中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
为实现对流化床中目标颗粒空间位姿追踪测量，开发了一种基于单目视觉及彩色纹理编码球体的位姿测量系统。针对空间位置定位，建立了空间球体成像模型，并基于小孔平面成像模型及相机坐标转换模型，结合空间解析几何相关理论，分析了单目位置测量原理。考虑球体颗粒无法通过自身形状特征实现空间姿态测量，引入纹理特征，通过提取目标颗粒纹理，比较并建立其与合成库中已知方向图像之间的相似关系，实现空间姿态的测量。根据以上理论分析，搭建实验系统并进行了一系列实验。结果表明，位置测量综合误差率不大于0.5%，姿态测量误差不大于2°，验证了所提模型的有效性和可行性。
机器视觉 空间位姿 视觉模型 匹配算法 特征融合 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0415005
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院, 合肥 230601
2 安徽建筑大学 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心, 合肥 230601
为了快速无损地检测评估木材的霉变及含水量, 利用高光谱激光雷达系统主动获取木材的高光谱数据, 设计了一种分析霉变特征并建立含水量预测模型的方法。首先选取白松为样本, 进行时长为4个月的间隔性测量, 分析其霉变发生发展过程(正常、潮湿和霉变状态)的光谱特征变化; 然后在分析样本不同含水量光谱特性的基础上, 采用竞争性自适应重加权采样算法、连续投影算法及竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法提取特征波长; 最后分别建立偏最小二乘回归预测模型。结果表明, 正常状态的光谱反射率最高而霉变状态最低;当霉变状态稳定时, 光谱反射率随时间变化缓慢并趋于稳定; 基于竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法建立的模型预测性能最佳, 预测集的相关系数和均方根误差分别为0.9073和0.7564。利用高光谱激光雷达主动获取的高光谱信息可以评估木材的霉变并实现含水量预测, 为木质建筑的快速无损检测提供了新思路。
遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 木材 霉变 含水量 remote sensing hyperspectral LiDAR partial least squares regression timber mildew moisture content
厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
为提高紫外激光器的光电性能，降低阈值电流，提出采用Al组分渐变的量子垒层（QBs）以及Al组分渐变的n型波导层（n-WG）优化标准结构——参考实验样品设计的AlGaN基紫外激光器结构，使用PICS3D仿真软件，对3种不同的新结构及标准结构进行构建和数值分析。比较了4种结构的L-I-V特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布等性质，结果表明，同时采用Al组分渐变的QBs以及Al组分渐变的n-WG的紫外激光器具有更优异的性能：在800 mA注入电流下光输出功率可达775 mW，与标准结构相比提高了35.7%；阈值电流为62.3 mA，与标准结构相比降低了73.6%。
激光器与激光光学 AlGaN 紫外激光器 量子垒层 n型波导层 PICS3D 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514005
1 中国地质大学材料与化学学院，湖北 武汉 430074
2 湖北第二师范学院物理与机电工程学院，湖北 武汉 430205
在纳米尺度上实现电磁场传播的精确调控，对光学器件的集成化、小型化以及光子芯片的开发均至关重要，也是纳米光子学关注的核心问题。声子极化激元是一种光子与晶格振动耦合产生的具有半光半物质性质的电磁波模式。近期，在天然层状超材料面内发现的双曲声子极化激元，表现出类似射线的传播形式、较大的波矢和高的局域场强，因而在光场调控方面受到极大关注。因此，详细阐述了双曲声子极化激元的物理机制，包括极化激元介电方程、双曲色散关系以及方位角和开口角作用关系，并进一步阐述了双曲声子极化激元的传播特点、聚焦机制、可调性和光学拓扑转变方法，最后总结展望了基于天然层状超材料的面内双曲声子极化激元的特点及发展趋势，为声子极化激元发展及其纳米光子学应用提供帮助。
材料 天然超材料 二维超材料 声子极化激元 双曲材料
1 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
采用0.18 μm CMOS工艺设计了一种四通道16位250 MS/s A/D转换器(ADC)。该转换器采用时间交织与流水线结合的结构,内部包含基准、时钟和数字校准等单元。芯片测试结果表明,开启数字校准后,动态指标SNR、SFDR分别达到73 dBFS和90 dBFS,通道功耗为0.25 W,优值(FoM)为0.25 pJ/(conv·step)。
四通道 A/D转换器 流水线 时间交织 4-channel A/D converter pipelined time-interleaving
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
2 北京航空航天大学 无人系统研究院，北京 100191
3 芬兰地球空间研究所，芬兰 马萨拉 02430
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心，安徽 合肥 230601
为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息，研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息，用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AOTF)作为发射单元，实现550~1050 nm的连续光谱波长范围内101个光谱通道采样，并利用5 GHz/s高速采集卡完成主波和回波全波形数据采集。设计了静态单点测试和zigzag单点扫描相结合的双模式分步扫描方案，保证三维空间和光谱信息的准确获取。在实验室环境下，对HSL系统反射率稳定性、信噪比以及扫描精度进行了分析测试。利用三维空间和超连续的高光谱信息对古建筑构件样本建模进行验证，并采用随机森林(RF)多分类方法实现不同古建筑构件木种材料的分类。结果表明，HSL系统能够同时获得空间三维信息和连续光谱信息，满足古建筑空间和状态特征建模的信息采集的需求。
古建筑 高光谱激光雷达 全波形 分类 ancient architecture hyperspectral LiDAR full waveform classification 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210786
基于中国地区11个IGS观测站的对流层天顶延迟和气象环境等实测数据，分析了国内外常用的三种对流层折射率剖面模型的预测精度，重点研究了三种模型在高海拔地区的适用性和随季节变化的适用性。结果表明：在高海拔地区，指数模型和分段模型精度较高，Hopfield模型在除高海拔外的地区，表现出更大的优势；总体来看，分段模型和Hopfield模型的精度在春、冬季较高，夏、秋季较差，指数模型精度与季节关系不大。该结论对于对流层折射误差修正模型的应用研究具有重要参考价值。
大气光学 折射率剖面模型 天顶延迟 射线描迹法 折射误差修正 高海拔地区 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0701001
西安科技大学材料科学与工程学院, 西安 710054
以乙酸锂和钛酸丁酯为锂源和钛源, 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板, 采用溶胶-凝胶法, 通过焙烧得到添加CTAB的锂钛化合物(Li4Ti5O12), 经过盐酸酸洗, 制备出锂钛离子筛(H4Ti5O12, HTO)。经过热重分析(TG-DTG)、X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)、接触角及性能测试, 考察了锂钛离子筛的晶相、形貌及时间对吸附容量的影响。对比CTAB的加入量, 0.1 g的CTAB的离子筛前驱体杂质更少, 晶相比较纯。HTO准二级动力学相关系数R2(0.997 24)大于准一级动力学相关系数R2(0.984 35), 该吸附过程符合化学吸附。HTO在Li+溶液中24 h的吸附容量达到24.44 mg/g, 经过8次吸附脱附后, 吸附容量仍保持在23.68 mg/g, 仅降低3.1%。因此, HTO有良好的循环吸附性能和稳定性, 具有很广阔的市场前景。
软模版 溶胶-凝胶法 锂钛离子筛 尖晶石结构 吸附容量 循环使用 soft template sol-gel method lithium titanium ion sieve spinel structure adsorption capacity recycling
1 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
2 浙江大学温州研究院，浙江 温州 325006
针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。
光学检测 条纹投影光学偏折 子孔径拼接 大动态范围 optical testing fringe-illumination deflectometry sub-aperture stitching large dynamic range 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210105
模型驱动的装配工艺增强可视化技术研究对提高工艺效率有着重要作用。主要围绕复杂光电产品的装配设计评价、仿真和优化等方面, 结合基于MBD的产品模型库和基于DFA的装配过程设计知识库的建立, 构建产品集成装配信息模型,进一步构建装配复杂性综合评价分析系统, 完成基于软计算方法的装配过程优化。同时, 构建基于虚拟现实三维装配仿真环境, 实现产品装配仿真。
模型驱动 装配工艺 可视化 三维装配 model driven assembly process visualization 3D assembly
