1 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 山西大同大学物理与电子科学学院微结构电磁功能材料山西省重点实验室，山西 大同 037009
近年来受拓扑绝缘体启发而兴起的拓扑光子学有力地促进了电磁波调控和新型波功能器件的研究。光子人工带隙材料因其丰富的物态调控机制和高度定制化的设计自由度成为了研究拓扑光子学和研制鲁棒性光子器件的重要平台。本文主要综述了周期性二聚化以及准周期性Harper光子拓扑链中光子与人工带隙材料的相互作用，揭示了非厄密物理、宇称-时间对称转变和拓扑相变对能带和带隙的作用规律，以及光场本征态的调控和传输机制。围绕实际的共振耦合技术，介绍了非厄密拓扑物理启发下的具有拓扑保护特性的高性能近场无线传能和传感方案，并对非厄密拓扑物理对于无线传能和传感的发展将起到的作用进行了展望。
光学器件 非厄密物理 光拓扑结构 拓扑相变 无线传能 无线传感 光学学报
2023, 43(16): 1623011
1 铁道警察学院 刑事科学技术系，河南 郑州 450053
2 山西大同大学 微结构电磁功能材料山西省重点实验室，山西 大同 037009
3 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200092
对于传统的Fabry-Perot腔激光器，光子在增益介质中沿任意方向传播。在腔内，只有沿着腔的轴线来回震荡的光子，达到一定的阈值后可以产生激射效应。然而，对于入射方向偏离反射镜腔壁的光子将从腔中耗散出去，从而使得激射效率较低。为了解决上述激光器所面临的缺陷，利用等效折射率为负1的负折射材料和零折射率材料组成一个双层结构作为Fabry-Pérot腔壁。对于此腔，以不同路径入射于腔壁的光子，都可以重新汇聚到原子所在的位置。经过多次正反馈，最终以垂直于腔壁的方向辐射出去，避免了光子在偏离激射方向上的耗散。此外，该腔的聚焦效应与准直效应与原子位置无关。随后，通过二维光子晶体分别实现了由0与-1等效折射率光子晶体组成的反射壁，当在腔中引入增益材料时，可以观察到明显的激射行为。与单个零折射率材料构成的腔相比，该腔的阈值更低，发射强度更大，从而提高了激射的效率。
多路径正反馈机制 激射效应 零折射率超材料 multipath positive feedback lasing effect zero-index metamaterials
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
遥感图像在成像过程中，容易受到云层和雾霾天气的影响，形成带雾图像；同时在下传时，会受到多种因素影响（如发送接收误码、电离层和对流层的随机变化对信号形成扰动等），使图像信息丢失或掺杂噪声。本文针对信息丢失的带雾单色遥感图像，提出了基于矩阵复原和暗通道理论的单色遥感图像去雾算法，通过基于交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers，ADMM）的矩阵复原算法与传统暗通道理论相结合，有效实现了信息丢失下的遥感雾图复原。通过主观评价和客观评价相结合的方式，将本文算法与经典算法对比。结果表明，本文算法得到的结果在直观视觉上效果更好，且相对于信息丢失30%的雾图，6个场景的平均信息熵提升1.665 2，平均峰值信噪比提升11.702 9，平均结构相似性提升0.814 6，客观评价指标结果优异。进一步在不同比例信息丢失情况下进行实验，结果表明，即使在信息大量丢失的情况下，依然能够得到清晰的复原去雾图像。
图像去雾 单色遥感图像 ADMM 暗通道理论 image dehazing monochrome remote sensing image ADMM dark channel theory
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
不同于传统点对点映射成像方式，计算光学成像通过将前端光学信号的物理调控与后端数字信号的计算处理联合起来，使图像信息获取更加高效。这种新型成像体制有望缓解传统成像技术框架下低制造成本与高性能指标间的矛盾，尤其在高维图像信息获取中呈现更显著优势。而物理器件支撑下的系统架构一直是计算光学成像发展的基石，本文针对压缩光谱成像这一子技术领域，介绍了现有可实现空间或光谱调制的光学器件，并以此为基础对多型压缩光谱成像系统架构进行了梳理、归纳，依据信息调制过程的差异，将其规整为单像素光谱成像、编码孔径光谱成像、空间-光谱双重编码光谱成像、微阵列型光谱成像与散射介质光谱成像等几类。重点阐述了多种系统架构的信息调制与采集原理，以及对光谱图像数据立方体的调制效应，并讨论了其中的共性问题。最后给出了面临的技术挑战，探讨了未来发展趋势。
计算成像 压缩光谱成像 光学编码 压缩感知 computational imaging compressive spectral imaging optical coding compressive sensing
1 同济大学物理科学与工程学院, 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 广东技术师范大学光电工程学院, 广东 广州 510665
作为一类具有代表性的光学共振模式,光学束缚态已被用于大幅增大古斯-汉欣位移。然而,在大多数的研究工作中,人们利用的是透射型的束缚态来增大古斯-汉欣位移。因此,古斯-汉欣位移的峰值位于透射谱的极大值(即反射谱的极小值)处,对应的反射率很低,这不利于实验测量与实际应用。本综述阐述了本课题组在近年来利用两种奇异的光学束缚态增大古斯-汉欣位移的研究情况。第一种光学束缚态为四部分光栅-波导复合结构中的连续谱准束缚态。古斯-汉欣位移的峰值位于反射谱的极大值处,反射率高达100%。第二种束缚态为光子晶体异质结中的界面态。界面态的反射率可由光子晶体的虚相位的失配程度进行灵活调节。古斯-汉欣位移的峰值虽位于反射谱的极小值处,但反射率仍可达到97.6%。这两种奇异的光学束缚态在大幅增大古斯-汉欣位移的同时,保持了较高的反射率,这克服了传统增大古斯-汉欣位移的方法的低反射缺点。由于这两种奇异的光学束缚态具有较高的反射率,古斯-汉欣位移将更容易在实验上被测量到,因此后续有望将其应用在各类高性能传感器、光开关、光存储器件、波分(解)复用器件和偏振分光器件的设计中。
物理光学 古斯-汉欣位移 光学束缚态 连续谱束缚态 光学界面态
1 哈尔滨工业大学 电气工程系，黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200444
3 上海航天技术研究院.新力动力研究所，上海 201109
合作靶标点三维轨迹的跟踪识别是实现室内环境中多飞行器位姿估计的关键，为此，提出了一种基于时空一致条件下的多目标三维轨迹跟踪识别算法。该方法包括运动轨迹跟踪与识别两部分，对于合作靶标点三维轨迹跟踪，提出了一种基于运动目标位移矢量一致的数据关联方法，该方法首先利用运动平滑性假设计算得到的数据关联概率值，结合匈牙利算法求解得到目标的数据关联关系，然后在贝叶斯滤波框架下实现合作靶标点的三维轨迹跟踪。对于合作靶标点的三维轨迹识别，又可以分为粗细两部分，利用运动轨迹Hankel矩阵的秩实现运动轨迹的粗识别，利用运动轨迹之间的Hausdorff距离实现运动轨迹的细识别，最终实现对每一个飞行器的轨迹识别与注册。实验结果表明，在三维测量手段为机器视觉，测量空间大小为2 m×2 m×2 m，提出的多目标跟踪算法的三维轨迹跟踪误差小于4 mm（3σ）时，轨迹识别正确率为100%。因此，所提出的算法可以有效地实现多飞行器上合作靶标点三维轨迹的跟踪识别。
多目标跟踪 轨迹识别 数据关联 矢量一致 multi-target tracking trajectory recognition data association vector consistency 红外与激光工程
2020, 49(10): 20200141
1 哈尔滨工业大学 控制与仿真中心，黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海机电工程研究所，上海 201109
3 哈尔滨工业大学 电气学院，黑龙江 哈尔滨 150080
在多飞行器地面试验位姿估计中，由于跟踪算法导致的跟踪轨迹不连续会使得位姿估计产生累积误差，为了实现位姿的精确估计，提出了一种基于图模型的全局位姿估计非线性优化方法。首先，建立了一个飞行器地面视觉位姿估计系统。然后根据飞行器上特征点的数目提出了一种向量交叉式的飞行器位姿解算方法，求解得到数据已关联飞行器位姿估计值。利用中介坐标系法求解得到轨迹段初始位姿节点在测量坐标系下的值，最后，在图模型基础上下，对整个量测过程中飞行器的位姿估计结果进行非线性全局优化减小线性算法的累积误差，并通过仿真与实际实验对飞行器位姿估计算法的可行性与精度进行验证。实验结果表明：在测量范围为6 000 mm×6 000 mm×3 000 mm的范围内，飞行器尺寸约为400 mm，特征点三维定位精度为2.9 mm的条件下，基于非线性优化的飞行器位姿估计算法的理论精度分别可达0.5° (3σ)与3 mm (3σ)，实际绝对测量精度分别可达1.3°(3σ)与4 mm (3σ），基本满足地面试验对多飞行器编队算法开发以及制导控制系统性能长时间评估稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。
计算机视觉 位姿估计 图优化 坐标系统一 向量交叉 computer vision pose estimate graph theory system calibration vector cross 红外与激光工程
2020, 49(4): 0413003
长春理工大学化学与环境工程学院, 吉林 长春 130022
为研究主体材料对绿色有机发光二极管性能的影响,选择能级匹配的电子传输材料1,3,5-三(6-(3-(吡啶-3-基)苯基)吡啶-2-基)苯(Tm3PyP26PyB)作主体材料制备了单发光层(EML)器件,与以双极性主体材料9-(4-叔丁基苯基)-3,6-双(三苯基甲硅烷基)-9H-咔唑(CzSi)制备的单发光层器件作对比。另外,采用空穴传输能力较好的4,4',4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TcTa)作第一发光层的主体材料,Tm3PyP26PyB和CzSi分别作第二发光层的主体材料制备双发光层器件进行对比。相比于Tm3PyP26PyB,CzSi为双极性主体材料,以CzSi为双极性主体材料有利于促进器件中载流子平衡并拓宽复合区间,以其制备的单、双发光层器件均具有较好的性能。以CzSi制备的单发光层器件的最大亮度、电流效率、功率效率分别为8634 cd/m 2、18.70 cd/A、16.78 lm/W;双发光层器件的最大亮度、电流效率、功率效率分别为10770 cd/m 2、30.12 cd/A、30.52 lm/W。
光学器件 有机发光二极管 主体材料 复合区间 亮度 效率 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 222302
