觉 图优化 即时定位与建图 信息融合 扫描配准 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201502
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
为了预测微透镜阵列玻璃模压成型过程中微结构的加工工艺参数,利用高级非线性有限元软件MSC.Marc进行微透镜阵列的有限元建模;将不同微结构宽度的阵列光学元件进行分组,利用有限元模型分别计算每组硫系阵列光学元件的微结构高度对等效米塞斯应力的影响,得到微结构宽度相同、高度不同的硫系玻璃微透镜阵列结构对模压成型后等效米塞斯应力的影响,对微结构宽度相同、高度不同的阵列光学元件的最大等效米塞斯应力进行数据拟合处理,得出各组等效米塞斯应力的趋势,获得适合模压的硫系玻璃Ge23Se67Sb10阵列光学元件的微结构高度与宽度之比。仿真结果表明:微结构高度越小,等效米塞斯应力越小;硫系玻璃微透镜阵列的等效米塞斯应力由中心到边缘逐渐增大,边缘处的等效米塞斯应力最大;当微结构高度与宽度之比大于0.322时,模压产生的等效米塞斯应力大幅增加。
光学制造 玻璃模压工艺 微透镜阵列 有限元分析 硫系玻璃 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202201
作者单位
摘要
光与物质的相互作用一直都在吸引着人们的研究兴趣,它也是与各种光学应用有着广泛联系的基础物理问题。等离激元是光与凝聚态物质相互作用形成的一种新型元激发准粒子,具有特殊的色散与光传输特性,是微纳光子学研究前沿领域之一。长程传播的等离激元在传播过程中波矢色散很大,可以突破衍射极限,实现亚波长尺度光信号的传输、超分辨成像、超分辨光刻等。亚波长结构的等离激元具有很强的电磁共振,可以用于构造超构材料与超构表面,对电磁波相位、波前进行调控,实现一些新型的光学器件。通过人工结构设计实现的Spoof等离激元,可以进一步将等离激元的工作波长向长波拓展,在微波与太赫兹波段构建新型等离激元器件。纳米颗粒的等离激元局域共振具有出色的局域光场增强效应,在非线性光学、纳米激光器、增强拉曼散射、生物分子探测领域有极高的应用价值。另外,等离激元场与颗粒间的动量交换,使其在近场光力与微操作方面也有潜在应用。等离激元对光的吸收很强,可以将光子能量高效地转化为热能或其他能量,因此等离激元在太阳能利用、辐射制冷、水资源利用方面也有广阔的应用前景。早期对等离激元的研究主要集中在金属材料领域,在一些半导体与二维材料中掺杂也可以产生红外波段的等离激元,相应研究大大拓展了等离激元材料的种类。
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202400
李杨 1石俊俊 2郑迪 1康猛 1[ ... ]徐红星 1,2,**
作者单位
摘要
1 武汉大学物理科学与技术学院, 湖北 武汉 430072
2 武汉大学高等研究院, 湖北 武汉 430072
非线性光学作为现代光学和光子学的重要组成部分,在诸多方面有着重要的研究意义和应用前景。然而,在微纳尺度,受限于固有的非线性极化率和有限的相互作用长度,材料的非线性光学响应十分微弱,制约了可集成的微纳非线性光电子器件的发展。近年来,研究人员将表面等离激元的亚波长电磁场束缚特性和非线性光学结合起来,使得弱光非线性效应在微纳结构中得以实现,并逐渐形成了一个新的研究领域,即非线性表面等离激元光子学。区别于以往侧重关注表面等离激元金属纳米结构本身的非线性光学效应,重点综述了金属纳米结构和电介质材料组成的复合体系中非线性光学效应的最新进展。介绍了表面等离激元和非线性光学的相关性质和理论背景,然后分别从零维复合体系中的非线性光学增强效应、一维复合波导中的非线性效应、二维石墨烯中的非线性等离激元等方面重点介绍了相关研究进展,最后展望了非线性表面等离激元未来的研究方向,机遇和挑战。
表面光学 表面等离激元 复合体系 波导 强耦合 石墨烯 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202401
作者单位
摘要
南京大学物理学院固体微结构国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心, 江苏 南京 210093
超表面是一种亚波长厚度的二维超构材料,可高效调控电磁波的近场辐射,而变换光学提供了通过设计材料的电磁参数来调控电磁波以预设路径进行传播的理论方法。利用变换光学概念可以模拟广义相对论中弯曲时空的现象。介绍了利用超表面波导开展类比引力的实验工作,模拟宇宙早期暴胀过程中所产生的一维拓扑缺陷——宇宙弦,观察在拓扑非平庸宇宙弦时空中电磁波的定向散射。此外,在超表面波导中引入材料损耗,对希格斯场的相变利用光学模式的对称性破缺进行模拟。对研究现状进行综述,并结合目前研究基础分析超表面的研究前景及发展趋势。
物理光学 变换光学 类比引力 超表面 拓扑缺陷 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202402
作者单位
摘要
东南大学物理学院, 江苏 南京 211189
表面等离激元诱导热电子光电转换是近年来的研究热点,在光电探测、太阳能电池、光催化反应等方面有着广阔的应用前景。表面等离激元热电子的快速转移和收集可以有效避免弛豫、复合、束缚等过程所引起的能量损失,提高器件的光电转换效率和速度。此外,利用等离激元热电子转移可以打破光电探测波段受限于半导体带隙的瓶颈,为红外光电探测提供有效手段。除贵金属外,重掺杂半导体材料由于可调控的红外表面等离激元共振特性也逐渐引起了人们的广泛关注。介绍了表面等离激元热电子的激发、转移机制及表面等离激元热电子红外光电探测等方面的研究进展,并讨论了该领域存在的问题及挑战,为设计高性能表面等离激元热电子光电转换器件提供了参考。
表面光学 表面等离激元 热电子 红外 光电探测 掺杂半导体 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202403
作者单位
摘要
上海交通大学电子信息与电气工程学院,区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
尝试对两类典型的光纤端集成等离激元探测技术的发展进行回顾与梳理,并结合作者的科研实践对本领域未来工作的重点和潜在价值进行讨论。第一类技术是在光纤的端平面集成等离激元谐振传感结构,尤其是等离激元微腔。这种器件既能够插进微量样品通过dip-and-read方式进行生物分子传感,也能够伸入狭小的空间进行超声内窥探测。未来,如何在秉持方便、快速核心价值的基础上,解决复杂样品中低含量分子检测的难题,是这类器件进入医学诊断和食品检验应用领域的关键;而如何大幅提高表面等离激元谐振传感器对声信号的灵敏度,是实现具有重要应用价值的光纤表面等离激元谐振水听器阵列的关键。第二类技术是在锥形光纤尖端集成等离激元天线探针。结合各种扫描探针显微技术,这种器件提供了对等离激元天线的高精度动态调控能力,及通过等离激元热点与样品的强烈作用进行高分辨扫描成像的能力。未来,通过对天线探针和可测量物理量的创新研究,有望进一步扩展可表征物理和化学现象的范围,显著提升表征性能。
表面光学 等离激元微腔 等离激元天线 光纤集成 生物传感 水听器 扫描探针显微技术 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202404
作者单位
摘要
南京大学现代工程与应用科学学院智能光传感与调控教育部重点实验室, 江苏 南京 210093
光与金属微纳结构表面自由电子振荡的耦合形成表面等离激元共振,表现出亚波长尺度的光场局域能力,可有效增强光与物质的相互作用。对等离激元光热效应研究的发展历程进行回顾,总结了几种典型的等离激元辅助的光热转换机理和调控方式。其后,重点介绍等离激元光热效应在太阳能蒸气产生中的调控和应用,一方面从体块加热到界面加热研究热利用率的提高,另一方面从单一频率吸收到宽光谱吸收研究光吸收效率的提高。最后对等离激元光热效应面临的挑战和机遇进行展望。
表面光学 表面等离激元 光吸收 光热效应 太阳能蒸气产生 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202405
毕宴钢 1,2易方顺 1,2冯晶 1,2,*
作者单位
摘要
1 集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区, 吉林 长春 130012
2 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
在有机电致发光器件(OLEDs)中,由于存在多种光子束缚模式,其光提取效率很低。在有机太阳能电池(OPVs)中,有机材料的载流子迁移率较低,需要控制有源层厚度,导致光吸收不足,降低光电转换效率。利用金属等离子体微纳结构调控有机光电器件中的光场分布,是提高器件效率的有效方法之一。对基于金属等离子体微纳结构调控有机光电器件光场分布的最新研究进展进行总结,并详细讨论利用等离子体金属结构提高OLEDs的光提取效率和OPVs的光吸收效率的机理和方法。
表面光学 表面等离子体 光场调控 有机电致发光器件 有机太阳能电池 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202406
作者单位
摘要
南京大学现代工程与应用科学学院, 江苏 南京 210093
局域表面等离激元(LSP)纳米结构可将自由空间传播的光场高效地收集并会聚在其近场区域的纳米“热点”内,实现分子的高效激发,反之也可将热点内分子的光谱信息“广播”到远场。这一过程伴随着光吸收、辐射、散射及光力、共振偏移、光热等效应的极大增强,这些丰富的现象一方面为LSP纳米结构在传感领域带来了一系列应用,包括表面增强红外吸收光谱、表面拉曼光谱、表面荧光光谱、LSP折射率传感器、纳米光镊与LSP基质辅助激光解吸/电离等;但同时其行为的复杂性也给研究者理解该领域的机理与应用带来困难。针对这一状况,本文从理论与应用两方面对各类LSP传感器进行回顾和梳理,一方面利用基于准静态近似下的本征模式理论为各类LSP相关的现象提供一个统一的解析理论框架,同时对各类相关的应用,包括拉曼散射、红外吸收、荧光、折射率传感与激光解吸/离子化等领域的进展与挑战进行简要的回顾,为该领域的研究者提供一个清晰简洁的入门综述。
表面光学 局域表面等离激元 光学天线 生化传感 表面增强拉曼光谱 表面增强红外吸收光谱 等离激元辅助激光解吸/离子化 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202407
作者单位
摘要
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 复旦大学物理学系应用表面物理国家重点实验室, 上海 200433
从电磁相位的产生机理角度,电磁超表面可分为利用微结构共振响应的共振相位超表面和利用微结构各向异性响应的几何相位超表面。同共振相位超表面相比,几何相位超表面因为具有非色散、偏振依赖、易于制备等特点,因而受到广泛关注。综述了利用几何相位超表面来自由调控电磁波的原理和方法,重点讲述电磁波远场和近场的一系列调控现象并介绍这些现象在全息成像、特殊光束激发和探测、平面消色差透镜等方面的具体应用。
表面光学 超材料 超表面 几何相位 表面等离激元 波束设计 全息成像 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202408
作者单位
摘要
郑州大学物理工程学院, 河南 郑州 450000
基于表面等离子激元的纳米激光器能够将光源的尺寸降低几个数量级,结合表面等离子体波可将波长限制在纳米尺度内传输,突破衍射极限,从而实现与电子学器件的尺寸相匹配,最终实现整个光互连系统的小型化和低功耗。简述了表面等离子激元的基本原理,对近年来的表面等离子激元纳米激光器的研究工作进行了总结,详细介绍了各种结构及其优势,指出了该类激光器在开发过程中面临的挑战和今后的工作重点,展望了纳米激光器广泛的应用前景。
激光器 表面等离子激元 混合表面等离子体波导 回音壁模式 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202409
作者单位
摘要
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
为了解决光学检测中金纳米棒荧光发射强度微弱的问题,通过连续激光照射,加强了金纳米棒局域表面等离子体共振效应,实现了对团聚金纳米棒荧光强度近两个量级的提高,同时具有实时调节金纳米颗粒荧光强度的优势。本文研究了荧光增强效应随激光波长、照射功率密度、金纳米棒长径比与比表面积的变化关系。结果表明,比表面积小的金纳米棒荧光增强效果更好;对于同一种金纳米棒,通过优化照射功率密度,选择与金纳米棒横向等离子体峰共振的波长进行照射可以获得更好的增强效果。
表面光学 光电子学 金纳米棒 荧光 激光照射 局域表面等离子体共振 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202410
王会丽 1,2秦俊 1,2康同同 1,2张燕 1,2[ ... ]毕磊 1,2,*
作者单位
摘要
1 电子科技大学国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心, 四川 成都 610054
2 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
提出了一种基于Au/Ce∶YIG/TiN结构的磁光表面等离激元共振器件(MOSPR)。通过构建Au周期纳米盘、Ce∶YIG薄膜和TiN薄膜三层结构,实现Au纳米盘局域表面等离激元共振(LSPR)和TiN/Ce∶YIG界面传播型表面等离激元共振耦合,显著降低了LSPR的散射损耗,并实现了磁光效应的显著增强。MOSPR的横向磁光克尔效应(TMOKE)信号的绝对值达0.21。应用这一器件制备传感器,借助磁光氧化物的强磁光效应,可以显著提高LSPR传感器的品质因数(FoM)。基于TMOKE谱进行传感,器件的FoM可达2192.4586 RIU -1。该研究为高灵敏度、高FoM LSPR器件的制备提供了一种新思路。
表面光学 磁光表面等离激元 局域表面等离激元共振 横向磁光克尔效应 折射率传感器 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202411
作者单位
摘要
1 上海大学理学院物理系, 上海 201900
2 中国科学院上海高等研究院宏观量子现象与应用研究中心, 上海 200120
利用表面增强拉曼散射(SERS)技术可增强金属表面某些位置(热点)的电场强度。选定Ag纳米颗粒二聚体这一金属纳米结构体系,研究其作为超分辨SERS成像基底的可行性。采用时域有限差分(FDTD)法,计算分析Ag纳米颗粒二聚体在不同波长和偏振方向的激发光作用下的电场分布特点。结果表明:Ag二聚体的电场分布具有高度局域化的特点,并且Ag二聚体中热点的电场强度可由激发光的偏振方向调控,这使其可以作为实现超分辨SERS成像的基底。
表面光学 Ag二聚体 时域有限差分(FDTD)法 表面增强拉曼散射(SERS) 超分辨成像 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202412
作者单位
摘要
上海大学理学院, 上海 200444
基于介质加载石墨烯等离激元波导(DLGPW),提出并研究了单介质加载双层石墨烯对称表面等离激元波导(DLTGSSPW)。在DLTGSSPW中,双层石墨烯中的表面等离激元(SPP)相互作用,形成耦合的SPP模,即对称和反对称SPP模。采用有效折射率法和有限元法进行研究,发现耦合的SPP模的有效折射率、传播损耗、模式数目及电场强烈地依赖于DLTGSSPW的参数,例如入射波长、单介质条的高度和宽度等。耦合的SPP模与三层介质平板波导中的导模很相似。另外,当单介质条的高度足够大时,在每层石墨烯中,耦合的对称和反对称SPP模退化成非耦合SPP模,DLTGSSPW可被看作两个独立的DLGPW。DLTGSSPW这种性质使其有望在集成光学器件中有潜在的应用价值。
表面光学 表面等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202413
作者单位
摘要
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
3 贵州师范学院物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550018
结合流体动力学介电模型以及尺寸依赖介电模型,提出了一种可用于描述金属纳米结构中表面等离激元非局域和尺寸效应的介电理论模型。利用不同介质模型对半径为1~100 nm的银纳米球进行电子能量损失特性和光学特性的仿真对比,结果表明该理论模型可在较大的能量范围(1~5 eV)和尺寸范围(2~200 nm)内,兼容有效地反映出局域、非局域、尺寸、甚至是类量子尺寸等效应对金属纳米结构表面等离激元特性的影响作用。同时,研究结果还有助于理解表面等离激元在纳米尺度上的共振模式、能量分布机理和动态演化机制,为等离激元器件的开发设计提供了参考。
表面光学 表面等离激元 表面等离子体光子学 有效介质理论 电磁光学 电子能量损失光谱学 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202414
作者单位
摘要
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于有限元法建立三维(3D)数学模型,计算硅薄膜光电探测器表面周期性分布的Ag纳米颗粒阵列对光电探测器光吸收性能的影响。结果表明对于球状Ag纳米颗粒阵列,阵列周期P与粒子直径d的比值是影响硅薄膜光吸收效率的关键因素。当硅衬底顶部粒子排布较密(P与d的比值较小)时,与裸硅光电探测器相比,等离激元光电探测器在不同入射角度下的光吸收效率都有不同程度的提高,其中在波长为700 nm、入射角度范围为0°~65°时,光吸收效率从5%提升到65%,整个波段范围内光电转换效率从29%增强为34%。
表面光学 表面等离激元 纳米颗粒阵列 光吸收 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202415
作者单位
摘要
1 天津理工大学理学院, 天津 300384
2 天津工业大学电子与信息工程院, 天津 300387
采用严格耦合波分析方法系统研究了平面波照明的亚波长梯形金属槽阵列的光学异常吸收现象。模拟了结构参数的改变对亚波长金属梯形槽阵列吸收效率的影响,并引入Fabry-Perot半解析模型对计算结果进行分析。研究结果表明,亚波长金属梯形槽阵列的吸收增强现象主要来自槽内模式的Fabry-Perot共振效应及阵列结构间表面等离激元的能量传导耦合作用。当槽深满足Fabry-Perot共振条件,且阵列周期满足表面等离激元激发条件时,金属梯形槽吸收率峰值接近1。与矩形槽相比,选择适当的梯形槽斜边倾角可以在保证吸收率的同时,放宽槽深的加工容忍度,有助于降低器件加工难度,提升器件设计可行性。
表面光学 表面等离激元 光陷效应 光学异常吸收 严格耦合波分析 亚波长金属梯形槽阵列 Fabry-Perot模型 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202416
作者单位
摘要
1 西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州真空设备有限责任公司华宇分公司, 甘肃 兰州 730010
基于边界耦合的方法构造一种基于金属-介质-金属(MIM)纳米谐振腔波导组成的滤波器,该结构由1个拱型谐振腔和1个矩阵波导管组成。通过有限元法(FEM)仿真分析拱型腔波导MIM结构滤波器的传输特性曲线、谐振波长和磁场分布图。研究结果表明该拱型腔滤波器具有平滑的传输曲线、平坦的通带、较宽的带宽,且通带透射率高达0.976,阻带透射率低至0.001,这表示此结构滤波器具有良好的滤波特性。通过对该拱型结构滤波器进行参数优化,可以在光通信波段的三个通信窗口上实现通道选择的滤波功能,该结构滤波器在高密度光集成电路和纳米光学中具有广阔的应用前景。
表面光学 金属-介质-金属(MIM)滤波器 有限元方法 拱型谐振腔 边界耦合 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202417
作者单位
摘要
福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
在十字型太赫兹带通滤波器的时域有限差分法仿真中,随着铝箔厚度增大,主峰变窄,且高频处出现多个异常透射峰。利用飞秒激光微加工技术制备出铝箔厚度为150 μm的太赫兹滤波器,并利用时域太赫兹光谱系统进行性能测试。结果表明:实验结果与时域有限差分法模拟结果基本吻合;异常透射峰源于十字结构狭缝侧壁上的表面等离子体波的法布里-珀罗共振耦合,这种耦合效应可用于控制表面等离子体波,制造新型太赫兹器件。
表面光学 滤波器 太赫兹 表面等离子体 飞秒激光微加工 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202418
作者单位
摘要
西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对高温等离子体对太赫兹波的传输特性,采用单层介质矩阵传输模型的求解方法,研究太赫兹在等离子体电子密度、厚度、外加磁场强度和温度影响下的变化规律。数值分析结果发现,不同条件下高温等离子体对太赫兹波产生的传输特性不同,等离子体电子密度和厚度越大,反射率越大,透射率越小;外加磁场可以改善衰减情况,因此等离子体电子密度越小,厚底越小,温度越高,对穿过电磁波的影响越小,通过调节外加磁场的大小,避开衰减峰值,可以缓解通信“黑障”现象。
表面光学 太赫兹波 高温等离子体 磁化 传输特性 黑障 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202419
作者单位
摘要
1 山西省高速公路信息监控中心, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
基于贵金属纳米颗粒阵列的多重表面晶格共振能够在多个波段同时抑制体系的辐射损耗,提高共振品质因子,增大局域场强。提出一种采用贵金属劈裂纳米环阵列产生多重表面晶格共振的方法。由于劈裂纳米环磁偶极共振的等效偶极矩垂直于纸面,能够同时向平面的x和y方向散射电磁波,这使得磁偶极共振与两个正交方向上的瑞利异常产生耦合成为可能。计算结果表明,在劈裂纳米环构成的阵列结构中,磁偶极共振能够与两个周期方向上瑞利异常形成耦合,从而产生表面晶格共振。当阵列周期不同时,能够同时激起两个表面晶格共振;利用劈裂纳米环的电四极共振也可得到类似的光学响应。这些特性使得贵金属劈裂纳米环阵列在微纳光子器件的设计方面将具有重要的应用价值。
表面光学 表面等离激元共振 时域有限差分(FDTD)法 表面晶格共振 劈裂纳米环 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202420
作者单位
摘要
华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对葛粉中掺薯粉的含量进行定性、定量检测。对葛粉中掺薯粉的光谱数据进行采集,利用偏最小二乘法(PLS)建立葛粉掺薯粉定性模型以判断葛粉中是否掺薯粉,得到PLS的总误判率为0%,模型相关系数为0.925。结果表明:PLS可实现葛粉中是否掺薯粉的定性判别。再利用PLS和最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法分别建立葛粉中掺薯粉的定量模型。利用PLS建立的模型的相关系数为0.932,预测集的均方根误差(RMSE)为 2.6%;利用LS-SVM建立的模型的相关系数为0.957,预测集的RMSE为 1.6%,结果表明:利用LS-SVM的葛粉掺薯粉定量模型更准确,说明THz-TDS技术可用于对葛粉中掺薯粉进行快速、有效、无损检测。
光谱学 太赫兹时域光谱(THz-TDS) 葛粉 偏最小二乘(PLS) 最小二乘支持向量机(LS-SVM) 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 203001
作者单位
摘要
1 山西职业技术学院, 山西 太原 030006
2 商洛学院化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000
3 商洛学院陕西省尾矿资源综合利用重点实验室, 陕西 商洛 726000
4 南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330047
为了便于广大基层质检人员工作,提出了一种仅利用光谱仪即可定量研究光电源频闪的方法。该方法无需使用光源频闪测试仪、数字示波器等设备,仅需利用普通光谱仪采集一段时间内被测电光源的瞬态光谱数据,通过光谱分析即可定量研究电光源频闪。通过对明视觉光谱光效率函数的高质量拟合和对被测电光源的相对光通量计算及其8阶傅里叶拟合,分别计算并分析了白炽灯、LED灯丝灯、碘钨灯三种电光源的闪烁百分比、频闪深度和频率,并与LFA-2000型光源频闪测试仪的测量结果进行比较。结果表明:该方法计算得到的三种电光源的闪烁百分比、频闪深度和频率平均相对误差分别为4.93%、4.89%和10.17%,对应的最大相对误差分别为8.31%、7.95%和14.22%。在被测光源频闪频率不大于200 Hz时,该方法准确、可行,可为相关仪器设备的开发及人工照明设备研究和质检等提供参考。
视觉光学 频闪 光谱分析 电光源 拟合 
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 203301