1 浙江工业大学理学院，浙江 杭州 310023
2 杭州心海光联科技有限公司，浙江 杭州 310005
采用基于梯度和形状因子的网格优化方法适配能量分布并提升映射关系的可积性，在光源投影单位圆和目标面内分别进行等量初始四边形网格划分，使节点一一对应，并构建网格面积和映射关系可积性的权重评价函数。在保证所有节点位置拓扑关系不变的条件下，通过面积差场梯度和形状因子迭代调整网格分布，使映射关系满足能量分布要求同时优化可积性。基于网格优化的映射关系求解自由曲面并生成透镜，仿真所得非均匀光斑满足设计要求。该方法简化了平滑映射关系的求解过程，可以作为一种高效设计方法用于非均匀自由曲面透镜设计。
光学设计 非成像光学 可积映射关系 拓扑守恒 等面保形
1 深圳大学微纳光电子学研究院二维材料光电科技国际合作联合实验室，广东 深圳 518060
2 深圳技术大学工程物理学院，广东 深圳 518118
3 深圳大学物理与光电工程学院光纤传感技术粤港联合研究中心，广东 深圳 518060
1.7 μm激光处于眼安全波段并位于许多重要气体分子的指纹吸收峰，在生物医疗、气体传感等领域具有重要应用价值。而涡旋光束作为一种新兴的结构光场，其具有环形光强分布和螺旋相位波前，并携带轨道角动量，在光通信、微粒操控等领域应用广泛。因此发展1.7 μm高能涡旋激光器具有重要的研究价值和应用前景。但传统稀土离子掺杂光纤或晶体的发射谱，或难以覆盖该波段，或在该波段激光增益较小，且涡旋光产生主要基于空间光结构，导致1.7 μm波段涡旋光激光系统复杂、集成度低，难以实现高功率输出。本文利用螺旋长周期光纤光栅作为涡旋模式转换器，在基于受激拉曼散射效应的1.7 μm波段光纤随机激光半开放腔中实现了全光纤结构的高功率涡旋激光输出，最大输出功率为2.09 W，中心波长为1690 nm。得益于涡旋光纤随机激光器的全光纤结构，该装置具有良好的时域稳定性，短时时域波动低至2.8%。该研究结果不仅为实现兼具高功率输出和良好时域稳定性的紧凑型1.7 μm波段涡旋激光器提供有效方案，还能进一步拓展其在激光医疗、气体检测、光镊和生物成像等领域的应用。
1.7 μm波段 涡旋光束 光纤随机激光器 螺旋长周期光纤光栅 涡旋光纤随机激光器 光学学报
2023, 43(22): 2214003
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 中国科学院大学，北京 100049
3 中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南 郑州 450001
基于自主研制的72通薄片泵浦模块进行了克尔透镜锁模薄片激光技术研究。首先，分析了薄片克尔透镜锁模原理。然后，基于ABCD矩阵和孤子锁模理论设计了谐振腔。最后，基于72通泵浦模块进行了克尔透镜锁模谐振腔飞秒脉冲实验研究，当泵浦功率为72 W时，获得了平均功率为11.78 W、脉冲宽度为243 fs、重复频率为81.45 MHz的飞秒脉冲输出；优化腔型后，在94 W泵浦时得到了22.33 W的输出功率，脉冲宽度为394 fs。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 克尔透镜锁模 飞秒激光 中国激光
2023, 50(14): 1401006
中国建材国际工程集团有限公司, 上海 200063
用于光伏背板玻璃丝网印刷的设备是由汽车玻璃丝网印刷设备改进而来的, 虽然能满足基本需求, 但是存在生产效率低、易糊版、网版清洁困难等问题。提出一种圆筒网版丝印机, 采用圆筒形网版机构做圆周运动, 同时玻璃做直线运动, 油刀和刮刀机构配合将油墨印刷到玻璃上表面, 吸盘组件再将背板玻璃送至检验输送段。圆筒形网版机设置两套并行, 可实现不停机换网版、自动清洁网版等功能, 避免了传统丝印每次换网版后的间歇操作。
光伏背板玻璃 丝网印刷 圆筒形网版 photovoltaic backplane glass screen printing cylindrical screen
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北武汉 430074
2 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，湖北武汉 430073
中国激光
2022, 49(24): 2416003
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西无线宽带与信号处理重点实验室，广西 桂林 541004
2 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
3 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
半峰全宽（FWHM）是影响传感器性能的重要因素，为了提高表面等离子体共振传感器的品质因数，提出了一种光栅辅助超窄带多光谱等离子体共振传感器结构。该结构由周期性交替的SiO2与Au矩形纳米柱构成，并置于SiO2/Al2O3薄膜层上。利用全矢量有限元法对该结构的传输特性及传感特性进行数值仿真，分析了结构参数及入射光偏振态对FWHM和传感特性的影响。仿真结果表明，在800~1100 nm波长范围内，该传感器的传输谱存在两个由光栅衍射及等离子体共振形成的凹点，相应的FWHM分别为0.35 nm及0.59 nm，折射率灵敏度分别为525.7 nm/RIU、475.7 nm/RIU，品质因数分别为1502.00 RIU-1和806.27 RIU-1，在生物检测、药物筛选、膜生物学等领域具有潜在的应用前景。
光栅 表面等离子体共振 半峰全宽 折射率传感 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1105002
1 桂林电子科技大学 信息与通信学院 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室，广西 桂林 541004
2 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统教育部重点实验室，广东 深圳 518060
3 深圳大学 光电工程学院 广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，广东 深圳 518060
基于表面等离子体共振（SPR）原理，分析了D型高双折射光子晶体光纤（HB-PCF）的折射率传感特性。模拟研究了抛磨角度对双折射、折射率传感灵敏度的影响。仿真结果表明：当抛磨面离纤芯的高度小于1.5倍占空比时，抛磨面离纤芯越近，双折射越小；随着抛磨角度的增加，双折射先增加后减小，折射率传感灵敏度随之减小；当抛磨角度为0°且折射率范围在1.330~1.390时，D型HB-PCF的平均折射率灵敏度高达2 833.33 nm/RIU。此外，制备了一种D型高双折射率光子晶体光纤SPR传感器，实验测得其折射率灵敏度约为1 711.83 nm/RIU。D型HB-PCF SPR传感器可应用于生物、化学和环境监测等领域。
光子晶体光纤 表面等离子体共振 折射率 传感器 侧边抛磨 Photonic crystal fiber Surface plasmon resonance Refractive index Sensor Side polishing OCIS codes：060.5295 240.6680 280.1415 120.4640
1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学动物遗传育种与繁殖教育部实验室, 湖北 武汉 430070
4 宁夏回族自治区畜牧工作站, 宁夏 银川 750002
5 宁夏回族自治区兽药饲料监察所, 宁夏 银川 750011
为了找到一种能够对牛乳中的两种主要过敏原(αs1和κ-酪蛋白)含量快速检测的方法, 以河南、 湖北、 宁夏和内蒙古四省区的211份中国荷斯坦牛牛乳样本为研究对象, 建立了基于傅里叶变换中红外光谱技术的牛乳中αs1和κ-酪蛋白含量的无损快速检测模型。 首先对牛乳的原始光谱进行预分析, 发现水对牛乳的光谱吸收具有很强的干扰, 对水的两个主要吸收区域1 597~1 712和3 024~3 680 cm-1进行分析, 发现水的吸收区域1 597~1 712 cm-1和蛋白的部分吸收区域1 558~1 705 cm-1(酰胺Ⅰ)基本重合, 通过对比去除1 597~1 712 cm-1前后的效果, 最终选择925.92~3 005.382 cm-1的光谱区域作为敏感波段用于后续分析。 选取的全光谱经手动降维, 利用MCCV剔除异常样本, 分别采用标准正态变量变换(SNV)、 多元散射校正(MSC)等8种预处理算法和竞争性自适应重加权算法(CARS)、 无信息变量消除法(UVE)等3种特征选择算法联合建立支持向量机回归模型(SVR)。 经检验, 对于αs1-酪蛋白, 一阶导数和CARS算法结合建立的SVR模型效果最优, 训练集相关系数Rc和测试集相关系数Rp分别为0.882 7和0.899 8, 训练集均方根误差RMSEC和测试集均方根误差RMSEP分别为1.136 3和1.372 6; 对于κ-酪蛋白, 一阶差分和UVE算法结合建立的SVR模型效果最优, 训练集相关系数Rc和测试集相关系数Rp分别为0.880 8和0.890 3, 训练集均方根误差RMSEC和测试集均方根误差RMSEP分别为0.534 5和0.535 4。 研究结果表明, 基于傅里叶变换中红外光谱技术建立的SVR模型可以对牛乳中的过敏原αs1和κ-酪蛋白含量进行无损检测, 预测效果良好, 此研究弥补了国内利用光谱技术对牛乳中的酪蛋白进行无损快速检测的空白。
中红外光谱 牛乳 αs1-酪蛋白 κ-酪蛋白 无损检测 Medium infrared spectrum Cow’s milk αs1-casein κ-casein Nondestructive testing 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3688
红外与激光工程
2021, 50(S2): 20200520
