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(9)

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激光与光电子学进展 第57卷 第9期

康俊 1,*崔自若 1,2,**朱坪 1高奇 1[ ... ]朱健强 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
由于超短超强激光装置中光谱带宽较宽,使用传统的空间滤波器透镜组扩束会导致装置色差的积累,严重影响终端焦斑的质量。介绍了国内外用于超短超强激光装置中消除色差影响的主要技术与研究进展,对比总结了几种主要方案的优缺点,并提出了一种可动态精确补偿装置色差的方案,经实验验证已应用于实际工程中。最后对色差补偿的发展方向进行了分析与展望。
超快激光 色差 脉冲时间延迟 色差预补偿 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090001
作者单位
摘要
上海师范大学数理学院, 上海 200234
与单涡旋光束相比,涡旋光阵列具有多个相位奇点,不仅能够增大信息传输容量,还能增加捕获和观察到的微粒数量。目前在光学领域有多种涡旋光阵列的产生方法,如干涉法、泰伯效应法、光楔衍射法、模式转换法、达曼涡旋光栅法、计算全息法、空间光调制法、超材料图案法等。对这些研究方法的理论模型、实验原理、实验结果及其研究现状进行了详细介绍,并对应用前景作出展望。
衍射 涡旋光阵列 干涉 计算全息 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090002
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
大气相干长度是评价激光传输系统自适应相位校正效果的重要参数,因此对大气相干长度进行测量分析具有实际应用价值。设计并搭建了一种基于差分像运动法测量大气相干长度的光学系统,并进行了外场实验,分析了西安地区全天范围内大气相干长度的变化趋势。结果表明,虽然在不同方向上测量的大气相干长度值有所不同,但总体变化趋势一致,且夜晚变化较白天更为稳定。本文结果为研究城市无线光通信系统提供了一定的参考。
大气光学 大气相干长度 差分像运动法 大气湍流 相位屏 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090101
作者单位
摘要
云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
提出了一种基于机载LiDAR点云数据的电力线自动提取方法。先对LiDAR数据进行空间网格划分;再依据电力线在三维空间中的水平分布特性,利用改进的欧氏聚类实现电力线粗提取;采用电力线与电力塔的相连性,估算出电力塔顶端的空间坐标位置;使用改进的欧氏聚类实现单根电力线提取,利用直线和抛物线相结合的模型求解单根电力线的中心线方程及其半径;最后根据电力线方程和半径自适应生长电力线于绝缘子处,并得到单根电力线的完整点云。实验结果表明,对比于支持向量机(SVM)结合几何特征方法的分类效果,所提方法可自动、快速和精确地从电力巡线数据中提取完整的电力线,对电力巡线具有一定的应用价值。
大气光学 机载激光雷达 电力巡线 电力线提取 滤波 抛物线 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090102
张智察 1,2,**倪长健 1,2,*尹单丹 1,2张莹 1,2[ ... ]杨寅山 1,2
作者单位
摘要
1 成都信息工程大学大气科学学院, 四川 成都 610225
2 高原大气与环境四川省重点实验室, 四川 成都 610225
3 成都市环境保护科学研究院, 四川 成都 610072
分别以干燥环境下的平均单位质量气溶胶消光系数和湿环境下烘干气溶胶的散射消光系数为基准,提出了与之对应的两种气溶胶消光吸湿增长因子f1(RH)和f2(RH)。基于成都市2017年10—12月浊度仪和黑碳仪的逐时观测资料以及该时段同时次的环境气象监测数据(大气能见度、相对湿度以及NO2和PM10的质量浓度),针对上述两种气溶胶消光吸湿增长因子进行了系统的对比分析。主要结论如下:1)f1(RH)和f2(RH)均能表征气溶胶吸湿性的光学效应,二者的判决系数为0.90(通过了α=0.01的显著性检验);2)多模型的比对结果表明,二次多项式函数较好地拟合了f1(RH)和f2(RH)随相对湿度的变化特征;3)f1(RH)和f2(RH)的均值之比随相对湿度的增加而增大。进一步研究指出,烘干气溶胶的散射消光系数对相对湿度变化的显著响应关系是导致f1(RH)和f2(RH)非一致性演化的根本原因。
大气光学 气溶胶消光 吸湿增长因子 判决系数 二次多项式函数 非一致性 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090103
杨超普 1,2,3方文卿 2,4,*阳帆 2,4赫蕊蕊 1,3祝飞 1,3
作者单位
摘要
1 商洛学院化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000
2 南昌大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330031
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
基于光谱分析,给出了非镀膜明视觉照度传感器的设计流程,通过计算传感器理论相对光谱响应与明视觉光谱光效率函数的中心波长、半峰全宽和在380 ~780 nm波段的积分面积的相对偏差,评估传感器匹配误差。利用蓝色玻璃QB21、黄色玻璃LB9和LB16与LXD44MQ硅光电池组合自主设计非镀膜明视觉照度传感器,与明视觉光谱光效率函数相比,该照度传感器理论相对光谱响应中心波长、半峰全宽和在380~780 nm波段的积分面积的相对偏差分别为0.36%、5.00%和14.15%。以TES 1330A照度计作为标准参考,0~2000 lx内10组测量值的平均绝对误差及平均相对误差分别为7.82 lx和1.77%。研究结果证明了该明视觉照度传感器设计方法可行,可为相关照度传感器的设计开发提供参考。
探测器 照度 视觉 传感器 光学设计 光谱分析 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090401
作者单位
摘要
1 华南理工大学广州学院电气工程学院, 广东 广州 510800
2 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081
3 中国水利水电第三工程局有限公司, 陕西 西安 710024
提出一种由双玻璃纤维薄片、石英光纤布拉格光栅,及两段玻璃纤维护管组成的,并采用高温胶黏剂封装的片式应变传感器。该传感器不含金属材料,不受强电力电磁干扰。制备出3个传感器原型,将其安装在等强度悬臂梁上进行全面的性能测试实验。测试结果表明:3个传感器均具有良好的测量重复性(误差小于3.43%)和线性(线性拟合系数均大于0.999),应变灵敏度一致性高;温度补偿误差在22 pm以内,补偿能力良好;还具有良好的抗蠕变性能。因此,所设计的传感器具有优越的测量性能,能够满足野外环境下电力设施的长期应变监测要求。
光纤光学 光纤布拉格光栅 应变传感器 玻璃纤维 安全监测 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090601
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院, 广东 广州 511486
在传统的直接检测光通信系统中,色散和光探测器的平方检测相互作用会带来不可避免的性能损失。基于斯托克斯空间复用的直接检测光通信系统,提出通过频谱压缩算法进行发射信号序列相关的相位优化,将三维斯托克斯信号转化为四维带宽为3/4的琼斯空间信号,以实现无性能损失、无需额外硬件成本的色散预补偿。鉴于上述理想的频谱压缩方法需要复杂度过高的全局优化算法,提出一种基于查表的简化相位优化算法。仿真结果表明,当优化长度为7个符号时,频谱峰值和谷值之间落差约为17 dB,可有效降低发射机带宽需求。
光通信 频谱压缩 相位优化 斯托克斯空间复用 直接检测 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090602
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
随着航空航天制造业和高性能飞行器的不断发展,大曲率板壳结构得到了广泛应用。针对由预应力和尺寸位置偏差等因素引起的装配变形问题,利用光纤布拉格光栅(FBG)传感器对板壳结构的曲面重构算法进行研究。建立了波长偏移量与曲率的关系,得到曲面重构算法所需的曲率数据,应用分段拟合算法计算全部测点的坐标增量,从而实现曲线重构。在此基础上,对实测板壳结构曲面进行重构,并将ANSYS仿真曲面测点处的理论数据与实际重构变形曲面测点数据进行对比,结果表明,该算法有效性较高,为板壳结构件的变形预测和修正提供了技术支撑。
板壳变形 光纤布拉格光栅 曲线拟合 曲面重构 ANSYS 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090603
作者单位
摘要
东南大学电子科学与工程学院先进光子学中心, 江苏 南京 210096
采用一种半径相同的级联双微环谐振器实现n>1阶光时域微分器,并基于最小平均偏差原则,分析级联双微环微分器的微分精度、能量效率和输入信号对微分结果的影响。相比于单一微环,该结构可将微分波形平均绝对偏差最大值5.67%降至0.67%。在1信号处理 光时域微分器 级联微环谐振器 微分特性 硅基 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090701
作者单位
摘要
1 中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 长庆油田分公司技术监测中心, 陕西 西安 710021
基于光学薄膜理论,采用光学特征矩阵法推导了空气隙Fabry-Perot(F-P)标准具高反射膜反射相移与入射角的数学模型,并用TFCalc膜系设计软件仿真分析了入射角范围在0°~3°时反射相移的变化,对数学模型进行了验证。结果表明,反射相移与入射角呈指数递增,入射角度在3°时反射相移为2.88×10 -3 rad。实验搭建了F-P干涉成像光路,测得F-P标准具间距为(2015.50919±0.00002) μm,相对误差限约为8.6×10 -9;与未考虑反射相移的测量结果[间距为(2015.50864±0.00082) μm,相对误差限约为9×10 -7]相比,测量准确度有了明显改善。
测量 多光束干涉 反射相移 小数重合法 法布里-珀罗标准具 相对误差限 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091201
作者单位
摘要
山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室, 山东 济南 250061
在工业领域中,具有可追溯性的直接零件标识技术受到越来越多的关注。但是很多产品零部件对于直接零件标识有尺寸要求,限制了信息存储容量。为了提高直接零件标识的数据存储密度,在直接零件标识技术中引入彩色二维条码的概念,设计了一种彩色Data Matrix二维条码直接零件标识。利用纳秒激光标刻设备在钛合金材料上进行标刻实验,成功实现彩色二维条码的激光标刻,并进行质量评估。为了进一步验证条码的可靠性,采集激光标刻二维条码的图像,依照评估结果选择是否在信息提取前进行条码重构,从而校验条码信息。校验结果证明了所加工彩色Data Matrix二维条码是可靠的,彩色直接零件标识技术具有可行性,可以在工业直接零件标识领域进行推广应用。
测量 激光标刻 Data Matrix 彩色二维条码 直接零件标识 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091202
作者单位
摘要
中国华阴兵器试验中心, 陕西 华阴 714200
为了解决目前飞机类目标无目标模型,且目标主体中轴线难于准确提取的难题,提出一种基于分类直线交会解析的姿态信息获取方法。通过推导基准坐标系下姿态角定义与欧拉角递进旋转的唯一对应性关系获取基准旋转矩阵,对承载姿态信息的特征直线进行分类,并提出一种在非中轴直线以外交会的姿态角信息求解方法。该方法利用特征直线与中轴线的相对姿态关系,将直接交会获取基准系下的特征直线向量作为旋转变换输入条件,利用两直线同步旋转前后的向量空间关系,采用修正的Rodrigues变换获取关键姿态旋转矩阵,最后解析求解时刻旋转矩阵获取所需的姿态信息。校飞试验验证了所提算法的可行性,其稳定性优于模型匹配法。所提算法无需建模及特征匹配,处理效率得到了显著提高,普遍适用于导弹及飞机类目标姿态处理,为靶场光学姿态处理提供了一种新的思路和方法。
测量 分类直线 交会解析 旋转矩阵 Rodrigues变换 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091203
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
以2 μm掺铥锁模光纤激光器的理论模型,以及非线性薛定谔方程(NLSE)为依据,分析了激光器内自相似脉冲的演化条件,并输出了峰值功率约为22.66 W的自相似脉冲,同时研究了腔内净色散、色散补偿光纤长度和增益系数等参量对自相似脉冲的影响。结果表明,随着腔内净色散和色散补偿光纤长度的增加,脉冲宽度随之增加,单脉冲能量随之降低,而小信号增益系数的增加会使脉冲宽度和单脉冲能量均随之增加。
激光器 光纤光学 掺铥锁模光纤激光器 自相似脉冲 非线性薛定谔方程 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091401
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学材料科学与工程学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护实验室, 辽宁 沈阳 110016
3 南昌航空大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330063
采用激光增材制造技术制备了12CrNi2合金钢,其主要由铁素体基体和少量残余奥氏体组成,沉积层间热影响区边界明显,与沉积层内部组织相比,其内铁素体粗化而奥氏体减少。经过等温淬火热处理后,沉积态合金钢组织不均匀性消除,同时,强度亦得到明显提高。还报道了贝氏体组织形貌特征随等温淬火温度与时间变化的演化规律及其对成形合金钢屈服/抗拉强度与延伸率的影响机制,提出了获得综合力学性能最优的热处理条件。
激光光学 激光增材制造 合金钢 等温淬火 显微组织 力学性能 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091403
作者单位
摘要
北京科技大学机械工程学院, 北京 100083
采用有限元方法(FEM),考虑了粉末-实体状态的转变以及相变潜热等因素,建立了不同扫描速度下的单层多道温度场仿真模型,并结合实验分析缺陷的产生、微观组织以及力学性能的各向异性。实验结果表明:随着激光扫描速度的增加,液相的润湿性降低,内部孔隙率增大,且熔池的深度和宽度逐渐减小,不易形成良好的冶金结合。熔池内包含大量的胞状晶和树枝状枝晶,高温度梯度易诱导产生胞状晶,而低温度梯度易诱导产生树枝状枝晶。仿真结果也表明,由于不同方向上温度梯度的差异性,横截面与纵截面的平均晶粒尺寸、晶粒取向、应变分布以及晶界取向差分布呈现一定差异。另外,水平放置的试样具有较高的屈服强度,但延性明显低于沿着构建方向且具有细长柱状晶粒的垂直放置试样。
激光光学 选区激光熔化 温度场仿真 微观组织 力学性能 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091404
作者单位
摘要
江南大学机械工程学院, 江苏 无锡 214122
利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备钴基/氧化石墨烯(GO)复合熔覆层,保持扫描速度V1=6 mm/s,送粉速率V2=1.2 r/min,光斑直径D=4 mm不变,设置4组功率P1=1000 W、P2=1300 W、P3=1600 W、P4=1900 W,研究了激光功率对钴基/GO复合熔覆层微观组织及力学性能的影响。结果表明:熔覆层中主要包含TiC、Co2Ti、γ-Co、α-Ti和Cr3C2相,GO在低功率下与TC4基体原位生成TiC,同时与半固态的Co2Ti组织共同作用,GO在高功率下迅速分解,熔覆层成分主要为Co2Ti组织。当激光功率为P2=1300 W时熔覆效果最佳,成形组织均匀,与TC4基体呈冶金结合,熔覆层硬度高达1100 HV0.2,几乎是基体硬度390 HV0.2的2.82倍。
激光光学 激光熔覆 钛合金 钴基粉末 氧化石墨烯 显微硬度 显微组织 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091405
作者单位
摘要
新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047
为了得到激光熔覆Ni35WC11涂层的最优工艺参数,采用单因素控制法,以激光功率、送粉量、扫描速度三种工艺参数作为控制变量,将熔覆层的稀释率、高度和宽度作为参考指标,进行了正交极差分析。结果表明:送粉量、扫描速度、激光功率对参考指标的影响逐渐减小;通过单因素和正交分析得到的最优参数为激光功率为1500 W,送粉量为2 g/s,扫描速度为4 mm/s。根据该参数制作样本,得到的熔覆层硬度为710 HV左右,自腐蚀电位为-0.72 V,自腐蚀电流密度为0.96 A/cm 2,表明了在最优参数下得到的熔覆层硬度高、组织均匀、耐腐蚀性强。
激光熔覆 正交试验 参数优化 熔覆层组织 耐腐蚀 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091406
作者单位
摘要
1 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
2 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518061
构建了一种新型表面等离子体共振杂化结构:单层石墨烯/少层Ti3C2TxMXene/银膜,采用传输矩阵法验证了二维材料Ti3C2TxMXene用于超灵敏表面等离子体共振传感的可行性。通过优化等离子体银膜厚度和Ti3C2TxMXene层数,该等离子体杂化结构的光子吸收和能量损耗达到有效平衡。理论计算结果表明,当入射光波为632.8 nm时,单层石墨烯/3层Ti3C2TxMXene/35 nm银膜的最优配置传感结构能够产生一个趋近于零的光学反射率(3.48×10 -9)。当传感界面发生0.0012 RIU的微弱折射率变化时,可实现110.55°的最大相位差响应,进而获得高达9.21×10 4(°)/RIU的相位探测灵敏度。相比于传统的基于角度调制的传感结构,该等离子体传感结构能够提高4个数量级的增强因子。 因此,所构建的新型表面等离子体共振杂化结构在超灵敏生化传感领域有良好的应用前景。
材料 表面等离子体共振 相位调制 超灵敏生化传感 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091601
作者单位
摘要
1 福建工程学院应用技术学院, 福建 福州 350118
2 福建工程学院信息科学与工程学院, 福建 福州 350118
3 福建工程学院微电子技术研究中心, 福建 福州 350118
采用形变势理论系统地研究了(001)、(110)、(111)晶面双轴张应变以及[001]、[110]、[111]晶向单轴张应变Ge1-xSnx导带结构。结果表明:在 (001)、(110)晶面施加双轴张应变以及[001]晶向施加单轴张应变时,直接带隙Γ能谷的下降速度快于间接带隙L能谷;在 (111)晶面施加双轴张应变以及[110] 、[111]晶向施加单轴张应变时,间接带隙L能谷的下降速度快于直接带隙Γ能谷。因此,可利用(001)、(110)晶面双轴张应变以及[001]晶向单轴张应变实现通过减小Sn的组分将Ge1-xSnx合金调控为直接带隙材料的目的。相关结论可为Ge1-xSnx合金的实验制备及器件仿真等提供关键参数和理论指导。
材料 Ge1-xSnx合金 双轴张应变 单轴张应变 能带工程 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091602
作者单位
摘要
北京工业大学生命科学与生物医学工程学院, 智能化生理测量与临床转化北京市国际科技合作基地, 北京 100024
并行受激发射损耗(STED)显微术采用周期性排列的光学格子作为荧光抑制图案并行实现多点荧光擦除,可以有效地提升显微成像的时间分辨率。本文建立了并行STED显微成像系统的简化光学系统模型,在此基础上推导出受光学参数影响的并行荧光擦除图案周期公式,来阐明辅助物镜及显微物镜对该周期的影响机理。由该公式,解出了能产生更小周期并行荧光擦除图案的最优光学参数。数值仿真结果显示,本文方法能产生出周期小至276 nm×276 nm的正方形网格状并行荧光擦除图案。
显微 荧光显微镜 并行受激发射损耗 荧光擦除图案 光学系统参数 数值仿真 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091801
郭磊 1,2陈怀熹 1,2张新彬 1郭玮 1,2[ ... ]梁万国 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
2 中国科学院大学, 北京 100049
宽谱黄-橙激光是生物医学领域中重要的荧光光源。基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)的宽带准相位匹配技术,提出了一种基于变迹步进啁啾MgO∶PPLN的建模方案。在啁啾MgO∶PPLN中实现了C波段(1525~1565 nm)和波长为980 nm激光的宽带和频,通过遗传算法对变迹率和啁啾周期范围增量进行了数值优化,在波长为600 nm附近获得了转换效率约为-11 dB、带顶波动为0.047 dB、带宽为6 nm的光谱输出,提供了一种高转换效率、小带顶波动的宽谱黄-橙全固态激光输出方案。
非线性光学频率 宽带和频 周期极化晶体 黄-橙全固态激光 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091901
作者单位
摘要
1 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏 南京 210023
2 北京无线电测量研究所, 北京 100854
对基于铟镓砷(InGaAs)材料体系的共面波导型光电导开关进行了理论分析,并研究了开关在无光照的暗态和激光照射的亮态情况下射频信号的传输性能。采用工作波长为1550 nm、脉宽为96 fs、重复频率为103.2 MHz的激光脉冲触发开关对445 MHz的射频信号进行采样,结果表明,该高速光电导开关能实现射频信号的带通采样,同时减小了开关的载流子寿命,有利于实现更高频率的信号采样。
光电导材料 开关 模数转换 带通采样 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092002
作者单位
摘要
天津科技大学机械工程学院, 天津300222
为优化非球面透镜模压成型过程中的工艺参数,利用MSC.Marc软件建立了二维轴对称模型。基于五单元广义Maxwell黏弹性模型对D-ZK3玻璃材料的模压成型过程进行有限元仿真,分析了玻璃预制体和模具等效应力的变化以及模压温度、模压速率、摩擦因数对等效应力的影响。结果表明,透镜边缘的等效应力大于透镜中心,上表面中心点的等效应力大于下表面中心点,透镜和模具的等效应力都随模压速率和摩擦因数的增大而增大、随模压温度的升高而减小,且模具的等效应力大于透镜。正交试验表明,模压温度和模压速率是影响玻璃预制体等效应力的主要因素,结合实际应用得到最合适的模压工艺参数是模压温度为580 ℃、模压速率为0.1 mm/s、摩擦因数为0.2。
光学制造 非球面透镜 仿真分析 成型工艺 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092201
作者单位
摘要
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳, 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳, 471000
离轴反射光学系统克服了传统折射系统的材料限制,具有大口径、小体积、轻量化、无色差等优点,随着自由度极高的自由曲面的大量应用,校正了离轴系统引入的非对称像差,成为了研究的热点。针对离轴三反初始结构求解复杂的问题,介绍了几种离轴反射系统的常用设计方法,从设计原理上将其归结为两类思路:一是根据像差理论先建立同轴系统的初始结构,通过对光学系统的离轴优化实现无中心遮拦;二是直接构建无中心遮拦的简单光学系统,在优化过程中利用复杂面型进行像差优化。根据两类设计原理对不同结构的光学系统进行了实例设计,优化过程和像质评价结果表明,两类设计方法都能够满足设计指标,仅优化过程不同,其构建结果几乎具有等价性。其中第一类方法在像差优化中更具优势,适用于离轴角较小的光学系统;第二类方法避免了复杂的离轴优化,适用于紧凑型光学系统。
光学设计 离轴三反 自由曲面 初始结构求解 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092202
吴莹 1,2,*李美欣 1,2
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学大气物理学院, 江苏 南京 210044
基于AMSR2(Advanced microwave scanning radiometer 2)一级亮温数据,利用广义RI指数识别方法评价东亚洋面上AMSR2 7.3 GHz通道测量数据受射频干扰(RFI)信号的影响程度,并与谱差法的检测结果进行了对比分析。结果表明:二者检测出通道中RFI信号的污染位置和时间变化特征基本相同,但广义RI指数识别方法检测出的RFI信号强度更大、范围更广、像素更多;相同频率下,采用垂直极化方式观测的RFI信号比水平极化方式的多;RFI信号在东亚海域分布呈现东北—西南走向的狭长条带状,且位置和范围均随观测时间的变化而变化;对于AMSR2而言,洋面7.3 GHz通道RFI信号只出现在降轨观测中,主要来源于洋面反射的位于赤道上空静止卫星的下行信号。
遥感 卫星 星载微波辐射计 AMSR2 射频干扰 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092801
作者单位
摘要
航天东方红卫星有限公司, 北京 100094
大气风场的测量对于全球气候变化、海上暴风探测、日常天气预报精度,乃至国家**安全具有重要意义。天基相干测风雷达以其高时-空分辨率、高灵敏度、实时探测、体积小等优点,受到广泛关注。大多数航天器都存在微振动扰动源,会对相干测风激光雷达的信噪比有一定影响。本文在对相干测风激光雷达系统原理分析的基础上,以某型号微振动实测数据为样本,分析了卫星微振动对相干测风激光雷达的信噪比的影响。实验结果表明:卫星微振动对于相干测风激光雷达的信噪比有一定影响,在失配角为3.77 μrad时,信噪比在-1.5 dB~1.36 dB之间浮动,相对来说影响较弱。从微振动的角度来讲,某卫星平台能够满足相干测风激光雷达的探测要求。
遥感 激光雷达 相干测风 微振动 信噪比 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092802
朱达荣 1,2冯康康 1,2,*汪方斌 1,2刘涛 1,2[ ... ]王雪 1,2
作者单位
摘要
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室, 安徽 合肥 230601
理想光滑表面具有很强的偏振特性,但实际表面通常较为粗糙,造成遮蔽效应明显和漫反射严重。为准确表征粗糙表面偏振特性,基于微面元模型,综合考虑遮蔽效应和漫反射情况下,建立一种改进的六参量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型,在此基础上推导出粗糙表面光学反射偏振度表达式。对铝和黑漆材料的偏振度进行模型仿真,反演其复折射率。结果表明,所提模型仿真值与实验测量值更加吻合,复折射率反演精度更高。对45#钢材料开展pBRDF测量,分析了不同入射角、反射角、粗糙度下偏振度的分布。实验结果表明,六参量模型仿真值与实验测量值均能较好地吻合,通过对漫反射部分建模增加了模型的准确性。该研究可为粗糙表面的探测和分析提供理论基础和方法。
散射 偏振 双向反射分布函数 参数反演 粗糙表面 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092901
作者单位
摘要
齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
根据米散射理论,设计了以532 nm激光器为光源、CCD为探测器的极化浊度计。对粒径为2 μm的聚苯乙烯标准粒子(PSL)进行检测,得到了PSL的散射相函数,将其与偏振角为0°和90°的2 μm球形粒子的理论散射相函数进行对比,拟合度分别达到87.3%与88.4%。采用Chahine迭代算法反演得到PSL的粒径为1.94 μm,接近其真实值。将极化浊度计与宽范围颗粒粒径谱仪和扫描电镜的检测结果进行对比,结果表明,该装置检测精度高,且不受人为主观因素影响,对颗粒粒径的准确检测有重要意义,在相关领域应用前景较好。
颗粒粒径 电荷耦合器 米散射 散射相函数 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092902
作者单位
摘要
南开大学现代光学研究所, 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300071
在大气污染物中有害气体成分众多,运用太赫兹、红外等振动光谱检测所得不同成分的吸收峰较难辨别。设计了一种根据所测光谱中可能包含的物质的理论光谱分析所测光谱中不同物质所占比重的算法。利用实验峰值与不同理论峰值的对应关系构建超定方程组,分别基于遗传算法和模拟退火算法进行求解,得到实验光谱中各物质理论光谱的贡献。为了验证所提算法的准确性,利用该算法对已知水团簇组成的水汽系统的实验光谱进行了分析,结果表明:所提算法能够得到不同成分的比重,具有较强的实用性。
光谱学 振动光谱 成分分析 超定方程组 遗传算法 模拟退火算法 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093001
田美玲 1,2,3,**葛翔宇 1,2,3丁建丽 1,2,3,*王敬哲 1,2,3张振华 1,2,3
作者单位
摘要
1 新疆大学资源与环境科学学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
3 新疆大学智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
准确估算土壤含水量(SMC),对干旱区的精准农业、水资源管理具有重要意义。针对传统估算方法和野外测量耗时、费力的问题,通过无人机平台获取新疆阜康市冬小麦样地的高光谱影像数据,分别利用一阶导数、二阶导数、吸光度、吸光度一阶导数(FDA)、吸光度二阶导数对原始高光谱数据进行预处理;采用随机森林(RF)、梯度提升回归树(GBRT)和极端梯度提升(XGBoost)三种算法进行特征变量重要性遴选,基于地理加权回归(GWR)建立模型。结果表明:FDA的预处理效果最佳,以FDA-GBRT为基础的模型效果最优,建模集与验证集的决定系数(R2)分别为0.890、0.891,四分位数间隔为3.490;GBRT算法相较于RF和XGBoost算法优势较为突出,多数模型建模集与验证集的R2均大于0.600;GWR模型对SMC的预测建模有效,可为干旱区农业生态系统的管理与保护提供理论支撑。
土壤含水量 无人机 高光谱数据 机器学习 地理加权回归模型 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093002
作者单位
摘要
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
2 青岛市环境保护科学研究院, 山东 青岛 266003
3 青岛市环境监测中心站, 山东 青岛 266003
采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和 SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3的小时平均结果相关系数分别为0.78和0.798,月平均结果相关系数分别为0.91和0.84,其中NO2的浓度分布呈现明显的早晚双峰特征。与实时获得的车流量数据进行相关性分析,结果显示:NO2浓度与交通流量呈强正相关,相关系数达到0.95;NO2浓度存在工作日高于周末的显著“周末效应”。
光谱学 差分光学吸收光谱 污染监测 交通排放 污染气体 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093003
作者单位
摘要
哈尔滨理工大学自动化学院LED光电工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150080
为解决目前白光LED光谱非连续性问题,设计出一种基于单色LED的太阳光谱合成方法。该方法通过构建单色LED光谱模型,采用最小二乘算法以最大相关指数R2为优化目标,实现对太阳光谱的拟合。在理想峰值波长等间隔LED拟合的基础上,对非等间隔的单色LED进行最佳拟合求解,得到27种单色LED的最优组合,其相关指数R2达到0.9576;通过递减实验,优化分析两组17种单色LED组合光谱的拟合结果,其混合光谱仍满足AM1.5的A级标准要求,实现了多种LED对太阳光谱的最佳拟合,同时降低了工程应用的难度。
光谱学 单色LED 照明 相关指数 AM1.5 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093004
作者单位
摘要
华东交通大学光机电技术及应用研究所, 江西 南昌 330013
炭疽病是油茶最常见的病害之一,因此对油茶炭疽病进行快速检测具有重要意义。提出了一种检测油茶叶片炭疽病的新方法,采用激光诱导击穿光谱检测技术,快速无损诊断正常和感染炭疽病油茶叶片中的Mn元素含量,根据火焰原子吸收光谱法对样品中Mn元素的真实含量进行了分析。分别采用平滑、去噪、归一化、基线校正、一阶求导降噪、二阶求导降噪对光谱数据进行预处理,使用偏最小二乘方法(PLS)建立定量模型,采用间隔偏最小二乘法(iPLS)对光谱数据进行波段筛选。最终结合7点平滑和一阶导数降噪进行预处理,根据iPLS建立定量模型。实验结果表明,平分为24个子区间时,第6个子区间的建模效果最佳,建模相关系数为0.9076,建模均方根误差为0.2090 μg/mg,预测相关系数为0.8947,预测均方根误差为0.2100 μg/mg。
激光诱导击穿光谱 炭疽病 油茶叶片 Mn元素 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093006
张静 1,**孙宇勃 1,*付秀华 1刘冬梅 1[ ... ]李爽 3
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 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
3 光驰科技(上海)有限公司, 上海 200444
针对微光系统光子数量较少的问题,研制出符合色度学的光学调色膜,构成六基色彩色滤镜,从而提升色彩还原度。通过对光谱特性的分析,利用Essential Macleod膜系设计软件以及Mathcad工程计算软件,建立采点迭代法优化模型,实现光学调色膜的膜系设计。采用电子束热蒸发方法制备薄膜。利用光控与晶控相结合的方法进行膜厚控制,以膜堆为单元进行反演分析,实现光学调色膜的研制。该薄膜通过光谱测试,满足使用要求。
薄膜 彩色微光夜视 彩色滤镜 光学调色膜 膜系设计 膜厚控制 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093101
作者单位
摘要
上海应用技术大学计算机科学与信息工程学院, 上海 201418
矿物分析在地质勘测及工程应用中都是一项极为关键的工作,在矿物分析中,相比于传统的物理方法和化学方法,拉曼光谱检测能提供更快速的定性定量分析,最重要的是,它对矿物的损伤可以忽略不计。而基于拉曼光谱的数据分析,传统的机器学习方法效果并不理想,尤其在矿物种类极其庞大的情况下。为此,提出一种基于Siamese网络的相似性学习方法,采用Hungarian算法来优化负样本,与传统的机器学习算法相比,得到了鲁棒性最好的结果。Siamese网络计算出矿物之间的相似度,除了能对矿物进行识别,还可以在一定程度上为该矿物的替代材料提供参考。
视觉 拉曼光谱 机器学习 Siamese网络 相似性学习 矿物分析 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093301