与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同，本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处，通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场，并选择合适的偶极子天线长度，就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明，创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致，球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活，可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑，这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
1 长江师范学院微纳光电器件与智能感知系统重点实验室，重庆 408100
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心，重庆 400714
4 珠海迈时光电科技有限公司，广东 珠海 519060
针对传统微透镜面形测试光路复杂和效率不高的问题，提出了一种基于微透镜远场光斑高效提取环带状面形误差峰谷（PV）值的方法。基于几何光学原理，计算了不同环带误差形成的光斑的分界线位置；建立了环带误差的三维模型，通过仿真不同误差模型下的远场光斑，获得了分界线内外光强比值和环带误差值的对应关系；最后利用微纳加工技术制备出不同环带误差的微透镜阵列，搭建测试光路，通过测试获得了不同环带误差下的光斑能量分布，通过模型计算获得的微透镜环带状面形误差PV值与干涉仪测试结果一致。
光学器件 微透镜 远场光斑 环带状面形误差 光斑能量比
1 兰考三农职业学院智能制造系，河南 开封 475300
2 大连理工大学郑州研究院，河南 郑州 450048
3 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001
以钻头W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象，分别以圆形与方形两类光斑实施激光熔覆，制得TiAlSiN涂层，比较涂层组织形态和力学性能特点。研究结果表明：涂层中存在BCC相与部分MC相，激光熔覆后生成了(Fe, Cr)固溶体。涂层中形成明显的胞状晶粒与许多弥散分布的细小颗粒物，方形光斑涂层形成许多不规则的树枝晶与颗粒形态的碳化物，提升了涂层均匀性。圆形光斑与方形光斑涂层达到比基体更大的硬度，方形光斑涂层比圆形光斑硬度更大，整体分布形态也更加均匀。圆形光斑涂层平均摩擦因数为0.72，方形光斑涂层平均摩擦因数为0.56；圆形光斑涂层呈现明显的黏着磨损特征，方形光斑涂层主要表现为磨粒磨损的特征。
激光熔覆 斑点 TiAlSiN涂层 耐磨性 laser cladding spots TiAlSiN coating wear resistance
1 沈阳农业大学工程学院, 辽宁 沈阳 110866
2 沈阳农业大学工程学院, 辽宁 沈阳 110866 农业农村部园艺作物农业装备重点实验室, 辽宁 沈阳 110866
黄瓜白粉病是一种传播速度快、 发生频率高的蔬菜病害, 一旦爆发将对产量产生严重的打击, 因此对黄瓜白粉病的识别与尽早防治具有重要的意义。 采用便携式光谱仪采集了黄瓜叶片的近红外光谱反射率曲线与荧光光谱强度曲线, 采用LI-6400光合作用测量仪测量叶片的光合速率, 并采集了叶片的图像信息。 首先, 采用图像分割技术对白粉病进行等级划分; 其次, 对净光合速率与光谱之间进行相关性分析; 最后, 利用定性分析以及定量预测两种方法, 结合黄瓜患白粉病叶片及健康叶片的光合速率指标建立白粉病检测模型。 从分析结果可知, 利用二值化将黄瓜叶片区域作为感兴趣区域(ROI)分割出, 根据R-G-B与L*a*b*色彩空间中颜色的差异可以有效提取白粉病斑面积; 通过皮尔逊相关性分析光合速率与光谱之间的相关性强度, 得到光合速率与光谱具有较强的负相关, 并且随着反射率及光谱强度的增高, 相关性减弱, 表明采用光谱及相关性较大的波段对光合速率进行预测具有可行性; 经过准确率比较, 选择集成学习(ensemble learner)中的子空间判别(subspace discriminant)算法对定性模型进行最终分析, 得到近红外光谱模型更加稳定, 识别准确率更高; 采用偏最小二乘回归模型(PLSR)进行定量预测, 通过比较7种不同的预处理方法, 验证得知MSC预处理可以有效去除光谱干扰信息, 其中近红外光谱模型R2更高, 且RMSEP＜RMSEC。 预测值与实际测量值对比可知, 近红外光谱模型得出的预测值与实际测试值更相近, 且健康样本与患白粉病样本区分明显, 表明该模型具有更高的鲁棒性。 结果表明, 利用近红外光谱与光合速率指标相结合建立的模型以及图像识别系统可以实现对黄瓜白粉病的快速识别与病情分级, 为黄瓜病害诊断提供了方法和参考依据。
黄瓜白粉病 近红外光谱 荧光光谱 病斑分割与分级 光合速率 Cucumber powdery mildew Near-infrared spectrum Fluorescence spectrum Segmentation and grading of disease spots Photosynthetic rate 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1731
新疆大学智能制造现代产业学院（机械工程学院），新疆 乌鲁木齐 830017
为研究不同载气流量和不同送粉量下激光熔覆粉末流场的汇聚特性对熔覆层高的影响，采用Fluent软件建立了气固两相流模型，对不同载气流量和不同送粉量下粉末流场的汇聚特性进行了模拟，并对模型进行了试验验证。结果表明，随着载气流量增大，喷嘴出口粉末流场的发散程度增大，粉末汇聚浓度降低。随着送粉量的增大，喷嘴出口粉末浓度场增大，粉末汇聚浓度增大，两种情况汇聚位置均无变化，在试验参数中载气流量和送粉量分别为7 L/min和1.2 r/min时粉末汇聚最好，熔覆层高最高。最后通过试验验证，模拟结果和试验结果相一致，说明了该模型的准确性。
激光熔覆 数值模拟 气固两相流 汇聚特性 粉斑直径 工艺参数优化 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114004
1 国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100085
2 国防科技大学理学院，湖南 长沙 410073
3 杭州电子科技大学微电子研究院，浙江 杭州 310018
激光自发明以来经历了飞速的发展，带动物理、化学、生物、信息等众多相关领域取得了重大突破，在基础科学和应用技术研究中占据了至关重要的地位。本文从国家自然科学基金的视角，结合2017—2021年国家自然科学基金重点项目、重大项目、国家重大科研仪器研制项目、面上项目和青年科学基金项目的资助情况，对各立项项目的题目和关键词进行热词分析，梳理了我国激光科学技术的发展现状和挑战，并在此基础上对需要进一步深入研究和探讨的问题进行了展望。
激光技术 热词分析 前沿热点 研究展望
Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Translational Atomaterials, Faculty of Science, Engineering and Technology, Swinburne University of Technology, P.O. Box 218, Hawthorn VIC 3122, Australia
2 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System, Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, 4 Engineering Drive 3, Singapore 117583, Singapore
4 Engineering Product Development Pillar, Singapore University of Technology and Design, 8 Somapah Road, 487372, Singapore.
Ultrathin flat metalenses have emerged as promising alternatives to conventional diffractive lenses, offering new possibilities for myriads of miniaturization and interfacial applications. Graphene-based materials can achieve both phase and amplitude modulations simultaneously at a single position due to the modification of the complex refractive index and thickness by laser conversion from graphene oxide into graphene like materials. In this work, we develop graphene oxide metalenses to precisely control phase and amplitude modulations and to achieve a holistic and systematic lens design based on a graphene-based material system. We experimentally validate our strategies via demonstrations of two graphene oxide metalenses: one with an ultra-long (~16λ) optical needle, and the other with axial multifocal spots, at the wavelength of 632.8 nm with a 200 nm thin film. Our proposed graphene oxide metalenses unfold unprecedented opportunities for accurately designing graphene-based ultrathin integratable devices for broad applications.
femtosecond laser reduction graphene oxide metalens multifocal spots optical needle Opto-Electronic Advances
2021, 4(2): 02200031
