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基于碳纳米薄膜/砷化镓范德华异质结的高性能自驱动光电探测器研究
婷婷 霍, 冬冬 张, 祥蕾 施, 宇 潘, 利杰 孙, 言杰 苏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0149
摘要(0) PDF 886KB(0)
摘要:
基于碳纳米材料/体半导体范德华(vdW)异质结的光电器件可以同时利用碳纳米材料的超高载流子迁移率以及体半导体的优异光电性能,具有结构简单、工艺简便、易于调控界面等优点。尤其是通过调控单壁碳纳米管(SWCNT)的直径/手性、费米能级等可以与体半导体形成能带匹配、具有原子级界面的新型混合维度vdW异质结。本文报道了一种基于(6,5)手性为主的SWCNT薄膜与n型GaAs所形成的pn结的宽光谱自驱动光电探测器,并利用石墨烯降低SWCNT薄膜内载流子的复合几率和促进载流子传输。实验结果表明,器件对405-1064nm波段光子表现出高灵敏的光电响应,零偏压条件下最大光电响应度和比探测率分别可达1.214 A/W和2×1012 Jones。
基于透镜阵列的三维姿态角度测量
明鑫 杜
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0129
摘要(0) PDF 936KB(0)
摘要:
在航空、航天、国防等领域三维姿态角的精确测量应用广泛,为方便准确的实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量的分析模型。系统中,准直平行光束通过四个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像的光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,亦可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果比对,验证了所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,结果表明所提方法能够实现三维姿态角的测量。
非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用
梁子健, 杨甬英, 赵宏洋, 刘圣安
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0143
摘要(7) HTML全文(0) PDF 5699KB(0)
摘要:
非球面光学元件特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面加工的不同阶段对检测指标要求的多样性,现已发展出了种类繁多的检测方法。本文回顾了非球面光学元件面型检测技术的发展历程,分非干涉法与干涉法两大类整理了常用的检测技术,介绍了各自的技术指标与适用条件、研究进展与应用情况。本文重点讨论了基于干涉方法的非球面精密检测技术,举例说明了非零位与零位两条技术路线下各检测方法的基本原理、光路结构与检测能力,对比分析了各方法的优缺点与适用范围,介绍了一些配套算法以及检测光路的精密调节方法。
面部视频非接触式生理参数感知
嵇晓强, 刘振瑶, 李炳霖, 饶治, 李贵文, 粟立威
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0157
摘要(13) HTML全文(2) PDF 4075KB(0)
摘要:
目的:为了在日常生活中让受试者在非接触的条件下检测各项生理参数,方法:本文设计了一种基于成像式光电容积描记技术,从手机录制的人脸视频中估算生理参数的方法。首先,提出了“小波变换-主成分分析-盲源分离”算法,用于提取出高信噪比的RGB三通道脉搏波信号。然后,分别从频域和时域角度对绿色通道信号进行处理,估算出心率值和呼吸率值;对红蓝通道的脉搏波信号进行处理,并结合血氧仪检测的血氧饱和度结果,进行数据拟合,从而找到从面部视频中估算血氧饱和度值的最佳线性方程。最后,对比了自然光下各生理参数的估算结果的误差,分析了在三种光照环境下各参数的估算结果。结果:结果表明:三种光照环境下得到的心率平均误差为0.5512 bpm,呼吸率平均误差为−0.6321 brpm,血氧饱和度平均误差为−0.2743%。结论:综上,本文提出的非接触式生理参数估算方法精度高,具有普适性和稳定性,估算结果同标准仪器的测量结果具有高度一致性,可满足日常生理参数测量的需求。
数字微镜器件(DMD)杂散光特性测试方法及装置
姚雪峰, 高毅, 龙兵, 李文昊, 于宏柱, 张靖, 李晓天
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0132
摘要(19) HTML全文(5) PDF 5337KB(0)
摘要:
目的: 为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行了测试。 方法: 首先,提出了杂散光测试方法;接着,针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统;最后,通过实验得到了2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况。 结果: 测试结果表明,单个微镜单元中心孔道位置附近反射的能量较强,靠近边缘位置反射的能量则相对较弱,此外测试区域之外微镜单元也会反射一部分能量;测试区域内微镜单元杂散光绝对强度最大值出现在中心孔道附近,其灰度值为6.86,紧邻测试区域微镜单元杂散光绝对强度最大值同样也出现在中心孔道附近,其灰度值为4.01,由此可以说明中心孔道位置附近的杂散光较强;测试区域内微镜单元的杂散光相对强度相对较弱,从测试区域边缘开始急剧增大,经过大约两个微镜单元后达到峰值,数值为293.5%,此后开始急剧下降。 结论: 以上这些研究成果可为今后使用DMD研制各类仪器起到一定指导作用。(小五号)
高温数字图像相关法变形测量中玻璃介质误差校正
任明阳, 王立忠, 付白强, 陈仁虹, 邬宏, 王岩鹏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0144
摘要(13) HTML全文(3) PDF 4496KB(0)
摘要:
为了校正玻璃介质在高温变形测量中引起的测量误差,本文将玻璃介质作为相机标定模型的一部分,基于摄影测量技术和数字图像相关法,提出一种复杂环境下的双目相机标定方法,将其应用在高温变形测量中。首先,针对复杂环境下图像质量差引起的标定困难问题,采用带畸变校正的相机成像模型,通过捆绑调整的相机标定方法完成双目相机标定,提高了标定成功率和稳定性。其次,针对复杂环境下双目相机标定精度低的问题,分析镜头焦距、环境光干扰和玻璃与相机距离等因素对标定结果的影响,给出最佳标定参数,使得标定重投影误差由0.832个像素减少到0.132个像素。最后,采用有玻璃介质的测量环境,比较标定时有玻璃和标定时无玻璃两种的测量误差,证明了本方法能大幅减少测量误差。试验结果表明,该方法能够有效减少高温环境下玻璃介质导致的位移场测量误差,X,Y和Z轴位移场平均测量误差分别减少70.16%,76.51%和40.05%。本文的方法能够实现复杂环境下相机高精度的标定,标定稳定性好,是实现高温变形准确测量的有效途径。
铌酸锂薄膜调制器的研究进展
刘海锋, 郭宏杰, 谭满清, 李智勇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0115
摘要(17) HTML全文(8) PDF 3743KB(4)
摘要:
铌酸锂薄膜调制器具有小体积、高带宽、低半波电压的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要的应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。研究得到基于SOI和LNOI结构实现了VπL<2 V∙cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,铌酸锂薄膜调制器将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。
DMD光刻和电沉积结合制备金微阵列电极的结构优化与性能检测
杨东方, 陆子凤, 刘华, 单桂晔
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0109
摘要(3) HTML全文(4) PDF 5919KB(0)
摘要:
为提高微阵列电极 (Microarray electrodes, MAE) 的检测效率,降低生产成本,提出了一种将数字微镜器件 (DMD) 无掩模投影光刻与电化学沉积相结合的技术。首先,利用光刻系统压电平台 (PZS) 的高分辨率运动和DMD生成图案的灵活性等优点,制备了用户可自定义的微结构阵列,接着,通过电化学沉积获得Au导电层,实现了均匀的Au微阵列电极 (Au/MAE) 的制备。然后通过循环伏安法,比较了不同结构的Au/MAE的电化学性能,获得了优化的结构参数。最后,研究了优化后的Au/MAE对于不同浓度和pH值的葡萄糖的电流响应,并通过计时电流法对Au/MAE检测葡萄糖的抗干扰能力进行了测试。电化学分析表明,这种简单的Au/MAE对葡萄糖的电化学检测具有显著的安培响应和较强的抗干扰能力,其灵敏度为101 μA·cm−2·mM−1。这种微阵列电极的制备方法,具有分辨率高、一致性高、工艺简单、成本低的优点,为生物传感阵列的制造提供了切实可行的操作方案。
微细铣刀位姿同轴全息重建方法
孙艺洋, 许金凯, 于占江, 张向辉, 程亚亚, 于化东
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0089
摘要(127) HTML全文(62) PDF 4455KB(11)
摘要:
微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像。在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴向位置。利用最小二乘法对关键点拟合修正重建误差,实现微细铣刀的三维位姿重建。实验结果表明,基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法获得的微细铣刀重建误差优于0.1°。该方法能够精确测量微细铣刀三维位姿,可为后续的微细铣刀装夹精度修正提供参考依据。
1.6 μm波段锁模光纤激光器
孙有生, 林鹏, 马万卓, 端木庆铎, 王天枢
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0128
摘要(72) HTML全文(32) PDF 7204KB(7)
摘要:
为了获得基于孤子自频移效应的1.6 μm波段锁模脉冲,设计了一种非线性偏振旋转的掺铒光纤激光器,并利用双输出结构检测脉冲。在泵浦功率为350 mW时,通过适当调节偏振控制器,同时在两个输出端观察到中心波长为1560 nm的类噪声脉冲,3 dB带宽为17.5 nm,脉冲持续时间为968 fs。进一步将泵浦功率增加至550 mW,输出端1的类噪声脉冲保持不变,输出端2的类噪声脉冲的中心波长红移至1614 nm,3 dB带宽增加至64.4 nm,脉冲持续时间减小至302 fs。谐振腔的最大输出功率为11.4 mW。同时,实验分析了色散位移光纤的长度对孤子自频移的影响,结果表明,在一定的范围内,色散位移光纤的长度越长,孤子自频移的频移间距越小。实验研究的1.6 μm波段光纤激光器在光学相干层析成像领域具有潜在的应用价值。
基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学设计
李寒霜, 李博, 李昊晨, 林冠宇
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0127
摘要(58) HTML全文(24) PDF 3720KB(7)
摘要:
  目的  紫外探测技术已广泛应用于人类的生产生活各领域,研究宽谱段紫外成像仪系统具有重要意义。  方法  通过推导色差理论公式,提出了单一材料校正宽谱段紫外成像仪光学系统色差的方案,结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标,设计了仅一种透镜材料且所有透镜全部为球面的210−400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统,并运用光学设计软件CODE V对系统优化及像质评价。  结果  结果表明:在奈奎斯特频率40 lp/mm下,全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6,系统点列图RMS<7.8 μm,具有良好的成像质量。  结论  该系统不含非球面等光学元件,不仅加工装调易于实现,而且降低研制成本,将为宽谱段紫外成像光谱仪的设计奠定技术基础。
结合光源分割和线性图像深度估计的夜间图像去雾
吕建威, 钱锋, 韩昊男, 张葆
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0114
摘要(49) HTML全文(22) PDF 4097KB(1)
摘要:
  目的  夜间有雾图像通常具有低对比度,光照不均匀,颜色偏移以及噪声较多等现象,这些退化现象使得夜间图像去雾问题成为病态问题,具有极大的挑战性。针对夜间图像存在的退化问题,本文提出了一种能够在夜间图像中有效去雾并提高图像质量的方法。  方法  首先,将图像分解成光晕层和有雾层,并对有雾层进行颜色校正。其次,通过一种新提出的带有伽马变换的图像光源分割方法来分割光源,并设置分割阈值作为像素点属于光源区域的概率值。然后,将得到概率值与最大反射先验相结合来估计光源和非光源区域的大气光值。最后,根据图像深度与亮度、饱和度以及梯度三者之间的关系建立线性模型,进一步估计透射率的值。  结果  实验得到的分割阈值为0.07,线性深度估计参数分别为1.0267,−0.5966,0.6735,0.004135。  结论  实验结果表明本文的方法在夜间图像去雾,消除光晕,减少噪声,以及提高可视度方面取得良好的效果。
胶体光子晶体环的研制及其光学性能
崔丽影, 卢扬, 钟双玲
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0107
摘要(149) HTML全文(66) PDF 2218KB(2)
摘要:
为了满足图案胶体光子晶体在实际应用中的需要,提出旋涂这种简单胶体光子晶体环的快速制备方法。基底为圆型图案光刻胶结构,乳胶球为疏水核亲水壳结构聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶球。对所制备的样品进行形貌和光学性能表征,研究了旋涂速度、乳胶球浓度和不同圆型光刻胶图案基底对旋涂过程中乳胶球组装形貌的影响。结果表明制备胶体光子晶体环的最佳参数如下:旋速为2000 r/min,乳胶球质量百分比浓度为7.5%,圆型光刻胶结构的直径约为22.8 µm;对环中乳胶球进行相对有序组装,与光谱图结果相一致,分析原因可能是由于组装时间太短导致的。这种快速的胶体光子晶体环的成功构筑归因于图案基底的物理限域和浸润性差异,这种方法可能在光学器件、传感和防伪方面有着广泛的应用前景。
Ag@SiO2核壳纳米颗粒对Eu-PMMA薄膜的发光增强效应
龙江迷, 陈晓波, 赵国营, 李永良, 郭敬华, 王杰亮, 李崧, 刘泉林
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0013
摘要(110) HTML全文(52) PDF 3349KB(4)
摘要:
为了提高稀土离子的发光性能,在稀土发光材料中引入了贵金属纳米颗粒。金属等离子体共振可以产生局域电场,作用于稀土离子的发光过程,能达到发光增强的效果。Ag@SiO2核壳结构纳米颗粒可以有效控制金属Ag与稀土离子之间的距离,既能达到等离子体共振增强的效果,又可以避免与发光中心距离过近时产生非辐射能量传递导致的荧光淬灭。首先,用滴铸法先将不同浓度的Ag@SiO2纳米颗粒滴在石英片上,接着,将Eu(dbm)3phen:PMMA: 二氯甲烷混合溶液通过旋涂制备得到Eu-PMMA复合薄膜。对样品进行形貌表征和发光测量,发现Ag@SiO2纳米颗粒的引入使薄膜的发光强度得到增强,测量的激发光谱的最大增强因子为2.50倍,发射光谱的最大增强因子为2.15倍。对样品进行荧光寿命测量,含有Ag@SiO2纳米颗粒的薄膜样品的发光寿命也得到延长。引入Ag@SiO2纳米颗粒增强发光展现了良好的增强效果,且实验方法可操作性强,是一种具有良好应用潜力的增强稀土发光材料的发光强度的方法。
20 m水下无线蓝光LED通信系统样机设计
董冰, 佟首峰, 张鹏, 王大帅, 马晨源
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0191
摘要(108) HTML全文(40) PDF 3557KB(4)
摘要:
在清澈海水中,透射窗口在蓝绿光波段,蓝光在海水中具有很好的传输特性。为了满足深海观测网络及平台间的高速率、大容量的通信需求,本文提出了一种水下无线可见光通信系统,采用470 nm LED阵列拼接结构,增大束散角,并且提出采用菲涅尔透镜作为光学天线,实现大视场接收,在20 m的水下通信距离下,成功实现了5 Mbit/s通信速率,误码率低至10−6的可靠通信,并完整地组装出了工程样机,为后续的水下动态激光通信系统奠定了基础。
星模拟器光学系统视场拼接方法的研究
付景怡, 秦天翔, 黄蕴涵, 刘智颖
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2020-0221
摘要(168) HTML全文(46) PDF 3925KB(16)
摘要:
大视场星模拟器可以提供更广的星图范围。但是现有星模拟器受显示芯片尺寸的限制,最大视场不超过30°。为了增大星模拟器光学系统视场,本文提出一种将同一规格的星模拟器视场进行拼接从而扩大视场的方法。为了降低成本及系统复杂程度、减少系统整体重量,以最少的拼接数目实现最大的拼接视场,文中针对视场重叠区域进行了详细计算与分析,提出以平面拼接为基础的形式简化拼接模型,得到正三角形、正四边形、正六边形3种典型的拼接方式,并推导了3种拼接方式下视场利用率的计算方法。提出了单一视场坐标计算方法,据此确定每个视场的中心位置,得到准确拼接数目。对比结果显示,正六边形拼接方式具有视场利用率更高、拼接数目更少的突出优势,为大视场星模拟器设计提供依据。
GFC-IFC技术在多组分微量气体分析中的应用
谢耀, 华道柱, 齐宇, 沈婷婷, 刘振强, 叶华俊, 刘维屏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0064
摘要(181) HTML全文(83) PDF 2575KB(16)
摘要:
固定污染源烟气各领域超低排放标准的相继出台,给监测仪器仪表开发带来了全新的挑战,同时“碳达峰,碳中和”的提出,CO2等温室气体监测需求迫切,常规的烟气在线监测产品已经很难满足越来越严的监测标准,以及多因子同时监测的需求。本文介绍了基于非分散红外原理的多组分微量气体分析系统,建立气体滤波相关(GFC)和干涉滤波相关(IFC)技术的的理论模型,以建立有效光程、滤光片中心波长和带宽等关键系统参数,以及待测气体浓度与测量和参考信号的关系,确定各气体组分所采用的测量技术。构建多组分微量气体分析系统,GFC和IFC技术相结合,在时域上实现了参考和检测的双光路设计,采用长光程的多次回返气体室,实现小量程和0.5 mg/m3的检出限,以及不超过±2%F.S.的24 h零点和量程漂移,可同时在线监测SO2、NO、NO2、CO和CO2等气体污染物,满足固定污染源超低排放和碳排放的监测需求,有助于解决固定污染源烟气排放监测数据的真实、准确和全面的问题。
应用于作物荧光检测的改进型Offner光谱仪设计
范纪泽, 李博, 张璐, 巨燕方
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0073
摘要(171) HTML全文(86) PDF 5612KB(8)
摘要:
为了对作物进行更灵敏、高效的生长监测,国内外相继设计了各类高光谱分辨率的光谱仪用来探测叶绿素荧光效率。本文对传统Offner光谱仪系统进行改进,得到了光谱分辨率更高的整体结构,光学系统选用双反望远系统,光谱仪部分采用高刻线密度反射型凸面光栅,实现更高的光谱分辨率。在此基础上,添加放大透镜以满足长狭缝需求,同时得到了一种狭缝-像面在光栅同一侧的Offner结构。利用CODEV软件对望远系统和光谱仪部分的初始结构进行优化。结果表明,工作在670~780 nm波段时,光谱分辨率为0.3 nm,在17 lp/mm截止频率下整体调制传递函数MTF>0.75,各视场条件下弥散斑均方根半径RMS<15 μm。由此可知,该方法可以满足作物生长的叶绿素监测领域的高精度、实时性要求。
大气气溶胶消光后向散射比反演方法研究
陈洁, 童奕澄, 肖达, 张凯, 刘崇, 刘东
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0135
摘要(69) HTML全文(36) PDF 3955KB(8)
摘要:
气溶胶消光后向散射比是与气溶胶类型相关的一个重要光学参数,且是米散射激光雷达反演中的关键误差来源之一,近年来随着激光雷达在大气气溶胶探测领域内的快速发展愈发成为研究热点,因此调研消光后向散射比的反演方法对于气溶胶的探测与研究具有很大意义。本文根据使用的仪器及反演原理,对多种大气气溶胶消光后向散射比的反演算法进行了整理归纳,并从光学特性和微物理特性入手将这些方法联系起来。其中,光散射模型法、被动光学遥感法与激光雷达法联系紧密、应用广泛,为大气气溶胶的探测与研究提供了重要支撑。文章重点介绍了这三大类较为主流的反演方法,综述了相关方法的发展历程并分析了适用情况及优缺点,最后展望了未来大气气溶胶消光后向散射比反演技术的发展趋势。
High-sensitivity surface plasmon resonance sensor based on the ten-fold eccentric core quasi-D-shaped photonic quasi-crystal fiber coated with indium tin oxide
LIU Qiang, JIANG Yu, HU Chun-jie, LU Wen-shu, SUN Yu-dan, LIU Chao, LV Jing-wei, ZHAO Jin, TAI Sheng-nan, YI Zao, CHU Paul K
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0006
摘要(77) HTML全文(24) PDF 3651KB(4)
摘要:
A high-sensitivity surface plasmon resonance (SPR) sensor comprising an eccentric core ten-fold photonic quasi-crystal fiber (PQF) with a D-shaped structure and coated with indium tin oxide (ITO) is designed and analyzed numerically. The eccentric core D-shaped structure makes analysis of liquids more convenient and also strengthens the coupling between the core mode and SPP mode to improve the sensing sensitivity. The characteristics of the sensor are investigated by the finite element method (FEM). The wavelength sensitivity increases with increasing refractive indexes (RIs) and the maximum wavelength sensitivity and resolution are 60000 nm/RIU and 1.67×10−6 RIU, respectively. The sensor delivers excellent performance and has large potential applications in measurement of liquid refractive indexes.
可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计
吴长坤, 张为, 郝亚喆
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0119
摘要(139) HTML全文(65) PDF 5328KB(9)
摘要:
针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪。光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter , AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3 μm,其中可见光相机工作在400 nm~1000 nm波段,近红外相机工作在1000 nm~1700 nm波段。光谱仪控制系统以现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)为核心处理单元,使用Cameralink接口采集相机数据,使用RS422串口对AOTF进行频率控制,通过AOTF同步信号与相机外触发信号的有机结合,实现了连续图像与多波长循环采集的一一对应,图像数据最后经过USB3.0接口传输到上位机进行实时显示。经外场测试,光谱仪成像质量良好,系统工作稳定,针对1024*1024分辨率图像,图像实时传输速率最高可达120 frame/s,满足设计要求。在实际工程应用中,该控制系统接口丰富,且可靠性高、灵活性好,具有较强的可扩展性。
二元计算全息法产生复杂无衍射光束
杨婧羽, 任志君, 黄文俊, 许富洋
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0061
摘要(123) HTML全文(25) PDF 3675KB(23)
摘要:
无衍射光束是一种能在自由空间稳定传输的光束。近来,一类具有复杂光学形态的无衍射光束被引入,比如马蒂厄光束、抛物光束、非对称贝塞尔光束等。为了产生具有复杂结构的无衍射光束,需要对光波进行复振幅调制,即同时调制光波的振幅和相位。但目前的商用光学调制元件只能调制光波的振幅或相位。本文基于二元计算全息法,编码二维复透过率函数分布,构建了具有复振幅调制功能的二元实振幅非负计算全息图。利用实验室自主研发的投影成像光刻系统,对银盐干板进行曝光处理,经显影、定影处理,将其加工为相应的振幅掩膜板,用来精确产生了具有复杂结构的无衍射光束。以无衍射马蒂厄光束为例,采用罗曼型迂回相位编码方法,在全息图每个抽样单元内开一个矩形通光孔径,通过改变通光孔径的面积来对复值光波的振幅进行编码,通过改变通光孔径中心偏离抽样单元中心的距离,来对复值光波的相位进行编码。最终典型构建了两种产生马蒂厄光束的二元实振幅计算全息图,其像素数高达28000×28000。之后利用加工好的振幅掩膜板,准确、方便、高效地产生了的椭圆系数q=10,拓扑荷数m=0与m=1的第一种偶型马蒂厄光束,其它类型的马蒂厄光束可相应产生,这是一种光束形态多样、光束结构复杂的无衍射光束。实验结果证实了,采用罗曼型迂回相位编码方法产生具有复杂结构的无衍射光束,有效避免了实验过程中分离的相位调制元件和振幅调制元件之间的对准误差,二元计算全息编码法是一种能用来调控产生复杂结构无衍射光束的新途径。
结合空洞卷积和迁移学习改进YOLOv4的X光安检危险品检测
吴海滨, 魏喜盈, 刘美红, 王爱丽, 刘赫, 岩堀祐之
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0078
摘要(206) HTML全文(87) PDF 3718KB(16)
摘要:
  目的  由于X光安检图像存在背景复杂,重叠遮挡现象严重,危险品摆放方式、形状差异较大等问题,导致检测难度较高。  方法  针对上述问题,本文在YOLOv4的基础上,结合空洞卷积对其网络结构进行改进,加入空洞空间金字塔池化(atrous space pyramid pooling, ASPP)模型,以此增大感受野,聚合多尺度上下文信息。然后通过K-means聚类方法生成更适合X光安检危险品检测的初始候选框。其中,模型训练时采用余弦退火优化学习率,进一步加速模型收敛,提高模型检测精度。  结果  实验结果表明,本文提出的ASPP-YOLOv4检测算法在SIXRay数据集上的mAP达到85.23%。  结论  能有效减少X光安检图像中危险品的误检率,提高小目标危险品的检测能力。
椭圆形平面镜的高精度面形重构技术
闫公敬, 罗旺, 张斌智
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0106
摘要(108) HTML全文(45) PDF 5885KB(3)
摘要:
为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效的分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,我们对250 mm*300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。模拟中我们对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm*300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性与精度。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。
制冷型长波红外光学系统设计
单秋莎, 谢梅林, 刘朝晖, 陈荣利, 段晶, 刘凯, 姜凯, 周亮, 闫佩佩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0116
摘要(94) HTML全文(38) PDF 3916KB(10)
摘要:
  目的  针对640×512长波红外制冷型探测器,设计了一种制冷型长波红外光学系统,用于对目标的红外跟踪探测。  方法  该光学系统采用二次成像结构型式以满足100%冷光阑效率,采用锗和硫化锌玻璃材料组合,实现了像差校正和消色差设计,通过引入高次非球面很好地校正了系统的高级像差,简化系统结构。光学系统由6个镜片构成,焦距为400 mm,工作波段为7.7 μm~9.3 μm,视场角为1.37°×1.10°,F数为2。系统采用二次成像型式将系统出瞳后置于冷屏处,满足100%冷光阑效率,并引入高次非球面优化平衡系统像差。  结果  设计结果表明:在空间频率33 lp/mm处,轴外视场MTF>0.24,接近衍射极限,具有高的成像品质。  结论  在−35 ℃~+55 ℃工作温度范围内,通过内置调焦镜调焦来保证高温、低温环境下的成像质量,可用于宽温度范围内的红外跟踪探测。
金属-电介质-金属柔性结构增强荧光发射
曹文静, 孙李泽童, 郭付周, 宋健彤, 刘啸, 陈智辉, 杨毅彪, 孙非
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0084
摘要(93) HTML全文(41) PDF 4228KB(1)
摘要:
增强荧光发射的技术可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要的意义。由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好的效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,所以针对荧光发射的增强,本文提出一种由金属-电介质-金属(MDM)组成的柔性结构。利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响。理论计算表明柔性MDM结构局部起伏和弧度对荧光增强起促进作用,且可以使位于结构中心位置量子点的量子效率增强约7倍。并且可以改变电介质的折射率和厚度实现目标波长的可调谐性,同时,实验验证表明该柔性MDM结构对荧光增强确有一定的促进作用,这一发现对未来的显示技术和柔性发光器件都有很大的价值,对高效的柔性器件的开发应用具有一定的指导意义。
绿光波段60 pm超窄带滤光片的研制
王凯旋, 陈刚, 刘定权, 马冲, 张秋玉
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0092
摘要(138) HTML全文(46) PDF 1245KB(7)
摘要:
波长为532 nm的绿色激光在大气层中有较强的穿透能力,可用于自由空间光通信和激光三维测绘方面,为了抑制背景光的干扰,需要半功率带宽小于100 pm的光谱滤波器。为此,设计并研制了基于光学干涉薄膜的超窄带滤光片。五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化硅(SiO2)分别作为高低折射率膜层材料,熔石英为基片,采用了双离子束溅射沉积方法制备了设计的光学薄膜。用可调谐激光器和功率计测量了滤光片的透射光谱,其半功率带宽为60±2 pm,透过率达到62.6%。
柔性复合薄膜成形极限曲线的视觉测定方法
陈仁虹, 梁晋, 叶美图, 任茂栋, 张继耀
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0101
摘要(130) HTML全文(45) PDF 4599KB(14)
摘要:
针对柔性复合薄膜成形试验中极限应变难以测量的问题,提出一种基于双目立体视觉结合数字图像相关法的测量方法。首先对于薄膜材料成形过程中产生大变形或裂纹时图像难以匹配的问题,根据系列图像相邻状态变形的连续性,提出了一种图像匹配基准自适应更新的弱相关分步匹配方法;然后根据薄膜材料表面应变分布不同于钢制件的特性,提出了一种构建应变场截线来拟合薄膜材料的极限应变曲线的方法。专门组建视觉测定的软、硬件系统,通过Q235钢试件进行极限应变曲线测量并与坐标网格方法进行对比,材料极限应变精度能够提高0.02%,证明了本文方法的可行性和精确性。用7组PET/Nylon/Al foil/PP材料制备成的柔性复合薄膜试件进行实测,此方法及系统成功的完成了柔性复合薄膜材料的成形极限曲线测定。对比实验和实际测试证明,本文方法能够快速、准确地测量柔性复合薄膜材料在整个成形过程中的表面应变分布,与传统的坐标网格方法相比具有明显的优势,为测定薄膜材料的成形极限应变曲线提供了一种高可靠性、高精度的手段。
分孔径紫外多波段成像光学系统设计
刘尊辈, 蔡毅, 刘福平, 马俊卉, 张猛蛟, 王岭雪
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0052
摘要(129) HTML全文(60) PDF 3938KB(5)
摘要:
为获得火焰燃烧过程中的黑体辐射与特征自由基发出的紫外辐射信息,实现对火焰温度与燃料成分的定量分析,本文设计了分孔径紫外多波段成像系统。该系统由前置分孔径光路与后置合像光路两部分组成,选择熔融石英和氟化钙为透镜材料。通过在各个分孔径光路内放置滤光片的方式,将目标在240−280 nm、308 nm、300−360 nm、390 nm四个不同波段的紫外辐射同时成像到紫外探测器的四个区域上。该系统的F数为2.85,视场角为10°,总长为277.2 mm。分孔径光路的入瞳直径为10 mm,单通道焦距为43.88 mm,调制传递函数(MTF)接近衍射极限。合像光路边缘物面的MTF值在45 lp/mm处达到0.45。将两者组合优化后,总系统在45 lp/mm处各通道的MTF值均在0.5以上。对系统的各项公差进行了蒙特卡罗分析,结果表明有20%以上的良品率,该系统适合于科研加工装配,具有实用价值。
基于等效矢量模型的双光楔逆解算法研究
冯建鑫, 王强, 王雅雷, 胥彪
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0117
摘要(130) HTML全文(49) PDF 4131KB(7)
摘要:
为了进一步提高双光楔结构中反解算法的计算精度、减少计算时间,为此本文将正演迭代法与光楔等效矢量模型相结合,提出等效矢量迭代法。首先,根据光楔对光线的偏转作用建立光楔等效矢量模型。接着,利用矢量叠加的方法求解双光楔出射光线的矢量坐标。然后,将等效矢量模型代入双光楔两步逆解算法中进行计算,求解双光楔旋转角度的近似值。最后,利用正演迭代、逐步逼近的思想,提出等效矢量迭代逆解算法,并计算得到双光楔的旋转角度。实验结果表明:该算法的计算精度达到10 μm级别,计算时间在0.1 ms以内。该算法能有效提高计算精度、降低计算时间,在高精度光束指向领域具有广泛的应用前景。
双波长窄带宽介质超材料吸收器
方晓敏, 江孝伟, 武华
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0075
摘要(78) HTML全文(41) PDF 4839KB(5)
摘要:
为降低窄带宽超材料吸收器(metamaterial absorber,MA)制造成本的同时拓宽其应用领域,本文基于时域有限差分法利用介质材料设计出双波长窄带宽介质MA,其由Au衬底、SiO2介质层和Si介质非对称光栅构成。经模拟计算发现,本文提出的双波长窄带宽介质MA在λ1=1.20852 μm和λ2=1.23821 μm具有超高吸收效率,而且FWHM也分别只有0.735 nm和0.077 nm。MA在λ1实现窄带宽吸收主要机理是因为光在SiO2层形成了法布里-珀罗(fabry-pérot, FP)腔共振,而MA在λ2实现窄带宽吸收主要是由于入射光在介质非对称光栅中形成了导模共振效应。经理论计算可知,通过改变MA的结构参数可对其吸收特性产生较为显著的影响。
重投影优化的自由双目相机位姿估计方法
陈天择, 葛宝臻, 罗其俊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0105
摘要(111) HTML全文(49) PDF 5213KB(9)
摘要:
在自由双目立体视觉系统中,左右相机自由旋转,导致相机位姿发生实时变化。针对这一问题,提出一种重投影优化的自由双目相机位姿估计方法。通过分解相邻两幅图像间的单应矩阵估计相机的运动参数;将其作为初值计算重叠拍摄区域内特征点云的重投影误差,构建目标函数;利用非线性优化算法优化目标函数,得到最优的相机运动参数,结合相机旋转前的位姿参数,计算当前位置的相机位姿。仿真实验表明,位姿估计误差随重投影误差的减小而减小,所提算法能快速稳定收敛至全局最优值;水泥模型的三维重建实验表明,利用所提的相机位姿估计算法能够有效生成模型的三维点云,并可实现相邻点云的高精度拼接,拼接点云模型上两点距离的平均误差为1.68%。
同步辐射用36单元压电变形镜研制及其面形调控研究
袁德波, 许亮, 张文斌, 周志勇, 董晓浩, 刘正坤, 张国斌
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0103
摘要(431) HTML全文(133) PDF 3808KB(32)
摘要:
第四代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径,也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题,研制了长度200 mm、含36单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数,利用国产工艺完成了变形镜样机的制作,并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明:所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm rms,斜率误差降低至240 nradrms,实现了平面面形的纳米级调控。
Experimental investigation on propagation characteristics of vortex beams in underwater turbulence with different salinity
Lu Teng-fei, Liu Yong-xin, Wu Zhi-jun
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2021-0001
摘要(105) HTML全文(59) PDF 1147KB(8)
摘要:
With the development of underwater optical communication, it is very important to study the propagation characteristics of light beams in ocean turbulence. In order to get closer to the actual situation, we build a device which can control both the salinity and the intensity of underwater turbulence to study the propagation characteristics of vortex beams and a Gaussian beam in underwater turbulence. The results show that compared with the underwater turbulence without sea salt, the light spot will be more diffuse and the light intensity will be weaker in the underwater turbulence with sea salt. The scintillation index of the vortex beam with topological charge m=2 in the underwater turbulence with salinity of 4.35‰ is larger than that in the underwater turbulence with salinity of 2.42‰, no matter it is strong turbulence or weak turbulence. When the vortex beam with m=2 propagates to the same distance, the scintillation index increases with the increment of the salinity and the intensity of underwater turbulence. Under different salinity conditions, the radial scintillation index of the vortex beam with m=2 decreases firstly and then increases with the increase of the radial distance. In addition, we set up another experimental device which can transmit a longer distance. The scintillation index of the vortex beam with m=2 is much higher than that of the Gaussian beam in the underwater turbulence within 20 meters, and the scintillation indices of both the vortex beam with m=2 and the Gaussian beam increase with the increase of the propagation distance.
Illustrating the Helmholtz-Kohlrausch effect of quantum dots enhanced LCD through a comparative study
JI Hong-lei, CHENG Shang-jun, LI Peng-fei, ZHANG Yan, GE Zi-yi, ZHONG Hai-zheng
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0058
摘要(214) HTML全文(75) PDF 5881KB(25)
摘要:
Helmholtz-Kohlrausch effect (H-K effect) described the influence of color purity on the perceived brightness of a color object. Quantum dots (QD) based backlights can enhance the color quality of liquid crystal display (LCD) display with improved perceived brightness due to the well-known H-K effect. However, the H-K effect of QD embedded TV (also known as QLED TV) has not been fully demonstrated. In this paper, we investigated the H-K effect of QLED TV through a comparative study between QLED backlights and YAG-LED backlights. By comparing the viewers’ experimental results with the Kaiser and Nayatani model, we demonstrate that QLED TV shows significant H-K effect. To achieve the same perceived brightness with YAG-LED TV, the physical brightness of QLED TV was greatly decreased to 75% for pure red color, 86% for pure green color, and 74-88% for bright colorful images. Moreover, QLED TV is much preferred than the YAG-LED TV even when both QLED TV and YAG-LED TV show the same perceived brightness. The results imply the bright future of QLED TV toward health display.
Calibration of single optical wedge test system using computer-generated hologram
CAI Zhi-hua, WANG Xiao-kun, HU Hai-xiang, CHENG Qiang, WANG Ruo-qiu, ZHANG Hai-dong
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2021-0004
摘要(122) HTML全文(57) PDF 3743KB(3)
摘要:
The single wedge compensation test method, as a testing method for large convex aspheric surface, has good applicability, robustness, and flexibility. However, various errors are coupled with one another during the test process and these errors are difficult to decouple; this affects the accuracy and reliability of the test process. To address this, a method is developed to calibrate the system error of single optical wedge test path using computer generation hologram (CGH). This study first analysed the source of the system error in the optical path of single optical wedge compensation test as well as the feasibility of using CGH for the calibration of an optical wedge compensation test system. In combination with engineering examples, a CGH is designed for optical wedge compensators with a diameter of 150 mm. Based on the analysis results, the calibration accuracy of the CGH is 1.98 nm RMS, and after calibration the test accuracy of single wedge compensation is 3.43 nmRMS, thereby meeting the high-precision test requirements of large convex aspheric mirrors. This shows that CGH can accurately calibrate the pose of single optical wedge compensators and test system errors of optical paths, address the problem of error decoupling in test optical paths, and improve the accuracy and reliability of the single optical wedge compensation method. Meanwhile, using CGH calibration, the system errors of the test optical paths, Tap#2 and Tap#3, are 0.023 and 0.011 λ RMS, respectively.
基于粒子群算法离轴多反光学系统设计
吴越, 王丽萍, 于杰, 张旭, 金春水
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0087
摘要(88) HTML全文(40) PDF 3776KB(1)
摘要:
满足像差平衡和多约束控制的初始结构构建,是实现极小像差离轴多反光学系统设计的关键。本文基于空间光线追迹与像差矫正相结合的分组设计方法建立离轴多反的初始结构计算的数学模型,提出了一种改进的粒子群算法解决离轴多反光学系统的初始结构问题,采用带收缩因子的自然选择的粒子群算法提高了计算精度,提升了设计效率,获取离轴多反光学系统的初始结构。最后,本文以离轴六反的极紫外光刻投影物镜为例,验证了此方法的可靠性和有效性,实现了0.33NA极紫外光刻物镜综合波像差优于\begin{document}$1/80\lambda $\end{document}RMS光学系统设计。
基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器的理论分析
张淑芬, 姜珊, 董磊, 王建立, 吴娜, 李文昊
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0051
摘要(231) HTML全文(49) PDF 3209KB(21)
摘要:
为克服传统星敏感器精度与视场、体积、质量等参数难以兼顾的问题,本文研究了一种基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器结构。利用角谱理论,建立了星光入射角度与探测器上像点质心位置、像点能量之间的数学模型,确定了干涉星敏感器利用像点质心位置和相对能量分别进行粗定位和精定位的方法及粗精定位结合的方法,得出了干涉星敏感器单星测量角分辨率和光栅周期、两块光栅之间的距离及像点光强信号电子学细分倍数有关的结论。通过计算机进行仿真模拟,验证了干涉星敏感器精定位及粗精定位结合的可行性。在光栅周期50 μm,两块光栅距离50 mm,像点光强信号每变化一个周期采用1024倍电子学细分的情况下,单星测量角分辨率达0.1″,与传统星敏感器相比精度有效提高。
全自动推扫式高光谱显微成像系统设计与研究
唐凌宇, 葛明锋, 董文飞
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0040
摘要(89) HTML全文(39) PDF 5199KB(9)
摘要:
为了将光谱成像技术更方便的引入显微成像领域,本文将高光谱成像技术与显微成像技术结合,搭建出一套全自动推扫式高光谱显微成像系统。系统以倒置显微镜为主体进行设计,采用棱镜-光栅元件进行光谱分光,利用高精度二维电动运动平台进行推扫,同时结合电动对焦组件完成对焦,最后成像在高灵敏sCMOS科学相机上。根据大多数生物样本光谱检测需求,系统的光谱范围选择420~800 nm。经光谱定标和空间分辨率测试,确定系统的光谱采样率为2.06 nm,光谱分辨率均值优于3.5 nm,空间分辨率优于0.87 μm。系统引入激光自动对焦系统作为主动对焦模块,以HE染色的乳腺癌病理切片为研究对象,实验分别采用被动对焦和主动对焦方式进行推扫成像,并比较分析两种方式的优劣,认为两者均可以满足大视场成像的需求,但主动对焦成像更快速、更清晰,更加适合推扫式高光谱显微成像系统。通过对全自动推扫式高光谱显微成像系统的设计与研究,解决了高光谱显微成像中无法实时对焦的难题,实现了40倍显微物镜下3.25 mm×3.25 mm范围内全自动成像,有利于促进光谱技术在生物医学等领域中的应用。
高精度硅基集成光学温度传感器研究
王艺蒙, 舒浩文, 韩秀友
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0054
摘要(218) HTML全文(75) PDF 4734KB(16)
摘要:
传统温度检测在传感精度和响应时间等方面存在一定局限性,而基于热光效应的芯片级光电传感器不仅能够提升测量灵敏度和速度,也有利于降低系统复杂度和制造成本,近年引起了人们广泛的关注。目前的集成温度传感器大多采用测量光学谐振腔对宽谱光源或可调谐光源的光谱响应来提供精准快速的测量解决方案,但这种基于宽光谱检测的方案无法实现实时处理,且成本较高,信号后处理较复杂,难以实现系统的整体集成。本文针对以上问题,采用硅基集成微环阵列技术设计了快速高精度的温度测量方法,通过对不同温度下级联微环阵列对单频激光的不同响应,构建光电二极管输出响应与温度变化的单调关系,从而实现实时高精度温度测量。为了提升单频光下的温度传感范围,使用多微环级联结构,并基于该结构设计了一种包括光源、微环阵列、探测器阵列、信号后处理单元和输出数据单元的硅基集成温度传感系统。根据实际用途的不同,在保证低功耗低成本的同时,该系统可以通过分别对级联微环数量、中心谐振波长以及谐振峰半高宽的设计改变温度测量范围以及温度测量分辨率,拥有比较大的设计自由度以及灵活的测量范围。通过对微环阵列的优化设计,实现了响应范围覆盖−20~105 ℃、精度优于60 mK、响应时间优于20 μs的精准快速测量的温度传感。
空间激光干涉仪激光抖动噪声抑制研究
王璐钰, 李玉琼, 蔡榕
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0045
摘要(125) HTML全文(41) PDF 4815KB(4)
摘要:
  目的  在“太极计划”中,由卫星抖动引起的激光抖动噪声是影响激光干涉测量精度的主要噪声源之一,为保证测量精度,需抑制该噪声至10 nrad/√Hz@10 mHz。  方法  首先,采用由四象限光电探测器和相位计组成的角度敏感器进行角度信号测量,并利用马赫-曾德干涉仪结合比例-积分-微分控制技术,搭建了地基激光抖动噪声抑制系统。其次,分析了系统反馈控制能力以及系统对于抑制激光抖动噪声的有效性。  结果  实验结果表明:该系统可有效抑制激光抖动噪声,使得激光抖动噪声<4 nrad/√Hz@10 mHz。  结论  实验推进了“太极计划”对激光抖动噪声抑制水平的研究,为激光干涉测量奠定了物理实验基础。
用于碟式微流控芯片的尿液生化检测系统研制及应用
孟永康, 雷祝兵, 梅茜, 董文飞
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0067
摘要(184) HTML全文(56) PDF 6036KB(14)
摘要:
针对尿液自动化、快速检测的需求,结合微流控技术与生化分析技术,设计并制备了一种基于离心力驱动的碟式微流控尿液生化检测芯片。该芯片采用微流道与毛细阀、虹吸阀和铁蜡阀结合可实现微量样品和试剂有序输送、混合及检测等集成功能,通过COMSOL多物理场仿真软件对芯片上毛细阀和虹吸阀结构进行仿真分析,优化转速。围绕微流控芯片,研制一套小型化、全自动尿液生化检测系统,通过双光路设计和双波长检测方法减低光源波动和背景干扰对检测结果的影响,并在该系统上进行尿视黄醇结合蛋白重复性和校准分析。结果显示,该系统的精密度变异系数在1.3%~2.46%,说明系统具有较好的重复性。校准曲线表明浓度和吸光度值有良好的线性相关性(R2=0.995)。芯片上四个相同单元结构可完成多样本或多指标的并行检测,有望应用于尿液蛋白的快速检测。
基于希尔伯特-黄变换的双马赫-曾德分布式光纤传感振动定位方法
杨文晨, 秦增光, 刘兆军, 徐演平, 李钊, 渠帅, 丛振华, 王泽群
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0065
摘要(124) HTML全文(55) PDF 3438KB(12)
摘要:
双马赫-曾德干涉仪系统以其光路简单、灵敏度高、频率响应宽等独特的优势受到了广泛的关注及应用,但由于其非常容易受到外界环境噪声的影响,直接采取互相关计算方法获取扰动信号位置会导致较大的测量误差。本论文提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的数据信号处理方案用于实现高精度的分布式光纤振动定位检测。本方法通过对接收到的两路光信号进行经验模态分解得到本征模函数,并对所有本征模函数进行希尔伯特变换叠加得到希尔伯特谱,从而可以清晰直观的提取到由振动信号引起的高相似度光信号信息,再通过互相关计算由振动信号引起的时间延迟,从而准确的计算振动位置信息。相比于传统的直接互相关计算,本方法可以有效的识别及提取双马赫-曾德干涉仪(M-Z)系统中振动信号引起的特征信息,从而可以有效的降低外界环境噪声对系统的影响,减小定位误差。本论文对所提出的方法进行了相关理论分析,并搭建了双M-Z系统进行相关实验验证。实验结果表明,与传统直接互相关方法相比,本方法可以有效的减少互相关数据的计算量,同时该方法可以有效的提高对振动位置的定位精度,在2 km的传感光纤长度、10 MHz采样率下,定位精度可达10 m。因此,本论文所提出对基于双马赫-曾德干涉仪系统的分布式光纤传感技术具有较高的实际应用价值。
蓝光二极管抽运Pr:YLF腔内倍频连续深紫外激光器
牛娜, 窦微, 浦双双, 刘天虹, 魏程亮, 宋海龙, 郑权
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0077
摘要(163) HTML全文(143) PDF 3460KB(8)
摘要:
为了探究波长200~280 nm内连续深紫外激光输出,本文采用输出功率1.4 W中心波长444 nm和输出功率1.5 W中心波长469 nm的两个蓝光LD合光作为泵浦源,端面泵浦长度为5 mm的国产Pr:YLF晶体,再利用长度为7 mm的BBO作为倍频晶体进行腔内倍频,通过优化腔镜膜系设计和加入全波片配合波长选择,实现了Pr:YLF晶体的弱谱线倍频输出,最终成功获得了最大输出功率8.37 mW、中心波长为268.89 nm的连续深紫外激光。
大口径天基平台全谱段成像光学系统设计
李轶庭, 付岳刚, 王灵杰, 张玉慧, 刘铭鑫
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2019-0255
摘要(430) HTML全文(160) PDF 1984KB(29)
摘要:
针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难,信号采集处理时间长的问题,利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点,提出采用压缩感知的大口径全谱段快照式光谱仪的方案。对其光学系统结构进行设计,并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统,用分色片对系统分光,经过对各系统优化处理,最终获得了幅宽为400 km◊400 km,可见光分地面像元分辨率为40 m,中波红外地面像元分辨率为400 m,长波红外地面像元为625 m的光学系统,设计结果MTF可见光路在78.125 lp/mm高于0.455,中波红外光路在33.3 lp/mm高于0.518,长波红外光路在20.8 lp/mm高于0.498;系统光谱分辨率分别为可见光20 nm、中波红外50 nm、长波红外光150 nm;可见光路二级光谱小于0.05 mm,设计结果具有良好的成像质量,各部分光学系统成像质量接近衍射极限,设计结果满足应用和指标需求。
综述
面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器
胡思奇, 田睿娟, 甘雪涛
2021, 14(5): 1039-1055.   doi: 10.37188/CO.2021-0003
[摘要](608) [HTML全文](169) [PDF 10280KB](158)
摘要:
二维材料因其独特的结构和优异的电子和光电性能,为硅基光电子集成器件提供了新的发展机遇。近年来,面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器已被广泛研究。本文梳理了构建光电探测器的几种二维材料基本特性及其探测机制,回顾了基于二维材料的硅光子集成光电探测器研究进展,总结了其器件结构和主要性能指标。最后,讨论了进一步提升硅光子集成二维材料光电探测器性能的策略,包括大规模二维材料集成器件的制备、器件结构与金属接触界面的优化以及新兴二维材料光电探测器的探索,以期推动二维材料在硅基光电子混合集成探测器领域的商业化应用。
光学频率梳的相干合成研究进展
马骏超, 孟丽丽, 张瑞雪, 卓笑, 倪凯, 吴冠豪, 孙栋
2021, 14(5): 1056-1068.   doi: 10.37188/CO.2021-0071
[摘要](294) [HTML全文](63) [PDF 5700KB](56)
摘要:
光学频率梳(光频梳)具有脉冲宽度窄、频率精度高、频率梳齿稳定以及相干性好等优良的时频域特性,近年来成为超快激光技术及计量科学等领域的研究热点,并发展成为一种重要的科研工具。近期,一类基于光频梳相干合成的新型光源,可实现对光的偏振或轨道角动量进行射频波段的周期性且高速稳定的调制。本文从光频梳的基本概念出发,分别就偏振调制和轨道角动量调制两个方面,详细介绍了基于光频梳相干合成新型光源的基本原理、实验技术以及表征手段等的最新研究进展。最后简要讨论光频梳相干合成技术在固体光谱学、光学操控、光与物质相互作用等领域的应用前景。
可调微纳滤波结构的研究进展
余晓畅, 许雅晴, 蔡佳辰, 袁梦琦, 高博, 虞益挺
2021, 14(5): 1069-1088.   doi: 10.37188/CO.2021-0044
[摘要](314) [HTML全文](153) [PDF 12124KB](55)
摘要:
传统的光谱成像系统体积较大、工作模式固定,难以满足日益复杂的应用需要。可调微纳滤波结构赋予了微型光谱成像系统轻量、灵活的独特优势,有望实现自适应、智能化的技术目标。本文综述了近些年来国内外已有的可调滤波方法和工作原理;论述了采用液晶及其他相变材料、诱导化学反应等静态式的可调方法,珐珀腔、微纳可调光栅等动态式的滤波结构以及机械拉伸、静电驱动、光驱动等实现手段;介绍了基于微流控芯片、石墨烯实现可调滤波的前沿工作;探讨了可调微纳滤波芯片面临的难题、挑战和未来的发展趋势。
弹性发射光学制造技术研究进展
李佳慧, 侯溪, 张云, 王佳, 钟显云
2021, 14(5): 1089-1103.   doi: 10.37188/CO.2021-0022
[摘要](224) [HTML全文](109) [PDF 7589KB](45)
摘要:
深紫外光刻、极紫外光刻和先进光源等现代光学工程需求牵引先进光学制造技术持续发展,要求超光滑光学元件表面粗糙度达到原子级水平以及表面全频段面形误差达到RMS(Root Mean Square)亚纳米量级甚至几十皮米,推动超光滑光学元件制造要求不断逼近物理极限。目前,对于如何实现上述超高精度要求的超光滑加工技术及装备仍然存在技术挑战。尤其对如何实现柱面,椭球面,超环面等复杂曲面的原子量级超光滑加工仍是国内外前沿研究方向。弹性发射加工技术是一种去除函数稳定,超低亚表面缺陷,面向原子级的超光滑加工方法,可以作为加工上述精度要求光学元件的手段。本文总结了弹性发射加工技术的国内外研究现状及最新进展,归纳了弹性发射加工技术的原理,包含流体特性、抛光颗粒运动特性和化学特性,弹性发射加工装备,影响弹性发射加工技术表面粗糙度提升和材料去除效率的因素,分析了弹性发射加工技术面临的问题,展望了未来的发展方向,期望为弹性发射加工技术进一步发展和应用提供一定的参考。
先进光刻中的聚焦控制预算(I)-光路部分
钟志坚, 李琛毅, 李世光, 郭磊, 韦亚一
2021, 14(5): 1104-1119.   doi: 10.37188/CO.2021-0033
[摘要](482) [HTML全文](104) [PDF 4286KB](54)
摘要:
随着大规模集成电路芯片制造的技术节点不断缩小,光刻机的聚焦控制变得尤为困难。为了保证硅片曝光的质量,需要快速、准确地将硅片在几十纳米的聚焦深度范围(DOF)内进行快速调整。因此,需要仔细分析光刻过程中导致焦点偏移或工艺窗口变化的各种因素,制定合理的聚焦控制预算,将各种误差因素控制在一定范围内。本文聚焦极紫外(EUV)光刻,综述包含EUV在内的先进光刻机中光路部分对聚焦控制有影响的各种因素,总结它们产生的原理及仿真、实验结果,为开展先进光刻聚焦控制预算研究提供参考。
近1 μm波段可调谐光纤光源的研究进展
党文佳, 高奇, 李哲, 李刚
2021, 14(5): 1120-1132.   doi: 10.37188/CO.2021-0125
[摘要](166) [HTML全文](46) [PDF 6378KB](26)
摘要:
近1 μm波段的可调谐光纤光源在光纤传感、激光冷却、光化学、光谱学以及医疗等领域具有广泛应用,近年来成为光纤光源领域的一个研究热点。本文首先系统回顾了能够实现波长调谐的4类光纤光源的发展历程,然后分析了它们存在的问题及可能的解决思路,最后对近1 μm波段可调谐光纤光源进行了总结和展望。
半导体激光器系统输出混沌激光研究进展
匡尚奇, 郭祥帅, 冯玉玲, 李博涵, 张依宁, 于萍, 庞爽
2021, 14(5): 1133-1145.   doi: 10.37188/CO.2020-0216
[摘要](201) [HTML全文](78) [PDF 6559KB](32)
摘要:
混沌激光由于其类噪声的随机性和优良的抗干扰性,广泛应用于混沌保密通讯、激光雷达、光学检测等方面,而且半导体激光器自身体积小且结构稳定,成为产生混沌激光的主要激光器之一。但是,常规光反馈结构的半导体激光器系统输出的混沌激光信号带宽较窄且存在延时特征,这严重影响了混沌激光的应用。针对半导体激光器系统的上述问题,本文综合介绍了降低延时特征和优化混沌激光带宽的研究进展,对混沌保密通讯十分重要的混沌激光的同步性研究进展和半导体激光器系统输出的混沌激光在应用方面的研究进行了总结,并最终对半导体激光器系统输出的混沌激光的未来发展与应用前景进行展望。
增强现实显示技术综述
史晓刚, 薛正辉, 李会会, 王丙杰, 李双龙
2021, 14(5): 1146-1161.   doi: 10.37188/CO.2021-0032
[摘要](528) [HTML全文](158) [PDF 5479KB](127)
摘要:
增强现实显示技术近年来发展迅速,已成为全球信息技术及产业的研究热点和发展重点,有望彻底改变人们感知和处理各种数字信息的方式。同时,微显示技术和光学技术的最新进展为增强现实显示技术的进一步发展指明了方向。本文分析了人眼视觉系统对增强现实头戴式显示器的光学性能要求,将目前增强现实头戴式显示器可实现的规格与之进行比较,说明了现阶段增强现实显示技术的发展水平和面临的主要挑战;重点阐述了增强现实显示技术中各种微显示器和光学组合器的基本原理和所能达到的参数指标,说明了它们的技术先进性和可实现性,同时对它们的发展前景进行了展望。
原创文章
高分辨率可视穿刺针光学系统的设计与研制
陈新华, 罗宗平, 杨惠林, 赵知诚, 沈为民
2021, 14(5): 1162-1168.   doi: 10.37188/CO.2021-0001
[摘要](196) [HTML全文](83) [PDF 2526KB](17)
摘要:
为了实现穿刺过程中的精准定位,设计研制了一款视场角为90°,焦距为0.67 mm的高分辨率可视穿刺针光学系统。为使光学系统的光轴垂直于穿刺针的倾斜刃面,利用反射棱镜对光束进行转折,实现45°视向角。光学系统采用反远结构,并对初始结构参数的计算公式进行推导。经过优化设计后,系统成像质量接近衍射极限,最大光学元件尺寸小于1.5 mm。利用研制的光学系统和微型CMOS图像传感器,装配完成了一款直径为4 mm的可视穿刺针。对该可视穿刺针分别进行调制传递函数(MTF)测试和成像试验,测试结果表明,研制的光学系统具有较好的成像质量,物方分辨率优于18.03 lp/mm,能够实现清晰成像。
用于胶囊内窥镜的宽频圆极化石墨烯天线设计
欧仁侠, 尤明慧, 房吉博, 李俊瑶
2021, 14(5): 1169-1176.   doi: 10.37188/CO.2021-0005
[摘要](172) [HTML全文](54) [PDF 5527KB](10)
摘要:
为了提高胶囊内窥镜天线的工作性能,提高天线抗干扰能力和兼容性,进一步缩小尺寸,设计了一种基于石墨烯的用于胶囊内窥镜的宽频圆极化天线。该天线由3层辐射单元和地板构成,利用石墨烯薄膜优良的导电性能,制作天线的各层辐射单元和地板以有效增强胶囊天线的工作带宽与增益,提高传输效率并降低损耗。通过4个短路探针使第1层与第2层辐射单元相连接,构成复合螺旋天线,进而产生圆极化特性,既能减少误码率又能抑制多径干扰,并且能够更加高效地耦合电磁能量,有效改善阻抗匹配并调节圆极化纯度。详细分析了第1层、第2层和第3层辐射单元开口圆环尺寸、石墨烯薄膜厚度、天线摄入环境(胃、小肠、结肠等)对天线性能的影响。测试结果表明,设计的体积仅为π×4.52×1.905 mm3,阻抗带宽为2.2~2.78 GHz,轴比带宽为2.26~2.66 GHz,增益为−22.9 dBi,实际测量与仿真结果吻合良好,工作频段内辐射特性稳定,与现有技术相比,本文设计天线外形兼容性强,功能带宽更宽,具有宽频带、圆极化、抗干扰、电磁兼容性好、体积小等特点。该天线适用于ISM 2.4 GHz频段,能满足胶囊内窥镜摄入不同消化器官的工作要求。
应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计
刘广兴, 张洋, 朱海龙, 尹焕才, 唐玉国
2021, 14(5): 1177-1183.   doi: 10.37188/CO.2021-0020
[摘要](136) [HTML全文](50) [PDF 8582KB](19)
摘要:
大视场生物成像分析仪能够满足对于稀有细胞和痕量病原微生物等待测样本量大,目标物稀少情况下的快速和准确检测需求,在生命科学、食品药品检测、环境安全等领域中有极其重要的作用。针对其核心部分,本文以同轴三反成像理论为基础,采用视场离轴的方式设计了离轴三反显微物镜,并进行光学仿真分析。该系统光谱范围为350~1100 nm、放大倍数β=−1,视场范围为150 mm×20 mm,数值孔径为0.1,点列图直径的均方根小于3.5 μm,在空间截止频率178 lp/mm处,全视场的MTF均值大于0.35,畸变为0。实验结果表明:该成像系统视场大、分辨率高,大视场生物成像分析仪系统检出率为98%。本文设计的离轴三反显微物镜成像质量良好,可满足应用需求。
大型光学红外望远镜拼接非球面子镜反衍补偿检测光路设计
王丰璞, 李新南, 徐晨, 黄亚
2021, 14(5): 1184-1193.   doi: 10.37188/CO.2020-0218
[摘要](257) [HTML全文](108) [PDF 5767KB](23)
摘要:
为了实现大口径、长焦距、批量化离轴镜面的高精度面形检验,本文提出了一种零位反衍补偿检测方案,采用计算全息和球面反射镜共同对离轴镜面法向像差进行补偿,检测光路波像差残差接近于零。检测方案为非轴对称离轴结构,设计了相应的全息对准光路,以保证检测光路装调切实可行。不同离轴量子镜检测光路参数完全一致,仅需更换相应位置计算全息片、调整待测镜空间姿态,即可实现不同类型镜面的快速批量化检验。误差分析结果表明,由补偿元件制造误差、光路失调、干涉仪面形测量重复性以及干涉仪标准球面波偏差引起的待测镜面形误差小于λ/40 (RMS值,λ=632.8 nm)。
数字微镜器件超分辨成像光学系统装调误差影响研究
邢思远, 王超, 徐淼, 李英超, 史浩东, 刘壮, 付强
2021, 14(5): 1194-1201.   doi: 10.37188/CO.2020-0220
[摘要](178) [HTML全文](58) [PDF 5647KB](41)
摘要:
目前对于超分辨成像技术的研究主要集中在超分辨重建算法方面,光学系统本身的装调误差对超分辨成像结果的影响尚未见报道。针对这一问题,开展了装调误差对超分辨成像影响的研究,建立了基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统的基本成像模型,设计了一个工作波段为8~12 μm的DMD超分辨成像光学系统,提出了装调误差对超分辨成像质量影响的分析方法。在成像模型中分别引入适当的偏心、倾斜、镜片间隔误差、离焦等装调误差,对超分辨重建结果进行仿真分析,得出了该超分辨成像光学系统装调时的公差范围:该系统在加工装调时X方向总体偏心误差控制在±0.07 mm以内,Y方向总体偏心误差控制在±0.05 mm以内,X方向和Y方向的总体倾斜误差控制在±0.06°以内,总体镜片间隔误差控制在±0.02 mm以内,成像物镜的离焦量控制在±0.04 mm以内,投影物镜的离焦量控制在±0.05 mm以内,在此范围内超分辨成像光学系统可以保证超分辨成像的质量。
抛撒地雷的夜视智能探测方法研究
王驰, 于明坤, 杨辰烨, 李思远, 李富迪, 李金辉, 方东, 栾信群
2021, 14(5): 1202-1211.   doi: 10.37188/CO.2020-0214
[摘要](225) [HTML全文](91) [PDF 5045KB](22)
摘要:
本文提出一种基于机器学习的抛撒地雷的夜视智能探测方法。首先,根据YOLO系列机器学习算法,设计并优化了抛撒地雷的智能检测网络模型;其次,根据几何光学成像的相似性原理,研究抛撒地雷的测距模型。最后,搭建抛撒地雷的夜视智能探测系统进行实验测试分析。实验结果显示,优化后抛撒地雷智能探测网络模型的准确度达到98.97%、召回率达到99.22%、均值平均精度为99.2%;在给定的实验条件下,利用优化后的抛撒地雷测距模型,对抛撒地雷的距离测算误差为±10 cm,表明利用机器学习可以用于对抛撒地雷进行智能探测。
图像辅助汽车制动主缸补偿孔法线测量
赵长福, 丁红昌, 曹国华, 侯翰
2021, 14(5): 1212-1223.   doi: 10.37188/CO.2020-0219
[摘要](141) [HTML全文](58) [PDF 3914KB](12)
摘要:
随着道路上汽车的增多,汽车制动系统的可靠性受到越来越多的关注,基于机器视觉的汽车制动主缸补偿孔参数检测精度,是决定汽车安全性和停车可靠性的关键技术,补偿孔作为汽车制动主缸的重要组成部分,可以起到调节汽车制动主缸储液罐与压力室中制动液的重要作用,其尺寸精度和加工质量受到严格的控制,因此如何准确的获取补偿孔的图像是补偿孔参数检测的首要问题。通过将飞机钻铆孔法线找正的方法引入到图像获取中,将四点微平面法线检测方法与图像处理相结合,实现高效高精度的法线找正。实验表明,本文算法法线找正精度高于0.05°,优于传统检测精度的0.5°,检测时间小于1 s。本文提出的算法在满足精度要求的情况下,算法简单,实时性高,同时具有较好的鲁棒性,满足制动主缸生产工业现场对于检测速度和精度的要求。
油气井下光纤光栅温度压力传感器
薛兆康, 国旗, 刘善仁, 潘学鹏, 陈超, 于永森
2021, 14(5): 1224-1230.   doi: 10.37188/CO.2021-0008
[摘要](179) [HTML全文](71) [PDF 3635KB](28)
摘要:
温度和压力是石油开采过程中重要的参数,但油气井下高温高压环境苛刻,传统电子传感器很难实现长期稳定的工作。本文提出了一种基于碳纤维管增敏型的光纤光栅温度压力传感器。该传感器是以碳纤维丝编织成的中空管状结构作为骨架,通过耐高温环氧树脂固化成复合碳纤维管作为弹性体,并将表面嵌入耐高温光纤布拉格光栅作为感知元件,实现了井下温度和压力的同时测量。实验结果表明,该传感器可以在0~150 ℃和0~80 MPa环境下稳定工作,压力灵敏度最大可达到−50.02 pm/MPa,同时表现出很好的线性响应。通过外加参考光栅作为温度补偿光栅,解决了温度和压力同时测量过程中的交叉敏感问题,满足了井下开采过程中的精度要求,为油气井下高温高压光纤传感器的设计提供了实验依据。
中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区光环境变化研究
李元, 张勇, 胡丽琴, 陆其峰, 卢乃锰
2021, 14(5): 1231-1242.   doi: 10.37188/CO.2020-0129
[摘要](498) [HTML全文](152) [PDF 4279KB](30)
摘要:
为有效评估集热塔散射辐射对敦煌场区光环境的影响程度,本文采用Monte Carlo三维辐射传输模型模拟与CE318多通道光度计等高线实测分析相结合的定量分析方法,以解决散射辐射交融于背景辐射中难以定量评估的问题。通过使用新型的ASC200云量自动观测仪,提高晴空辩识精度。通过开发CE318四象限定位修正算法,有效提高观测数据质量。2020年1~3月收集到的有效数据显示除了550 nm通道,集热塔未对天空漫射辐射产生明显影响。对于500 nm通道,在有效数据对应的观测几何下(距离0.87~3.07 km,观测天顶角为77.30°~51.32°),集热塔吸热器对天空漫射辐射的影响不超过0.93%。与模型模拟结果相结合进行分析,得出如下结论:当距离电站2 km时大电站散射辐射带来的天空漫射辐射相对变化<1.62%;当与电站距离≥3 km时相对变化<0.93%。本项研究成果对利用敦煌场开展遥感定量化应用、准确评估发电站引进的不确定度因素具有积极意义。
Formation mechanism of the continuous spectral profile of lightning plasma
DONG Xiang-cheng, WANG Guo-wei, CHEN Jian-hong
2021, 14(5): 1243-1250.   doi: 10.37188/CO.2021-0018
[摘要](198) [HTML全文](79) [PDF 4299KB](19)
摘要:
The cloud-to-ground lightning discharge spectrum was recorded using a slitless grating spectrograph with a spectral range of 400~1000 nm. Abundant monovalent nitrogen ion lines were observed in the lower-frequency range of the visible spectra, whereas other important ion lines were not clearly observed. Under the action of the cloud-to-ground electric field, a large number of electrons in the lightning plasma channel poured onto the ground and quickly heated the channel, such that the temperature decreased along the radial direction of the channel. This process enhanced the interaction between the nitrogen ions and the electrons near the channel surface, producing continuous radiation. The continuous radiation mechanism of lightning mainly includes bremsstrahlung and recombination radiation, which correspond to the Coulomb collision between the nitrogen ions and free electrons and the capture of free electrons. When the plasma temperature is lower than 10,000 K, the continuous bremsstrahlung spectrum is a flat spectrum, which has no obvious influence on the profile characteristics of the continuous spectrum in the visible light range. For recombination radiation, an approximate calculation method for non-hydrogen-like complex ions was introduced on the basis of the classic hydrogen-like ion radiation theory. The Gaunt factor was used for quantum mechanic correction to analyze the recombination radiation process of nitrogen ions, on the basis of above, the functional relationship between the recombination radiation coefficient of the continuous spectrum and the wavelength was derived. Finally, a characteristic curve was drawn for the continuous radiation spectrum of nitrogen plasma. The curve was compared with the observed profile of the continuous lightning spectrum, revealing that the temperature of the electrons on the plasma surface is closely related to the position of the continuous radiation spectrum peak; the effective nuclear charge number Z* of the introduced nitrogen ions has a significant effect on step feature and broadening characteristics of the continuum spectrum. By comparison, when Z* was set to 3, the theoretical curve was highly consistent with the profile characteristics of the continuous spectrum. The range of Z* was determined by the type of ions. The introduction of Z* could help to effectively explain the step feature of the continuous spectrum of the lightning plasma at a given wavelength.
Photon-assisted Fano resonance tunneling periodic double-well potential characteristics
ZHANG Yong-tang
2021, 14(5): 1251-1258.   doi: 10.37188/CO.2020-0068
[摘要](180) [HTML全文](58) [PDF 2279KB](22)
摘要:
Optical properties of periodic double-well potential are one of the frontier research fields in laser physics and quantum optics. In this work, we have employed time-periodic double-well potential for the investigation of Fano-type resonant tunneling of photon-assisted Dirac electrons in a graphene system. Using a double quantum well structure, it is found that the resonant tunneling of electrons in a thin barrier between the two quantum wells splits the bound state energy levels, and the Fano-type resonance spectrum splits into two asymmetric resonance peaks. The shape of Fano peak is regulated by changing the phase, frequency, and amplitude, that can directly modulate the electronic transport properties of Dirac in graphene. Our numerical analysis shows that the relative phase of two oscillating fields can adjust the shape of the asymmetric Fano type resonance peak. When the relative phase increases from 0 to \begin{document}${\text{π}}$\end{document}, the resonance peak valley moves from one side of the peak to the other. In addition, the asymmetric resonance peak becomes symmetric at critical phase \begin{document}${{3{\text{π}} }/{11}}$\end{document}. Furthermore, the distribution of Fano peaks can be modulated by varying the frequency and amplitude of oscillating field and the structure of the static potential well. Finally, we suggest that these interesting physical properties can be used for the modulation of Dirac electron transport properties in graphene.
Design of optical wedge demodulation system for fiber Fabry-Perot sensor
ZHANG Xiong-xing, LV Wen-tao, ZHANG Tian-yang, KOU Wan-ying, CHEN Qing-qing, WANG Wei
2021, 14(5): 1259-1272.   doi: 10.37188/CO.2020-0204
[摘要](98) [HTML全文](53) [PDF 4132KB](9)
摘要:
In order to realize the demodulation of the cavity length of the fiber-optic FP sensor, a new optical wedge-type non-scanning correlation demodulation system is proposed, and the characteristics and structure of the devices used in the system are analyzed and studied. First, by simulating the light sources with different spectral distributions and the optical wedges with different surface reflectivities, the correlation interference signals are analyzed and the optimal structure parameters of the system components are given. Then by comparing the light intensity distribution characteristics of the Powell prism and cylindrical lens on the linear array CCD, more uniform spectral distribution is achieved. Finally, the specific implementation scheme and data processing method of the demodulation system are given. The experimental results show that when the light source spectrum has a Gaussian distribution and large spectral width and the reflectivity of the wedge surface is \begin{document}$R = 0.5$\end{document}, the characteristics of the correlation interference signal are obvious and convenient for demodulation. Finally, the demodulation system achieves the demodulation effect with an error of less than 0.025% within the cavity length range of 60 μm-100 μm. This optical wedge-type non-scanning correlation demodulation method can realize the sensing demodulation of the fiber-optic FP cavity and improve the power adaptability of different types of fiber-optic FP sensors.
A new automatic cell smear and laser release system for near-infrared light responsive release of nucleated red blood cells
GUO Zhong-yang, YOU Qian-nan, GE Ming-feng, WANG Guo-wei, MEI Qian, DONG Wen-fei
2021, 14(5): 1273-1287.   doi: 10.37188/CO.2021-0015
[摘要](155) [HTML全文](61) [PDF 3895KB](16)
摘要:
In order to realize the separation and release of nucleated red blood cells from peripheral blood and develop a safe and effective non-invasive technique to separate nucleated red blood cells for prenatal diagnosis of fetal diseases, an automatic cell smear preparation system based on hydrogel material was established, and a laser focusing and microscopic imaging system for recognizing and releasing nucleated red blood cells was constructed. Firstly, the mechanical structure of cell smear preparation machine was designed, the upper computer control software was designed based on single chip microcomputer, and a hydrogel membrane substrate smear was prepared by optimizing the slide-pushing angle and speed. MXene, a two-dimensional material, was introduced into temperature-sensitive hydrogel gelatin, and the near-infrared light response was realized on the surface of hydrogel membrane by using the near-infrared photothermal conversion characteristics of MXene. Then, the whole cell smear experiment was carried out on the surface of the hydrogel substrate membrane. A monolayer cell smear was prepared by optimizing the parameters of blood slide. Finally, the optical path of laser focusing and microscopic imaging was established. After the nucleated red blood cells were recognized and located, the light from an 808 nm laser source passed through a collimator lens and a convergent lens and was focused on the surface of the cell smear, which released cells under photothermal effect. A monolayer cell smear was processed and prepared, and then a photothermal effect was produced under the near-infrared light of 808 nm. After the control of the laser focusing system, a fixed cell-releasing area with a spot diameter of 300 μm was finally obtained. In this paper, the automatic slide-pushing technology was applied to the preparation of a monolayer cell smear based on hydrogel membrane, and the optical path of laser focusing and microscopic imaging was established. By using the near-infrared response and a thermal response of hydrogel membrane, the recognition and fixed-point release of nucleated red blood cells were realized, and the efficiency of separation and enrichment of nucleated red blood cells was improved. This technology has a broad application prospect in the field of prenatal screening and diagnosis.
Surface plasmon resonance characteristics of a graphene nano-disk based on three-dimensional boundary element method
WANG Shuo, HU Bin, LIU Juan
2021, 14(5): 1288-1304.   doi: 10.37188/CO.2021-0004
[摘要](192) [HTML全文](46) [PDF 4191KB](16)
摘要:
Compared with the commonly used simulation algorithms such as Finite Element Method (FEM) and Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, the Boundary Element Method (BEM) has the advantages of high accuracy, small memory consumption, and ability to deal with complex structures. In this paper, the basic principle of three-dimensional BEM is given, the corresponding program based on C++ language is written, and the Surface Plasmon Resonance (SPR) characteristics of a graphene nano-disk structure are studied. The Scattering Cross-Section (SCS) spectral lines of a graphene nano-disk under different chemical potentials, as well as the distributions of electromagnetic fields at the resonance wavelengths are calculated. The electromagnetic response of the graphene nano-disk in the infrared band is analyzed. In addition, considering the common corrugations of graphene materials caused by defects during processing, we study the influence of the geometric parameters of a convex structure in the center of the graphene nano-disk on the resonance intensity, wavelength and field distributions. A spring oscillator model of charge movement is used to explain the simulation results.
面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器
胡思奇, 田睿娟, 甘雪涛
2021, 14(5): 1039-1055.   doi: 10.37188/CO.2021-0003
摘要(608) HTML全文(169) PDF 10280KB(158)
摘要:
二维材料因其独特的结构和优异的电子和光电性能,为硅基光电子集成器件提供了新的发展机遇。近年来,面向硅基光电子混合集成的二维材料探测器已被广泛研究。本文梳理了构建光电探测器的几种二维材料基本特性及其探测机制,回顾了基于二维材料的硅光子集成光电探测器研究进展,总结了其器件结构和主要性能指标。最后,讨论了进一步提升硅光子集成二维材料光电探测器性能的策略,包括大规模二维材料集成器件的制备、器件结构与金属接触界面的优化以及新兴二维材料光电探测器的探索,以期推动二维材料在硅基光电子混合集成探测器领域的商业化应用。
光学频率梳的相干合成研究进展
马骏超, 孟丽丽, 张瑞雪, 卓笑, 倪凯, 吴冠豪, 孙栋
2021, 14(5): 1056-1068.   doi: 10.37188/CO.2021-0071
摘要(294) HTML全文(63) PDF 5700KB(56)
摘要:
光学频率梳(光频梳)具有脉冲宽度窄、频率精度高、频率梳齿稳定以及相干性好等优良的时频域特性,近年来成为超快激光技术及计量科学等领域的研究热点,并发展成为一种重要的科研工具。近期,一类基于光频梳相干合成的新型光源,可实现对光的偏振或轨道角动量进行射频波段的周期性且高速稳定的调制。本文从光频梳的基本概念出发,分别就偏振调制和轨道角动量调制两个方面,详细介绍了基于光频梳相干合成新型光源的基本原理、实验技术以及表征手段等的最新研究进展。最后简要讨论光频梳相干合成技术在固体光谱学、光学操控、光与物质相互作用等领域的应用前景。
可调微纳滤波结构的研究进展
余晓畅, 许雅晴, 蔡佳辰, 袁梦琦, 高博, 虞益挺
2021, 14(5): 1069-1088.   doi: 10.37188/CO.2021-0044
摘要(314) HTML全文(153) PDF 12124KB(55)
摘要:
传统的光谱成像系统体积较大、工作模式固定,难以满足日益复杂的应用需要。可调微纳滤波结构赋予了微型光谱成像系统轻量、灵活的独特优势,有望实现自适应、智能化的技术目标。本文综述了近些年来国内外已有的可调滤波方法和工作原理;论述了采用液晶及其他相变材料、诱导化学反应等静态式的可调方法,珐珀腔、微纳可调光栅等动态式的滤波结构以及机械拉伸、静电驱动、光驱动等实现手段;介绍了基于微流控芯片、石墨烯实现可调滤波的前沿工作;探讨了可调微纳滤波芯片面临的难题、挑战和未来的发展趋势。
弹性发射光学制造技术研究进展
李佳慧, 侯溪, 张云, 王佳, 钟显云
2021, 14(5): 1089-1103.   doi: 10.37188/CO.2021-0022
摘要(224) HTML全文(109) PDF 7589KB(45)
摘要:
深紫外光刻、极紫外光刻和先进光源等现代光学工程需求牵引先进光学制造技术持续发展,要求超光滑光学元件表面粗糙度达到原子级水平以及表面全频段面形误差达到RMS(Root Mean Square)亚纳米量级甚至几十皮米,推动超光滑光学元件制造要求不断逼近物理极限。目前,对于如何实现上述超高精度要求的超光滑加工技术及装备仍然存在技术挑战。尤其对如何实现柱面,椭球面,超环面等复杂曲面的原子量级超光滑加工仍是国内外前沿研究方向。弹性发射加工技术是一种去除函数稳定,超低亚表面缺陷,面向原子级的超光滑加工方法,可以作为加工上述精度要求光学元件的手段。本文总结了弹性发射加工技术的国内外研究现状及最新进展,归纳了弹性发射加工技术的原理,包含流体特性、抛光颗粒运动特性和化学特性,弹性发射加工装备,影响弹性发射加工技术表面粗糙度提升和材料去除效率的因素,分析了弹性发射加工技术面临的问题,展望了未来的发展方向,期望为弹性发射加工技术进一步发展和应用提供一定的参考。
先进光刻中的聚焦控制预算(I)-光路部分
钟志坚, 李琛毅, 李世光, 郭磊, 韦亚一
2021, 14(5): 1104-1119.   doi: 10.37188/CO.2021-0033
摘要(482) HTML全文(104) PDF 4286KB(54)
摘要:
随着大规模集成电路芯片制造的技术节点不断缩小,光刻机的聚焦控制变得尤为困难。为了保证硅片曝光的质量,需要快速、准确地将硅片在几十纳米的聚焦深度范围(DOF)内进行快速调整。因此,需要仔细分析光刻过程中导致焦点偏移或工艺窗口变化的各种因素,制定合理的聚焦控制预算,将各种误差因素控制在一定范围内。本文聚焦极紫外(EUV)光刻,综述包含EUV在内的先进光刻机中光路部分对聚焦控制有影响的各种因素,总结它们产生的原理及仿真、实验结果,为开展先进光刻聚焦控制预算研究提供参考。
近1 μm波段可调谐光纤光源的研究进展
党文佳, 高奇, 李哲, 李刚
2021, 14(5): 1120-1132.   doi: 10.37188/CO.2021-0125
摘要(166) HTML全文(46) PDF 6378KB(26)
摘要:
近1 μm波段的可调谐光纤光源在光纤传感、激光冷却、光化学、光谱学以及医疗等领域具有广泛应用,近年来成为光纤光源领域的一个研究热点。本文首先系统回顾了能够实现波长调谐的4类光纤光源的发展历程,然后分析了它们存在的问题及可能的解决思路,最后对近1 μm波段可调谐光纤光源进行了总结和展望。
半导体激光器系统输出混沌激光研究进展
匡尚奇, 郭祥帅, 冯玉玲, 李博涵, 张依宁, 于萍, 庞爽
2021, 14(5): 1133-1145.   doi: 10.37188/CO.2020-0216
摘要(201) HTML全文(78) PDF 6559KB(32)
摘要:
混沌激光由于其类噪声的随机性和优良的抗干扰性,广泛应用于混沌保密通讯、激光雷达、光学检测等方面,而且半导体激光器自身体积小且结构稳定,成为产生混沌激光的主要激光器之一。但是,常规光反馈结构的半导体激光器系统输出的混沌激光信号带宽较窄且存在延时特征,这严重影响了混沌激光的应用。针对半导体激光器系统的上述问题,本文综合介绍了降低延时特征和优化混沌激光带宽的研究进展,对混沌保密通讯十分重要的混沌激光的同步性研究进展和半导体激光器系统输出的混沌激光在应用方面的研究进行了总结,并最终对半导体激光器系统输出的混沌激光的未来发展与应用前景进行展望。
增强现实显示技术综述
史晓刚, 薛正辉, 李会会, 王丙杰, 李双龙
2021, 14(5): 1146-1161.   doi: 10.37188/CO.2021-0032
摘要(528) HTML全文(158) PDF 5479KB(127)
摘要:
增强现实显示技术近年来发展迅速,已成为全球信息技术及产业的研究热点和发展重点,有望彻底改变人们感知和处理各种数字信息的方式。同时,微显示技术和光学技术的最新进展为增强现实显示技术的进一步发展指明了方向。本文分析了人眼视觉系统对增强现实头戴式显示器的光学性能要求,将目前增强现实头戴式显示器可实现的规格与之进行比较,说明了现阶段增强现实显示技术的发展水平和面临的主要挑战;重点阐述了增强现实显示技术中各种微显示器和光学组合器的基本原理和所能达到的参数指标,说明了它们的技术先进性和可实现性,同时对它们的发展前景进行了展望。
显微条纹投影小视场三维表面成像技术综述
王永红, 张倩, 胡寅, 王欢庆
2021, 14(3): 447-457.   doi: 10.37188/CO.2020-0199
摘要(524) HTML全文(153) PDF 2289KB(166)
摘要:
智能制造不断向着精密化、微型化、集成化的方向发展,具有代表性的集成电路技术及其衍生出的MEMS等微型传感器技术等得以迅猛发展,快速精确地获取微型器件表面信息并进行缺陷检测对于集成电路和MEMS等产业发展具有重要意义。基于结构光的条纹投影技术具有非接触、高精度、高效率、全场测量等优点,在精密测量中发挥着重要的作用。近年来,显微条纹投影测量系统,包括其光学系统结构,系统标定,相位获取以及三维重建方法等各个方面取得了重大发展。本文回顾了显微条纹投影三维测量系统的结构原理,分析了不同于传统投射模型的小视场系统标定问题,介绍了显微投影系统结构发展过程,同时对由系统结构以及金属测量时造成的反光问题进行了分析,在此基础上,对显微条纹投影三维测量系统的发展前景进行了展望。
中红外Fe2+:ZnSe激光器研究进展
徐飞, 潘其坤, 陈飞, 张阔, 于德洋, 何洋, 孙俊杰
2021, 14(3): 458-469.   doi: 10.37188/CO.2020-0180
摘要(473) HTML全文(113) PDF 3598KB(87)
摘要:
发光谱位于3~5 μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe2+:ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe2+:ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe2+:ZnSe激光器为代表的TM2+:Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe2+:ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe2+:ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe2+:ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe2+:ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe2+:ZnSe激光器后续可能的发展方向。
便携式激光诱导击穿光谱最新研究进展
曾庆栋, 袁梦甜, 朱志恒, 陈光辉, 汪婕, 余华清, 郭连波, 李祥友
2021, 14(3): 470-486.   doi: 10.37188/CO.2020-0093
摘要(646) HTML全文(126) PDF 3951KB(103)
摘要:
作为一种新型快速的物质成分分析技术,激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)已经在越来越多的工业领域中被证明具有巨大的应用潜力。然而,由于野外作业或工业现场检测环境嘈杂恶劣,对仪器设备的尺寸和抗恶劣环境的能力提出了更高的要求。近年来,新型激光器的发展进一步促进了LIBS仪器化的进程,使得其逐渐从实验室迈向工业应用,同时也使得LIBS系统逐渐趋于仪器化、专业化、便携化。本文综述了便携式LIBS的发展历程,对各种激光光源(小型Nd:YAG固体激光器、二极管泵浦固体激光器、微片激光器、光纤激光器以及光纤传能的方案)应用于便携式LIBS系统的最新研究进展进行了综述和分类讨论,探讨了当前便携式LIBS存在的基本问题,并对其未来发展趋势进行了展望。
Research progress of the laser vibration measurement techniques for acoustic-to-seismic coupling landmine detection
LI Jin-hui, MA Hui, YANG Chen-ye, ZHANG Xiao-qing, LUO Xin-yu, WANG Chi
2021, 14(3): 487-502.   doi: 10.37188/CO.2020-0134
摘要(538) HTML全文(137) PDF 3467KB(44)
摘要:
Acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology based on the unique mechanical characteristics of landmines and the acoustic-to-seismic coupling principle has broad application prospects in safe and effective detection of landmines. However, a significant amount of work must be done to study the practical landmine detection system. Among them, the acoustic coupled surface vibration signals are very weak and complicated, which has always been a challenging problem to detect such signals accurately and quickly. In this paper, the non-contact laser measurement techniques of surface vibrations based on the principle of the acoustic-to-seismic coupling landmine detection technology were reviewed, including laser Doppler interferometry, electronic speckle pattern interferometry and laser self-mixing interferometry, etc., and the application feasibility of electronic speckle-shearing pattern interferometry in acoustic-to-seismic coupling landmine detection was analyzed.
新型电光材料调制性能研究进展
吕潇磊, 赵继广, 杜小平, 宋一铄, 张朋, 张建伟
2021, 14(3): 503-515.   doi: 10.37188/CO.2020-0039
摘要(666) HTML全文(144) PDF 3438KB(83)
摘要:
基于电光晶体的偏振调制技术在激光三维成像领域起着越来越重要的作用。受限于铌酸锂(LN)材料的低视场和高半波电压,采用传统电光调制技术难以进一步提升三维成像性能。随着钙钛矿结构电光材料制备工艺的日趋成熟,基于新型材料的电光调制技术将成为突破激光三维成像探测精度的最佳手段,铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)、锆钛酸镧铅(PLZT)和钽铌酸钾(KTN)3种典型材料具有优良的电光性能和介电性质;能够突破视场和半波电压的限制,但应用到电光调制领域时存在PMNT调制带宽较低、PLZT透过性能较差、KTN实际应用带宽较低等难题。未来的研究将着眼于将该调制技术的实用性,一方面通过掺杂改性等手段提升电光调制性能,另一方面通过建立性能表征模型优化系统的信噪比。
可见光通信中正交频分复用调制技术
徐宪莹, 岳殿武
2021, 14(3): 516-527.   doi: 10.37188/CO.2020-0051
摘要(687) HTML全文(129) PDF 3613KB(71)
摘要:
可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。
光学自由曲面自适应干涉检测研究新进展
张磊, 吴金灵, 刘仁虎, 俞本立
2021, 14(2): 227-244.   doi: 10.37188/CO.2020-0126
摘要(1056) HTML全文(232) PDF 3333KB(235)
摘要:
光学自由曲面因其表面自由度较多而难于进行检测。干涉检测法具有高精度非接触的特点,但传统干涉仪中的静态补偿器在自由曲面加工过程中未知面形不断变化的情况下,难以实现原位检测。因此,可编程控制的大动态范围自适应补偿器成为近年来自由曲面干涉检测中的研究热点。结合课题组在自由曲面自适应干涉检测领域的工作,介绍了光学自由曲面自适应干涉检测的最新研究进展,详细分析了基于可变形镜和空间光调制器的自适应干涉检测技术,介绍了针对干涉图目标的自适应控制算法,总结了两大类自适应检测方法的优点以及发展瓶颈,并对未来自由曲面的自适应检测技术进行了展望。
Interrogation technology for quasi-distributed optical fiber sensing systems based on microwave photonics
WU Ni-shan, XIA Li
2021, 14(2): 245-263.   doi: 10.37188/CO.2020-0121
摘要(530) HTML全文(205) PDF 3910KB(64)
摘要:
Quasi-distributed fiber sensing systems play an important role in the fields of civil engineering, energy surveying, aerospace, national defense, chemicals, etc. Interrogation technology for quasi-distributed fiber sensing systems based on microwave photonics is widely used in high-speed and high-precision signal demodulation and sensor positioning in optical fiber multiplexing systems. Compared to conventional optical wavelength interrogation, this technology greatly improves system demodulation rate and compensates for the defects of traditional sensor positioning methods. This paper introduces the recent research progress of quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics; compares and analyzes the advantages and disadvantages of several existing microwave demodulation systems from the perspective of their fiber grating quasi-distributed sensing and fiber Fabry-Perot quasi-distributed sensing systems, respectively; and provides a summary of the prospective direction of future research in quasi-distributed fiber sensing interrogation technology based on microwave photonics.
0.9~1.0 μm近红外连续光纤激光器的研究进展
党文佳, 李哲, 卢娜, 李玉婷, 张蕾, 田晓
2021, 14(2): 264-274.   doi: 10.37188/CO.2020-0193
摘要(430) HTML全文(129) PDF 2460KB(103)
摘要:
波长为0.9~1.0 μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0 μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0 μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0 μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。
面向天基引力波探测的时间延迟干涉技术
王登峰, 姚鑫, 焦仲科, 任帅, 刘玄, 钟兴旺
2021, 14(2): 275-288.   doi: 10.37188/CO.2020-0098
摘要(763) HTML全文(168) PDF 9981KB(94)
摘要:
时间延迟干涉技术(Time-delay Interferometry,TDI)对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。在天基引力波探测任务中,需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中,激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA(Laser Interferometer Space Antenna)引力波探测项目中,利用TDI对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合,构造出臂长相等的干涉仪,从而消除了激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声,将时钟信号倍频到GHz,再通过相位调制的方式加载到星间激光链路上,最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声,并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI的时间延迟处理,要求对星间绝对距离进行精确测量。因此,在TDI机制中,星间激光链路需要同时实现位移测量、时钟边带调制和绝对距离测量3个功能。其中,后两个功能分别大约消耗10%和1%的载波激光功率。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明,TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了109和5.8×104倍。
微小卫星激光通信系统发展现状与趋势
高世杰, 吴佳彬, 刘永凯, 马爽, 牛艳君, 杨会生
2020, 13(6): 1171-1181.   doi: 10.37188/CO.2020-0033
摘要(1537) HTML全文(418) PDF 7413KB(243)
摘要:
空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势,成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段,特别在微小卫星应用场合,更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基础上,总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术,归纳了工程化应用、双工通信、单点对多点、国产化和批产能力5个方面的发展趋势。
激光散斑目标探测技术综述
郜魏柯, 杜小平, 王阳, 杨步一
2020, 13(6): 1182-1193.   doi: 10.37188/CO.2020-0049
摘要(993) HTML全文(247) PDF 3630KB(183)
摘要:
基于激光散斑的目标探测技术是一种长期以来被人们忽略的激光探测技术,该技术将传统激光探测技术中视为噪声的激光散斑视为新的信息来源,通过分析激光散斑形成机理探究散斑统计特性与目标物理特性间的关系,并结合行之有效的分析反演方法来获得包括目标形状、尺寸、表面粗糙度以及动力学参数等信息。与传统激光探测技术相比,基于激光散斑的目标探测技术具有结构简单,对光学系统要求低,对目标表面物理特性及微动特性敏感等特点,目前已广泛应用于航天、医学、工业、军事等多个领域。本文对近年来各类基于激光散斑的目标探测技术进行了分类总结,对各类探测方法的用途和优缺点以及适用环境进行了对比分析,对未来基于激光散斑的目标探测方法的发展趋势加以分析。

主管: 中国科学院

主办:  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国光学学会

主编: 王家骐 院士

ISSN 2095-1531

CN 22-1400/O4

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