期刊基本信息
创刊:
1974年 • 半月刊
名称:
中国激光
英文:
Chinese Journal of Lasers
主管单位:
中国科学院
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:
李儒新
执行主编:
罗毅
副主编:
骆清铭 张镇西 李学春 陈岐岱 顾冬冬 周朴
ISSN:
0258-7025
刊号:
CN 31-1339/TN
电话:
021-69917051
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
155元/期

本期栏目 2018, 45(3)

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中国激光 第45卷 第3期

作者单位
摘要
1 天水师范学院激光技术研究所, 甘肃 天水 741001
2 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710062
利用垂直生长法制备的氧化石墨烯(GO)作为可饱和吸收体,结合特殊设计的低阈值谐振腔,在Tm,Ho∶LiLuF4全固态激光器中实现了低阈值被动调Q锁模运转。出光阈值功率低至73 mW,稳定锁模阈值功率为663 mW,对应GO可饱和吸收体上功率密度为76.4 μJ·cm-2。典型的调Q脉冲包络重复频率为104.2 kHz,脉宽约为30 μs,包络下锁模脉冲序列的重复频率为178.6 MHz,调制深度接近100%。
激光器 低阈值 Ho∶LiLuF4激光器 氧化石墨烯 调Q锁模 可饱和吸收体 
中国激光
2018, 45(3): 0301001
作者单位
摘要
大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁省先进连接技术重点实验室, 大连 116024
采用激光-钨极氩弧焊(TIG)复合热源对6061-T6铝合金进行了高速焊接,研究了焊接电弧电流、激光脉宽及脉冲频率等工艺参数对气孔形成的影响规律。结果表明,在6061-T6铝合金高速激光-TIG复合焊中,焊接速度的提高使得熔池冷却速度加快,焊缝组织出现细小的等轴晶,热影响区的软化区宽度减小。熔池冷却状态的变化造成“匙孔”稳定性降低并容易坍塌,焊缝中极易形成气孔。随着激光脉宽的增大,焊缝中的气孔数量减少,尺寸减小;随着激光脉冲频率的增大,焊缝中的气孔数量先减少后增加;当电弧电流从180 A增大到200 A时,焊缝中的气孔数量明显减少。
激光技术 复合焊接 高速焊 铝合金 气孔 
中国激光
2018, 45(3): 0302001
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
基于光纤激光-变极性钨极稀有气体保护电弧焊(VPTIG)复合焊技术,利用不同填充焊丝对A7204铝合金进行了焊接,分析了复合焊接接头的显微组织与力学性能,并研究了接头的软化行为及机制。结果表明,ER5087填充焊丝条件下的焊缝上部铸态组织最细小;自然时效90天后,三种填充焊丝条件下的接头力学性能相近,拉伸试样基本断裂于近母材侧的热影响区;三种填充焊丝条件的焊接接头在距熔合线1.6~2 mm处的热影响区硬度最高,而在距焊缝中心3~7 mm处的热影响区有明显的软化带;焊接热影响区存在明显的时效硬化区和再结晶软化区,且自然时效对热影响区软化具有明显影响。
激光技术 光纤激光 复合焊接 A7204铝合金 接头软化 
中国激光
2018, 45(3): 0302002
作者单位
摘要
1 西南交通大学牵引动力国家重点实验室, 四川 成都 610031
2 中国科学院上海应用物理研究所上海同步辐射光源, 上海 201204
3 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置, 北京 100049
通过激光-熔化极稀有气体保护电弧(MIG)复合焊得到了7020铝合金焊接接头,基于电子背散射衍射技术和高精度同步辐射X射线成像等,研究了该接头微观组织、力学性能、疲劳行为及断裂机制。结果表明,在焊接热循环作用下,冷却后复合焊接头各区域的晶粒形态、尺寸及组织成分发生了明显变化。接头静载抗拉强度和屈服强度分别为265.34 MPa和218.85 MPa,接头强度系数为0.74。在50%存活率下,当疲劳寿命为2×106循环周次时,复合焊接头的疲劳强度为96.13 MPa,约为母材的63.14%,焊接过程降低了材料的疲劳性能。疲劳裂纹萌生于复合焊接头熔合区表面深约103 μm的缺口处,呈典型I型四分之一椭圆裂纹扩展形貌。在稳定扩展阶段,气孔对疲劳裂纹扩展速率的影响较小。
激光技术 激光焊接 疲劳裂纹扩展 三维X射线成像 有限元模拟 气孔 
中国激光
2018, 45(3): 0302003
作者单位
摘要
1 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室, 辽宁 沈阳 110136
2 沈阳飞机工业(集团)有限公司, 辽宁 沈阳 110034
以TA15球形粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备了TA15钛合金厚壁件,研究了单重退火和双重退火对TA15钛合金显微组织和室温拉伸性能及各向异性的影响。结果表明,两种退火方式下α相的组织形貌存在明显差异,室温拉伸性能受到β柱状晶晶界影响,呈现出高强度低塑性的特征,沉积方向上的组织变形较大;双重退火对强度及塑性的各向异性具有改善作用;随退火温度的升高,单重退火下的显微硬度变化不明显,而双重退火下的显微硬度略微增大。
激光技术 力学性能 退火方式 显微组织 激光沉积制造 TA15钛合金 
中国激光
2018, 45(3): 0302004
张锐 1石拓 2,*石世宏 1沈婷 1[ ... ]陈磊 1
作者单位
摘要
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安710049
利用光内送粉技术,基于法向分层的路径规划,结合层高测量系统,对不等高扇形结构件的激光熔覆成形实现了闭环控制。提出了一种分层分段控制的新方法,使成形件宽度一致。建立了速度比例-积分(PI)控制器,使实际总堆高达到了期望值,实现了结构件的高精度成形。
激光技术 激光熔覆 快速成形 离焦量不变 不等高熔道 速度控制 
中国激光
2018, 45(3): 0302005
作者单位
摘要
中国石油大学(华东)机电工程学院, 山东 青岛 266580
采用宽带激光熔覆技术,在304L不锈钢表面制备了Fe-Cr-Si-P非晶涂层,分析了涂层的组织结构及形成机制,建立了激光熔覆物理和数学模型,得到了熔池沿深度方向的温度梯度及冷却速率的变化规律。结果表明,涂层微观组织的界面区是平面晶和外延生长树枝晶,中部区域为非晶区,表面为梅花状树枝晶区。凝固过程中,从熔池底部到表面的温度梯度逐渐减小,冷却速率逐渐增大。结合凝固理论,建立了涂层组织特征与形状控制因子及冷却速率的关系模型。
激光技术 宽带激光熔覆 铁基非晶涂层 微观结构 形成机制 
中国激光
2018, 45(3): 0302006
作者单位
摘要
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
基于光内送粉技术,激光熔覆成形了变壁厚偏心圆环结构。规划了变壁厚偏心圆环的成形扫描路径,利用基于机器视觉的层高控制软件获得了每个成形段的实际高度,并与设定的期望高度进行对比,建立了基于比例积分(PI)控制器的速度校正模型。成形的偏心圆环结构的最小壁厚为2.14 mm,最大为6.38 mm。每段总堆高与期望总堆高的误差较小,整体高度相对平整,具备较高的成形精度。成形件不同壁厚处的晶粒组织均匀致密,晶粒尺寸接近。
激光技术 激光熔覆成形 变壁厚结构 偏心圆环 闭环控制 比例积分控制器 
中国激光
2018, 45(3): 0302007
王宏芳 1,2田象军 1,2程序 1,2,*刘栋 1,2王华明 1,2
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学材料科学与工程学院, 北京 100191
通过单轴等温热压缩实验,研究了激光增材制造TC18钛合金在不同变形条件下的热变形行为,分析了其流变应力-应变规律和动态软化机制,建立了峰值应力本构方程。结果表明,激光增材制造TC18钛合金的流变应力-应变曲线表现为连续软化和稳态流变两种特征,其激活能为476.8 kJ·mol-1。当热加工温度处于α+β两相区时,软化机制为动态回复;而当热加工温度处于β单相区时,软化机制为动态再结晶。激光增材制造TC18钛合金较理想的热加工工艺参数:变形温度为830~880 ℃、应变速率为0.001~0.003 s-1和变形温度为750~760 ℃、应变速率为0.001~0.002 s-1。
激光技术 激光增材制造 TC18钛合金 热变形 热加工图 
中国激光
2018, 45(3): 0302008
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
采用非均匀采样与功率谱反演法产生与湍流尺度相关的各向异性非Kolmogorov湍流随机相位屏,进而利用空间光调制器模拟研究圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中的漂移特性和轨道角动量态变化。数值模拟和光学实验结果均表明,圆艾里高斯涡旋光束的漂移值随光束衰减系数、光束主半径、大气湍流外尺度和传输距离的增大而增大,随湍流各向异性系数和光束拓扑荷值的增大而减小,并且在湍流幂律值为3.3附近有极大值。此外,通过对比圆艾里高斯涡旋光束经过大气湍流前后的干涉条纹图样,发现整数阶时拓扑荷值越小,光束经过湍流之后拓扑荷值稳定性就越好。
大气光学 非均匀采样 圆艾里高斯涡旋光束 空间光调制器 漂移 
中国激光
2018, 45(3): 0305001
胡昊 1张骁 1,2,*刘敏 1,2杨凡 1,2安琪 1,2
作者单位
摘要
1 海军航空工程学院电子信息工程系, 山东 烟台 264001
2 山东省信号与信息处理重点实验室, 山东 烟台 264001
针对脉冲位置调制(PPM)与多级编码结合中的错误传播问题,利用多阶段译码原理的“链式规则”,提出一种基于迭代的解调译码方法,给出了8-PPM多级编码调制的硬判决迭代算法。仿真分析表明,迭代解调译码方法可以改善错误传播现象,降低系统的误码率;在相同迭代次数下,信道衰减越大,该译码方法获得的增益越明显。综合考虑性能改善效果及成本,M阶编码调制系统的迭代次数宜选M次以内。
光通信 脉冲位置调制 多级编码调制 多阶段解调译码 迭代 
中国激光
2018, 45(3): 0306001
作者单位
摘要
郑州大学信息工程学院, 河南 郑州 450001
以高精度为研究目标,使用适用范围广、系统相对简单易搭建、可移植性好的接收信号强度检测法(RSSI),对可见光通信定位方法进行研究。由于易受到背景光源的干扰,RSSI定位方法的测量误差很难控制在厘米以下。利用小波分析大幅降低接收信号中的噪声,采用相关检测法提取噪声中的源信号,使用最小二乘法估算位置坐标。通过在不同信噪比条件下的仿真对比,验证了方法的可靠性,发现RSSI可见光定位的误差范围稳定在1 cm以内且随噪声增率较小,比误差分析计算出的未经处理的理论精度提高了数十倍,明显提高了的定位精度。
光通信 可见光通信 室内定位 接收信号强度检测 信号处理 高精度定位 
中国激光
2018, 45(3): 0306002
刘涛 1张洪明 1,2,*宋健 1,2
作者单位
摘要
1 清华信息科学与技术国家实验室, 清华大学电子工程系, 北京 100084
2 深圳市数字电视系统重点实验室(广东省数字电视系统重点实验室), 深圳清华大学研究院, 广东 深圳 518057
基于多次散射模型,设计了基于蒙特卡罗仿真模型的LED传输系统,研究了不同水体环境下接收信号到达角度和接收机视场角对接收信号功率和接收信噪比的影响。在纯水和纯净大洋水环境下,接收信号功率集中分布在0°~3°,较小的接收机视场角(1°)可以获得最大信噪比。在港口水和沿海水环境下,信号功率的分布显著扩展,特别是港口水环境下扩展到0°~90°。在沿海水环境下,当接收机视场角为8°,可以获得最大信噪比;在港口水环境下,接收视场角增大到30°,可以获得最大信噪比。
光通信 水下散射信道 蒙特卡罗仿真 到达角度 视场角 
中国激光
2018, 45(3): 0306003
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 重庆邮电大学自动化学院, 重庆 400065
针对光纤布拉格光栅(FBG)传感系统中数据量庞大、不利于数据传输及存储的问题,提出了一种分段自适应采样压缩感知与改进的正交匹配追踪(SASCS-IOMP)算法。利用设计特定参数的Gabor滤波器提取FBG光谱信号上边带斜率最大的频率点,根据Hilbert变换粗定位FBG中心波长位置,并对FBG光谱进行自适应分割。在不同分割区域设置不同的信噪比阈值,以降低光谱信号的总压缩比。在自适应采样过程中,为缩短算法的运行时间,引入比例-积分-微分控制算法,设计一种自适应步长增长机制,最后利用IOMP算法重构光谱。仿真结果表明,在单峰和多峰情况下,SASCS-IOMP算法都能降低总观测值的数目,且FBG光谱3 dB带宽内的重构误差均在0.7%以内。
光纤光学 光纤光栅布拉格传感器 压缩感知 自适应采样 信号重构 重构误差 
中国激光
2018, 45(3): 0306004
作者单位
摘要
1 北方工业大学计算机学院, 北京 100144
2 北方工业大学电子信息工程学院, 北京 100144
基于传输矩阵法和耦合模理论,分析相移光纤光栅的传输函数以及透射谱特性,结果表明相移光纤光栅具有较好的积分特性,并且相移光纤光栅的积分阶数与所插入的相移点数成正比。基于相移光纤光栅一阶积分特性设计出一种光脉冲整形结构,该结构可将高斯型超短光脉冲整形成平顶脉冲或对称三角形光脉冲。通过进一步调整结构中的加权系数,该系统还可输出非对称三角形光脉冲。当输入的高斯型光脉冲的脉宽发生±10%的波动时,仍然可以得到效果较好的平顶脉冲和三角形光脉冲,故所设计的光脉冲整形系统具有较好的稳定性。
光纤光学 相移光纤光栅 传输矩阵法 积分特性 脉冲整形 
中国激光
2018, 45(3): 0306005
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, 浙江 杭州 310027
血流是衡量机体生理功能和病理状态的重要指标,血流检测需要一种有效的、活体、无标记、毛细血管水平的三维血流灌注成像手段。光学相干血流运动造影(OCTA)技术将血红细胞与周围组织的相对运动作为内源性的血流标记特征,取代常规外源性的荧光标记物。综合利用光学低相干技术的空间散射信号收集能力以及动态光学散射技术的运动识别能力,在三维空间中识别动态血流区域,剔除静态周围组织,实现一种活体、无标记、三维光学血流运动造影,快速获取毛细血管水平的血流灌注形态结构与生理功能信息。针对多样本OCTA技术进行了系统性的回顾,主要包括无标记血流造影的运动对比度机制,微小血流运动高灵敏度检测方法,独立多样本的高效并行采集策略,以及该技术在脑皮层血流成像中的应用研究。
医用光学 光学相干层析 微血管造影 运动对比 
中国激光
2018, 45(3): 0307001
黄世光 1,2,3,*靳翔宇 1林荣赞 1林雪 1[ ... ]黄国亮 1,4
作者单位
摘要
1 清华大学医学院, 北京 100084
2 北京航空航天大学北京学院, 北京100191
3 首都医科大学生物医学工程学院, 北京 100069
4 生物芯片北京国家工程研究中心, 北京 102206
目前临床病原菌检测主要依赖细菌培养的方法,该方法周期长、准确性低,且容易产生交叉污染和人体感染等问题。提出微流控芯片核酸恒温扩增分子诊断技术,开发离心进样空气隔离微流控芯片和共焦面成像光学检测系统,采用旋转扫描信号采集方法和薄层空气浴流动加热比例-积分-微分温控方法对呼吸道病原菌进行实验和分析。研制恒温扩增微流控芯片核酸分析系统,将系统检测灵敏度提高至10 copies,降低样品试剂消耗量至0.94 μL,在45 min内能够同时进行多种病原菌指标的并行分析鉴定。通过100例临床样品实验测试,得到所提系统与传统聚合酶链反应所得结果的总符合率大于98%,可满足医院、社区医疗、乡镇卫生诊所等低成本精准医疗应用的需要。
医用光学 生物医学光子学 核酸分析 分子诊断 精准医学 微流控芯片 恒温扩增 共焦面成像 
中国激光
2018, 45(3): 0307002
作者单位
摘要
深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
基于纳米材料的生物分子检测、光热治疗、光动力治疗和药物靶向输送等新方法,正逐渐成为生物医学领域中重要的诊疗手段。但由于传统纳米材料本身的局限性或治疗手段的缺陷,当前纳米医疗技术存在药物利用率低、毒副作用大和治疗效果低等问题。将纳米技术和光子学相结合,可以在纳米范围内精确控制光与物质的相互作用,从而使生物医学诊疗技术更加精准和稳定。从四个方面总结回顾了近年国内外面向精准化生物医学的多功能纳米光子学技术的发展状况,这四个方面分别为依靠光学技术改善纳米生物医学的稳定性、依靠光学技术实现对肿瘤纳米治疗过程的精准监控、依靠光学技术深入理解纳米生物医学的作用机制以及依靠新型光学技术获取前沿生物医学精细化研究新手段。
生物光学 功能监测和成像 纳米材料 光学诊断医学 
中国激光
2018, 45(3): 0307003
作者单位
摘要
福建医科大学孟超肝胆医院, 福建 福州 350025
光响应纳米基因载体可借外界光源实现基因的定时、定点释放,已逐渐成为非病毒基因载体研究的热点。根据响应光波长的不同,可将光响应纳米基因载体分为紫外/可见光响应的纳米基因载体和近红外光响应的纳米基因载体。综述了这两类载体材料当前的研究进展,阐述了其响应机理和释放过程,并总结了光响应纳米基因载体在构建过程中亟待解决的问题。
医用光学 光响应纳米基因载体 基因控制释放 紫外-可见光 近红外光 
中国激光
2018, 45(3): 0307004
邓勇 1,2骆清铭 1,2,*
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心, Britton Chance生物医学光子学研究中心, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学工程科学学院, 生物医学光子学教育部重点实验室, 生物医学工程协同创新中心, 湖北 武汉 430074
荧光分子层析(FMT)成像是一种具有深度分辨能力的宏观光学成像技术,可定位和量化生物体内的荧光分子探针,在蛋白质相互作用研究、药物作用机制解析以及肿瘤治疗效果评价等方面具有巨大的应用潜力。然而,FMT的一个关键挑战是其逆向问题具有高度病态性,这意味着图像重建对测量噪声及各种数值误差非常敏感。要获得良好的图像重建结果,除了尽可能提升系统的性能以减小测量噪声外,还主要取决于两个方面:一是提高正向问题求解的精度以降低数值误差;二是缓解逆向问题的病态性使其抗噪声能力更强。本综述介绍了目前FMT图像重建在这两个方面的研究进展。
医用光学 荧光分子层析成像 图像重建 正向问题 逆向问题 
中国激光
2018, 45(3): 0307005
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 华中科技大学Britton Chance生物医学光子学研究中心, 湖北 武汉 430074
随着科学的进步,生命科学的研究对象由单个器官向组织体、离体组织切片及发育过程中的活体胚胎转变。荧光特异性标记的出现,为追踪物质在单细胞、组织体、器官甚至整个胚胎内的转移过程提供了手段。为了实现整个追踪过程,需要对活体胚胎进行无损、非侵入式的亚细胞级别成像,这就对荧光显微技术提出了更高的要求。在传统荧光显微技术基础上发展了光片照明和超分辨荧光显微技术。前者通过选择平面照明方式,只激发探测物镜焦平面附近的样品,因其具有高穿透深度、低漂白和高成像速度而广泛应用于三维活体组织成像;后者利用特殊的光调控手段将显微镜的分辨率提升至纳米水平,成为研究亚细胞水平生命活动的有力**。通过介绍2大技术的发展、融合以及目前所遇到的问题,探究新型的、适宜观察三维厚组织样品亚细胞结构和生命过程的成像方法。
生物光学 光片照明 超分辨率 厚组织成像 三维成像 贝叶斯分析 
中国激光
2018, 45(3): 0307006
作者单位
摘要
1 东北大学中荷生物医学与信息工程学院, 辽宁 沈阳 110016
2 斯蒂文斯理工学院电气与计算机工程系, 美国 霍博肯 NJ07030
拉曼光谱是一种用于分析分子化学成分、结构等信息的检测技术,具有信息丰富、制样简单、水的干扰小、非侵入等特点,在生物医学等研究领域中具有广泛应用。拉曼光谱成像作为一种结合拉曼光谱和成像的混合模式,通过采集空间中每个像素处的拉曼光谱信息,将分子信息在空间上展现,并定性、定量与定位地分析物质分子。相对于传统的拉曼光谱测量,拉曼光谱成像可额外提供生物医学应用中极为重要的空间信息,因此,以图像形式观测物质成分与结构等信息的拉曼光谱成像技术在生物样本检测、临床诊断及治疗等生物医学领域中具有重要的应用价值。从拉曼光谱原理出发,介绍了拉曼光谱成像技术及其发展,并综述了近年来拉曼光谱成像技术在生物医学领域中的应用,最后总结并展望了拉曼光谱成像技术及其发展趋势。
医用光学 拉曼光谱成像 拉曼光谱 成像 生物医学 
中国激光
2018, 45(3): 0307007
作者单位
摘要
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
光声显微成像技术是近年发展迅速的一种基于光学吸收差异的成像技术,它继承了光学成像对比度高、超声成像深度深的优点,表现出纯光学显微成像技术所无法比拟的优越性。光声显微成像实现了从声学分辨率至光学分辨率的多尺度成像,发展出从单纯的吸收结构到功能的多参量成像、从依靠内源吸收体到外源对比剂的多对比度成像、从依赖超声换能器到全光学激发与探测、从单一吸收成像到与光学相干层析成像、荧光成像、双光子成像、二次谐波成像等结合形成多模态的光声显微成像技术。现已在血管生物学、肿瘤学、神经学、眼科学,以及皮肤学等生物医学领域得到应用。
医用光学 光声成像 光声显微成像 多尺度光声成像 多参量光声成像 多模态光声成像 生物医学 
中国激光
2018, 45(3): 0307008
作者单位
摘要
福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350116
基于荧光随机涨落的超分辨显微成像技术具有成像速度快、空间分辨率高、系统成本低和光毒性小的成像优势,在对生物亚细胞结构及其动态运动过程的成像和监测中具有广阔的应用前景。近年来,基于荧光发射的间歇性,发展出多种图像重建算法实现荧光涨落超分辨成像,在无须对传统的荧光显微镜做任何硬件改造的情况下,显著提升了光学成像的空间分辨率,实现了突破光学衍射极限的超分辨成像。从重建算法、成像速度、分辨率提升和图像重建质量等方面,对比分析不同类型荧光涨落超分辨方法的差异和适用范围,为生命科学研究人员针对特定的生物学问题选择最佳的超分辨方法提供参考依据。
医用光学 图像处理 超分辨成像 荧光涨落 衍射极限 空间分辨率 
中国激光
2018, 45(3): 0307009
作者单位
摘要
1 上海理工大学医疗器械与食品学院生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
2 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
触诊和弹性成像是测量组织硬度、反映疾病状态的常见医学诊断方法,在现有的组织弹性成像技术中超声弹性成像已经相当成熟。光声成像利用组织吸收脉冲光产生的光声信号进行成像,兼具光学成像高选择性和纯超声成像高成像深度的优点;弹性成像是将材料的弹性信息转换成图像,一般分为诱导形变、测量形变和形成图像这几个步骤。基于光声技术的弹性探测及成像的机理和技术已有报道,回顾了当前光声弹性探测的研究成果。在此基础上,基于光声信号本身即为组织热弹性形变产生的超声波,即超声波的传输与组织的弹性特性相关,提出基于光声信号的组织弹性分析,结合光声的功能成像实现功能和弹性的多功能成像,为疾病,特别是肿瘤的诊断与治疗提供更精确的信息。
生物光学 光声成像 弹性 生物组织 多功能 
中国激光
2018, 45(3): 0307010
作者单位
摘要
西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室, 陕西 西安 710049
表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有高灵敏度、高分辨率的优点,可表征分子的指纹振动光谱,实现对样品的无损测量,在光谱分析领域具有重要应用。SERS光谱的灵敏度、稳定性及可重复性与所用的SERS基底性能密切相关。目前常用的SERS硬质基底存在制备过程复杂、柔性差、不便携带且易碎的缺点。利用纸张作为支撑的SERS纸质基底能有效解决硬质基底存在的问题,满足未来分析检测领域快速、便携以及个性化的需求。介绍了当前制备纸质SERS基底的主要方法,包括直接浸泡/滴加法、喷墨打印法、化学反应法和物理喷镀法,并对纸质SERS基底在生物医学分析与传感、环境分析以及食品安全等领域的具体应用进展进行了阐述。
医用光学 拉曼光谱 纸质基底 等离子体纳米颗粒 喷墨打印 纳米金 
中国激光
2018, 45(3): 0307011
李颖超 1,2,3,*刘昂 1,2,3李贵叶 1,2,3刘丽娜 1,2,3[ ... ]陈玲玲 1,2,3
作者单位
摘要
1 深圳市激光工程重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学先进光学精密制造技术省高校重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
光学投影断层成像技术是一种新颖的针对毫米至厘米量级的介观尺寸的三维荧光成像技术,具有经济、快速、分辨率高和成像范围广等优异性能,是当今生物医学光子学领域的研究热点之一。综述了光学投影断层成像的技术原理、发展研究现状以及其广泛的应用领域,阐述了不同光学投影断层成像技术的特点。目前光学投影断层成像技术的发展主要集中在系统自身(包括焦平面扫描、角度复用、角度滤波等方法)的改进、后期图像重组算法的改进以及该技术结合多维度荧光成像技术三个方面。通过技术细节的改进和发展,光学投影断层成像在生物医学、组织形态学和组织病理学、活体成像和荧光标记追踪等研究领域获得广泛应用。
生物光学 荧光成像 光学投影断层成像 滤波反投影算法 介观成像 三维成像 
中国激光
2018, 45(3): 0307012
作者单位
摘要
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
针对荧光微球图像分割存在粘连及有限标记样本分类困难等问题,提出了一种基于改进分水岭及半监督最小误差重构分类器(SSMREC)的荧光微球图像分割及分类方法。采用改进分水岭方法对荧光微球图像进行分割,有效分离粘连,得到独立的荧光微球对象;对微球对象的色调(H)、饱和度(S)、明度(V)即HSV颜色空间进行非均匀量化,去除冗余信息,提取鉴别特征;采用半监督误差重构分类器实现荧光微球分类。将本文方法与线性鉴别分析分类器(LDA)、随机森林分类(RFC)、稀疏表示分类器(SRC)、K近邻分类器(KNN)、支持向量机(SVM)分类方法进行比较。实验结果显示,针对每类样本随机选取2,4,6,8个有类别标记的样本时,本文方法的总体分类精度比其他算法高3.5%~14.3%,该算法在类别标记样本量较少的情况下,能够有效提高分类精度。
生物光学 半监督分类 误差重构 分水岭 特征提取 荧光微球 
中国激光
2018, 45(3): 0307013
张赛文 1,2,3于斌 1,2,3,*陈丹妮 1,2,3吴晶晶 1,2,3[ ... ]屈军乐 1,2,3
作者单位
摘要
1 深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
3 深圳生物医学工程重点实验室, 广东 深圳 518060
为了提高荧光超分辨显微技术的时间分辨率,提出了各种高密度荧光分子定位算法。对基于压缩感知模型的凸优化(CVX)工具箱的内点算法、同伦算法以及正交匹配追踪(OMP)算法的重构密度、定位精度、定位时间进行比较。模拟结果表明,CVX方法和同伦算法能够在高密度情况下实现精确定位,OMP算法与同伦算法运行时间比CVX算法短,但OMP算法在高密度的情况下定位精度相对其他2种算法明显下降。实验结果表明,3种算法都能实现高密度的荧光分子定位,CVX方法和同伦算法具有较好的重构效果;在500幅图像重构中,同伦算法与OMP算法的速度相比于CVX算法分别提高了14.9倍和21.2倍,大幅度缩短了重构时间。
生物医学光子学 荧光显微镜 超分辨成像 压缩感知 荧光分子定位 定位算法 
中国激光
2018, 45(3): 0307014
蔡双双 1,2郑龙飞 1,2曾碧新 1,2李润 3徐敏 2,4,*
作者单位
摘要
1 温州医科大学生物医学工程学院, 浙江 温州 325035
2 温州医科大学激光与光子生物医学研究所, 浙江 温州 325035
3 费尔菲尔德大学机械工程系, 美国 康州 06824
4 费尔菲尔德大学物理系, 美国 康州 06824
结合光的强度传输方程和微分干涉相差(DIC)显微镜设计了一套定量相位显微成像系统,用以同时揭示癌变过程组织微结构的三维改变以及由此导致的光散射特性的变化。采集257例乳腺浸润性导管癌未染色石蜡包埋组织切片的DIC图像,由强度传输方程获得其二维分布相位图,并由散射相定理进一步导出空间分辨的光散射特性图。结果表明:乳腺浸润性导管癌的分级与组织的约化散射系数、各向异性因子高度相关;随着癌症分级的提高,乳腺浸润性导管癌组织的约化散射系数显著增大,各向异性因子显著减小。利用所得的光散射特性参数预测乳腺浸润性导管癌的癌症分级,准确率可达88%。DIC显微镜自身具有的无标记、高图像衬度等特点使得该实验方法也可以用于新鲜组织或冰冻组织切片,并可用于实时、快速的病理诊断。
医用光学 定量相位成像 强度传输方程 微分干涉相差显微镜 散射相定理 光学病理术 
中国激光
2018, 45(3): 0307015
作者单位
摘要
苏州大学电子信息学院, 江苏 苏州 215006
在荧光分子断层图像重建过程中,对于生物组织体内具有相同光学参数、相同深度,但不同体积的荧光团,重建出的荧光团光学参数存在较大误差。提出了一种基于体积补偿的荧光分子断层图像重建算法。该算法利用改进的迭代自组织数据分析技术(ISODATA),设计了初始聚类中心选择和初始期望聚类个数确定的方法,对预迭代的重建图像进行聚类分析。根据聚类得出的荧光团体积大小,设计了一种基于对数运算的体积权值系数计算方法,对重建的荧光光学参数进行非线性补偿。仿真实验结果表明,非线性补偿方法能够较好地修正因荧光团体积大小不一而造成的图像重建误差,显著提高重建图像的质量。
医用光学 荧光分子断层成像 图像重建 补偿 
中国激光
2018, 45(3): 0307016
作者单位
摘要
1 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学信息工程学院, 广东 深圳 518060
在活体细胞内研究其亚细胞结构以及细胞器和分子之间或不同分子之间的相互作用过程是目前生命科学研究的主要挑战,而发展一种能够实时检测完整细胞内多个生物分子随时空变化的单分子探测和追踪技术对于研究生命过程中的分子机制具有重要意义。设计并搭建了基于变形光栅和双螺旋点扩展函数的显微成像系统,实现了在三维空间内扩展景深和纳米定位功能,极大地扩展了成像深度。通过模拟分析,该系统在高定位精度下可实现12 μm厚样品的动态探测,并实现了完整活细胞中动态粒子的实时定位和追踪。
生物光学 动态追踪 定位精度 景深 活细胞 
中国激光
2018, 45(3): 0307017
张娜 1,*冯金超 1,2李哲 1,2贾克斌 1,2,3
作者单位
摘要
1 北京工业大学信息学部, 北京 100124
2 先进信息网络北京实验室, 北京 100124
3 北京工业大学未来网络科技高精尖创新中心, 北京 100124
光声成像结合了光学成像和声成像的优点,是一种具有高空间分辨率、高对比度的无损成像技术,成为当前生物医学成像的研究热点之一。重建光声图像是一个典型的逆问题,具有严重的病态性。针对光声成像的病态性和较大的系统矩阵会导致重建速度慢的问题,提出了一种基于Lanczos双对角化的快速指数滤波重建方法,并通过数值仿真证实了该方法的有效性。仿真结果表明,所提方法在保证重建图像高质量的同时极大地提高了重建速度,其重建时间是指数滤波和后投影方法的1/67~1/47。
医用光学 图像处理 光声成像 正则化 指数滤波 Lanczos双对角化 
中国激光
2018, 45(3): 0307018
作者单位
摘要
1 中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
2 信阳市质量技术监督检验测试中心, 河南 信阳 464000
利用强激光作用在高压二氧化碳气体中产生受激拉曼散射作为激光波长转换的机理, 获得了1248 nm激光输出。结果表明:采用波长为1064 nm的抽运光,通过优化二氧化碳压力及透镜聚焦参数,得到了一级斯托克斯光(S1,1248 nm)的最大转换效率为36.6%,最大单脉冲能量为82 mJ。
散射 受激拉曼散射 Nd∶YAG激光 二氧化碳 一级斯托克斯光 
中国激光
2018, 45(3): 0308001
杨鑫 1,2,*王辉 2,3李勇 2,3李志光 2,3
作者单位
摘要
1 苏州大学信息光学工程研究所, 江苏 苏州 215006
2 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
3 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
根据光路可逆的原理,提出了一种基于频域合成的计算机制半周视彩色彩虹全息算法。首先对半周视彩色彩虹全息的原理进行分析,总结了观察窗口与频域的对应关系,指出半周视彩色彩虹全息图物光的频谱由三原色的半环形频谱组合而成;使用彩色三维物体在特定方向上的多个投影图像分别进行分色、插值,再进行二维傅里叶变换,在频域内合成半周视彩色彩虹全息的物光频谱,对合成的物光频谱进行二维傅里叶逆变换,取实部,加上一个偏置分量,得到半周视彩色彩虹全息图。采用该算法计算了一个面积为47 mm×47 mm、分辨率为84000 pixel×84000 pixel的全息图,通过全息输出系统输出,再进行显影定影漂白,实现了可白光再现的半周视彩色彩虹全息图,其显示的三维效果逼真,颜色绚丽,可以同时供多人观赏。
全息 半周视彩色彩虹全息 计算机制全息 彩虹全息 傅里叶变换 傅里叶逆变换 
中国激光
2018, 45(3): 0309001
作者单位
摘要
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
针对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的加速度响应影响声压信号探测的问题,研制了一种聚氨酯端面增敏结构的DFB光纤激光水听器。建立了该结构水听器的加速度灵敏度理论模型,理论分析了套筒结构与水听器的加速度灵敏度的关系,仿真分析了水听器两端聚氨酯的弹性模量、泊松比以及高度的差异与其加速度灵敏度的关系,实现了对水听器各结构以及材料参数的优化,并制作了水听器原型样品与拖曳线列样阵,分别开展了加速度灵敏度测试和湖上动态拖曳实验研究。实验结果表明,该结构水听器在20~2000 Hz频率范围内的加速度灵敏度在各频点均小于1.2 dB,与理论分析结果较为吻合,在动态拖曳过程中的变速运动阶段也能对目标形成较高信噪比的稳定波束指向。水听器的抗加速度性能得到了有效预测以及实验验证。
传感器 DFB光纤激光 水听器 加速度灵敏度 对称化设计 拖曳线列阵 
中国激光
2018, 45(3): 0310001
作者单位
摘要
1 大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
2 中国电子科技集团公司信息科学研究院, 北京 100086
为了满足偏振光定位的实时性要求,设计了基于STM32的偏振光定位系统,实现了偏振方位角数据的同步采集,降低了系统数据总线的复杂程度及上位机接收数据的复杂度,同时也解决了太阳高度角和方位角的双解问题。首先根据偏振光定位原理设计了4个偏振方位角采集模块,用来采集天空中4个观测方向的偏振方位角,每个偏振方位角采集模块的精度可达±0.2°;其次,设计了太阳方向矢量判断模块,用来解决偏振矢量的180°二义性造成的太阳高度角和方位角的双解问题。实验结果表明:偏振光定位系统可以得到正确的太阳高度角和方位角,并且适用于全天定位;在约55 min的实验中,地理经度和纬度的最大误差分别为±1°、±1.5°;偏振光定位系统满足实时性的要求,定位精度稳定,可以应用于实际定位。
大气光学 偏振光定位系统 定位 实时性 
中国激光
2018, 45(3): 0310002
作者单位
摘要
1 北京无线电计量测试研究所, 北京 100854
2 中国航天科工集团二院研究生院, 北京 100854
基于调制转移光谱、吸收鉴频和色散鉴频技术的应用,根据被动型氢原子钟的工作原理,对单频调制的微波探测信号的氢原子跃迁鉴频和微波腔谐振鉴频过程进行了详细的理论分析和数学推导。在此基础上仿真得到了鉴频曲线与不同调制深度对应的误差信号幅值的关系,并与实验测试结果进行对比分析,验证了被动型氢原子钟单频调制的调制解调原理的推导过程,得到了使被动型氢原子钟短期稳定度最好的调制深度;上述分析过程为被动型氢原子钟单频调制技术提供了性能优化的理论基础和依据,为电路方案改进提供了设计原理。
光谱学 被动型氢原子钟 单频调制技术 鉴频 理论分析 优化 
中国激光
2018, 45(3): 0311001
作者单位
摘要
首都师范大学物理系, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
提出了一种基于各向异性超表面的太赫兹宽带偏振转换器,该器件由金属-电介质-金属三层构成,位于顶层的是沿对角线相交的正方形谐振腔,底层为金属板,中间被介质层隔开。通过仿真计算该结构在所研究频率范围内的反射比和偏振转换率,结果表明该偏振转换器可以在0.4~1.04 THz频率范围内将线偏振的太赫兹波偏振方向旋转90°,转换率达90%以上。同时, 在偏振转换率高的频率下对该结构表面电流分布进行仿真,分析了高偏振转换率的机理。该偏振转换器与以前的设计相比不但结构简单,而且工作带宽较宽,在太赫兹波的偏振调制方面具有潜在的应用价值。
光学器件 太赫兹 宽带 偏振转换 超表面 偏振转换率 
中国激光
2018, 45(3): 0314001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
高功率光纤激光系统在工业、**等领域有着重要的应用。如何提高单纤激光系统的输出功率一直是研究的热点。目前,受激光二极管(LD)抽运光源亮度和光纤材料水平的限制,尚未见利用单端注入976 nm直接抽运的单纤系统或者国产光纤系统实现10 kW级功率输出的报道。
中国激光
2018, 45(3): 0315001
陈金宝 1,2,3,*曹涧秋 1,2,3黄值河 1,2,3潘志勇 1,2,3[ ... ]刘爱民 1,2,3
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 长沙 410073
2 高能激光技术湖南省重点实验室, 长沙 410073
3 大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 长沙 410073
高功率光纤振荡器因具有结构简单、性能稳定、成本低等优点而备受关注。2017年国防科技大学利用自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤,实现了多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器的3 kW量级功率输出,其受激拉曼抑制超过52 dB,验证了多级级联分布式抽运方案在拉曼抑制方面的优势。实验结构示意图及实验结果如图1所示,图1(b)插图为分布式侧面耦合包层抽运光纤横截面示意图。图1(a)中1为抽运纤芯,2为信号纤掺镱纤芯,3为信号纤内包层,4为外包层。
中国激光
2018, 45(3): 0315002