1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频标重点实验室 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学 北京 100049
高性能的超稳腔是实现高稳定度光钟的关键。振动噪声和温度波动噪声是影响超稳腔稳定度的主要因素。本文利用Pound-Drever-Hall(PDH)技术实现了171Yb光钟钟激光与30cm可搬运超稳腔的锁定, 并对超稳腔的振动噪声、温度波动噪声以及超稳腔稳定度的评估进行了研究。通过对超稳腔施加主动振动激励的方式得到该腔在三个正交方向上的振动敏感度分别为5.6×10-10/g, 4.8×10-10/g, 1.5×10-10/g。通过测量腔谐振频率随腔体温度的变化, 拟合得到其零膨胀温度点为34.0(0.4)°C。最后通过与两套独立的30cm超稳腔的三角帽比对, 对该超腔的稳定度进行了评估, 采用去关联算法得到2s平均时间下的稳定度为4.1×10-16。噪声谱分析表明该稳定度主要受限于振动噪声。这些研究为我们进一步优化可搬运超稳钟激光的稳定度提供了方向。
可搬运超稳腔 振动敏感度 零膨胀温度点 三角帽比对 transportable ultra-stable cavity vibration sensitivity zero-crossing temperature three-corner-hat comparison 量子光学学报
2023, 29(4): 040202
1 1.上海交通大学医学院附属同仁医院, 口腔科, 上海 200336
2 2.海军军医大学第一附属医院(长海医院), 口腔科, 上海 200433
盖髓剂对于保存牙髓和治疗龋病具有重要作用。临床常用的三种盖髓剂的治疗效果存在较大差异, 如何依据病情选择恰当的盖髓剂亟需相关对比研究予以指导。本研究旨在对临床常用的三种盖髓剂: 齿科氧化锌丁香酚水门汀(ZnO)、自固化氢氧化钙(Dycal)和光固化氢氧化钙间接盖髓剂(Calcimol)的形貌、成分以及理化性能进行表征, 并通过体外细菌和细胞培养实验对其抗菌性和生物相容性进行对比评价。实验结果表明, 齿科氧化锌丁香酚的疏水性能较强, 其有效成分ZnO可持续释放Zn离子, 呈现出优异的抗菌性能; Dycal和Calcimol具有相似的结构形貌和成分, 但Dycal相对疏水, 能持续释放Ca离子, 在周围形成碱性微环境, 从而赋予其抗菌性和较好的生物相容性; Calcimol为亲水材料, 便于临床操作, 钙离子释放量少, 抗菌性稍弱, 但生物相容性优异。本研究结果为临床上以龋病程度及牙髓健康状况为依据，选择合适的盖髓剂提供了实验基础。
盖髓剂 结构表征 抗菌性 生物相容性 pulp capping agent microstructure characterization antibacterial property biocompatibility
江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212000
采用气体辅助排水装置对Inconel 690合金进行水下局部干法激光焊接，研究了热输入和离焦量对焊缝成形、横截面几何特征、对接接头缺陷和力学性能的影响，从而实现工艺参数优化。结果表明：热输入对焊缝的宽度影响较大，熔池的Marangoni流动和金属蒸气的喷发导致顶部区域宽度扩大。焊缝的结晶形态由平面状经过胞状转变为树枝状。随着焊接热输入的减小，焊缝晶粒尺寸减小，力学性能则不断增强。焊缝的宽度随离焦量的增加而改变，离焦量为零时，接头力学性能最佳。水下和陆上焊接获得的接头显微组织均由胞状晶、柱状晶和树枝晶组成。陆上焊接接头枝晶间存在Cr和Ni元素偏析现象。而水下焊接过程中水的快速冷却作用有助于改善接头枝晶间的合金偏析程度，但恶化了合金元素晶内偏析。在最佳焊接工艺参数下，水下焊接接头的抗拉强度和陆上焊接接头相似，冲击韧性亦达到陆上焊接接头的90%，显微硬度则高于陆上焊接接头。
激光技术 水下激光焊接 Inconel 690合金 焊缝外观 显微组织 力学性能 中国激光
2023, 50(16): 1602107
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心，北京00094
2 中国科学院大学 微电子学院，北京100049
为了实现对钞券表面涂层高速在线检测，研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先，根据涂层材料的特性，采用近红外波段的发光二极管和光电二极管，研制了驱动和弱信号采集电路；然后，利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理；最后，提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性，进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明，在钞券22 m/s的运行速度下，无论衬底是简单或复杂，未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号，分别差约为7 000，4 000，1 400，衬底图文越复杂，信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms，远小于22 ms的钞券时间间隔，算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点，可高效检测纸张表面的涂层有无，有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。
涂层 弱信号采集 峰值检测 实时系统 coating weak signal acquisition peak detection real-time system 光学 精密工程
2022, 30(24): 3116
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220156
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展, 具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来, 利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测, 具有无接触、高效率、在线测量等优点, 在精密测量中发挥着重要作用, 被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来, 光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述, 论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势, 综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展, 并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。
光谱共焦显微术 激光共焦扫描显微术 微纳测量 精密测量 chromatic confocal microscopy laser scanning confocal microscopy micro-nano measurement precision measurement
江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
采用激光熔覆工艺在304不锈钢板表面制备质量分数35.8%Fe-20%Ti-20%Al-24%Cr-0.2%Y2O3的合金涂层，并对涂层的组织、元素分布和力学性能等进行了表征。结果表明：激光功率2200 W、扫描速率5 mm/s、搭接率50%条件下，获得的一次成型涂层，其组织均匀致密，无裂纹、气孔等缺陷；涂层与基体间为冶金结合，稀释率为7.31%；涂层相组成为（Fe，Cr）Al、Y2TiO7和TiO2，晶粒平均尺寸为6.7 μm；涂层具有较高的硬度和良好的高温耐磨性能，硬度达到550 HV（基体为210 HV），400 ℃条件下磨损试验质量损失率仅为304不锈钢的3.67%。
激光技术 激光熔覆 合金涂层 Y2O3 耐磨涂层 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1916003
1 中国科学院微电子研究所, 光电技术研发中心, 北京100094
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中钞印刷技术研究院有限公司, 北京 100070
微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）具有小型化、高集成度的特点，随着MEMS结构深宽比的不断增大，对MEMS结构尺寸的测量提出更高的要求。过焦扫描光学显微技术（Through-focus Scanning Optical Microscopy，TSOM）是一种高精度无损的光学测量方法，通过采集一组离焦图并沿扫描方向截取TSOM图像，利用库匹配的方法从中提取待测结构的尺寸信息。该方法对于纳米级结构测量有着极高的灵敏度，然而对于微米级特征尺寸存在建库困难且易受环境干扰的问题。本文针对微米级MEMS沟槽结构，在传统的光学显微镜基础上进行改造，建立了TSOM光学系统采集离焦图像，利用图像特征提取方法生成TSOM特征向量集，结合机器学习的方法建立不同槽宽尺寸的回归预测模型，对微米级MEMS槽宽尺寸实现纳米级测量精度，单点重复性测量2 μm槽宽的相对标准差（Relative Standard Deviation，RSD）在1%左右，10 μm和30 μm槽宽RSD分别低于0.2%和0.35%，结果表明该方法对于微米级MEMS沟槽测量具有极高的应用前景。
MEMS 机器学习 过焦扫描光学显微法 微纳测量 MEMS machine learning TSOM micro-nano measuring
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
镱原子光钟是当前稳定度最好的光钟, 其稳定度已经进入10-19的量级。依托于高精度的镱原子光钟, 可以开展广义相对论的检验以及测地学等领域的科学和应用研究。镱原子光钟研制过程中需要用到多种频率的光, 所以针对这些激光的频率控制是镱原子光钟研制的一项关键技术问题。本文针对钟激光以外其他四种激光的频率控制要求, 以一个四通道超稳光学腔设计作为其频率锁定方案。利用有限元分析方法, 得到了超稳光学腔处于最佳支撑位置处的振动敏感度和温度敏感度。分析结果表明: 在最佳支撑位置处, 光学腔超稳在竖直方向上的振动敏感度为4.010-9/ g, 热时间常数为53 h。对周期为24 h的典型实验环境温度293.15±1 ? K 的条件下, 计算获得的温度敏感度为1.310-4。该四通道超稳光学腔能够同时满足镱原子光钟系统中除钟激光外其他激光的频率稳定度要求。这种简化的四通道超稳腔稳频设计方案, 为今后镱原子光钟的小型化、集成化设计提供一种新技术尝试。
超稳腔 有限元分析 振动分析 热分析 镱原子光钟 ultrastable cavity finite element analysis vibration Analysis thermal Analysis Yb Atom Optical Clock
1 华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430079
2 华中师范大学城市与环境科学学院, 湖北 武汉 430079
随着近地高光谱遥感技术的发展, 为快速、 有效、 非破坏性地获取土壤有机质（SOM）信息提供了可能。 土壤高光谱波段数据众多, 光谱数据变量之间存在较为严重的多重共线性, 影响模型复杂结构, 而构建归一化光谱指数（NDSI）可以有效去除冗余信息变量, 放大光谱特征信息。 以江汉平原公安县为研究区, 采集56份耕层土样, 在室内获取土壤光谱数据, 采用“重铬酸钾-外加热法”测定SOM含量, 对实测土壤光谱数据（Raw）进行倒数之对数（LR）、 一阶微分（FDR）和连续统去除（CR）三种变换, 计算四种变换的NDSI数值, 分析SOM与NDSI的二维相关性, 并对一维、 二维相关系数进行全波段范围内的p=0.001水平上显著性检验, 提取敏感波段和敏感光谱指数, 结合偏最小二乘回归（PLSR）建立SOM的估算模型, 探讨二维光谱指数用于建模的可行性。 研究表明, 二维相关系数相比一维相关系数有不同程度的提升, 以LR最为显著, 相关系数数值提升约0.26; 基于二维相关性分析提取的敏感光谱指数的PLSR建模效果整体优于一维相关性分析提取的敏感波段, 其中, NDSILR-PLSR模型的稳健性最优, 验证集R2为0.82, 模型验证RPD值为2.46, 模型稳定可靠, 可以满足SOM的精确监测需要, 适合推广到区域范围内低分辨率的航空航天遥感（如ASTER, Landsat TM等）, 应用潜力较大。
土壤有机质 高光谱 归一化光谱指数 偏最小二乘回归 Soil oragnic matter Hyperspectral Normalized difference spectral index (NDSI) Partial least squares regression 光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3537
