1 太原师范学院物理系，山西 晋中 030619
2 西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，陕西 西安 710071
3 太原师范学院计算与应用物理研究所，山西 晋中 030619
基于分数阶非线性薛定谔方程，采用虚时演化的数值方法研究了部分宇称时间（PT）对称的光孤子及其自发对称破缺现象，通过线性稳定性分析并结合数值模拟研究了分数衍射效应对二维光孤子稳定性和传输的影响。结果表明：分数衍射系统中存在部分PT对称的二维光孤子，分数衍射效应随着莱维指数的减小而增强，莱维指数的改变影响光孤子的稳定性。当孤子功率超过特定的临界值时，部分PT对称的光孤子发生自发对称破缺，并转变为复传播常数的不对称态。通过分析莱维指数与孤子自发对称破缺临界功率之间的关系，发现将莱维指数从2减小至1时，孤子的自发对称破缺临界功率由1.6降低为0.4。这表明增强分数衍射效应使得部分PT对称的二维光孤子的稳定性变弱，进而在更小的孤子功率情况下发生自发对称破缺。该研究结果为分数衍射的非厄米非线性光学波导中控制孤子的形态和传输提供了理论依据。
非线性光学 对称破缺 分数非线性薛定谔方程 部分宇称时间对称
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质，同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数，这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升，金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题，这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究，根据热传导方程并采用有限元分析方法，模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布，分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外，基于石墨片横向导热特性，设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比，在泵浦功率800 W、束腰半径40 μm条件下，金刚石中心温度下降了10.16 K，下表面平均应力降低了19.857 MPa，端面平均形变量减小了0.055 μm。数值模拟结果表明，该方法对缓解金刚石激光的热效应，实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。
金刚石 拉曼激光器 高功率 热效应 数值仿真 热沉 diamond Raman laser high power thermal effect numerical simulation heat sink 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230378
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 中国联合网络通信有限公司长春市分公司，吉林 长春130061
实弹射击是部队的基础**训练项目。现有报靶系统中基于计算机视觉的弹孔识别定位系统由于具有快速、精确、安全、人员成本低等优点而被广泛应用到该项目中。然而，计算机视觉系统处理的图像通常受镜头加工工艺以及相机轴向与被测对象所在平面不垂直的影响，导致被测对象的图像产生畸变，最终会给弹孔坐标位置的精准定位带来误差。为了提高基于计算机视觉的自动报靶系统的报靶精度，提出一种基于卷积神经网络的畸变校正算法，只需一张胸环靶面的模板图像即可模拟出大量训练数据集。训练完成后，输入一张畸变图片就可以得到该图片的畸变参数，并利用该参数完成对图像的畸变校正。与传统校正算法的对比结果表明，该算法校正效果较好，有利于提升基于计算机视觉的自动报靶系统的报靶精度。
机器视觉系统 图像畸变 校正算法 卷积神经网络 machine vision system image distortion correction algorithm convolutional neural network
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
作为计算机视觉领域的热门方向之一，运动目标检测具有很高的理论研究价值和很广的实际应用空间。传统视觉背景提取器（Visual Background Extractor,ViBe）目标检测算法实时性高且内存消耗低，但存在受光照影响大、不能有效抑制拖影区域、无法消除阴影以及检测图像内部空洞等问题。鉴于以上不足，提出3点针对性改进策略：(1)优化算法核心参数。筛选最优值来替换以往经验值，从而提高算法性能，增强算法适应性。(2)引入光强检测算子。阈值半径随光强变化自适应，避免因光照变化而出现拖影区域。(3)增加阴影检测模型。利用感兴趣区域（Region of Interest,ROI）像素分布确定阴影位置，结合运动目标自身特性分割出目标区与阴影区。仿真实验结果证明：改进型ViBe算法不仅能够完整地检测、抓取运动目标，而且还可以有效地抑制拖影区域并消除目标阴影。
运动目标检测 ViBe算法 动态噪声抑制 阴影消除 moving target detection ViBe algorithm dynamic noise suppression shadow elimination
随着城市化的加速，城市热岛效应问题逐渐突显。为研究城市空间扩张和社会经济发展对地表热岛效应的影响，基于2000―2020年共5期 Landsat遥感影像，利用辐射传导方程法对合肥和南昌的地表温度进行反演，采用归一化方法将研究区的地表热岛效应分为4个等级，并对两市地表热岛效应的时空演变特征进行分析研究，进而运用地理探测器对热岛效应强度的影响因子进行综合性分析。结果表明：(1) 在2000―2015年，合肥市的城市扩展系数由1.70降低到1.08，最后趋于1.25，2015―2020年降低到0.56；在2000―2020年，南昌市的城市扩展系数在1.34～1.60范围内上下波动；合肥市和南昌市分别在2011年和2018年完成了产业结构转型，朝着以第三产业拉动为导向的趋势演进；城市在空间的扩展与社会经济的发展和政府的决策支持密不可分；(2) 合肥市和南昌市主城区持续扩展均呈现非线性的增长趋势；合肥地表热岛效应主要在东北和西南方向上扩展，而南昌主要呈现出东南-西北方向的扩展模式；合肥和南昌地表热岛效应面积分别由45.17 km2和40.80 km2增加到351.61 km2和274.07 km2，且热岛发展力度和范围与城市快速发展的规模和方向较为一致；(3) 合肥市和南昌市的各影响因子对热岛效应强度的解释力从大到小为：人口密度(0.891/0.844)、建成区面积 (0.842/0.810)、人均GDP (0.788/0.773)、第二产业占比 (0.679/0.711)、第三产业占比 (0.582/0.636)，其中人口密度的影响最大，产业结构中第二产业作用较高于第三产业；各因素相互作用均比单一因子对地表热岛效应强度的影响程度更大。研究结果能给合肥和南昌市及类似城市的规划提供参考和思路，合理布局建成区的绿色空间以及控制城市人口数量可以有效缓解城市地表热岛效应发展速度。
城市地表热岛效应 地表温度 Landsat 地理探测器 urban surface heat island effect surface temperature Landsat geographical detector 大气与环境光学学报
2023, 18(6): 602
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230403
1 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210023
在月球激光测距与空间目标白天激光测距中，强烈的背景噪声会大幅降低测距成功率，在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统的接收光路中加入可调视场光阑，通过改变视场光阑孔径大小来调整接收视场，可减少背景噪声。但受到速度光行差等因素的影响，在接收视场减小到几个角秒时，回波会被光阑挡住无法通过，探测器接收不到回波信号。为解决这一问题，提出在视场光阑前加入二维偏转摆镜的方法，控制摆镜偏转使偏离的回波通过光阑中心被探测器正常接收。以高轨卫星和同步轨道卫星为目标，测量了回波信号偏离视场中心的角度值，并仿真分析了使用摆镜校正偏离角度值的效果。结果表明，该方法可以在小视场激光测距时快速高精度校正回波信号，可为满月时月球激光测距与空间目标白天激光测距提供支持。
仪器，测量与计量 激光测距 接收系统 摆镜 仿真分析 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712003
1 太原师范学院物理系，山西 晋中 030619
2 太原师范学院计算与应用物理研究所，山西 晋中 030619
3 太原师范学院计算机科学与技术学院，山西 晋中 030619
研究了一种石墨烯-V型槽混杂等离激元波导，分析了系统几何参数和石墨烯化学势对该混杂结构所支持的基态混杂等离激元模式特性的影响。通过增加凹槽尺寸和减小石墨烯化学势可以有效地压缩混杂模式的有效面积，与无凹槽结构相比，所提结构的有效模场面积降低了2个数量级，虽然其传输距离变短，但是品质因子（FoM）提高了34.5%~88.5%。分析了2个并排放置的石墨烯-V型槽混杂等离激元波导之间的串扰，通过优化几何尺寸和调节石墨烯化学势，两波导之间无串扰的最小距离可以减小到22 μm。本研究将为动态可调的太赫兹亚波长波导的研制和性能优化提供理论参考。
石墨烯 太赫兹波导 混杂等离激元 亚波长束缚 低串扰 光学学报
2023, 43(10): 1013001
1 陕西省交通建设集团公司平镇高速公路建设管理处，陕西 西安 710075
2 招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067
3 自动驾驶技术交通运输行业研发中心，重庆 400067
提出一种可用于隧道照明的、基于自旋转原理的太阳光反射照明系统。基于采光系统和出射系统光学中心合一原理分析了系统光学特性，设计出了利于整体封装的高采光量反射照明系统。分析表明，该系统在全方位跟踪太阳光过程中，光学中心始终保持不变，通过设定出射光方向即可实现太阳光定向投射，调节不同安装位置系统的出射角可实现隧道入口太阳光照明的全覆盖，证明了该系统用于隧道入口加强照明的可行性。实验测试表明，由该系统采集投射的太阳光，最高利用率可高达60%，照明距离长达120 m，为目前太阳光直接照明领域相同传输距离下光能利用率最高的技术。该技术的研究和应用对提升高光能需求的公路隧道照明低碳节能环保技术水平，促进公路交通“碳达峰、碳中和”和可持续发展均具有积极的作用。
光学设计与制作 太阳光直接照明 反射照明 自旋转 焦点 节能 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0522003
