山东师范大学物理与电子科学学院山东省光场调控工程技术研究中心，山东 济南 250358
利用分数涡旋光束进行信息传输，可以大大提高通信系统的容量。但在接收端准确测定分数涡旋光束的模态，尤其在信道中存在湍流的情况下，存在一定的困难。本文提出了改进的残差网络（I-ResNet）以提高模态检测的正确率。实验结果表明，本文构建的网络能够准确地识别光束模态，且具有较好的泛化性。在传输距离为1500 m、弱湍流（）、模态分辨率时，准确率可以达到100%；强湍流（）、时，准确率可以达到96.5%。随着湍流强度或传输距离的增加，正确识别率下降。这些结果对自由空间光通信系统设计具有一定的指导意义。
分数阶涡旋光束 模态分辨率 改进的残差网络 大气湍流 光学学报
2023, 43(23): 2326001
1 西北师范大学 物理与电子工程学院兰州 730070
2 中国科学院近代物理研究所兰州 730000
3 中国科学院大学 核科学与技术学院北京 100049
4 兰州大学 核科学与技术学院兰州 730000
中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII（Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou）外靶实验终端（External Target Facility，ETF）开展丰中子测量的关键设备之一，其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而，原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点，可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题，设计了一种新的Veto探测器单元构型，即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber，WLS），并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究，其关键性能参数反符合效率可大于99.9%，相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案，为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。
外靶实验终端 反符合探测器 波长位移光纤 硅光电倍增管 探测效率 External target facility Anticoincidence detector Wave length shifter fiber Silicon photomultiplier Detection efficiency
中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所，北京 100029
针对激光干涉法高强度聚焦超声（HIFU）声压测量中干涉系统带宽解算依赖线性声场条件，导致解算结果与实际有较大差异的问题，首先通过理论分析，建立了HIFU声压测量中干涉信号的数理模型；针对非线性声场条件下干涉信号无法进行函数展开的情况，利用数值仿真的方法对干涉信号的频域进行分析；通过对比具有相同声压峰峰值和基频的线性和非线性声场条件下的干涉信号频谱，发现了非线性声场对激光干涉信号带宽的展宽作用，证明了现有线性声场条件下干涉系统带宽的估算方法不适用于HIFU声压测量；利用实测HIFU声压数据，通过仿真分析，发现在非线性声场条件下，激光干涉系统带宽随被测声压峰峰值呈二次方规律变化，而不是线性声场条件下的线性变化规律。
测量 高强度聚焦超声 声压测量 激光干涉系统带宽 非线性声场 中国激光
2023, 50(13): 1304002
1 江苏开放大学信息化建设处, 江苏 南京 210036
2 南京信息工程大学 电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
针对实际水声信道无法获知先验稀疏度和导频资源问题, 提出一种改进的稀疏度自适应弱选择匹配追踪算法(MSASWOMP)。将稀疏度初始估计作为初始支撑集的大小, 对原子进行阈值弱选择得到的原子支撑集作为回溯筛选的候选集; 再以初始支撑集大小为回溯开始初始条件值进行二次筛选; 最后利用变阶段步长方法进行稀疏度逐步精确估计, 自适应更新回溯开始条件值。仿真实验分析了阈值参数、稀疏度估计步长和导频数目对于 MSASWOMP算法的影响, 结果表明, 该算法能以更少的导频数目获得更精确的信道估计值, 节省导频资源的同时, 其均方误差 (MSE)优于传统算法。
水声信道 稀疏度自适应 回溯思想 匹配追踪 underwater acoustic channel sparsity adaptive retrospective thinking match pursuit 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 65
山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心，山东 济南 250358
大气湍流会引起涡旋光束（VB）的相位畸变和模态扩散，造成湍流介质中通信性能下降。提出基于深度相位估计网络的拉盖尔-高斯（LG）光束相位补偿方法，以提高模态检测准确度，即通信的可靠性。分别利用使用和不使用高斯光作为探测光束两种方案进行学习，在光强图像与大气湍流引起的扰动相位之间建立映射关系，在接收端依据接收到的光强图像，预测湍流引起的扰动相位并进行相位校正。结果表明，所提深度网络能够较准确地实现相位预测，经补偿后，光束模态纯度达到95%以上，补偿后光强图像与发送端光强图像之间的均方误差明显减小。
大气光学 涡旋光束 卷积神经网络 相位预测 大气湍流
1 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
2 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
合束是实现量子级联激光器高功率输出的关键技术，基于激光的偏振特性，研究了偏振合束的实验原理及实验方法。使用线栅偏振片和中波半波片组成偏振合束装置，对两路4.05 μm量子级联激光器进行偏振合束，测试了中波半波片对4.05 μm激光的透过率以及中波线栅偏振片对4.05 μm激光透射率和反射率与入射角的关系，通过实验研究，当透射路光束和反射路光束与线栅偏振片的夹角为30°时，透射路的透射率为81%，反射路反射率为91%，其光束合束效率达到约86%，并使用光束质量分析仪对合束之后的光束质量进行测试分析。结果表明：两路光束通过该合束装置合束之后，在保证合束效率的条件下，具有较好的光束质量。
偏振合束 量子级联激光器 线栅偏振片 半波片 polarization beam combining quantum cascade laser wire grid polarizer half-wave plate 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210679
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 上海卫星装备研究所，上海 200240
为了实现对复杂卫星结构多关键区域形变的灵活高精度测量，提出了一种基于多相机三维数字图像相关（3D-DIC）的微小形变整体测量方法。建立双目3D-DIC子系统以获得各关键区域的高精度形变场。结合光束平差优化和同名点3D重构方法完成对子系统的位姿外部标定。根据标定参数拼接子系统测量数据，得到全局形变场。在实验室条件下用卫星蜂窝结构的热形变实验测量得到多安装面的整体形变场和测量误差，结果表明，本方法对系统的整体位移测量误差为0.96 μm±0.45 μm/m，满足高精度、测量范围灵活可变的测量需求，且对重叠视场和离散视场均具有良好的适用性，为空间环境下卫星结构的稳定监测提供了可靠的测量方法。
测量与计量 多相机三维数字图像相关 摄影测量 外部标定 形变监测 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1912004
针对气象观测领域的研究与应用需要，设计并建立了一种面向气象观测的雷声数据库，其中包含闷雷 28个、霹雳 33个和干扰声 61个，共 122个样本。首先对样本进行采集、制定命名规则并做标签，再针对此数据库使用支持向量机(SVM)与组稀疏最小二乘回归(GSLSR)进行基准实验并对样本进行评价。仿真实验结果表明，雷声数据库的建立为气象领域的研究提供了应用基础和前提。
雷声数据库 支持向量机 组稀疏最小二乘回归 交叉验证 thunder database Support Vector Machine Group Sparse Least Squares Regression cross-validation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 718
山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000
为了在水导激光去除不锈钢表面漆层试验中获得能够不损伤基体表面且完全除漆的加工参数，基于材料热物理性参数与温度变化的关系，运用Ansys建立了水导激光对不锈钢基体表面除漆的三维瞬态模型。在仿真加工过程中进行数值模拟研究，得到了加工过程中温度场的分布情况。通过单因素仿真试验找到了激光峰值功率、脉冲宽度和加工速度对温度场分布的影响规律。仿真结果表明，最高温度集中在热源中心，且随着激光峰值功率和脉冲宽度的增大而增大，随着加工速度的增大而减小。根据316 L不锈钢基体最高使用温度及氟碳漆层熔化温度结合仿真温度场分布确定了较优工艺参数，并进行试验，发现仿真预测值与试验结果相近，证明了水导激光对不锈钢基体表面除漆有限元仿真的可行性。
水导激光 316 L不锈钢 氟碳 温度场 除漆 water-guided laser 316 L stainless steel fluorocarbon temperature field paint removal
1 陆军装备部驻天津地区航空军事代表室, 天津
2 航空工业万里航空机电有限责任公司, 兰州
基于光电二极管的光致发电和电致发光特性可以实现光电—电光转换特性。因此, 近年来各类半导体光电材料制成的太阳能电池(solarcell)和发光二极管(light-emitting diodes)吸引了人们的极大兴趣。然而现阶段的光电转换器件要求同时兼具低制造成本, 高光伏表现和节能环保的特性。迫使科研人员寻找一种新的光伏材料满足上述要求。以甲基胺碘化铅(MAPbI3)为代表的金属卤化物钙钛矿(Perovskite)材料因具有生长工艺简单、光谱吸收范围宽和缺陷容忍度高等优点, 是作为新型光电器件的理想材料。文中将对该种材料在两种光电器件中实现光电—电光转换的工作原理进行分析。
钙钛矿 PN结二极管 光电转换 Perovskite PN junction diode photoelectric conversion
