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 2022, 49(4)

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中国激光 第49卷 第4期

作者单位
摘要
1 东华大学理学院,上海 201620
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心,上海 201800
3 中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
海洋温度和盐度是重要的海洋环境参数,对了解海洋性质、生物多样性具有重要作用。本文基于碘分子吸收池的边缘探测技术,将携带有温度信息的布里渊散射光分为三束,这三束光分别通过三个压强不同的碘分子吸收池,形成三个探测通道,得到两个信号的强度比值信息;之后利用迭代算法即可同时反演出被测区域的温度和盐度信息。采用探测器输出信号强度比值的形式能有效抑制激光器光强抖动带来的影响。为将测温误差控制在0.2 K以内,所提算法对探测器输出强度比值的随机抖动程度为1.3‰。本技术路线具有不受入射角影响、测量速度快、无需事先知晓盐度信息等优势,有望应用于机载、星载等移动平台上。
测量 碘分子吸收池 边缘探测 温度反演 信号强度比值 抖动 
中国激光
2022, 49(4): 0404001
郭媛 1郑刚 1,*盛启明 2聂梦笛 1[ ... ]韩园 2
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安工业大学电子信息工程学院,陕西 西安 710021
针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题,提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论,确定了位移-波长漂移量的变化系数,然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法,最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明,波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm,波长漂移解算速度达50/s(测量时间为0.02 s),相比光学拍频法和干涉比较法,测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h,测量标准差为0.049 pm,平均中心波长稳定性在0.19×10-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。
测量 调频连续波 干涉腔测量法 激光器 波长稳定性 
中国激光
2022, 49(4): 0404002
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
3 白俄罗斯共和国开放式股份公司“精密电子机械制造设计局-光学机械设备”,白俄罗斯 明斯克 220033
退偏器在深紫外光刻机照明系统中具有重要作用。尽管相关的设计、制造、性能评估已有一些报道,但是,相应的检测手段大多工作在可见光波段,目前仍缺乏直接对深紫外特定波长应用的退偏器进行性能检测的方法。本文提出了一种与激光光强波动无关的248 nm退偏器检测方法,使用248.372 nm波长的KrF准分子激光器作为光源,利用预起偏和偏振分光设计克服了激光光强波动造成的不利影响。误差分析表明,该方法适用于退偏器性能检测,绝对系统误差小于0.1226%,随机误差约0.2000%。验证实验和稳定性实验表明,测量偏振度均值与理论值高度一致,重复性水平与分析预期相当,再现性水平仅略差于重复性水平。这一方法为248 nm光刻机照明系统中使用的退偏器提供了一种稳定有效的离线性能检测手段。
测量 偏振检测 退偏器 深紫外 光刻 误差分析 
中国激光
2022, 49(4): 0404003
作者单位
摘要
四川师范大学物理与电子工程学院,四川 成都 610068
实际高能激光器(如半导体激光器、光谱合束系统)出射的激光存在椭圆分布的现象。高能激光在大气中传输时会遭遇非线性热晕效应,大气热晕效应对椭圆高斯光束传输特性的影响还未见报道。用解析和数值模拟方法研究了风控热晕下椭圆激光光束质量的优化问题,推导出了热畸变扭曲参数的解析公式,并证明了其正确性。研究表明:由于椭圆光束像散特性,大气热晕效应对其传输特性的影响与风向密切相关。当源平面处迎风方向的束宽越大(光斑面积相等)时,聚焦椭圆高斯光束受热晕效应的影响越弱,靶面光斑对称性越好,能量集中度越高,即靶面光束质量越好。因此,在实际工作中,聚焦椭圆高斯光束的短轴沿着大气的总体风向更有利于减弱热晕效应。并且,聚焦椭圆高斯光束达到稳态热晕的时间与源平面处沿风方向的束宽成正比。研究结论对高能激光大气传输的应用具有理论指导意义。
大气光学 大气传输 热晕效应 椭圆高斯光束 光束质量 
中国激光
2022, 49(4): 0405001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
针对惯性约束聚变(ICF)装置中的光路排布和柱形靶腔结构,建立了基于诱导空间非相干(ISI)和消衍射透镜阵列(DLA)联用的宽带激光束匀滑方案的靶腔内光传输模型,进而开展了腔壁辐照特性的分析和优化。在基于ISI与DLA联用的宽带激光束匀滑方案中,主透镜焦距与柱形靶腔参数的匹配至关重要,否则将对不同入射角度集束在腔壁处的光斑造成不同程度的破坏,导致腔壁光斑交叉重叠,从而严重破坏腔壁辐照的均匀性。本文通过分析主透镜焦距和DLA参数等对腔壁辐照特性的影响规律,开展了宽带激光束匀滑方案的参数设计及优化,以改善腔壁辐照的均匀性。结果表明:增大主透镜焦距,可有效保持不同入射角度集束在腔壁处光斑的包络,从而减轻腔壁光斑交叉重叠的现象;合理选取DLA的子透镜数目和子透镜长短轴比例,可以提高腔壁光斑的占空比,并有效减少束匀滑所需的时间;优化内环集束的入射角度,可以避免内环与外环集束在腔壁上交叉重叠。
激光光学 惯性约束聚变 柱形腔 诱导空间非相干 消衍射透镜阵列 腔壁辐照特性 
中国激光
2022, 49(4): 0405002
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
提出了一种基于相位板旋转排布的束匀滑方案,通过在激光集束中以旋转方式排布具有旋转非对称性的相位板,为集束中各子光光束提供不同的空间相位调制,进而利用存在一定波长差的子光束在靶面的动态干涉,使得焦斑内部散斑在多方向、多维度快速扫动,从而达到在皮秒时间尺度内改善焦斑均匀性的目的。以2×2集束为例,通过建立基于相位板旋转排布的束匀滑方案物理模型,分析了相位板参数、排布方式、激光束相位畸变参数以及空间偏差对束匀滑效果的影响。结果表明,在基于相位板旋转排布的束匀滑方案中,仅需同时加工多套参数相同的相位板,即可降低相位板的设计、加工难度。此外,该方案的束匀滑效果受激光束相位畸变、相位板排布方式以及空间偏差的影响较小。
激光光学 惯性约束聚变 相位板旋转排布 束匀滑 加工难度 
中国激光
2022, 49(4): 0405003
武超人 1,2高华 1,2王龙生 1,2,*郭园园 1,2[ ... ]王云才 1,2
作者单位
摘要
1 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
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
提出一种基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发方案:混沌驱动信号对称地经过两个非平衡马赫-曾德尔干涉仪驱动无外腔反馈的响应激光器,并通过随机键控马赫-曾德尔干涉仪中的相位调制器实现相移键控混沌同步。通信双方对相移键控混沌同步时序进行双阈值量化产生随机密钥,然后交换、对比键控参数并筛选出参数相同(即键控相位相同)时的随机密钥作为一致密钥,实现密钥分发。本方案中,混沌驱动信号经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪产生了基于延时自干涉的非线性变换,降低了驱动信号与响应信号之间的相关性(~0.25),提高了密钥分发的安全性。此外,利用共驱无外腔反馈响应激光器构成开环同步结构,缩短混沌同步恢复时间至~1.8 ns,提高了密钥分发速率。数值仿真结果表明,在误码率为3.8×10-3的条件下,可实现1.28 Gbit/s的高速密钥安全分发。
光通信 半导体激光器 混沌激光 混沌同步 密钥分发 保密通信 
中国激光
2022, 49(4): 0406001
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 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
3 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
随着5G时代的到来,自由空间光通信成为无线通信领域的研究热点,限制激光通信系统在大气信道下发展的主要因素是湍流闪烁效应。为了提高激光通信系统在大气信道下的通信性能,本文提出了一种基于雪崩光电二极管自适应增益控制的激光传输终端大气湍流的抑制方法,建立了大气湍流信道时域频域模型,编写了一套闭环调节算法并在湍流条件下搭建了具有自适应增益控制算法的无线激光通信实验。结果表明:在弱湍流条件下,光强闪烁方差由0.057降低至0.023,开启自动增益控制的功率谱曲线更加符合5/3次幂律谱,系统误码率降低两个数量级。经多次试验证明,自适应增益控制算法有效地抑制了湍流引起的信号功率波动,实现了高抗干扰能力的无线激光通信。
光通信 自由空间光通信 大气湍流 雪崩光电二极管 自适应增益控制 
中国激光
2022, 49(4): 0406002
于淼 1,*吉顺兵 2刘海 2杨光 3[ ... ]孙铭阳 3
作者单位
摘要
1 电子科技大学中山学院电子信息学院,广东 中山 528402
2 中国人民解放军31131部队,江苏 南京 211112
3 吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林 长春 130012
随着我国高速、大容量、宽带网络的快速发展以及军用短距离战术通信系统的广泛应用,对于通信网络中光纤及无源器件故障的精准定位与实时在线监测日趋重要。本文基于非相干光频域反射(IOFDR)技术机理,以光纤中后向瑞利散射光作为信号光,并结合光波传导方程,提出了一种低成本、高精度、分布式光纤质量检测方法,并对其数值模型进行了详细推导,设计系统结构,研制系统样机。通过实验验证,采用非相干连续光源,可以以较低的光功率(<10 mW)初步实现10 km光纤的分布式检测,并可保证光纤沿线无差异的空间分辨率0.1 m,动态范围优于34.5 dB,事件盲区极小,可有效解决传统光时域反射技术(OTDR)的注入功率大、空间分辨率低、事件盲区大以及相干光频域反射技术(COFDR)成本高、体积大、测量距离有限等问题,是一种极具发展潜力和推广价值的高精度光纤网络在线健康监测技术。
光纤光学 非相干光频域反射技术 光纤故障 高精度定位 在线监测 
中国激光
2022, 49(4): 0406003
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室,重庆 400065
2 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
为了实现无束缚式的居家健康生理信息检测,提出了一种基于光纤布拉格光栅传感器的呼吸与心跳信号采集方法。针对信号在测量过程中存在的噪声干扰问题,提出了一种变分模态分解联合改进小波阈值函数的降噪算法,首先利用变分模态分解去除信号中的大部分高频噪声,其次利用改进的小波阈值函数去除信号中的残余噪声。利用带通滤波器将降噪后信号中的呼吸与心跳信号分离并计算其频率。实验结果表明,该方法获得的心率的最大误差率为8.75%,呼吸的最大偏差为1 beat/min。
传感器 光纤布拉格光栅 变分模态分解 阈值函数 信号降噪 呼吸率 心率 
中国激光
2022, 49(4): 0406004
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 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
3 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
根据水下可见光通信长距离传输的需求,对水下光通信信道进行建模仿真,并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行开关键控(OOK)调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波(FIR)、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能,并在不同水质环境中进行水下光通信实验,对整体通信系统进行误码率分析,验证系统性能。实验结果表明,在满足误码率等于10-6条件下,接收机灵敏度可以达到-38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10-6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m,Ⅱ类水质中传输距离10 m,Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。
光通信 水下可见光通信 开关键控调制 数字信号处理 现场可编程逻辑门阵列 
中国激光
2022, 49(4): 0406005
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学通信工程学院,浙江 杭州 310018
2 长春理工大学空间光电技术研究所,吉林 长春 130022
利用传输矩阵理论,对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析,该滤波器由两段不同长度的保偏光纤(PMF)并联构成。仿真结果表明:该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试,通过调节滤波器中的偏振控制器(PC),可以实现通道间隔的可调操作,调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状,与理论分析得到的结论一致。最后,为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性,设计了一种基于四波混频(FWM)效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明:该激光器可以输出通道间隔为0.9 nm或0.35 nm的多波长激光,这与仿真结果以及测量结果一致。
光纤光学 光滤波器 传输矩阵理论 双Sagnac环 通道间隔可调 偏振无关 
中国激光
2022, 49(4): 0406006
付磊 1,2王萍 1,2王斯佳 1辛静 1[ ... ]姚翠萍 1,*
作者单位
摘要
1 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
2 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,陕西 西安 710119
对水中不同间隔下的双空泡振荡行为的研究可为光致空化在生物医学领域的应用如微流体中的快速融合、细胞膜微手术等提供指导。通过将单脉冲激光分束,将激光从不同方向聚焦到水中,诱导大小、位置可控的两点击穿,形成具有相似尺寸的两个空化气泡,并引入高速摄像机,以及散射光检测和声学检测方法对双空泡振荡行为进行多方位测量。研究表明,对于能发生融合的双空泡,相对间隔的改变并不影响融合空泡的第一振荡周期,但能显著影响融合空泡振荡的非对称性、坍塌冲击波的形成及重建空泡的振荡。
生物光学 脉冲激光 光致空化 双空泡振荡 
中国激光
2022, 49(4): 0407001
董昊翔 1,*于迅博 1,**金秋 2桑新柱 1[ ... ]徐斌 1
作者单位
摘要
1 北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
2 中国人民解放军63867部队,北京 137001
提出了一种基于视点分段式体像素的大视角全视差桌面式光场显示系统,采用了定向准直背光和反贴于分辨率为7680 pixel×4320 pixel的液晶显示屏上的柱镜阵列,实现了100°的水平观看视角,并利用光学偏折膜和全息功能屏,在适用于桌面显示的正面观看范围内实现了离散采样光场的体像素重建。设计了一种能够根据多位观看者的空间坐标划分独立视区的视点分段式体像素,并推导了其与液晶显示屏上子像素的函数映射关系,实现了对观看区域的分段式图像编码。提出了一种可为处在不同观看区域的多位观看者同时提供正确全视差光场显示的透视关系校正方法,填补了光学系统固有的垂直视差缺失,实现了桌面式光场显示中错误透视关系的自适应实时校正。
全息 光场 三维显示系统 视点分段式体像素 全视差 透视关系校正 
中国激光
2022, 49(4): 0409001
作者单位
摘要
陆军装甲兵学院信息通信系,北京 100072
为了较好地实现全息体视图虚实场景融合的立体显示,分析了虚实场景之间存在的遮挡关系,提出一种基于实例分割与深度值判定的图像编码方法。理论分析表明,场景间的遮挡来源于特定视角下物点的不同深度信息,相机采样时只能保留近处物点的强度信息。求解采样图像的深度图,利用深度值判定的方法可以实现场景的有效融合。为进一步降低深度值求解不精确的影响,利用Mask R-CNN实例分割算法对真实场景的采样图像进行分层处理,并赋予各层伪深度值,再采用深度值判定方法实现虚实场景之间有遮挡关系的融合编码。采用基于有效视角图像分割与重组(EPISM)的方法进行全息打印光学实验,结果表明,所提出的图像编码方法可以有效实现虚实场景融合的立体显示。
全息 全息体视图 虚实融合 图像编码 三维显示 
中国激光
2022, 49(4): 0409002
作者单位
摘要
东华理工大学测绘工程学院,江西 南昌 330013
针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题,提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先,利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面,并构建出渐进式DTM;然后,通过多尺度形态学开运算进行地物点探测;最后,通过设定自适应滤波阈值函数实现地面点的提取。选取4组位于复杂地形区域的背包LiDAR点云数据进行实验分析,本文方法得到的平均总误差为7.88%;与3种传统的滤波算法(LAStools、MCC和CSF)进行滤波对比分析,本文方法在4个实验区域内的总误差均明显低于以上3种方法的滤波总误差。此外,本文方法不需要设置复杂的参数,能够根据地形的变化自适应地调整滤波阈值,具有较强的鲁棒性。
遥感 背包LiDAR 形态学运算 多尺度渐进方法 自适应滤波 
中国激光
2022, 49(4): 0410001
作者单位
摘要
武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心,湖北 武汉 430081
铁路轨道的局部变形直接影响火车的高速安全行驶。为实现铁路轨道的自动化巡查,提出一种从车载激光点云中提取轨面与枕木的方法。首先,利用基于高程约束的欧氏聚类对原始点云数据进行预处理,得到路基区域;然后,对路基区域进行网格划分,并对每个网格内的点云进行高程判断,从而提取出轨面点云;最后,利用枕木与砟石的几何形态差异,设计出一种面向轨道点云的动态阈值分割方法,以提取枕木点云。对多个路段的铁路轨道进行实验,结果表明,本文方法仅利用点云坐标信息就能实现不同区域的轨面与枕木的自动检测,平均提取质量分别达到97.8%和93.6%,验证了本文方法的可行性与有效性。
遥感 轨道检测 激光扫描 欧氏聚类 高程差异 动态阈值分割 
中国激光
2022, 49(4): 0410002
李哲 1,2张志荣 1,3,4,*夏滑 1孙鹏帅 1[ ... ]吴边 1
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点,通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析,得到两种调制方式的衰荡时间分别为(5.239±0.077) μs和(5.252±0.058) μs,该系统的吸收系数检测限为10-10量级。对于甲烷气体浓度,通过步进式改变入射激光的波长,描绘了甲烷气体的吸收谱线,其检测限可达10-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10-6和1.870×10-6。实验结果表明,虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配,完成痕量甲烷气体的测量,但是通过对比可知:腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限;波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势,结构相对简单,无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此,在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。
光谱学 腔衰荡吸收光谱技术(CRDS) 模式匹配 波长调制 腔长调制 衰荡时间 
中国激光
2022, 49(4): 0411001
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 广西科学院生物物理与环境科学研究中心,广西 南宁 530007
微塑料是备受关注的新型环境污染物,在自然环境中发生老化,分解后体积更小,给生态环境带来更大的挑战。应用单粒子拉曼光谱技术监测经紫外线(UV)老化处理后的不同粒径聚苯乙烯(PS)微球,对比处理前后微塑料的形貌和大小,以了解微米级小粒径PS塑料在模拟紫外线照射下的老化动态和老化机理。结果显示,随着辐射时间的增加,PS的拉曼信号强度显著降低,粒径减小,表面破损;粒径越小,受损越严重,而大粒径PS颗粒间的异质性明显增大。UV辐射可能破坏了PS多聚物的稳定结构,造成光谱信号减弱,而且小尺寸的PS微塑料更易于受损,进而分解为更细小的微纳颗粒或碎片。研究结果揭示了PS微塑料在不同粒径与UV处理时间下的老化动态和特征,从单颗粒角度为微塑料在环境中的老化动态提供了新的认识。
光谱学 拉曼光谱 聚苯乙烯 紫外线 老化 单粒子分析 
中国激光
2022, 49(4): 0411002
白振旭 1,2,3,*陈晖 1,2丁洁 1,2齐瑶瑶 1,2[ ... ]吕志伟 1,2
作者单位
摘要
1 河北工业大学先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
3 麦考瑞大学物理与天文系光子研究中心,悉尼 2109, 澳大利亚
光学频率梳作为精确的光谱工具,在光学原子钟、激光频率计量、精密光谱测量等领域具有广泛的应用。提出了一种基于空间光腔的布里渊光学频率梳振荡器,利用金刚石晶体作为增益介质,在1 μm波长双通泵浦的拉曼腔中有效激发了受激布里渊散射和四波混频效应,获得了中心波长为1.2 μm、稳态功率为101 W、梳齿间隔为71 GHz的布里渊频率梳输出,对应的最高阶次为23、带宽达1.55 THz。该功率为已知布里渊频率梳的最高功率,相较于微腔结构提升了4个数量级以上。所提方案为实现具有特殊波长的连续波高功率光学频率梳提供了新的技术路径。
激光器 频率梳 布里渊散射 四波混频 空间光腔 
中国激光
2022, 49(4): 0415001
作者单位
摘要
国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
中国激光
2022, 49(4): 0416001
王蒙 1,2田鑫 1,2赵晓帆 1,2饶斌裕 1,2[ ... ]王泽锋 1,2,**
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室,湖南 长沙 410073
中国激光
2022, 49(4): 0416002