为了研究超短激光脉冲与双液滴相互作用过程中的光学击穿和等离子体分布, 基于麦克斯韦方程组和电离速率方程, 构建了飞秒激光与双液滴的瞬态耦合模型, 使用有限元分析方法, 对飞秒激光辐照微米量级双液滴的自由电子密度和光场分布进行了计算, 得到了双液滴结构对液滴光学击穿和等离子体变化的影响。结果表明, 第2个液滴的击穿阈值约为同等条件下单液滴击穿阈值的35%; 等离子体的形态和击穿点的位置随双液滴间距发生变化, 且在聚焦区域产生纳米等离子体射流; 第2个液滴对激光能量的吸收随着双液滴间距的增加而减少; 当分别使用满足击穿阈值的光强入射, 双液滴吸收的能量约为单液滴的3%; 第2个液滴对激光能量的吸收随光强增大而增大, 能量吸收比例最终趋于0.01, 仅为单液滴的1.5%。该研究为激光诱导水击穿和激光在大气中的传输提供了一定的参考。
大气光学 双液滴 光学击穿 激光等离子体 能量损耗 atmospheric optics double droplets optical breakdown laser plasma energy losses
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
车道线识别是自动驾驶环境感知的一项重要任务。近年来，基于卷积神经网络的深度学习方法在目标检测和场景分割中取得了很好的效果。本文借鉴语义分割的思想，设计了一个基于编码解码结构的轻量级车道线分割网络。针对卷积神经网络计算量大的问题，引入深度可分离卷积来替代普通卷积以减少卷积运算量。此外，提出了一种更高效的卷积结构LaneConv和LaneDeconv来进一步提高计算效率。为了获取更好的车道线特征表示能力，在编码阶段本文引入了一种将空间注意力和通道注意力串联的双注意力机制模块(CBAM)来提高车道线分割精度。在Tusimple车道线数据集上进行了大量实验，结果表明，本文方法能够显著提升车道线的分割速度，且在各种条件下都具有良好的分割效果和鲁棒性。与现有的车道线分割模型相比，本文方法在分割精度方面相似甚至更优，而在速度方面则有明显提升。
为了研究脉冲能量和烧蚀坑重叠率对7075-T6铝基板粘接强度影响, 采用纳秒光纤脉冲激光在粘接区域加工烧蚀坑阵列微结构, 通过表面形貌、剪切强度和断裂模式等实验参量对粘接效果进行了分析。结果表明, 脉冲能量对表面形貌、剪切强度及断裂模式几乎无影响; 随着烧蚀坑重叠率的增加, 表面粗糙度先增加后减小, 表面面积增加比一直增加; 与原始材料相比, 激光处理后剪切强度至少提升150%;当烧蚀坑重叠率为30%时, 粘接区域发生内聚断裂的面积最大, 剪切强度提升最明显;脉冲能量为880μJ、烧蚀坑重叠率为30%时, 剪切强度为27.76MPa, 提升最大。该研究对激光烧蚀提高7075-T6粘接强度是有帮助的。
激光技术 表面形貌 粘接强度 断裂模式 铝合金 laser technique surface morphology bonding strength fracture mode aluminum alloy
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
道路检测是车辆实现自动驾驶的前提。近年来，基于深度学习的多源数据融合成为当前自动驾驶研究的一个热点。本文采用卷积神经网络对激光雷达点云和图像数据加以融合，实现对交通场景中道路的分割。本文提出了像素级、特征级和决策级多种融合方案，尤其是在特征级融合中设计了四种交叉融合方案，对各种方案进行对比研究，给出最佳融合方案。在网络构架上，采用编码解码结构的语义分割卷积神经网络作为基础网络，将点云法线特征与 RGB图像特征在不同的层级进行交叉融合。融合后的数据进入解码器还原，最后使用激活函数得到检测结果。实验使用 KITTI数据集进行评估，验证了各种融合方案的性能，实验结果表明，本文提出的融合方案 E具有最好的分割性能。与其他道路检测方法的比较实验表明，本文方法可以获得较好的整体性能。
自动驾驶 道路检测 语义分割 数据融合 autonomous driving road detection semantic segmentation data fusion
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070 2
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
3 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司，安徽 蚌埠 233000
电子信息技术的快速发展推动超薄电子玻璃市场不断扩大，电子玻璃生产向大型化、薄型化和柔性化方向发展。开发适用于大吨位电子玻璃窑炉的综合供能方式及能量调控方法是实现高品质电子玻璃稳定量产的前提。采用数值模拟技术对电子玻璃窑炉在不同电助熔供能比例条件下的运行状态进行分析，探究了电助熔供能比例对玻璃液熔化质量、窑炉传热效率及电极工作环境的影响。结果表明：电助熔供能比例为67.70%时，燃烧空间传热较少，维持池窑表面玻璃液高温状态的难度明显升高。池窑电极总功率采用1 300~1 400 kW及以上时，电极最大工作电流接近电极材料使用极限将导致电极侵蚀加剧。采用电助熔供能比例为57.89%时，得到玻璃液熔化质量相对较优，可实现电子玻璃熔窑服役周期内高效稳定运行。
电子玻璃 电助熔 能量调控 数值模拟 electronic glass electric boosting energy regulation numerical simulation
1 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
2 广东四会实力连杆有限公司, 四会 526200
为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构, 改变其润湿性, 使其表面具有超疏水性, 采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工, 研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响, 建立了接触角与表面特征参量Sa,Sd的关系。结果表明,脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量Sa,Sd均有所影响, 且对网格结构的Sa和Sd的影响程度最大, 线阵结构次之, 点阵结构最小; 激光加工Ti6Al4V后, 其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变, 不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善, 其中网格结构对表面湿润性的改善最好, 线阵次之, 点阵最差; 网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°,160.5°,142.4°; 132.9°,97°,94.6°, 具有最大接触角的表面参量Sa,Sd分别为0.97μm,1.38; 1.62μm,1.04; 4.14μm,2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。
激光技术 表面形貌 润湿性 laser technique surface morphology wettability Ti6Al4V Ti6Al4V
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与光电研究中心, 北京 100049
基于共振域光栅的特性,采用商用绝缘硅片设计并制备了一种用于近红外通信波段的高性能偏振器件。在1.460~1.625μm的波长范围内,利用时域有限差分算法设计了一种周期为0.98μm的全介质共振域光栅,该光栅的消光比最大值为55dB。根据设计结果,采用电子束直写曝光技术对该偏振光栅进行了实验制备,并进行偏振性能测试。结果表明,该光栅的横向磁场偏振光透过率约在80%以上,消光比在20dB以上,最大值可达到32dB,与仿真结果基本一致。相比于传统亚波长金属光栅的周期需要小于1/4入射光波长才能起偏的性质,该偏振光栅在周期为近波长的条件下即有较好的偏振性能,在制备上降低了光刻工艺的难度。此外,该偏振器件是基于商用绝缘硅片制备,与现有的成熟半导体工艺兼容,具有较强的集成性和实用性。
光学器件 偏振器 绝缘硅片 共振域光栅 透过率 消光比 中国激光
2020, 47(12): 1201005
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
扩展柯西色散模型是表征混合液晶在可见光至红外光谱的通用双折射率色散模型,然而随着混合液晶的应用范围进入紫外光谱区,扩展柯西色散模型不能很好地表征混合液晶在该波长范围内的双折射率色散。为此,引入Sellmeier模型表征混合液晶在紫外至红外光谱的双折射率色散,并利用光谱椭偏仪精确测量混合液晶的双折射率数值,然后采用非线性拟合的方法求解Sellmeier模型系数。结果显示,扩展柯西模型的χ2检验数值为0.0349,而Sellmeier模型的χ2检验数值为0.0019,在标准测试波长589 nm以及紫外波段378 nm下,Sellmeier模型拟合值都更接近于实际测量值。通过实验和χ2检验对比分析可以证明,相比于扩展柯西色散模型,Sellmeier模型在紫外至红外波段具有更好的拟合效果。
材料 混合液晶 双折射率色散 Sellmeier模型 Cauchy模型
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Information Optics and Optoelectronic Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Key Laboratory of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province & Key Laboratory of Modern Optical Technologies of the Ministry of Education, Soochow University, Suzhou 215006, China
We present a kind of large effective aperture metalens based on an optical sparse aperture (OSA) system. Each subaperture of the system is a metalens, which is comprised of just a thin Au film with patterned subwavelength rectangular annular arrays on a SiO2 substrate and has a numerical aperture of 0.46 with a diameter of 21.6 μm. Ring6 design was selected to enlarge the effective aperture and enhance the spatial resolution. Compared with the absent mid-frequency and high-frequency modulation transfer function of individual metalens, Ring6 can offer a full-frequency band and show a better restored image quality by using Tikhonov regularization.
optical sparse aperture metalens rectangular annular arrays Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 100001
