作者单位
摘要
1 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院,浙江 嘉兴 314001
建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe3O4@SiO2纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动,与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比,建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%,表现相当;对于核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力,弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足,可指导粒子材料参数和结构参数设计,以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。
光谱学 胶体体系 自组装光子晶体 动态变色器件 有限元预测模型 反射光谱中心波长 spectroscopy colloid system self-assembled photonic crystals dynamic electrochromic device finite element prediction model central wavelength of reflection spectrum 
光学学报
2024, 44(4): 0430001
作者单位
摘要
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
中阶梯光栅光谱仪凭借高光谱分辨率在各领域应用日益广泛,已经成为主要的光谱分析仪器之一。谱图还原技术是中阶梯光栅光谱仪数据处理的核心,通过建立波长和成像位置间的对应关系实现二维图像到一维谱图的快速还原。谱图还原的精度直接决定了中阶梯光栅光谱仪的性能,是仪器开发的重点和难点。鉴于此,本文综述谱图还原技术的发展,将其演变过程归纳为光线追迹、模型化和标定法等3个阶段,重点介绍各阶段谱图还原算法的核心思路与代表方法的原理。最后针对中阶梯光栅光谱仪谱图还原技术,归纳其发展历程、预测其发展趋势、展望其发展方向。
中阶梯光栅光谱仪 谱图信息处理 谱图还原算法 光线追迹 光谱标定 echelle spectrometer spectrogram information processing spectral reduction algorithm ray tracing spectral calibration 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330003
周美静 1,2†刘小利 1,2†崔茹悦 1,2薛积禹 1,2[ ... ]武红鹏 1,2,*
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
光致热弹光谱(LITES)技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术,该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器,通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标,开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源,采用激光器波长调制和二次谐波探测技术,首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响,而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外,为进一步提升装置探测灵敏度,有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间,从而使传感器在积分时间为300 ms时,获得4.87×10-7的最低探测极限,当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究,结果显示,该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。
光致热弹光谱 音叉式石英晶振 硫化氢 气体传感 light-induced thermoelastic spectroscopy quartz tuning fork hydrogen sulfide gas sensing 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330002
作者单位
摘要
1 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心,重庆 400714
表面增强红外吸收光谱技术能够将红外光波高度局域在探测分子周围,极大增强光波与分子的相互作用,为实现微弱分子红外振动光谱信号的高灵敏探测提供了新思路。其中,二维材料极化激元由于具有高度局域化光场和低固有损耗等独特性质,为表面增强红外光谱提供了一种有效的方案。本文综述了二维材料极化激元增强红外光谱技术的研究进展:首先从不同材料体系出发介绍极化激元基本特性,论述极化激元与分子模式耦合机理;在此基础上总结二维材料极化激元增强红外光谱技术的几个重要研究方向,主要包括等离激元增强红外光谱技术、声子极化激元增强红外光谱技术和近场红外光谱增强技术;最后展望极化激元增强红外光谱技术未来可能的发展方向。
表面增强光谱 二维材料 等离激元 声子极化激元 红外光谱 surface-enhanced spectroscopy two-dimensional materials plasmon phonon polariton infrared spectroscopy 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330001
肖常涛 1宋寅 1,2,*赵维谦 1,2,**
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速的发展,并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展。然后,讨论领域内现存的挑战与未来发展方向:在技术层面,如何降低二维电子光谱的技术门槛以及发展多光谱数据分析程序,是拓展二维电子光谱应用的重要瓶颈问题;在基础研究层面,如何发展新型的二维电子光谱技术,去更好地探测与解析相干调控动力学与极化基元动力学过程,是该领域的另一个关键难题。
超快光谱 激发态动力学 二维电子光谱 非线性光学 ultrafast spectroscopy excited-state dynamics two-dimensional electronic spectroscopy nonlinear optics 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130002
何兴道 1,2,*许锦 1,2刘明轩 1,3史久林 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室,江西 南昌 330063
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
3 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
基于单级虚像相位阵列(VIPA)的布里渊散射光谱信号检测技术具有结构简单、光通量高的特点,在透明生物组织弹性快速检测方面具有优势。眼角膜和晶状体是典型的透明组织,但由于单级VIPA光谱仪中布里渊信号易被弹性散射淹没,限制了其信噪比和分辨率的提高,成为临床进一步应用的技术瓶颈。针对这一问题,从理论和实验两方面探究了提升单级VIPA布里渊光谱检测系统性能的方法。利用VIPA的傍轴近似色散模型,理论分析了柱面透镜前准直光束的半径、柱透镜焦距、球面透镜焦距和VIPA倾斜角度对单级VIPA光谱仪色散率的影响。研究结果表明,影响色散率的主要因素是球面透镜焦距、VIPA倾斜角度和探测器分辨率。在实际测试系统中,对一种变焦镜头与高分辨CMOS相机结合的信号接收装置进行有效的参数设计与系统匹配,实现了色速率与散射信号强度的平衡,优化了光谱仪系统各项参数,提升了该检测系统的性能。应用该单级VIPA光谱仪,实现了猪眼角膜和晶状体二维频移成像。该研究结果对于单级VIPA光谱仪在临床诊疗领域的应用具有重要意义。
布里渊散射 虚像相位阵列 色散率 频移 Brillouin scattering virtually imaged phased array dispersion rate frequency shift 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130001
作者单位
摘要
昆明理工大学 机电工程学院,昆明 650500
针对常规工业气体泄漏检测装置需泄漏扩散到一定范围并与传感器接触时才能响应的不足,提出一种融合结构重参数化变换的红外非接触式检测网络模型GRNet。GRNet模型采用Mosaic-Gamma变换的预处理方法增加泄漏样本数量并提高图像对比度以增强模型的鲁棒性;通过K-means聚类分析出适用于气体泄漏红外检测的候选框以预置模型参数;优化定位损失函数以提高模型对泄漏区域的定位准确性;采用改进后的轻量化网络RepVGG模块重构特征提取网络增强模型的特征提取能力,以实现轻量化并提高检测精度。实验结果表明,GRNet模型对氨气泄漏的平均检测精度达到94.90%,单张图像平均检测时间达到3.40 ms。采用伪色彩映射实现泄漏浓度的视觉感知效果,采用PyQt5将GRNet模型进行封装实现气体泄漏红外检测系统界面的可视化并在Jetson Nano B01嵌入式实验平台部署该模型,验证了实际工程应用的可行性和有效性,为开发气体泄漏非接触探测装置以保障涉气企业的安全生产和稳定运行提供一种有效的检测算法。
目标检测 气体泄漏检测 定位损失函数 图像预处理 聚类分析 结构重参数化 Target detection Gas leak detection Localization loss function Image pre-processing Cluster analysis Structural re-parameterization 
光子学报
2024, 53(1): 0130002
张强 1,2柏财勋 3傅頔 1李娟 1[ ... ]冯玉涛 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 山东理工大学 物理与光电工程学院,淄博 255000
基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1 630~1 675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1 630±4)nm~(1 675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。
温室气体探测 甲烷 法布里-珀罗干涉仪 探测灵敏度 Greenhouse gases detection CH4 Fabry-Pérot interferometer Detection sensitivity 
光子学报
2024, 53(1): 0130001
作者单位
摘要
1 合成与天然功能分子教育部重点实验室,西北大学化学与材料科学学院,陕西 西安 710127
2 西安石油大学化学化工学院,陕西 西安 710065
钪(Sc)被广泛用于固体氧化燃料电池、陶瓷材料、催化剂与轻质高温合金等的制造,是不可或缺的重要战略资源,稀土矿石中Sc元素的定量分析对于稀土矿的勘探、开采具有重要意义。笔者提出了一种基于激光诱导击穿光谱(LIBS)结合随机森林(RF)算法的稀土矿石样品中Sc元素定量分析的方法。首先,考察了不同光谱预处理方法对RF校正模型预测性能的影响;然后,利用变量重要性测量(VIM)进行RF校正模型输入变量的选择与优化。为了进一步验证VIM-RF模型的预测性能,将其与标准曲线法、偏最小二乘(PLS)以及基于波段选择的RF模型进行了比较。最后,在最优化的光谱预处理(WT)和VIM阈值(阈值为0.016)等条件下,建立了基于小波变换结合VIM的RF校正模型。结果表明,VIM-RF校正模型表现出了良好的预测性能:RCV2为0.9981,RMSECV为0.0430 mg/kg,MRECV为0.0047,RP2为0.9993,RMSEP为0.4964 mg/kg,MREP为0.0481。因此,LIBS技术结合RF算法可以有效实现稀土矿石中稀土元素Sc的定量分析,可为稀土矿石的品位分析与精准开采提供借鉴。
光谱学 激光诱导击穿光谱 稀土矿石 定量分析 随机森林 变量选择 spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy rare-earth ore quantitative analysis random forest variable selection 
中国激光
2024, 51(2): 0211001
甘婷婷 1,2,3殷高方 1,2,3,*赵南京 1,2,3,**汪颖 1,2,3[ ... ]叶紫琪 4
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 合肥工业大学,安徽 合肥 230009
以淡水微藻中的蛋白核小球藻为受试生物,以典型毒性氯化消毒副产物氯乙酸及三氯乙腈为研究对象,采用荧光动力学方法研究了4种光合荧光参数Fv/FmFv/FoFm/FoFo为初始荧光强度,Fm为最大荧光强度,Fv=Fm-Fo)及PIABS对两种消毒副产物的响应规律,并分别从对低质量浓度与等质量浓度消毒副产物响应性能、10%效应质量浓度(EC10)与50%效应质量浓度(EC50)值4个方面对比了4个光合荧光参数的响应灵敏性。结果表明:4个参数对两种消毒副产物都具有质量浓度响应特性,抑制率与消毒副产物质量浓度之间都具有较好的Logistic曲线型剂量-效应关系,修正相关系数Radj2均大于0.993,其中PIABSRadj2最大;4个参数对两种消毒副产物毒性的响应灵敏性从大到小的排序均为PIABSFv/FoFm/FoFv/Fm,因此PIABS是基于荧光动力学方法检测水体氯化消毒副产物毒性较为灵敏的响应指标。该研究结果为发展水体消毒副产物毒性的现场快速检测方法与技术提供了重要参考。
光谱学 荧光 氯化消毒副产物 生物毒性 微藻 荧光动力学 光合荧光参数 spectroscopy fluorescence chlorinated disinfection by-product biological toxicity microalgae fluorescence kinetics photosynthetic fluorescence parameter 
光学学报
2023, 43(24): 2430005

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