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 2020, 57(23)
激光与光电子学进展 第57卷 第23期
在钛宝石激光晶体的发展过程中,缺陷问题对激光性能有着重要的影响。近年来,研究者在高Ti浓度的钛宝石晶体中观察到一些新的光学现象,这表明晶体内部缺陷结构的变化可能会影响激光性能。介绍了钛宝石激光晶体缺陷研究方面的进展,并进行了简略讨论。
激光光学 高Ti浓度晶体 光吸收谱 缺陷 离子对 
磁场作为磁性物质的基本特性之一,备受人们关注,在**、医疗、工业等领域都有着广泛的应用。对高灵敏度微型光学原子磁力仪的基本原理、发展进程和应用前景进行了梳理。阐述了微型光学原子磁力仪的工作机理及系统组成,论述了原子气室制作方法及优化方法、原子气室加热方法、磁场信号检测等关键技术的发展历程,对高灵敏度微型光学原子磁力仪的最新研究进展进行综述,并对微型光学原子磁力仪的应用前景进行了展望。
原子与分子物理学 光学原子磁力仪 塞曼效应 微型化 高灵敏 磁场探测 综述了面向无人机(UAV)领域光无线通信(OWC)的主要研究进展,分别阐述了借助光无线技术在无人机与陆上终端间、无人机与无人机之间以及无人机与卫星之间,实现稳健、宽带通信链路的诸多研究进展与关键使能技术。重点阐述了不同无人机光无线链路配置下的链路建模、参数优化、实验测试。同时,也初步讨论了高速、高可靠无人机机载光无线通信技术在模块化实现、高空平台应用等方面的发展趋势。
光通信 无人机 自由空间光 可见光通信 光通信链路 微环谐振器是实现硅基光电子片上集成的重要器件。为此,从微环谐振器的原理出发,主要描述了中红外领域高品质因子微环谐振器的研究意义与发展历程,分析了不同材料体系微环谐振器在工艺和实际应用上的优缺点;介绍了基于Vernier效应的级联微环谐振器在中红外波段的传感和滤波领域的理论研究;并回顾了中红外克尔光学频率梳的产生原理和发展历程,在理论上证明了锗条形波导微环可以在泵浦功率低至80 mW的情况下实现带宽接近一个倍频程的宽谱光频梳,并对研究进展进行了总结和展望。
主要从两方面对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行综述,一是LIBS定性分析方法在元素快速监测方面的优势,以及基于LIBS的高空间分辨能力绘制元素相对含量分布图,全面观察元素在植株器官不同部位的分布情况;二是LIBS技术在土壤、植物中营养元素及重金属定量分析方面的进展及存在的问题。LIBS技术对金属元素的测定敏感度要优于对非金属元素的测定敏感度。测定非金属元素时,需要通入稀有气体来消除大气的影响;测定金属元素时,则需要通过无标定LIBS技术和光学薄LIBS技术解决金属元素自吸收的影响。
光谱学 激光诱导击穿光谱技术 土壤 植物 元素 采用全模式线性二次高斯控制时,多阶模式扰动模型的辨识以及高维控制矩阵的计算会导致实时处理机的计算负担加重。基于此,提出一种适用于实际自适应光学系统的混合控制方法。该方法联合最优模式增益积分控制和线性二次高斯控制算法,根据模式中是否含有窄带扰动来选择对应模式的控制策略。以云南抚仙湖观测站1 m新真空太阳望远镜中高阶自适应光学系统的实测数据为例,对提出的控制策略进行了验证。结果表明,采用本文提出的混合控制策略,使系统中95.85%的扰动得到有效滤除。该控制方法与全模式使用最优模式增益积分控制的方法相比,不同频率的窄带扰动得到明显抑制;该方法与全模式使用线性二次高斯控制的方法相比,扰动模型的辨识所花费的时间缩短了37.77%,控制运算所花费的时间缩短了73.8%,有利于扰动的实时校正。
自适应光学 最优模式增益积分控制 线性二次高斯控制 扰动 为使拼接式望远镜的分辨率接近等效口径的衍射极限,各子镜必须具有极高的共面精度。针对拼接式望远镜的共相问题,首先,研究了拼接式望远镜光学共相探测中瞳面共相探测技术和焦面共相探测技术的原理。然后,总结了各项光学共相探测技术的优缺点、适用领域以及未来发展趋势。最后,分别为大平移误差、大倾斜误差的探测问题提供了解决方案。
测量与计量 拼接式望远镜 波前探测 平移误差 倾斜误差 使用网络分析仪测量了宽频带200 MHz~10 GHz内葡萄糖水溶液的介电特性。测量结果表明,当频率不变时,葡萄糖水溶液的介电常数和电导率均随葡萄糖浓度的增大而减小。单阶Debye模型和二阶多项式被用于拟合各浓度下葡萄糖水溶液介电特性的测量数据,有效量化了介电特性随浓度和频率的变化关系。基于Debye模型参数建立了三维耳垂色散模型和天线收发结构。仿真结果表明,S21信号与葡萄糖浓度之间在相当宽的频带范围内都保持着稳定的、规律性的响应关系,该响应关系可通过二次多项式表达。基于S21的微波无创血糖检测方法可用于未知血糖浓度的评估。
探测器 无创血糖浓度检测 介电特性 葡萄糖水溶液 Debye模型 色散建模 S21 信号在光纤中的传输受到克尔非线性损伤的影响,产生非线性的频谱展宽效应,导致信息泄漏到带外、接收端的带内信息不完整。传统的非线性补偿方法通过反转信道传输函数在接收端对信号进行处理,效果不理想。针对该问题,首先,通过优化算法寻找在数字反向信道传输时可利用克尔非线性将原始信号压缩至另一奈奎斯特带宽的带外伴随信号;然后,将压缩后的奈奎斯特信号在发射端发送;最后,在接收端通过奈奎斯特滤波恢复原始信号。仿真结果表明,本算法在带限系统中的性能优于反向传输方法,在长度为800 km的标准单模光纤中的误差向量幅度增益为3.17 dB。
信号处理 非线性克尔效应 非线性薛定谔方程 频谱压缩 为了测试保偏光纤环的偏振耦合分布及绕环光纤拍长,采用白光干涉仪对光纤环进行测试。一方面,通过测试获得了光纤环的偏振耦合分布,有利于研究影响光纤环保偏能力的主要外部因素。另一方面,通过识别光纤环两端尾纤与白光干涉仪两个熔点产生的偏振耦合干涉峰,获得了沿绕环光纤两正交偏振主轴传输的光信号的光程差,进而计算出了绕环光纤的拍长。实验表明,0.13°以上的角度对轴误差均可被有效识别。证明了采用白光干涉仪通过一次测量同时测得光纤环偏振耦合分布和绕环光纤拍长的可行性。该研究为保偏光纤环偏振特性的全面表征提供了一种简单有效的方法。
光纤光学 保偏光纤环 白光干涉仪 偏振耦合分布 拍长 作为一种新兴的光通信物理层安全技术,量子噪声流加密结合了数学复杂度和物理复杂度,具有高安全、高速率、长跨距、结构灵活、与现有光纤通信系统高度兼容等优点。详细阐述量子噪声流加密的研究现状和基本原理,在密钥协商方面,对比了量子噪声流加密的Y-00协议与量子密钥分发的BB84类型协议,概述量子噪声流加密的关键技术方案。介绍了量子噪声流加密的典型应用案例,提出一种统一协商信道和传输信道的内生安全光通信系统,并进行了实验验证。最后分析量子噪声流加密的发展趋势。
光通信 Y-00协议 量子噪声流加密 内生安全光通信 介绍19种典型强度调制方式的符号结构,推导它们在高斯信道、弱湍流信道、中强湍流信道中的误时隙率(SER)模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明:随着信噪比不断增大,各调制方式的SER持续减小并逐渐趋于一致,当SER趋于一致时,对信噪比的要求随湍流强度的增大而增高。脉冲位置调制(PPM)在三种信道中的SER均为最小;调制阶数较小时,差分幅度PPM的SER最大,调制阶数较大时,开关键控(OOK)的SER最大。其余调制方式的SER介于OOK、PPM与差分幅度PPM之间,并随着调制阶数的增大出现分层现象。研究结果对实际激光通信系统的设计具有一定参考价值。
光通信 强度调制 自由空间光通信 直接检测 误时隙率 大气信道模型 为了进一步提高大气光通信系统的传输速率,设计了一种采用4阶脉冲幅度调制的超奈奎斯特(4PAM-FTN)速率大气光传输系统。推导了该系统在对数正态分布衰落信道中的理论误码率公式。分析了传输距离、波长对系统误码性能的影响,以及加速因子与传输速率之间的关系。蒙特卡罗仿真结果表明:误码率与传输距离成正比,与加速因子、光波长成反比。在加速因子为0.9时,系统可以在误码性能几乎不变的情况下获得6.1%的传输速率增益;当加速因子为0.83时,可以获得16.7%的传输速率增益。
光通信 脉冲幅度调制 对数正态湍流信道 误码率 超奈奎斯特 提出了两种光瞳在光学扫描全息系统中实现边缘提取的方法,基于双光瞳外差检测来获取物体的全息信息。首先,采用LG光束-轴锥镜光瞳和小孔滤波器作为两个光瞳构建复合光场,并对物体进行扫描,提取边缘信息;其次,在小孔滤波器不变的情况下,采用幂函数分布的振幅型光瞳作为另一种光瞳,完成边缘信息的提取。计算机仿真实验结果表明,使用本文所述的两种光瞳相比使用环形光瞳时实现的边缘提取质量均有提升,且无须进行数字图像处理,简化了实验步骤。
全息 光学扫描全息 光瞳 边缘提取 振幅型光瞳 提出了一种基于三通道二值条纹离焦投影的三维测量方法。将相移条纹编码到三个彩色通道中,在投影仪处,用三通道分离的二值数字图像作为输入,在单个相机帧时间内顺序投影三通道的离焦条纹,用彩色相机获得三通道融合的彩色条纹图像。对彩色三通道条纹进行解耦,用黑白相机标定测量系统中彩色通道的混叠效应。用三通道解耦的条纹信息进行相位计算和三维重建,结果表明,相比传统彩色投影测量,本方法的速度和重建精度有明显提升,且适用于测量彩色物体和动态物体。
测量与计量 三维形貌测量 彩色条纹投影 离焦条纹投影 动态测量 遥感图像的监督分类技术在信息提取和变化检测领域中具有广泛的应用,其中训练样本的选择至关重要,训练样本的好坏直接决定分类精度的高低。然而,受到条件的限制和人为的错误均可能导致一些不纯或错选的异常训练样本被选取,从而造成分类精度的降低。为了解决这个问题,采用中位数绝对偏差法,根据图像的光谱信息探测和剔除遥感图像监督分类任务中不纯和错选的训练样本。选取由Landsat-8获取南昌市部分地区的光学遥感图像数据,使用支持向量机对含有异常训练样本和剔除异常训练样本的两种情况进行监督分类,并对分类结果进行比较。实验结果表明,剔除异常训练样本的分类精度明显优于含异常训练样本。
测量 遥感图像 光谱信息 监督分类 中位数绝对偏差 异常训练样本探测 研究了一种新的基于激光器结电压测量的自混合干涉传感技术,通过测量激光二极管结电压的变化来获得激光自混合干涉信号。传统的自混合干涉技术通常通过测量外置或内置光电探测器的光电流来获得激光自混合干涉信号。本文通过测量垂直腔面发射激光器的PN结电压来获得激光自混合干涉信号,简化了自混合干涉系统的结构并提高了系统的可靠性。本文还评估了该系统的信噪比,比较了激光二极管的结电压信号与内置光电探测器的光电流信号,结果发现两者一致。
测量 自混合干涉 垂直腔面发射激光器 结电压 传感技术 对比三种磁场强度下激光表面熔覆316L不锈钢涂层的显微组织与性能,分别采用三维激光扫描共聚焦显微镜、金相显微镜及扫描电子显微镜拍摄三种熔覆层的表面形貌、金相组织及摩擦磨损形貌。结果表明,磁场的引入可以降低熔覆层的表面粗糙度,优化表面形貌。当磁场强度达到400 mT时,熔覆层晶粒得到显著细化,同时气孔和裂纹减少,平均显微硬度达到573 HV,提高幅度达25%,表面耐磨性能也因此得到显著提高。
激光光学 激光熔覆 稳态磁场 316L不锈钢 显微组织 力学性能 针对野外扫描原始点云中存在各种形态噪声点和大量冗余数据,提出一种基于方法库、布料模拟滤波和曲率分级等综合算法运用的点云精简优化策略。首先利用统计滤波去除远距离稀疏的噪声点,然后利用直通滤波分割出含有近距离大密度噪声点的点云块,利用布料模拟滤波算法去除这类噪声点,再利用半径滤波去除目标点云周围近距离的噪声点,最后基于曲率分级压缩方法实现对点云冗余数据的去除,并与两种传统的压缩方法进行实验对比分析。实验结果表明,所提的精简优化策略能有效去除点云中的噪声点,在保留点云大部分特征点的同时,能最大化减少点云数据的冗余量,提高了点云模型重建的数据质量。
激光光学 点云去噪 统计滤波 布料模拟滤波 半径滤波 点云压缩 曲率分级 随着三维(3D)打印零件的个性化定制与特殊功能化日益发展,单一材质的3D打印零件已经无法满足实际工况要求,多材料零件3D打印技术已经成为快速成型行业的研究热点。目前多材料零件3D打印的关键技术之一是其建模问题。首先,提出一种基于控制点的梯度源建模方法。该方法在几何建模中认为几何模型均是由空间中的点所组成,在材料建模中以“梯度源”建模思想按照材料组分梯度变化公式对多材料零件进行颜色渐变表示。接着,利用VS2013和OpenGL编程语言对单梯度源零件进行可视化建模表示与分析。最后,在单梯度源建模基础上,引入运算符号“?”对两种不同梯度源进行加权运算,对三种材料零件进行可视化建模表示与分析。所提建模方法经光学加工技术制造出的多材料零件,能够较好地避免在多材料零件中材料成分急剧变化,从而引起应力集中与热失效等不良效果。
激光光学 多材料零件建模 控制点 梯度源 可视化研究 OpenGL 主要研究了基于CO2激光微加工实现法布里-珀罗(FP)光学微腔阵列的制备。首先,通过CO2激光微加工和掩模板相结合的方法,在玻璃基底上制备了阵列型的凹面结构,并对结构的特性进行了分析。测量及模拟分析结果表明,凹面结构可近似为高斯曲面,深度范围为0.042~0.64 μm,半峰全宽范围为11.30~16.60 μm;结构底部可近似为球面。随后,通过镀介质膜和微腔封装,制备了FP微腔阵列,采用平面镜-凹面镜的微腔组装形式,形成FP稳定腔。最后,测试了微腔阵列中光微流激光的产生。
激光光学 法布里-珀罗微腔 微腔阵列 CO2激光烧蚀 光学掩模 光微流激光 采用激光焊与激光-MIG复合焊两种打底焊方式和激光-MIG复合焊与MIG(熔化极惰性气体)保护焊两种填充焊方式进行两两组合,完成了15 mm厚316L奥氏体不锈钢的焊接。对各试验组焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究,结果表明,采用全激光-MIG复合焊得到的焊接接头成形最优。激光-MIG复合焊焊层中心部位存在胞状晶组织,而MIG焊焊层几乎全为柱状晶结构。复合焊填充层的拉伸强度高于MIG焊填充层,而激光打底层与复合打底层强度相当,所有断裂均为韧性断裂。两种打底焊层焊缝中心显微硬度均高于母材,复合填充焊层焊缝中心显微硬度略高于母材,MIG焊填充焊层则低于母材。
激光技术 激光电弧复合焊 中厚板不锈钢 显微组织 力学性能 设计了一种测量电容耦合等离子体电子密度时间演化的YAG激光汤姆孙散射系统。电容耦合等离子体是在真空条件下由300 W射频电源供电的板极装置中产生的。采用最大转换增益5.0×10 5 V/W的硅雪崩光电二极管(APD)测量波长范围为200~1000 nm的Nd∶YAG激光汤姆孙散射信号。为了提高汤姆孙散射信号强度,在等离子体发生器两侧设置一个光学振荡腔,用于加长驱动激光与等离子体地接触长度和放大汤姆孙散射信号,提高信号光的总发射强度。此外,在APD前端还设置了信号采集系统和多级滤波系统,以提高信噪比。最后,依据汤姆孙散射原理设计计算等离子体电子密度的反演算法,并将计算结果与朗缪尔探针的测量结果进行了对比,验证了该算法的有效性。
激光光学 等离子体诊断 电容耦合等离子体 汤姆孙散射 电子密度测量 基于螺旋流道水冷技术提出一种新的千瓦级包层功率剥离器结构,并对其散热性能进行了研究。首先,将该结构与传统水冷式包层功率剥离器及热沉吸热式包层功率剥离器对比,验证了其实用性与优越性。其次,通过研究螺旋流道参量,发现热沉初始温度对剥离器的散热性能无明显影响,大直径的螺旋冷却管道及合适的冷却水初始温度将有利于散热。最后,实验发现在优化条件下该剥离器能有效剥离4200W以下的包层功率。在剥离1000W包层功率时,该剥离器温度峰值为300.49K、温度谷值为284.29K、温差为16.2K;同等功率下,相比于上述传统剥离器,其温度峰值最多降低了15.1%,温度谷值最多降低了10.3%,温差最多缩小了73.4%。
激光器 光纤激光器 包层功率剥离器 螺旋流道水冷 热效应 优化结构 为研究激光选区熔化(SLM)成形AlSi7Mg合金的高周疲劳性能,对合金沉积态试样进行静态拉伸试验和不同应力载荷的疲劳试验,通过金相显微镜和电子显微镜观察试样微观组织和疲劳断口形貌,并探究疲劳失效机理。结果表明,SLM AlSi7Mg试样的拉伸性能明显高于铸造AlSi7Mg,且抗拉强度和屈服强度均小于SLM AlSi10Mg,但二者疲劳极限相当。与传统制备方法相比,试样微观组织分为三个区域:细晶区、粗晶区和热影响区,Si相呈网状结构均匀嵌入α-Al基体中。通过断口分析,发现SLM成形AlSi7Mg试样的疲劳裂纹在气孔和夹杂物等缺陷处萌生,呈半圆形向四周放射状扩展,在剩余截面无法承受疲劳载荷时试样瞬间断裂,瞬断区具有解理面和韧窝的形貌特征。将SLM AlSi7Mg沉积态与SLM AlSi10Mg沉积态进行对比发现,二者拉伸性能和疲劳性能目前在宏观上差异较小, SLM成形试样的微观组织相似且均含大量分散的缺陷。
利用激光熔覆修复方法修复了预置有通槽的5A06铝合金试样,通过金相显微镜和扫描电子显微镜等对修复试样的显微组织和拉伸性能进行了分析。热影响区中的β相在修复过程中受到热作用,尺寸增大,当线能量达到166.7 J/mm时,β相尺寸增大到1 μm以上。修复区的显微组织由α相、晶粒内部析出的β相及沿α相晶界分布的Al-Si共晶组织构成。当激光功率为1400 W时,未熔合缺陷得到有效抑制,气孔缺陷导致修复区强度和延伸率低于母材。
激光技术 激光熔覆修复 5A06合金 组织性能 利用熔融沉积成形技术快速制备了石墨烯/聚乳酸单组元复合试样和石墨烯/纳米Fe3O4/聚乳酸双组元复合试样,并研究了石墨烯含量对上述试样吸波性能的影响。结果表明:当石墨烯质量分数为8%时,单组元复合试样的吸波性能较佳;在双组元复合试样中,当纳米Fe3O4含量一定时,提高石墨烯含量能明显改善试样的吸波性能;双组元复合试样的吸波性能优于单组元复合试样;石墨烯包覆在基体表面形成的褶皱会增加电磁波多重反射的次数,但石墨烯含量过多时,石墨烯因团聚产生的电子散射会影响吸波效果;相比单组元复合试样,双组元复合试样在石墨烯及纳米Fe3O4的双重作用下形成的微观界面种类更多,使得电磁波的传播路径更为复杂,电磁波能量消耗得更多,因此将不同损耗类型的吸波剂进行复合可以有效提高材料的吸波性能。
以无水柠檬酸和邻苯二胺为碳源,采用一步溶剂热法制备出了溶剂依赖发光的碳纳米点,通过原子力显微镜对所制备的碳点进行形貌及结构表征,发现碳量子点高度在1.5 nm左右,其是由2~3层类石墨烯片层堆叠而成的。通过荧光光谱(PL)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱对碳量子点的光学性质进行测定,发现碳量子点的吸收主要与内部碳核和表面态有关,最大吸收对应的波长分别为285 nm和430 nm。有机溶剂中最大发射波长为表面缺陷态发光波长,荧光峰位在515 nm处。随着体系中水含量的增加,最大发射峰强度降低,发射峰的位置发生红移,水含量(体积百分数)为10%~100%时,荧光信号强度与水含量呈线性关系,最优条件下水含量的检测极限为0.1%。实验结果证实,该碳量子点有望成为实时定量检测有机溶剂中水含量的荧光探针和传感器。研究结论不仅拓宽了碳纳米点的应用范围,还提供了一种简单有效检测有机溶剂水含量的方法。
在利用分子束外延(MBE)技术生长GaSb薄膜材料过程中,利用反射高能电子衍射仪(RHEED)实现了GaSb薄膜制备的实时监控。利用RHEED衍射振荡图样,对衬底表面的脱氧化层和生长过程进行分析和研究,得到了生长参数与衍射图样变化之间的关系,确定了衬底脱氧化层的温度;通过计算生长速率,实现了源温度、束流比和生长温度的优化;利用双晶X射线衍射(XRD)测试技术对GaSb外延薄膜层的表面生长质量进行初步表征和分析,证明了实验生长的薄膜材料基本可满足器件制备的要求,为下一步采用MBE制备量子阱及超晶格结构提供了实验依据。
薄膜 反射高能电子衍射 GaSb 分子束外延 生长速率 设计了一种应用于毫米波开关及限幅器的异质结AlGaAs/GaAs PIN二极管材料结构,接着对影响二极管性能的两个主要因素(Al掺杂量和I层厚度)进行分析和优化,然后采用分子束外延与半导体工艺流片制备出了验证器件。对该器件进行测试,测试结果表明,所制备的PIN二极管的开启电压为1.06 V,击穿电压为26 V;在1~40 GHz频率范围内,该二极管的插入损耗为1 dB左右,隔离度为12 dB(频率为30 GHz时)。所制备二极管可应用于毫米波开关和限幅器电路中。
材料 PIN二极管 异质结 I-V特性 S参数 采用电化学恒电位法制备了用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)与氧化石墨烯(GO)掺杂的复合导电薄膜,然后对薄膜的结构和形貌进行了表征,并用四探针仪测试了薄膜的方阻,最后研究了GO掺杂浓度对薄膜性能的影响,获得了最佳的制备工艺。结果表明:在GO质量浓度为0.3g/L时制备的复合薄膜具有最优的性能,GO的掺杂使该复合薄膜具有更大的比表面积、更好的电学特性以及更低的电荷转移电阻(5.23Ω·cm 2);该复合薄膜具有良好的氧化还原催化特性,其作为对电极组装的电池性能更佳,填充因子为0.68,光电转化效率相较于纯PEDOT从4.43%提高到6.23%。
材料 染料敏化太阳能电池 聚3 4乙烯二氧噻吩 氧化石墨烯 电化学沉积 复合物 利用X射线衍射仪(XRD)研究了Er,Cr∶YSGG激光消融对人牙本质表层晶体结构的影响。采用不同能量密度的Er,Cr∶YSGG激光消融人牙本质,然后利用XRD分析了激光照射前后牙本质无机物相羟基磷灰石(HA)的晶体结构、平均粒径及晶胞参数等的变化,结果发现:不同能量密度的激光照射后,牙本质无机物相HA颗粒的平均尺寸略微变小,但晶胞参数没有明显变化。基于XRD数据,用Popa模型的Rietveld全谱拟合得到了激光照射前后牙本质HA晶粒为长椭球形。用扫描电镜观察了激光照射后牙本质的表面形貌及微结构,发现牙本质的表面粗糙度明显增大,表面无玷污层,没有裂纹、碳化现象,未见到明显的熔融现象。本研究表明,Er,Cr∶YSGG激光消融人牙本质后无机物相没有改变,HA晶粒没有发生重结晶,牙本质表面未见到大面积熔融现象。
医用光学 X射线衍射 Rietveld全谱拟合 激光消融 牙本质 为了校正机载共形光学窗口引入的随观察视角变化的动态像差,提出基于计算成像的共形光学系统像差校正方法。通过建立非相干成像系统模型,给出波前编码系统消除共形光学窗口动态像差的原理和成像过程,阐明基于计算成像的共形光学系统的设计准则和掩模板的优化流程,利用倾斜边缘法定量分析该系统的传递能力。实验结果表明,通过计算成像的方法可以校正机载共形光学系统的动态像差,并且无需加入复杂的校正器件,该系统具有结构简单和稳定性强的优点。
光学设计 共形光学 光学窗口 计算成像 像差 针对机车自动化打磨系统对位不精准、打磨厚度不均匀的问题,提出了一种基于激光扫描技术的打磨工具中轴线对位打磨点法线方向的算法。首先,计算线激光传感器扫描获取的待打磨件三维模型法向量,并将6种获取法线的算法进行对比,用效果最优的算法计算模型上各点的法线坐标;然后,通过手眼标定使法线坐标与打磨工具中轴线坐标可相互转换,并利用离线编程使两者实现精准对位;最后,建立打磨模型,计算理想的打磨厚度,测量精准对位和未精准对位的打磨厚度。实验结果表明,与未精准对位的算法相比,本算法能很好地解决打磨厚度不均匀的问题,且打磨结果与理想效果接近。
激光技术 自动化打磨 精准对位 法线识别 打磨厚度 石墨烯作为一种特殊的二维材料,具有十分优异的物理性质,将石墨烯和微纳器件相结合已经成为当今的研究热点之一。在中红外到太赫兹波段,石墨烯可以激发表面等离子体,用于实现多功能可调谐器件。将石墨烯等离子体与硅基亚波长金属光栅相结合,提出了工作于红外波段的透射式宽带光调制器。通过施加偏置电压改变石墨烯的费米能级,实现在7~22 μm宽带内对透射光的调制,调制深度最高可以达到99.96%(33.77 dB)。
光学器件 光调制器 石墨烯 可调谐性 微纳光学 红外光 采用IES TM-30-18色域指数表征LED光源的色域面积,并对4种色温下的20个样品光源光谱进行间隔为5nm的380~780nm波段的单色光光谱叠加仿真,计算色域面积的变化。结果表明:在各样品光源光谱上叠加380~465nm或605~780nm波段的单色光后,光源色域面积增大;叠加470~600nm波段的单色光后,光源色域面积减小。对叠加的光谱采用灯箱匹配并进行色彩鲜艳度与偏好的视觉实验,结果表明,色域面积增加的光谱的色彩鲜艳度与颜色偏好优于色域面积减小的。同时叠加两个不同峰值波长且不同幅值功率的单色光时,光源的色温基本不变,且色域面积增加2~10。对叠加单色光后的光源光谱进行仿真,得到了光谱分布与色域面积的关系,这对于优化LED光源的色域面积和视觉效果有重要意义。
光学器件 LED光源 光谱功率分布 色域面积 色温 针对涂覆石墨烯层的圆形纳米线结构中模式场约束特性较差,以及难以与常用的线偏光源进行耦合,提出两种涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究该结构中的石墨烯等离激元模式特性对几何参数和物理参数的依赖关系。仿真结果表明,双椭圆形纳米线的排列方向、纳米线间距、椭圆长短轴的比值和石墨烯化学势对等离激元模式传输性能有显著影响。所提的涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线结构能够实现长距离传输和亚波长约束,并在可调谐纳米光子器件和红外传感等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 波导 表面等离激元 红外波 研究了硬边环带光阑内外半径和衰减因子对环带光阑圆形艾里光束(CAB)自聚焦特性的影响。结果表明,控制环带光阑内外半径,可以增加CAB第一个自聚焦峰光强且抑制传播后续聚焦峰光强;和无光阑时相比,添加环带硬边光阑有聚焦峰光强在不同的衰减因子下普遍增强的优点。因此,该方法在光操控粒子方面具有潜在的应用。
物理光学 圆形艾里光束 硬边环带光阑 自聚焦特性 主要探讨了非周期性量子行走中波函数的扩散性质。计算结果表明,通过在不同位置使用不同的幺正演化操作,能够精确调控多路径相干叠加态。不同的演化操作导致相干相长或者相干相消现象,从而对扩散性质产生影响。通过调节系统的演化参数,可改变行走者的扩散速率。量子行走扩散速率的研究有助于发展基于量子行走的新算法。
量子光学 量子行走 波函数 相干叠加 幺正演化 扩散速率 扫描线滤波算法可以在一定程度上简化滤波问题,并在复杂地形中可以取得较好的滤波效果,但该算法难以滤除一些地面下方的噪声点以及正、反坡度角相差较大的点。针对上述问题,提出顶点向量角-扫描线滤波算法,利用顶点向量角并结合高差阈值对扫描线进行后处理,可以进一步提高所提算法的滤波效果。通过实验将传统算法与改进后的算法进行对比,证明顶点向量角-扫描线滤波算法能够取得更佳的滤波效果。
遥感 激光雷达 点云滤波 扫描线 顶点向量角 阈值 京津冀地区的大气颗粒物污染非常严重,对气候环境和人类健康产生直接影响。为了使用遥感技术对京津冀地区的颗粒物污染进行快速、准确的评价,验证了NASA近期发布的全球1 km分辨率的MCD19A2气溶胶光学厚度(AOD)产品在京津冀地区的精度,明确了卫星产品在该区域应用的可靠性,并分析了AOD产品与空气质量指数(AQI)的相关性,探讨其对空气污染的指示作用。获取2014~2018年京津冀地区的MCD19A2 AOD空间分布数据,以及同步的AERONET实测数据,对两类数据进行了时空转化等处理,以实现数据间的精确匹配。验证结果表明,MCD19A2产品在该区域达到较高的精度及稳定性,相关系数、均方根误差、平均绝对误差和期望误差范围分别为0.9504、0.1243、0.0863和82.26%。基于不同尺度AOD结果,与AQI数据进行相关性分析,二者具有较高的相关性,表明MCD19A2数据对空气污染状况具有直接的指示作用。该研究可为气溶胶特性研究、空气质量监测等方面的工作提供一定的参考。
遥感 气溶胶监测 气溶胶光学厚度 MCD19A2数据 京津冀地区 空气污染 采用太赫兹时域光谱技术,结合化学计量学方法,对牛黄及其易混品进行鉴别,获取了黄连、大黄、蒲黄、人工牛黄、掺杂牛黄和天然牛黄的太赫兹时域光谱图。分别构建了随机森林(RF)模型和三种参数优化的支持向量机(SVM)模型,对六种物质的太赫兹吸收光谱进行了分类鉴别。针对样品数据集不平衡导致的随机森林模型识别率下降的问题,提出了基于合成少数类过采样技术(SMOTE)的随机森林模型。结果表明,随机森林模型和SVM模型均可达到95.00%左右的分类准确率,但随机森林模型具有更快的运行速度,运行时间仅为最优PSO-SVM模型运行时间的2%。基于SMOTE的随机森林模型可有效地解决数据不平衡情况下识别率低的问题,识别率从数据不平衡情况下的84.17%提高到94.17%,计算速度基本不变。研究结论为基于太赫兹光谱技术的稀有中药的鉴别提供了新方法。
光谱学 太赫兹时域光谱 天然牛黄 随机森林 不平衡数据 支持向量机 运用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对赣南脐橙橙汁进行了快速绿色鉴别。实验分别测定了健康和黄龙病脐橙果汁的糖度及Ca、K、Zn元素含量,并分析了糖度及元素含量差异。采集了脐橙果汁的LIBS光谱数据,运用九点平滑(9SM)法并结合多元散射校正(MSC)对数据进行了预处理,最后运用主成分分析(PCA)法并结合多层感知器(MLP)神经网络和径向基函数(RBF)神经网络模型对健康和黄龙病脐橙进行了快速判别。结果表明,PCA-MLP模型对健康和黄龙病脐橙的判别效果优于PCA-RBF模型,其训练集对健康脐橙和黄龙病脐橙的判别准确率分别为93.8%和93.4%,预测集对健康脐橙和黄龙病脐橙的判别准确率分别为93.9%和94.8%。LIBS检测结果证明了黄龙病导致脐橙果肉品质发生了变化;进一步利用光谱预处理方法和分类模型,从品质上区分了黄龙病脐橙果汁和健康脐橙果汁,提高了出厂橙汁的产品合格率。
光谱学 激光诱导击穿光谱 黄龙病脐橙 快速判别 主成分分析 铜铟镓硒(CIGS)纳米薄膜作为一种半导体材料,在太阳能电池领域发挥着重要作用。本文基于磁控溅射技术,在不同溅射功率、工作压强和溅射时间下制备了一系列CIGS纳米薄膜样品,并利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术完成了CIGS纳米薄膜中Ga与(In+Ga)原子比以及Cu与(In+Ga)原子比的定量分析;然后结合每个溅射参数下绘制的单一定标曲线,绘制了两个含量比的综合定标曲线,综合定标曲线的拟合系数均达到了0.99以上,说明拟合效果良好。同时,针对三个随机溅射参数下制备的CIGS纳米薄膜样品,对比了能量色散X射线光谱(EDS)技术和LIBS技术的分析结果,两者之间的误差均小于5%,验证了LIBS技术分析的精确性。本研究为CIGS薄膜的快速分析和性能的及时判定提供了一种新手段,也开发了LIBS技术在薄膜半导体材料领域的新应用。
光谱学 激光诱导击穿光谱 磁控溅射 铜铟镓硒 定标曲线 差分吸收光谱法(DOAS)是利用气体分子窄带吸收特征来测量气体浓度的一种光谱测量技术。本文介绍了DOAS的基本原理,利用MATLAB开发了一套苯、甲苯和二甲苯(BTX)DOAS数据处理程序,并将BTX浓度假设值与反演值进行对比分析,同时研究了入射光强变化和颗粒物参数对浓度反演的影响。结果表明:BTX浓度反演值与假设值具有良好的一致性,说明BTX-DOAS数据处理程序是正确的;通过数值模拟验证了DOAS中理论上无法直接推导的前提条件的正确性。
光谱学 差分吸收光谱法 颗粒物影响 入射光强影响 数值模拟 建立一种能够快速、定量检测掺假普洱茶中香豆素、香兰素、乙基麦芽酚三种常见香精的方法。利用傅里叶变换近红外光谱技术结合偏最小二乘法对香精掺假普洱茶进行定量分析。分别建立三种掺假香精成分的定量分析模型,并对比基于不同预处理方法和未经光谱预处理的定量分析模型的预测能力。结果表明:结合不同光谱预处理方法实现的针对香豆素、香兰素和乙基麦芽酚三种香精的预测均方根误差分别为0.1461,0.1678,0.1800,预测决定系数分别为0.7989,0.7350,0.6938,三种香精的检测限为0.2 mg/g。近红外光谱技术结合偏最小二乘定量分析方法可以实现掺假普洱茶中三种香精成分的快速检测分析。
光谱学 近红外光谱技术 香精 普洱茶 偏最小二乘 