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光学系统降敏设计方法综述
孟庆宇, 秦子长, 任成明, 戚允升
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0096
摘要(0) HTML全文(0) PDF 8922KB(0)
摘要:

光学系统性能的有效实现不仅依靠成像质量的设计结果,还受制于光学加工公差、装配公差、环境公差等多种公差的可实现性。具备低误差敏感度特征的光学系统,公差精度要求宽松,可以更好地抵抗误差引起的像质退化,在降低制造成本的同时,有效地提高了光学系统的可实现性,因此降低误差敏感度是光学系统设计应考虑的重要环节。本文分析总结了光学系统误差敏感度研究现状,总结了典型的光学系统降敏计方法,并对这些方法在光学系统设计中的应用进行概述。最后,对光学系统低误差敏感度设计方法的未来发展进行了展望。

用于多尺度高分辨率三维成像的双环光片荧光显微技术
王鹏, 周瑶, 赵宇轩, 费鹏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0093
摘要(11) HTML全文(2) PDF 10500KB(11)
摘要:

本文提出了一种无衍射光片荧光显微成像技术,可以方便地对从微米到厘米各种尺寸的多种生物样本进行多尺度三维荧光成像。为了解决传统贝塞尔光片旁瓣过重的问题,提出了一种双环调控的方法能够可调节地产生0.4微米到5微米之间不同厚度类型的无衍射光片,同时其旁瓣占比被压低到30%以下。基于这种崭新的调控手段设计搭建了一套多尺度光片荧光显微成像系统并展示了其适用性极强的多尺度成像能力;例如活细胞双色三维动态成像、膨胀细胞三维超分辨成像以及介观尺度下全器官的高通量三维成像。证明了该多尺度成像模式能够显著地提升光片荧光显微镜的成像效率并以此推进细胞生物学、组织病理学、神经科学等多种生物医学相关研究。

基于表面等离子体共振的光子准晶体光纤甲烷氢气传感器
刘强, 赵锦, 孙宇丹, 刘伟, 王建鑫, 刘超, 吕靖薇, 王诗淼, 蒋宇, PaulK.Chu
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2022-0006
摘要(17) HTML全文(5) PDF 4373KB(11)
摘要:

设计了一种用于甲烷和氢气同时检测的基于表面等离子体共振(SPR)的新型光子准晶体光纤(PQF)传感器。在该传感器中,在银膜上分别沉积Pd-WO3和掺杂聚硅氧烷的笼型分子E薄膜作为氢气和甲烷的敏感材料。采用全矢量有限元方法对PQF-SPR传感器进行了数值分析,证明了该传感器具有良好的传感性能。在0%~3.5%的浓度范围内,氢气的最大检测灵敏度和平均灵敏度分别为0.8 nm/%和0.65 nm/%,甲烷的最大灵敏度和平均灵敏度分别为10 nm/%和8.81 nm/%。该传感器具有同时检测多种气体的能力,在设备小型化和远程监测方面具有很大的潜力。

正交激发发射上转换纳米材料的设计、制备与应用
贾恒, 冯晓锐, 李大光, 秦伟平, 杨龙, 何伟艳, 马惠言, 滕英跃
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0134
摘要(70) HTML全文(33) PDF 8543KB(20)
摘要:

稀土掺杂的上转换发光纳米材料在信息安全、生物医学、光纤通信、显示和能源等众多领域有着巨大的应用潜力,受到了相关各领域研究人员的广泛关注。特别是近年来发展起来的具有正交激发发射特性的上转换发光纳米颗粒,其光色输出可在不同的激发条件下产生动态变化,因而产生出一系列新的特性与功能,大大地扩展了应用范围。本文综述稀土离子正交上转换发光的发展历程,系统论述了基于核壳结构的正交激发发射体系的设计原理和构建方法,介绍了其在信息存储、安全防伪、显示、传感、生物成像及治疗等领域的最新研究进展,并探讨了未来相关研究中可能面临的机遇和挑战。

大视场光学显微成像技术
王义强, 林方睿, 胡睿, 刘丽炜, 屈军乐
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0098
摘要(12) HTML全文(6) PDF 10812KB(17)
摘要:

光学显微成像技术具有实时、高分辨率和非侵入性等特点,其成像尺度可跨越细胞、组织乃至生命体,极大地拓展了人们对生命本质的认识边界。然而,受限于光学显微成像系统有限的空间带宽积(Space-bandwidth Product,SBP),常规的光学显微镜难以同时兼顾视场大小和分辨率,使得显微成像在大视场生物成像应用中受到较大的限制,例如对脑神经网络以突触为单位的神经回路成像。近年来,大视场光学显微成像技术得到不断的发展,其SBP相较于传统的光学显微镜有了十倍甚至百倍的提升,在保持高分辨率的基础上拓展了成像视场,满足了生物医学领域重大问题的研究需求。本文介绍了近年来几种典型的大视场光学显微成像技术及其生物医学应用,并对其未来发展做了展望。

大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统
郎松, 张艳微, 郑汉青, 徐林钰, 汪路涵, 巩岩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0087
摘要(18) HTML全文(5) PDF 7608KB(16)
摘要:

现代生物学和生物医学领域迫切需要兼顾大视场、高分辨率的显微成像技术和仪器对生物样品跨尺度观测,以满足重大科学问题的研究需求。受限于系统的空间带宽积,传统商业显微镜无法满足这一需求,且现有高空间带宽积显微成像系统存在体积庞大、实施成本高昂等问题。本文基于HiLo光切片技术和自主设计的大视场高分辨显微物镜,研发了具有高空间带宽积特点的大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统,测试了系统的成像视场和分辨率,应用该系统对小鼠脑切片开展了白光照明明场成像实验,并与OLYMPUS商业显微镜成像结果做了对比,同时,应用该系统对小麦种子荧光切片开展了光切片成像和宽场荧光成像对比实验。实验结果表明, 大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统成像视场达到4.8 mm×3.6 mm (对角视场6.0 mm),横向分辨率达到0.74 μm,轴向分辨率达到4.16 μm。大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统具有兼顾大视场和高分辨率成像的优势和快速光切片成像的能力,能够对大体积生物样本开展快速三维成像,将为胚胎发育、脑成像、数字病理诊断等研究提供有力的技术支撑。

航天高分辨率对地光学遥感载荷研究进展
苏云, 葛婧菁, 王业超, 王乐然, 王钰, 郑子熙
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0085
摘要(11) HTML全文(3) PDF 17296KB(9)
摘要:

随着光学成像技术不断发展和日益增长的遥感应用需求,跨尺度高分辨率光学技术在遥感领域得到广泛应用。为了获得更多的目标细节信息,国内外研究学者在不同技术方向开展了相关研究。本文通过对遥感成像的技术总结分类,介绍具有代表性的航天高分辨率对地光学遥感载荷技术,重点关注单体结构主镜、可展开分块拼接主镜、光学干涉主镜、光栅衍射主镜、虚拟合成孔径、光子型综合孔径成像、计算超分辨成像、编队合成孔径等成像体制,为高分辨率对地光学遥感载荷发展提供新的发展思路。

像元映射变分辨率光谱成像重构
肖树林, 胡长虹, 高路尧, 颜克雄, 杨春吉, 李洪利
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0108
摘要(4) HTML全文(0) PDF 10933KB(9)
摘要:

本文讨论了随机滤光片光谱编码-解码的基本原理与重构方法,利用深度学习欠完备自编码器的自动特征提取机制,构建了高精度、低延时的像元映射变分辨率光谱成像重构网络,通过变换像元映射关系完成了2×2、4×4像元阵列光谱重构网络的并行训练。最后,利用512×512、120谱段(430 nm−670 nm)的遥感光谱图像对重构网络进行验证,实现了2×2像元阵列/40谱段重构峰值信噪比达53 dB、均方误差小于0.002、重构用时0.87 s与4×4像元阵列/120谱段重构峰值信噪比达64 dB、均方误差小于10−5、重构用时0.52 s的变分辨率光谱图像重构,实验结果表明像元映射变分辨率光谱成像重构网络具备高精度、低延时的动态变换性能。

基于宽禁带半导体氧化物微纳材料的紫外探测器研究进展
陈星, 周畅, 刘可为, 申德振
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0132
摘要(12) HTML全文(3) PDF 6951KB(5)
摘要:

紫外探测技术是继红外探测与激光探测技术之后的又一项军民两用探测技术,有广阔的应用前景。真空光电倍增管和Si基光电二极管是常见的商品化紫外探测器,但是真空光电倍增管易受高温和电磁辐射的干扰,需要在高压下工作;Si基光电二极管需要昂贵的滤光片。宽禁带半导体紫外探测器克服了上述两种器件面临的一些问题,成为紫外探测器研究的热点。其中宽禁带氧化物材料,具有易于制备高响应高增益的器件、有丰富的微米结构和纳米结构,易于制备微纳器件的特点,引起了人们的广泛关注。本文围绕宽禁带半导体氧化物材料的微纳结构器件进行梳理,对近年来的一些相关研究进行了综述。其中涉及的氧化物材料包括ZnO,Ga2O3,SnO2,TiO2等,涉及的器件结构包括金属-半导体-金属型器件,肖特基结型器件,异质结型器件等。

超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪设计
张璐, 李博, 李寒霜, 顾国超, 王晓旭, 邵英秋, 林冠宇, 叶新
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0125
摘要(9) HTML全文(0) PDF 5408KB(13)
摘要:

针对超光谱分辨率成像光谱仪多通道探测的需求,本文设计了一种超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪。该成像光谱仪望远系统采用视场离轴的离轴三反结构,分光系统采用了具有小型轻量化优点的改进型Offner结构。通过对Offner光谱仪结构理论推导,得出了满足超光谱分辨要求的双通道共光路Offner初始结构参数。为了提高成像光谱仪的成像质量,在Offner结构中引入弯月透镜,并对系统进行逐步优化。最终得到的双通道共光路成像光谱仪,工作波段为280~300 nm和370~400 nm,在奈奎斯特频率为27.8 lp/mm时,双通道的调制传递函数(MTF)均优于0.8,全视场均方根半径(RMS)均小于9 μm,光谱分辨率均优于0.1 nm。该成像光谱仪的设计,对天基超光谱探测成像光谱仪的小型化、集成化的设计具有重要意义。

数字域TDI CMOS遥感相机动态传函建模分析
陶淑苹, 冯钦评, 陈晓龙, 郑亮亮, 张紫玉, 高倓
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0111
摘要(4) HTML全文(2) PDF 2798KB(9)
摘要:

数字域TDI CMOS成像具有成本低、功耗小、操作灵活等优势,是近些年在日益迫切的多模态和小型化光谱遥感成像需求下提出的新兴成像模式。调制传递函数(MTF)是遥感相机的重要评价指标,但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限,为了深入研究其像质下降机理,结合数字域TDI CMOS成像原理,建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。并结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明:传感器有效像元区域分布会影响图像MTF,且开口率越小影响越大;CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降,卷帘速度越慢影响越严重,其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时,对应的图像MTF从0.191下降为0.177;曝光时间越短则MTF越高,尤其在存在低频像移失配时更为明显,曝光时间从180 μs减小为100 μs时,图像MTF从0.126提高为0.155,但同时也会影响图像信噪比,因此在实际应用中应合理折衷选择曝光时间。

基于Warping Harness的镜面半主动光学支撑系统集成优化设计
张奔雷, 杨飞, 王富国, 卢保伟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0121
摘要(7) HTML全文(3) PDF 6886KB(16)
摘要:

半主动支撑基于半主动光学技术,通过WH弹簧叶片将校正力转换为校正力矩对由重力、温度等误差源引入的镜面低阶像差校正。针对反射镜传统经验设计缺陷,提出一种反射镜支撑系统优化设计新方法即结构尺寸优化结合经验设计的镜面支撑系统综合设计优化方法并建立一套基于WarpingHarness(WH)的半主动镜面支撑系统。首先按照经验公式设计了支撑系统初始结构;设计了一款L形镂空式WH弹簧叶片,并对其开展了非线性分析及疲劳分析确定叶片厚度为2 mm、寿命为1.2E6次。然后通过优化镜面支撑点位置、三角板柔节位置、支撑系统柔性件关键尺寸参数将光轴竖直及水平状态下镜面RMS值由119 nm和106 nm降至13.3 nm和4.8 nm;1 °C温差状态下镜面面形差由2.8 nm降至1.9 nm;一阶谐振频率由80 Hz提升至130 Hz。最后采用本方法对半主动支撑系统校正能力进行验证,结果表明本套半主动支撑系统对镜面离焦、初级像散、初级慧差、初级球差的校正率最高可达99%,且经校正后各像差幅值均小于1 nm;室温自重状态下对镜面面形RMS值校正率最高可达46.5%,温升10°C情况下校正率为31.28%。

全景双谱段红外成像干涉光谱测量反演仪器
吕金光, 梁静秋, 赵百轩, 赵莹泽, 郑凯丰, 陈宇鹏, 王维彪, 秦余欣, 陶金
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0114
摘要(7) HTML全文(4) PDF 940KB(17)
摘要:

为了满足工业污染排放及突发安全事故对在线实时监测分析仪器的迫切需求,提出了全景双谱段红外成像干涉光谱测量反演仪器。通过双通道干涉系统、双谱段成像系统及方位俯仰轴系的协同设计,实现目标场景图像光谱信息的大视场、宽谱段、高分辨率测量。首先,根据傅里叶光学理论,建立了干涉成像光谱的标量衍射理论模型。然后,基于宽带采样与窄带采样理论,对双通道干涉系统进行了采样设计。并在分析干涉成像特点的基础上,对双谱段成像系统进行了光学设计。最后,研制了原理样机,并开展了烟囱排放气体烟羽的遥测实验。仪器可以实现360°×60°大视场空间场景中3−5 μm和8−12 μm中长波红外光谱范围内4 cm−1分辨率的光谱测量。满足排放监测定性识别与定量分析的应用要求。

半导体激光器侧向模式控制技术的研究进展
汪丽杰, 佟存柱, 王延靖, 陆寰宇, 张新, 田思聪, 王立军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0143
摘要(17) HTML全文(7) PDF 5509KB(13)
摘要:

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、激光雷达、空间通讯及国防等领域具有重大需求,但传统器件面临发散角大、光束质量差、亮度低的难题,限制了其直接应用。宽区半导体激光器具有输出功率和转换效率高的优点,但其侧向模式受多种物理效应的影响,高电流下激射模式数很大,导致远场宽度随电流增大迅速展宽,光束质量非常差,成为制约半导体激光亮度提高的关键瓶颈难题,因此需要对半导体激光器的侧向模式进行控制。本文首先从半导体激光器的侧向模式影响机制出发,分析了其侧向模式特性及光场分布与器件结构的关联关系;接着介绍了目前主要的侧向模式控制技术,通过抑制高阶模式及侧向远场展宽,实现光束质量的改善及激光亮度的提升。采用先进的侧向模式控制技术,可从芯片层次发展新型的高亮度半导体激光器,有利于拓展半导体激光器应用领域及降低应用成本,具有重要的研究意义。

当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2022-0007
摘要(24) PDF 2784KB(12)
摘要:
用于量子传感的窄线宽无磁垂直腔面发射激光器
张星, 张建伟, 周寅利, 薛洪波, 宁永强, 王立军
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0135
摘要(12) HTML全文(5) PDF 3065KB(14)
摘要:

目的:研制出表面微透镜集成外腔的垂直腔面发射激光器(VCSEL),实现窄线宽无磁激光输出,满足原子磁强计等量子传感器应用要求。方法:设计并生长适合于表面集成微透镜的VCSEL外延结构,完成表面微透镜集成外腔VCSEL器件制备,在电极材料方面选取无磁材料以满足应用要求。结果:实验结果表明:研制的VCSEL器件工作温度达到90 °C,激光波长为896.3 nm,功率为1.52 mW,边模抑制比36.3 dB,激光线宽38 MHz,封装为模组后的磁场强度低于0.03 nT。结论:研制成功了适用于量子传感的窄线宽无磁VCSEL。

单分子生物检测方法及应用研究进展
周文超, 李政昊, 武杰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0129
摘要(7) HTML全文(9) PDF 10461KB(15)
摘要:

单分子生物检测技术,是了解单分子层面上各生物分子间的动态特性,发掘生物分子的结构与功能的高效技术。该技术的优势在于能够在单个分子上探测自由能的异质性,这是传统方法无法达到的能力。因此,研究人员用其解决复杂生物系统、多相催化、生物分子相互作用、酶系统和构象变化等长期存在的问题。在医疗检测方面,检测单个分子的具体信息或它们与生物因子的相互作用,不仅对癌症等各种疾病的早期诊断和治疗至关重要,而且还为实时检测和精准医疗提供了巨大的潜力。利用单分子生物检测高特异性和高精度的优势,实现对分子群中单个生物分子的实时检测,且可与阵列高通量分析结合对临床样本进行精确诊断。本文在简要介绍单分子检测的原理及其生物传感应用的基础上,重点概述了检测方法及相关应用,最后探讨了该研究方向的前景与发展方向。

轻小型金属基增材制造光学系统
付强, 闫磊, 谭双龙, 刘洋, 王灵杰, 张新
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0128
摘要(8) HTML全文(2) PDF 6719KB(14)
摘要:

目的:为了实现用于深空低冷目标探测的长波红外折反射式光学系统进一步轻小型、低辐射和大视场的目标,对局部制冷光学系统、拓扑优化金属基反射镜设计、增材制造、金属基光学加工与表面改性等进行研究。方法:首先,设计完成了紧凑型局部制冷折反射式光学系统,口径55 mm,焦距110 mm,视场达到4°×4°;其次,利用拓扑优化理论,设计完成主镜组件、次镜组件和连接筒,三阶和四阶模态达到1213.7 Hz;然后,采用增材制造、单点金刚石车削、表面改性、表面镀金等手段完成前组光学元件的研制,利用定心装配工艺完成光机装调;最后,对光机装调后的系统性能进行了测试。结果:测试结果表明:光学系统全视场范围内调制传递函数均达到衍射极限,重量仅为96.04 g。结论:金属基增材制造方法可以作为提升光学系统性能的有效手段。

大口径光学望远镜拼接镜面关键技术综述
霍银龙, 杨飞, 王富国
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0109
摘要(24) HTML全文(7) PDF 5988KB(23)
摘要:

随着天文探测的不断发展,望远镜的口径越来越大,拼接镜面技术为大口径望远镜主镜的设计提供了一种比单镜面形式更简单可行的替代方案,现已成为大口径望远镜主镜设计的重要途径。本文以JWST、TMT等典型拼接式望远镜的主镜设计为参考,总结了当前拼接镜面技术的发展现状;并阐述了在大规模子镜背景下,不同子镜拼接方案的性能差异,以及镜面支撑技术和共相检测技术的未来发展趋势,希望可以为我国下一代极大口径光学望远镜的自主研制提供参考。

非盲图像复原综述
杨航
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0099
摘要(45) HTML全文(10) PDF 3036KB(23)
摘要:

非盲图像复原在数学上是一种典型的病态问题,也是计算机视觉领域重要的研究内容之一,其目标是在点扩散函数已知的情况下,由模糊图像估计出清晰图像,其研究重点是如何在改善图像清晰度和抑制噪声之间做出适当的折中。 近五十年来,非盲图像复原取得了长足的发展,从早期的维纳滤波到当前的深度学习,学者们提出了数以百计的非盲图像复原算法,并应用在各个领域。本文首先介绍非盲图像复原的基本概念和研究意义,然后依据算法的属性对非盲图像复原算法进行分类概括,从总体上将其分为传统方法和深度学习方法,在传统方法又中进一步细分为直接法和迭代法,并依据不同算法的模型特征,分析不同类别中主要算法的优缺点,同时结合多种典型实验,比较代表性算法的复原性能,最后展望了非盲图像复原算法的发展趋势以及重点研究方向。

在体跨尺度双光子显微成像技术
陈帅, 任林, 周镇乔, 李敏, 贾宏博
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0086
摘要(24) HTML全文(29) PDF 11931KB(32)
摘要:

双光子显微镜在厚生物组织中保持良好空间分辨率的优点使得其诞生不久就被应用于在体脑成像研究。而神经网络在时空多个维度均具有跨尺度的特点,为满足脑科学研究中在体跨尺度脑成像的需求,双光子显微镜近年来有了快速且显著的发展。本文首先介绍了双光子显微镜的工作原理,然后在成像视野、成像通量、成像深度、分辨率、微型化五个方面详细综述了双光子显微镜的新进展,并深入分析了跨尺度双光子在体显微成像技术的难点及未来挑战。

柔顺型光纤光栅水听器阵列理论与实验研究
祝苗, 顾宏灿, 宋文章
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0079
摘要(14) HTML全文(9) PDF 7177KB(30)
摘要:

为提升光纤水听器拖曳线阵列的适装性,提出一种柔顺型光纤光栅水听器阵列。根据力学理论模型计算三种柔顺型光纤光栅水听器声压灵敏度,比较分析其影响因素,通过有限元仿真进行频响分析,研制了直径分别为10 mm、12 mm和16 mm的2元柔顺型光纤光栅水听器样阵,采用振动液柱法实验测试其灵敏度。实验结果表明柔顺型光纤光栅水听器在200~800 Hz的频率范围内响应平坦,不同结构参数的水听器阵列平均声压灵敏度分别为−160.87 dB、−154.59 dB、−156.73 dB,验证了理论与仿真分析。进一步优化材料和结构参数,采用弱反射光纤光栅,按照本文的设计,可以构建数百阵元的一体化柔顺型水听器阵列。

轴向位置可调的双中空环形光斑
田玉元, 张佳琦, 姜潇桐, 孙美玉, 史强, 朱林伟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0036
摘要(20) HTML全文(10) PDF 5334KB(34)
摘要:

为了产生轴向双焦点中空环形光斑,基于矢量衍射积分得出的环带半径公式,设计产生了呈环带分布的轴向双焦点的螺旋相位,并研究了这种螺旋相位在高数值孔径物镜聚焦区域的光斑特性。首先,给出了线偏振以及圆偏振的涡旋光束在高数值孔径物镜聚焦条件下的积分表达式。然后,利用此积分表达式数值模拟了线偏振光与圆偏振光在不同轴向偏移距离及螺旋拓扑荷值时的聚焦光场分布。最后,将轴向双焦点螺旋相位加载到纯相位空间光调制器上,分别对圆偏振光与线偏振光入射时进行实验研究。实验产生了线偏振光入射时,拓扑荷为1且轴向距离为±10 μm、±15 μm的双聚焦环形光斑;以及圆偏振光入射时,轴向距离为±20 μm且拓扑荷为1到4时的双聚焦环形光斑。数值模拟与实验结果表明:圆偏振光与线偏振光经此螺旋相位调制后,在紧聚焦区域可产生轴向距离与暗斑大小可调的中空环形双焦点;圆偏振光较线偏振光产生的空心光斑光强分布更均匀,呈圆对称分布。此轴向双焦点螺旋相位有望在光学微操控、双光束超分辨纳米光刻以及STED显微成像方面获得一定的应用。

基于光机热集成分析的大规模拼接焦面误差分配
牛盛光, 郭亮, 陆振玉, 韩康
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0094
摘要(28) HTML全文(8) PDF 4165KB(30)
摘要:

随着空间天文、态势感知、环境监测等领域要求越来越高,空间望远镜正在向着大视场、大口径的方向发展。大规模焦面拼接技术是大视场空间望远镜的关键技术,其主焦面平面度误差(P-V值)分配方法一般都是基于经验的直接赋值法,容易出现误差分配不合理的问题。本文提出一种拼接焦面误差分配方法,通过光机热集成分析对重要参数误差进行精确分配。以16片Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)图像传感器4×4机械直接拼接焦面为例,建立了拼接焦面误差树,通过光机热集成分析方法分析了重力和温度等重要参数对拼接焦面平面度的影响,最终给出误差分配结果。分析结果表明:两种不同姿态下重力造成的平面度误差分别为0.28 μm、1.55 μm,温度造成的平面度总误差为5.5 μm,留30%余量后,确定重力和温度引起的平面度误差分配值分别为2 μm和7.2 μm。

当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022.0124
摘要(31) PDF 9332KB(30)
摘要:
紧凑型波长自动调谐脉冲CO2激光器
潘其坤, 沈辉, 司红利, 高洋, 于德洋, 张阔, 张冉冉, 赵崇霄, 陈飞, 郭劲
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0107
摘要(17) HTML全文(6) PDF 2656KB(33)
摘要:

面向机载激光差分吸收雷达对小型轻量化激光光源的应用需求,研制了紧凑型自动调谐脉冲CO2激光器。首先,研究了射频波导腔内光束和自由空间光学斩波光束孔径匹配关系,设计了具有实焦点的腔内光束变换系统,实验验证了斩波器通光孔径对激光脉冲波形的影响。其次,研究了CO2激光器的波长调谐特性,分析了相邻激光谱线光栅衍射角度差,并基于高精度电动转台和金属闪耀光栅,实现了CO2激光器波长自动调谐输出。最后,基于小型轻量化模块设计,完成了紧凑型自动调谐脉冲CO2激光器集成。实验结果表明,该激光器在1 kHz条件下运转稳定,脉冲宽度350 ns,峰值功率3.7 kW,在9.2−10.7 μm范围内测试到30条激光谱线,重量18 kg,为机载激光差分吸收雷达提供一种小型化探测光源。

多靶点全景数字病理:从原理到应用
张新华, 李才伟, 张瑜, 黄胜男, 石晗, 吴俊楠, 任仕杰, 刘珂含, 高彤璐, 史冰
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0091
摘要(64) HTML全文(10) PDF 6251KB(50)
摘要:

数字病理凭借其便捷的存储、管理、浏览、传输等特点,为远程病理会诊及联合会诊带来了新契机。然而,显微镜的视场有限,在确保分辨率的前提下,无法兼顾全景成像。全景数字病理的提出,弥补了这一缺陷,在保证分辨率的同时兼顾了全景成像。但单张切片仅能实现单靶点的检测,而疾病诊断需同时观测多个靶点的表达情况。近年来,多靶点全景数字病理技术发展迅速,因其在药物研发、临床科研以及基础科研等领域的巨大的应用潜力而广受关注。其系统凭借视场大、颜色多、通量高的特点,可在短时间内原位检测整张组织切片上的多种生物标记物的表达情况,借以识别组织上每个细胞表型、丰度、状态及其相互关系。本文首先梳理了数字病理、全景数字病理以及多靶点全景数字病理的发展过程,并简要介绍发展过程中的技术的更新迭代,以及发展多靶点全景数字病理的重要性。然后,分别从生物样本准备、多色光学成像以及图像处理三个部分重点介绍多靶点全景数字病理。接下来,阐述了多靶点全景数字病理在肿瘤微环境与肿瘤分子分型等生物医学领域的应用现状。最后,对多靶点全景数字病理的技术优势、目前面临的挑战及其未来的发展趋势进行了总结。

全景内窥成像技术及应用
霍嘉燚, 李冕豪, 王子川, 袁波, 杨青, 王立强
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0074
摘要(33) HTML全文(13) PDF 8727KB(38)
摘要:

全景内窥成像技术可有效减小体内器官的观察盲区,具有缩短手术时间、降低术中出血风险、改善手术预后、缩短术后恢复时间等多种优点,在微创手术和术前检查中有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文从原理和产品应用两个方面对全景内窥成像技术进行了梳理。首先,综述了基于二维和三维成像的各种全景内窥成像技术,阐述了它们各自的实现方式,并分析了其指标和性能。其次,对比分析了由全景内窥成像技术衍生出来的胶囊内窥镜、全景结直肠镜等多种不同类型的产品,并展望了全景内窥成像技术的发展趋势和应用前景。

跨尺度光学内窥成像技术
王子川, 张伟, 郭飞, 贾志强, 王立强, 董文飞, 杨青
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0078
摘要(72) HTML全文(19) PDF 8515KB(53)
摘要:

光学成像技术具备高分辨、多尺度、多维度、易集成以及低辐射等优势,在生物医学领域发挥出重要的作用。在内窥镜领域中,如何进行内窥图像信息的获取、处理及可视化是光学成像技术要解决的核心问题,在医学临床中获取内窥镜所观察部位的跨尺度图像有利于医师对于患者病情的诊断以及提升术中操作的精确程度。本文从跨尺度光学成像技术在内窥镜领域的运用入手,重点阐述了目前内窥镜临床中用于获取跨尺度图像的光学系统类型,包括跨尺度变焦光学系统、光纤扫描成像系统、多通道成像系统等,说明了这些跨尺度光学内窥镜系统如何获取跨尺度图像,并对跨尺度光学成像在内窥镜领域的未来发展做了展望。

面向高通量的多通道复用数字全息成像技术
黄郑重, 曹良才
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0070
摘要(61) HTML全文(50) PDF 8364KB(67)
摘要:
光学成像已成为跨尺度表征生物系统信息的主要方法之一,近年来生物样本的快速、无损且全面表征对成像系统的可解析量提出了高的要求。数字全息通过干涉成像方式,可准确重构光波前的振幅和相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,在数字病理诊断、细胞无标记观察和实时监测等方面得到了广泛的研究和应用。本文首先介绍了实现高通量成像的主要方式,并分析数字全息的优势及空间带宽变化关系,展示了基于希尔伯特变换的面向高通量多通道复用数字全息技术的理论框架,并介绍了基于该理论框架设计的拓展视场双通道复用数字全息显微成像系统。该系统在不牺牲空间和时间分辨率的情况下,可实现超越传统离轴全息显微镜8倍的空间带宽积。所介绍的数字全息复用技术可充分利用单幅强度图像的冗余空间带宽,可用于高通量多通道复用数字全息成像。
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0077
摘要(62) PDF 1380KB(0)
摘要:
用于细胞脂滴超分辨荧光成像的有机荧光探针研究进展
周日, 王晨光, 卢革宇
当前状态:  doi: 0.37188/CO.2022-0077
摘要(63) HTML全文(82) PDF 10648KB(30)
摘要:
脂滴是真核细胞中必不可少的一种球形细胞器,与很多细胞生理学过程息息相关。为了观察并研究脂滴,荧光成像技术是最有力的工具之一。因为受到光学衍射极限限制,传统的宽场以及共聚焦显微镜所能达到的成像分辨率约为250 nm左右,这对于观测小脂滴尤其是新生脂滴(尺寸约30‒60 nm)来说是远远不够的。在这种情况下,近年来新兴的各种能够打破衍射极限的超分辨荧光显微镜(如受激发射损耗显微镜、结构光照明显微镜以及光激活定位显微镜等)逐渐吸引了很大兴趣。为了得到高分辨率的脂滴荧光图像,除了上述超分辨显微镜之外,还需要与之相匹配的高性能荧光探针。因此,本文将简要介绍这几种超分辨显微镜的工作原理,讨论其对荧光探针光物理性质的特殊要求,并进一步系统总结脂滴超分辨成像荧光探针的研究进展。与此同时,本文将分析对比不同超分辨显微镜在脂滴荧光成像方面的优势与不足,并对其发展趋势进行展望。
基于光场处理方法的太赫兹成像优化
辛涛, 彭烁, 董立泉, 张韶辉, 张存林
当前状态:  doi: 10.37188/CO.EN.2022-0005
摘要(50) HTML全文(29) PDF 5395KB(7)
摘要:
近年来,太赫兹技术在检测,安保等诸多领域变得日益重要。如何扩大视场和提高成像质量是太赫兹成像的关键。针对以上问题,我们基于单相机扫描方式搭建了一个太赫兹光场成像系统以同时实现对太赫兹波空间和角度分布信息的利用。基于四维全光函数和双平面参数化方法,我们利用太赫兹光场传播过程中的强度一致性进行了重聚焦运算,通过对光场进行积分即可得到一系列对应不同视角,不同成像距离的结果。与初始的太赫兹成像结果相比,视场和成像质量都得到了有效提升。在我们的实验中,视场扩大了1.84倍,分辨率从1.3 mm提高到了0.7 mm。此外,部分被遮挡的目标信息也可通过使遮挡物离焦得到恢复。证明了我们的系统能够提高太赫兹成像的质量并拓展其功能,从而为太赫兹无损测量和安全检测提供新的思路。
基于层析成像的激光强度分布测量方法
王倩, 蔡伟伟, 陶波
当前状态:
摘要(53) HTML全文(36) PDF 9813KB(6)
摘要:
为了对激光光强分布进行准确的测量,本工作提出基于层析成像技术的激光光强分布测量方法。首先,通过数值仿真计算,对本工作中采用的成像模型的准确性以及重建算法的收敛性进行验证。对不同激光光强分布模型以及不同随机噪声等级时的重建精度进行评估。经计算,采用不同典型激光光强模型时其重建误差均小于等于7.02%;在施加10%以内随机噪声时,重建误差均小于8.5%。此外,设计并进行实验,搭建层析成像系统,采用定制的一分七光纤束实现七个角度信号的测量。七个角度分布在垂直于激光光束的平面内近半圆周内,各个角度距离重建区域的距离约为160毫米,且七个角度的角度覆盖范围约为150°。实验时,通过探测激光光束穿过若丹明-乙醇溶液之后的体激光诱导荧光信号,结合后续的数据处理过程来间接实现激光光强三维分布的反演。在数据处理过程中,采用交替迭代重建算法对探测信号进行吸收矫正的三维重建,可间接地获得激光光强分布。为了定量评估测量精度,在进行重建时仅采用其中六个角度,将余下一角度的重建反投影以及投影数据间的相关性用来间接证明此重建方法的可行性。计算结果表明,该角度投影以及反投影之间的相关性系数为0.9802,可间接的验证该方法的可行性。可以预见,本工作提出的激光光强三维测量方案在激光应用领域具有广泛的前景。
太极计划中的星间激光测距地面电子学验证
邓汝杰, 张艺斌, 刘河山, 罗子人
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0041
摘要(94) HTML全文(34) PDF 7219KB(24)
摘要:
在空间引力波探测太极计划中,激光干涉测距系统是获取引力波信号的直接手段,为了消除激光频率不稳定性对其的影响,需利用时间延迟干涉技术进行噪声压制。时间延迟干涉技术是一种数据后处理方法,要实现该技术的数据构型,需对卫星臂长实现精确的绝对距离测量。本文从太极计划的需求分析出发,分别从信源编码设计、延迟环设计以及数据处理算法等方面介绍测距系统的设计方案。在信源编码中,文章通过分析m序列、gold序列、Weil码三种伪随机码的自、互相关性优劣以及长度选取上的灵活性,最终选择了Weil码并筛选出其自相关性最优的移位-截取组合,将其作为测距系统所用的伪随机码。同时,基于该测距系统的设计,搭建了一套地面电子学验证实验装置,以模拟信号传输的物理过程以及验证系统性能。实验主体装置采用一块基于Xilinx公司K7芯片的自研FPGA板卡用以模拟卫星通信测距的过程以及实现锁相环、延迟环等功能。实验将24.4 kbps的16位信息码与1.5625 Mbps的1024位Weil码进行BPSK调制,采样频率为50 MHz,通过10~60 m的射频同轴电缆进行传输后,使用质心法对采集数据进行优化,随后测定该距离。实验结果表明,在60 m范围内,测距精度优于1.6 m。因此,实验证明了测距系统原理及设计的可行性,为下一步的光学系统验证奠定了技术基础。
复杂曲面零件面结构光扫描视点规划
任明阳, 王立忠, 赵建博, 唐正宗
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0026
摘要(67) HTML全文(34) PDF 6408KB(10)
摘要:
为了实现复杂曲面零件高效自动化测量,本文提出了一种基于改进栅格法的面结构光扫描视点规划方法,并将其应用在汽车复杂曲面零件自动化测量中。首先,针对人工示教视点冗余严重,扫描完整性差的问题,提出了一种基于改进栅格法的面结构光扫描视点规划算法,根据面结构光扫描仪的有效测量范围,确定栅格尺寸,改进候选视点生成策略,并通过扫描仪的测量约束条件得到候选视点的有效测量范围,利用视点质量评价函数确定最优视点。其次,针对视点规划过程中算法耗时长,特征重建精度低的问题,采用体素网格法简化模型,通过八叉树算法分割复杂曲面模型,根据法向量一致性误差确定体素网格尺寸,并且对于几何特征不同的模型,分析权重系数对扫描质量的影响,给出最佳权重系数。最后,进行了汽车钣金件和减速器壳体扫描视点规划和测量实验,结果表明,汽车钣金件视点规划耗时21.93 s,扫描完整性为99.124%,扫描精度为0.025 mm;汽车减速器壳体视点规划耗时158.29 s,扫描完整性为93.231%,扫描精度为0.032 mm。本方法能快速完成复杂曲面视点规划,并且采用规划视点扫描的模型完整性好,精度高,能够满足复杂曲面零件自动测量的要求。
辐射耦合效应对目标红外偏振特性的影响
宿德志, 刘亮, 吴世永, 张纪磊, 王坤, 刘陵顺
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0035
摘要(58) HTML全文(18) PDF 3486KB(11)
摘要:
红外偏振成像技术具有探测距离远,目标识别率高等多种优势,但在复杂环境下目标偏振特性易受背景辐射影响,使得红外偏振设备的探测能力大幅降低。本文基于偏振双向反射分布函数,综合考虑目标和背景间的辐射耦合效应,建立了目标偏振度计算模型。对比研究了有强辐射背板和无强辐射背板两种情况下目标偏振度的变化情况,并针对陆基和机载探测等小角度探测情况,仿真研究了目标和背板的温度、夹角等参数对目标偏振度的影响规律。研究结果表明:目标和背板温度相同时,辐射耦合效应会显著降低目标的偏振度,但不会改变目标偏振度随温度升高而增大的趋势。当目标和背板温度为30 °C、40 °C和50 °C时,目标偏振度的最大值分别为无强辐射背板时的63.7%、44.9%和42.2%。可见温度越高,目标和背板间的辐射耦合效应越强,目标偏振度降低的比例越大。此外,辐射耦合效应的强弱不仅与温度有关,还与目标和背板的夹角有关。随着夹角的增大,目标偏振度先增大后减小,且在夹角约为105°处取得极大值。因此,辐射耦合效应会一定程度上改变目标偏振度,从而影响红外偏振设备的探测能力。最后,通过搭建的长波红外偏振成像系统,对建立的目标偏振度计算模型进行了实验验证,实验结果与仿真分析结果基本一致。本文研究成果对提升陆基和机载红外偏振设备的探测和识别能力具有一定指导意义。
基于双注意力机制的车道线检测
任凤雷, 周海波, 杨璐, 何昕
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0033
摘要(79) HTML全文(32) PDF 6652KB(15)
摘要:
为了提升车道线检测算法在障碍物遮挡等复杂情况下的检测性能,本文提出了一种基于双注意力机制的多车道线检测算法。首先,本文通过设计基于空间和通道双注意力机制的车道线语义分割网络,得到分别代表车道线像素和背景区域的二值分割结果;然后,引入HNet网络结构,使用其输出的透视变换矩阵将分割图转换到鸟瞰视图,继而进行曲线拟合并逆变换回原图像空间实现多车道线的检测;最后,将图像中线两侧车道线所包围的区域定义为目前行驶的行车车道。本文算法在Tusimple数据集凭借134FPS的实时性表现达到了96.63%的准确率,在CULane数据集取得了77.32%的精确率。实验结果表明,本文算法可以针对包括障碍物遮挡等不同场景下的多条车道线及行车车道进行实时检测,其性能相比较现有算法得到了显著的提升。
具有横向效应的半导体激光器的同步传输技术
赵丽娜, 魏庆涛
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0031
摘要(39) HTML全文(19) PDF 4571KB(9)
摘要:
为了考虑半导体激光器的横向效应,通过修正描述半导体激光器的动力学模型,给出了具有横向效应的半导体激光器的动力学方程,并分析了横向效应对半导体激光器输出特性的影响。在此基础上,进一步研究了具有横向效应的半导体激光器输出信号的同步传输技术。结果表明,考虑横向效应后,半导体激光器的输出呈现新的时空混沌态,且对初始值的依赖非常敏感。同时,无论是利用半导体激光器进行单通道信号的同步传输还是多通道信号的同步传输,其传输性能均十分稳定。该项同步技术十分简约,非常易于实际应用。
基于可调谐半导体激光吸收光谱的氧气浓度高灵敏度检测研究
杨舒涵, 乔顺达, 林殿阳, 马欲飞
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0029
摘要(70) HTML全文(18) PDF 4544KB(13)
摘要:
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是近年发展起来的一种激光光谱气体检测技术,相比于常见的电化学、离子导电陶瓷等技术,其具有选择性强、灵敏度高、响应快、可在线测量、抗背景光谱干扰能力强等优点,适用于复杂环境中气体的长期在线检测。氧气(O2)是人类生存环境中的重要气体,O2浓度的检测在生产生活各个领域应用广泛、意义重大。基于此,本文采用TDLAS技术对空气中O2进行高灵敏度测量。采用输出波长为760 nm的半导体激光器作为光源,直接吸收光谱法获得环境中的氧气浓度为20.56 %,最小检测极限为283.27×10−6。在波长调制方法中,优化了激光波长调制深度,得到了完整的二次谐波波形,可用于标定氧气浓度。此系统的信噪比为380.74,最小检测极限约为540×10−9。本文中实现的传感系统具有良好的O2检测能力,可广泛用于各个领域中O2浓度的检测。
LED光源照度与色温对佩伯尔幻象展陈效果的作用趋势
林嘉源, 邹念育, 梁静, 贺晓阳, 慕雨凡, 黄霞, 何启鹏
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0027
摘要(42) HTML全文(24) PDF 3938KB(10)
摘要:
数字化展示技术的不断发展,展陈方式也随之改变,采用现代化展示方式的佩伯尔幻象要求展陈空间光环境保证效果同时,具有较好的视觉舒适性。为探寻光环境对佩伯尔幻象展示效果的影响,搭建虚拟成像展示空间,研究影响成像效果的因素与趋势。研究设定12组不同照度和色温组合的LED光照参数,选取25名观察者进行心理物理学实验,以分析不同光环境对佩伯尔幻象展陈效果产生的影响。实验结论:色温对幻象中的色彩真实度、细节表现力、立体感表现力评价影响较低;照度对色彩真实度评价未产生显著影响,对它的细节表现力、立体感表现力具有显著性影响,在色温3500 k,照度10 lx的光环境下,展示效果中的细节表现力、立体感表现力相对较高,2500 K,10 lx时视觉舒适度较好。
多色虚拟荧光辐射差分显微成像
黄宇然, 张智敏, 董婉潔, 徐良, 韩于冰, 郝翔, 匡翠方, 刘旭
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0080
摘要(40) HTML全文(22) PDF 5317KB(16)
摘要:
荧光辐射差分显微成像是一种荧光染料普适性强、光毒性较低的超分辨成像技术。然而传统荧光辐射差分成像由于原理限制,其系统复杂度较高,稳定性低且成像速度受限。为了改进这些缺陷,本文设计搭建了一套多色虚拟荧光差分显微系统,并对该系统的成像方法和参数间的制约关系进行了分析,在已有的多色虚拟荧光辐射差分显微术原理的基础上,进一步考虑了信噪比和背景噪声等的影响,建立了可通过实验验证的虚拟荧光辐射差分显微成像模型。实验表明,本系统与方法具有结构简单、背景去噪能力强、荧光染料普适性强以及光毒性低等特性,成像分辨率较共聚焦提升了1.9倍,成像速度较传统的荧光辐射差分显微系统提升一倍,在三个波长上均获得了良好的成像效果,并在生物细胞成像中得到实验验证。
基于自由曲面的辐射定标光源设计
田杰文, 叶新, 方伟
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0021
摘要(84) HTML全文(36) PDF 6259KB(40)
摘要:
目的: 为了减小对卫星上的空间使用,针对定标特点,本文提出了一种用于积分球光源准直照明的自由曲面反射镜的设计方法。采用该方法,能够以小口径的积分球实现大面积的方形的均匀辐照度分布。 方法: 首先,通过点光源模型建立自由曲面离轴反射照明数学模型,然后通过切比雪夫点离散自由曲面,并求解出满足点光源照明的自由曲面模型,最后分析积分球的光源特性,通过逐步优化到自由曲面能量分布的方法完成点光源照明模型到积分球照明模型的转变。 结果: 通过分析可知,设定照明面积140 mm*140 mm时,目标面的辐照度非均匀性的不均匀度小于0.02。 结论: 满足星载定标轻量化,短光路,结构简单的需求。
多波长拉曼激光对CCD损伤实验研究
刘金生, 刘金波, 李晓文
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0228
摘要(63) HTML全文(35) PDF 4217KB(31)
摘要:
开展了多波长纳秒脉冲拉曼激光对行间转移CCD相机的损伤实验研究。分别研究了496 nm、574 nm、630 nm单波长拉曼激光与混合输出的多波长拉曼激光对CCD的点损伤、线损伤和面损伤情况,测量了不同波长拉曼激光的损伤阈值区间,并根据损伤情况统计拟合,获得了不同波长拉曼激光能量与损伤概率的关系曲线。实验结果表明:混合波长拉曼激光对CCD的损伤阈值低于单波长拉曼激光损伤阈值,不同波长拉曼激光对于CCD的损伤阈值也存在区别,其中630 nm拉曼激光的损伤阈值低于496 nm激光,574 nm激光的损伤阈值介于496 nm和630 nm拉曼激光之间。通过分析CCD不同损伤情况的显微图像,以及受损伤CCD的电子学特性,对拉曼激光损伤CCD的机理进行了探讨。
单片集成式主振荡功率放大器研究进展
谭满清, 游道明, 郭文涛, 刘维华
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0022
摘要(76) HTML全文(44) PDF 6490KB(44)
摘要:
单片集成式主振荡功率放大器(MOPA)具有体积小、功率大、光束质量高等优势,通过集成布拉格光栅,还能够实现窄线宽和动态单模,在倍频、泵浦、光通信和传感等领域具有重要应用价值,是近年来半导体光电子器件的研究热点。本文梳理了单片集成式MOPA的主流结构,包括锥形、脊型、布拉格光栅型和三段式MOPA,以各自的工作原理和性能特征为出发点,介绍其主要的研究方向,并结合各自面临的问题介绍最新的发展趋势。针对单片集成式MOPA中普遍存在的高功率下光束质量退化的问题,梳理了近年在外延层结构、腔面光学薄膜和电极设置等方面的优化设计,重点总结了单片集成式MOPA在提高光束质量和功率方面的重要进展。围绕不同领域的应用需求,整理了具备高功率、窄线宽、高光束质量和高亮度等性能特征的单片集成式MOPA的研究进展,最后展望单片集成式MOPA的发展趋势。
基于扫描反射镜结构的多路光开关
肖泽华, 李明宇, 苏国帅, 何泽南
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2022-0020
摘要(136) HTML全文(47) PDF 2019KB(37)
摘要:
本文设计了一种基于扫描反射镜的光开关,使用嵌入式Linux可编程控制。在触摸显示器的UI界面上进行光纤阵列通道间的具体切换操作。此外,可以预先设定光开关的切换顺序、停留时间。光开关光路可自动对光校准来保证每个通道的输出功率最大。本文分析了此种光开关的设计原理,通过实验测试了光开关的性能。实验结果表明当使用单模光纤阵列时,平均插入损耗小于17 dB,相邻通道间的平均串扰低于30 dB,相邻通道间切换时间小于1.3 mS。对于多模光线阵列平均插入损耗小于2.4 dB。它具有低损耗、低延时、高精度、稳定性好、重复性高、通道间串扰小、人机交互良好等优点,可应用于波分复用器件,多路光波导传感器等光学器件的测试。
基于摄影测量的定日镜面形误差检测方法研究
魏秀东, 张凡, 许英朝
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0210
摘要(43) HTML全文(11) PDF 4247KB(39)
摘要:
在塔式太阳能热发电中,定日镜面形误差对镜场光学效率具有重要影响,因此需要对定日镜面形误差进行检测。定日镜一般由多个子镜拼接而成,子镜的倾斜角度误差是定日镜面形误差的重要组成部分。本文提出一种基于摄影测量的定日镜子镜倾斜角度误差的检测方法,即在已知定日镜子镜外形尺寸的条件下,利用摄影成像原理计算出定日镜子镜4个角点的空间位置坐标,进而求出子镜的法线方向,再利用所求得的法线计算出子镜的倾斜角度,最终实现对定日镜子镜倾斜角度误差的检测。详细阐述了该方法的测量原理,推导了计算公式,并利用平面镜与相机进行了相关验证实验。通过在不同距离下对不同倾斜角度的平面镜进行测量实验,得出测得的镜面倾斜角度与实际倾斜角度的偏差约为0.1°~0.3°,实验结果表明该方法能够较准确的检测定日镜子镜的倾斜角度误差,从而验证了该方法的正确性和可行性。
聚偏二氟乙烯及其共聚物薄膜非线性光学研究进展
刘勇, 刘卫国, 牛小玲, 惠迎雪, 戴中华, 王之恒, 郭文浩
当前状态:  doi: 10.37188/CO.2021-0191
摘要(266) HTML全文(194) PDF 2073KB(63)
摘要:
聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物薄膜拥有极佳的电活性、较高的衍射效率、显著的非线性光学效应,广泛应用于光电转换、光调控、光开关等光电功能器件等。本文简要介绍了近年来PVDF及其共聚物薄膜非线性光学研究方面的主要进展,指出该类薄膜共混、纳米掺杂、超薄化的发展方向。同时,需从第一性原理-光子带隙计算着手研究其非线性光学性质,以高灵敏度Z-扫描及马克条纹法结合椭偏为主要测量方式。本综述将为该类薄膜的非线性光学研究及制备提供一定的参考。
综述
光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器研究进展
李爱武, 单天奇, 国旗, 潘学鹏, 刘善仁, 陈超, 于永森
2022, 15(4): 609-624.   doi: 10.37188/CO.2021-0219
摘要(206) HTML全文(109) PDF 6387KB(106)
摘要:

光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的传感原理、传感性能、传感特性和制备方法。然后对其温度、压力和应变的灵敏度和测量范围等特征参数进行了归纳。总结了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的国内外研究进展及性能参数。介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪传感器温度和压力的交叉敏感问题及解决方法和基于不同种类光纤的法布里-珀罗干涉仪高温传感特性。针对近几年光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的研究进展,介绍了多种用于双参数测量的光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器。最后对光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的未来发展趋势和前景进行了展望。

非线性光限幅材料原理、性能表征及研究进展
吕泽, 方佑, 冯迢, 宗楠, 李云飞, 张申金, 谢政, 彭钦军
2022, 15(4): 625-639.   doi: 10.37188/CO.2021-0195
摘要(221) HTML全文(119) PDF 6386KB(98)
摘要:

激光防护材料在保护人眼和光学器件免受强激光破坏方面具有重要意义,其中基于非线性光学原理工作的固态光限幅材料有望成为未来激光防护的主体。本文介绍了光限幅材料的研究背景、工作机理、参数指标以及测试技术,综述了目前具有实用前景的多类光限幅材料的研究进展,对无机半导体材料、共轭有机高分子、无机金属团簇、碳纳米材料、二维材料等5类材料做了重点介绍,探讨这些光限幅材料的发展前景,并介绍了相关材料在固态基质中器件化的研究现状。

聚偏二氟乙烯及其共聚物薄膜非线性光学研究进展
刘勇, 刘卫国, 牛小玲, 惠迎雪, 戴中华, 王之恒, 郭文浩
2022, 15(4): 640-659.   doi: 10.37188/CO.2021-0191
摘要(102) HTML全文(52) PDF 6400KB(55)
摘要:

聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物薄膜拥有极佳的电活性、较高的衍射效率、显著的非线性光学效应,广泛应用于光电转换、光调控、光开关等光电功能器件等。本文简要介绍了近年来PVDF及其共聚物薄膜非线性光学研究方面的主要进展,指出该类薄膜共混、纳米掺杂、超薄化的发展方向。同时指出需从第一性原理-光子带隙计算着手研究其非线性光学性质,以高灵敏度Z-扫描及马克条纹法结合椭偏为主要测量方式。本综述将为该类薄膜的非线性光学研究及制备提供一定的参考。

原创文章
基于布里渊光纤振荡器的可调谐窄带微波光子滤波器研究
游亚军, 许鑫, 王琳毅, 冯刘艳, 刘毅, 耿文平, 贺文君
2022, 15(4): 660-667.   doi: 10.37188/CO.2022-0057
摘要(94) HTML全文(30) PDF 3921KB(54)
摘要:

为了使微波光子滤波器兼具宽调谐范围与高频率选择性,本文基于窄线宽单纵模光纤受激布里渊振荡器首次提出并验证了一种具有宽调谐范围、窄滤波带宽特性的微波光子滤波器。该滤波器的核心是腔长为10 m的布里渊光纤振荡器,受激布里渊散射泵浦光与光载波信号分别由两个不同的可调谐激光器提供,布里渊增益与光调制信号相互作用后,利用该布里渊光纤振荡器压缩光谱线宽,实现窄带微波光子滤波;通过简单地改变泵浦光波长,实现滤波器通带大范围稳定调谐。实验结果表明,该微波光子滤波器在0~20 GHz的频率范围内可稳定调谐,带外抑制比约为20 dB,其3-dB带宽和最大Q值分别为6.2 kHz和3.222×106。本文提出的单通带微波光子滤波器不仅具有目前已知的最高Q值,同时具有宽可调性、高带外抑制和结构简单等优势。

光损伤肖特基钙钛矿探测器的光电特性分析
曲家沂, 王云鹏, 孙俊杰, 陈飞, 赵东旭, 田灿灿
2022, 15(4): 668-674.   doi: 10.37188/CO.2021-0196
摘要(238) HTML全文(125) PDF 5052KB(79)
摘要:

为了研究飞秒激光对光电探测器光学性能的影响,本文对飞秒脉冲激光辐照CsPbBr3背靠背肖特基光电探测器的损伤特性,以及不同激光功率密度下的光电性能进行了研究。利用化学气相沉积法在ITO叉指电极上沉积CsPbBr3微米晶薄膜,制备了背靠背肖特基型全无机钙钛矿光电探测器。利用脉冲宽度为35 fs的钛宝石飞秒激光器辐照CsPbBr3光电探测器,通过显微镜观察不同激光功率密度下CsPbBr3多晶薄膜的损伤形貌,并研究了不同功率密度损伤下肖特基结构的钙钛矿光电探测器的光电性能变化。结果表明:自制的全无机金属卤化物肖特基光电探测器具有较高的损伤阈值,达到了2.1 W/cm2,并且在样品轻度损伤的情况下,样品的光电特性出现了一定程度的提升,光谱响应度出现了50 nm的展宽,并且在部分薄膜受热脱落后,器件仍然保持一定的光电探测性能。

基于视觉显著性加权与梯度奇异值最大的红外与可见光图像融合
程博阳, 李婷, 王喻林
2022, 15(4): 675-688.   doi: 10.37188/CO.2022-0124
摘要(63) HTML全文(32) PDF 5179KB(46)
摘要:

为了综合利用红外与可见光图像的光谱显著性信息,同时提高融合图像的视觉对比度,本文提出了一种基于视觉显著性加权与梯度奇异值最大的红外与可见光图像融合方法。首先,该全新算法通过滚动引导剪切波变换作为多尺度分析工具,来获取图像的近似层分量与多方向细节层分量。其次,针对反映图像主体能量特征的近似层分量,采用视觉显著性加权融合作为其融合规则,该方法利用显著性加权系数矩阵指导图像内的光谱显著性信息有效融合,提高了融合图像的视觉观察度。此外,采用基于梯度奇异值最大原则来指导细节层分量的融合,该方法可以极大程度地将隐藏在两种源图像内的梯度特征还原到融合图像中,使融合图像具有更加清晰的边缘细节。为了验证本文算法的有效性,进行了5组独立的融合实验,最终的实验结果表明,本文算法融合图像的对比度更高,边缘细节更加丰富,并且相较于其它现有典型方法,AVG、IE、QE、SF、SD、SCD等客观参数指标分别提高了16.4%、3.9%、11.8%、17.1%、21.4%、10.1%,因此具有更加优良的视觉效果。

海底主动光学探测影像亮度校正与色彩恢复
刘镕滔, 柳稼航
2022, 15(4): 689-702.   doi: 10.37188/CO.2021-0211
摘要(107) HTML全文(56) PDF 6824KB(74)
摘要:

主动光学成像探测是海底形貌与环境探测的重要方式,广泛应用于大洋勘探、海底探测等领域。然而,由于海水对光的衰减作用,造成光学影像照度不均、颜色失真、对比度低等质量退化问题。本文依据水下主动光学成像探测的特点,提出了一种基于相对辐射校正原理的水下图像增强方法。该方法将增强过程分为亮度补偿和色彩恢复两个阶段。在亮度补偿阶段,依据水下点光源的成像特点和辐射衰减机制,采用相对辐射校正原理对水下图像分通道进行补偿,消除因光源不均、光程不同等因素造成的亮度畸变。在色彩恢复阶段,首先对红通道图像进行自适应补偿和色彩粗平衡,在此基础上进一步利用Retinex模型对图像进行色彩恢复。利用实际的海底勘探图像进行实验验证,结果表明本文方法的增强结果亮度均匀、色彩自然,有效提升了图像质量。相较现有方法,本文方法的结果无论主观感受还是客观评价整体更优。同时,由于本文方法不需要光源、相机等特性参数,仅利用实际观测图像本身进行校正,因而具有更好的适应性。

基于机器学习的过焦扫描显微测量方法研究
李冠楠, 石俊凯, 陈晓梅, 高超, 姜行健, 崔成君, 朱强, 霍树春, 周维虎
2022, 15(4): 703-711.   doi: 10.37188/CO.2022-0009
摘要(173) HTML全文(75) PDF 5107KB(68)
摘要:

微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)具有小型化、高集成度的特点,随着MEMS结构深宽比的不断增大,对MEMS结构尺寸的测量提出更高的要求。过焦扫描光学显微技术(Through-focus Scanning Optical Microscopy,TSOM)是一种高精度无损的光学测量方法,通过采集一组离焦图并沿扫描方向截取TSOM图像,利用库匹配的方法从中提取待测结构的尺寸信息。该方法对于纳米级结构测量有着极高的灵敏度,然而对于微米级特征尺寸存在建库困难且易受环境干扰的问题。本文针对微米级MEMS沟槽结构,在传统的光学显微镜基础上进行改造,建立了TSOM光学系统采集离焦图像,利用图像特征提取方法生成TSOM特征向量集,结合机器学习的方法建立不同槽宽尺寸的回归预测模型,对微米级MEMS槽宽尺寸实现纳米级测量精度,单点重复性测量2 μm槽宽的相对标准差(Relative Standard Deviation,RSD)在1%左右,10 μm和30 μm槽宽RSD分别低于0.2%和0.35%,结果表明该方法对于微米级MEMS沟槽测量具有极高的应用前景。

激光诱导击穿光谱法测定稀土矿区土壤中钐含量
刘小亮, 孙少华, 孟祥厅, 李小燕, 刘云海
2022, 15(4): 712-721.   doi: 10.37188/CO.2022-0042
摘要(48) HTML全文(21) PDF 3812KB(44)
摘要:

为了满足现代分析检测技术发展的新要求,促进激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在元素分析中的应用,本文利用LIBS结合定标曲线法对内蒙古白云鄂博稀土矿区土壤中的稀土元素钐(Sm)进行了定量分析,初步检验了LIBS对稀土矿样元素成分的检测能力。首先,以编号为GBW07402a国家标准物质土壤为基底,采用标准加样法制备了Sm2O3含量分别为1%、5%、10%和20%的待分析样品。其次,通过调节激光脉冲能量参数对基底样品进行激发,探究了激光能量参数对谱线强度和信背比的影响,得出最优化的实验条件后,对所有待分析样品进行激发以获取等离子体光谱信息。接着,分别采用多峰Lorentz拟合扣除背底法(MFM)和级联积分保留背底法(CIM)对光谱信息进行处理,构建以谱线积分强度与元素含量为关联量的定标曲线。最后,根据定标曲线进行含量预测,初步评估了LIBS用于稀土矿区土壤样品中Sm元素的检测性能。研究结果表明:受稀土矿区土壤基体效应的影响,Sm元素的谱线出现了强烈的展宽而导致无法进行有效分辨,而钠(Na)、钾(K)、钛(Ti)和铁(Fe)等元素的谱线没有呈现出明显的展宽。通过对比不同含量下的光谱信息,选取410 nm-band和470.44 nm为Sm元素分析谱线用于定量分析。基于积分强度和元素含量构建的定标曲线都有着较好的线性相关度,拟合系数(R2)值大都在0.99以上;相比而言,采用CIM处理光谱信息,可以获取更好的线性相关度,最大值为0.99927。以Sm含量为4.310%的3#样品为未知待测样品,采用留一法构建定标曲线对其含量进行预测分析,结果显示CIM法使得分析线具有极佳的预测性能,两条分析线对3#样品含量的预测相对误差均在1%以内。实验结果说明LIBS能够实现稀土矿区土壤中稀土元素Sm含量的检测分析,满足现代分析技术的新要求,为开发便携式稀土元素检测仪提供了实验依据。

氧化型垂直腔面发射激光器的静电放电失效特性
张玉岐, 阚强, 赵佳
2022, 15(4): 722-730.   doi: 10.37188/CO.2021-0226
摘要(122) HTML全文(41) PDF 4531KB(66)
摘要:

氧化型垂直腔面发射激光器(VCSEL)在数据通信等领域具有广泛的应用,然而氧化型VCSEL是一种静电敏感型器件,静电放电(ESD)是导致其失效的主要原因之一,并且器件失效后很难判断问题的原因。本文对氧化型VCSEL进行了包括人体模式(HBM)、机器模式(MM)和元件充电模式(CDM)3种不同的ESD模式和过度电应力(EOS)冲击,以分析其具体失效原因。其中,在HBM模式中研究了不同极性的电压冲击对应的失效特征,然后分别采用反向I-V、正向L-I-V测试、发光显微镜(EMMI)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征。结果表明,不同ESD模式表现出截然不同的损伤电压阈值,氧化型VCSEL容易遭受HBM和MM损伤,而对CDM模式不敏感。研究发现和ESD失效关联的特性及缺陷特征包括反向漏电增加、出光功率衰减、EMMI亮点等,而TEM作为最为直接有效的分析手段,不同ESD模式表现出不同的缺陷大小和位置等性质。这些研究结果有助于区分ESD故障和其它故障机制,并且能够精确地判断出引起失效的具体ESD模式,具有重要的意义。

基于介质超表面角度复用的太赫兹增强吸收谱
李向军, 马婵, 严德贤, 裘国华, 赵杨, 杨佶, 郭世辉
2022, 15(4): 731-739.   doi: 10.37188/CO.2021-0197
摘要(120) HTML全文(61) PDF 4686KB(49)
摘要:

利用太赫兹波段独特的指纹谱可以实现有机大分子的快速检测识别,然而微量物质的太赫兹吸收谱测量仍非常有挑战性。本文针对微量有机物,提出了一种基于介质超表面角度复用的太赫兹吸收谱增强检测方案。其中超表面衬底和十字单元结构均为高阻硅,具有高Q谐振特性。不同太赫兹波入射角对应的超表面响应曲线上的谐振峰频率可覆盖0.50~0.57 THz。超表面上覆盖0.5~2.5 µm乳糖薄膜作为待测物时,各入射角度对应的谐振峰幅度随待测物的吸收谱大幅度改变,其包络线组成的吸收谱峰值比没有十字单元结构时最多增强可达82.59倍。仿真结果表明该介质超表面经过角度复用可在宽带范围内有效增强太赫兹吸收谱,经过优化设计可用于检测不同特征峰微量有机物质。

深紫外大口径非球面反射膜的均匀性研究
潘永刚, 林兆文, 王奔, 付秀华
2022, 15(4): 740-746.   doi: 10.37188/CO.2022-0005
摘要(94) HTML全文(38) PDF 4488KB(61)
摘要:

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数,对光学薄膜的性能起到至关重要的作用,特别是大尺寸高精度反射膜,对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布,结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型,编写自动程序,模拟修正挡板形状,极大地提高了薄膜制备均匀性修正的效率与准确性。通过该方法,在公自转行星蒸发沉积设备上制备了直径为320 mm的非球面深紫外反射镜,在紫外(240~300 nm)波段平均反射率大于97.5%,均匀性优于0.5%。本研究对大口径非球面薄膜的均匀性修正提供了理论基础与技术支撑。

离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性
白晓泉, 郭良, 马宏财, 许博谦, 鞠国浩, 徐抒岩
2022, 15(4): 747-760.   doi: 10.37188/CO.2021-0164
摘要(328) HTML全文(192) PDF 10804KB(152)
摘要:

为了保证离轴三反空间望远镜地面装调阶段及在轨调整阶段的成像质量,本文基于矢量像差理论从内在机理层面揭示了轴向失调与横向失调对像差影响的耦合特性,重点分析了两类失调耦合特性产生的补偿关系:(1)针对轴向失调补偿横向失调,揭示了装调过程中系统像质可能处于局部极值的一类工况;(2)针对横向失调补偿轴向失调,提出利用在轨横向失调引入的像散、彗差补偿轴向失调引入的像散、彗差的补偿策略(离焦不能补偿)。本文以实验室现有的一套离轴三反系统为例,充分验证了解析关系的准确性。仿真和实验证明:当系统同时存在轴向失调和横向失调时,系统成像质量也可能达到衍射极限(1/14λ),但系统像质处于局部极小值;望远镜在轨处于失调状态且离焦较小时,可以优先通过校正横向失调以完成系统像质校正,RMS波前误差改变量小于0.02λ。

空间引力波探测望远镜光学系统设计
李建聪, 林宏安, 罗佳雄, 伍雁雄, 王智
2022, 15(4): 761-769.   doi: 10.37188/CO.2022-0018
摘要(191) HTML全文(61) PDF 5342KB(84)
摘要:

在空间引力波探测中,望远镜是空间激光干涉测量系统的重要组成部分,其出瞳处波前误差与抖动光程(Tilt-To-Length, TTL)噪声间的耦合,是影响空间引力波探测的主要噪声源。首先,基于平顶光束与高斯光束的干涉模型,采用Fringe Zernike多项式表征望远镜出瞳处的波前误差,运用LISA Pathfinder(LPF)信号分析出瞳处波前误差与TTL噪声的耦合机理。其次,采用蒙特卡洛分析方法,研究不同数值波前误差下低阶像差占比对TTL耦合噪声的影响,确定了不同数值波前误差下,望远镜光学系统出瞳处满足TTL耦合噪声控制要求的低阶像差设计比例。最后,基于上述理论分析结果与像差控制要求,完成了空间引力波探测望远镜光学系统设计,望远镜入瞳直径为200 mm,出瞳处波前误差RMS值为0.01908λ,低阶像差占比不高于50%。分析结果表明,当光束抖动在±300 μrad以内,TTL耦合噪声不超过8.25 pm/μrad;通过公差分析得知,TTL耦合噪声最大值为15.50 pm/μrad,满足空间引力波的探测要求。

手机嵌入式快照成像光谱仪的研制
田久谊
2022, 15(4): 770-779.   doi: 10.37188/CO.2021-0209
摘要(110) HTML全文(51) PDF 3870KB(90)
摘要:

目前手机摄像头已经具备在空间(x-y方向)和深度(z方向)维度上获取成像信息的能力,而在光谱维度的信息获取上一直停留在RGB三色上,受困于手机平台的尺寸限制,传统的成像光谱仪很难嵌入。本文基于多通道阵列滤光片、微透镜阵列成像和一体化集成制造技术,完成了系统整体设计、关键部件设计制造、整体装配,并实验验证了光谱成像。系统整体物理尺寸小于Φ6×6 mm,光谱分辨率为8 nm,光谱范围为0.53~0.68 μm。实验研究表明,对不同颜色的实物成像,可以获得物体任意部位的光谱曲线,验证了快照式光谱仪的设计指标。该光谱仪具备了嵌入手机的基本条件,此研究有望推动成像光谱仪在手机上集成应用。

高精度辐射热流计的不确定度分析与评价
郑翔远, 叶新, 罗志涛, 王阔传, 宋宝奇
2022, 15(4): 780-788.   doi: 10.37188/CO.2022-0023
摘要(68) HTML全文(23) PDF 3510KB(25)
摘要:

为满足实验室条件下长时间、高精度的热流密度测量要求,基于电替代测量原理研制了一种新型辐射热流计,该型辐射热流计可通过自校准的方式溯源至国际单位制单位。本文简述了辐射热流计的系统构成,结合辐射热流计的测量原理,分析并计算了辐射热流计自校准过程中9项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。通过与中国计量科学院所标定的标准探测器比对,计算了辐射热流计的不确定度,最后根据实验数据及分析结果为该型热流计的优化设计提供了参考。实验结果表明:辐射热流计的相对标准不确定度优于0.26%,与标准探测器的归一化偏差为0.60,验证了不确定度评估结果。实验结果将为辐射热流计下一阶段的研制提供有效参考。

基于最小偏向角法的高精度液体折射率测量装置的优化设计与测量研究
付兴丽, 冯杰, 范晓辉, 潘梦芸, 韦秋叶
2022, 15(4): 789-796.   doi: 10.37188/CO.2022-0064
摘要(56) HTML全文(14) PDF 4369KB(36)
摘要:

为了实现利用最小偏向角法对无定形流体的高精度折射率测量,设计了一种全新的恒温空心三棱镜装置,对该装置的光路和恒温组件进行精确设计,将其应用于测量液体折射率,对测量结果和不确定度进行定量分析。首先,通过对三棱镜光学平面的精确设计和加工,实现对测量光线的精准控制。其次,通过对恒温夹套内空心管路的迂回设计,使测量池内液体的温度波动和温场均匀性满足高精度折射率测量要求。最后,将该装置应用于液体折射率测量,定量分析了各影响因素的测量不确定度。实验结果表明:对于水、异辛烷、四氯乙烯3种液体,其折射率测量精度达到10−7,测量不确定度可低至10−5。实现了用最小偏向角法对液体折射率的高精度测量。

基于宽波段光源拼接镜新型共相检测技术研究
李斌, 杨阿坤, 邹吉平
2022, 15(4): 797-805.   doi: 10.37188/CO.2021-0234
摘要(97) HTML全文(52) PDF 2626KB(57)
摘要:

鉴于单块口径的光学望远镜不能无限增大,采用拼接镜技术才能造出10 m以上口径的光学望远镜,因此,拼接镜的共相检测技术成为了拼接过程和维持镜面质量的关键技术。针对目前最被接受的宽窄带夏克哈特曼法,本文提出使用宽波段(400~700 nm)光源的非相干性和相干性相结合方式实现250 nm粗共相,以及10 nm精共相,以此解决由于目标流量过低而引起测量时间过长的问题。即在粗共相时,以两个半圆孔的非相干衍射图样为模板,白光为光源,采用互相关算法计算互相关系数的值,通过设置合理的互相关系数阈值,以实现无限制的检测范围和0.25 μm 的检测精度;精共相时,以白光为光源、采用以一幅相干衍射图案(理想白光艾里斑)为模板的方式替代多幅不同平移误差下的相干衍射图案为模板方式,实现0.27 μm量程、0.01 μm以上精度的共相检测。对该共相方法进行了理论和仿真分析,结果表明:该新型共相检测方法的检测量程为无限量程,检测精度能达到 10 nm以上,该方法适用于拼接镜粗精共相的检测。

无刷直流力矩电机驱动控制设计和验证
李禹希, 邓永停, 赵金宇, 张刘
2022, 15(4): 806-811.   doi: 10.37188/CO.2022-0112
摘要(42) HTML全文(23) PDF 4899KB(43)
摘要:

本文在无刷直流力矩电机的性能测试基础上,优化设计了基于C8051F120和CPLD单片机的驱动控制电路,通过采用PWM_ON的转矩脉动最小控制模式,实现了无刷直流电机的转速闭环和位置闭环控制。实验结果表明:所设计的无刷直流电机控制系统具有响应快速、定点精度高等特点。当电机以1°/s低速转动时,速度波动小于7%,大角度调转位置闭合定点精度小于1个码值,实现了无刷电机的宽调速范围和高精度控制,验证了设计的无刷直流电机驱动和算法的有效性。

雷体罩模态振型与激光散斑干涉信号的关系解析
张小青, 王驰, 李金辉, 罗欣宇, 于瀛洁
2022, 15(4): 812-824.   doi: 10.37188/CO.EN.2022-0001
摘要(73) HTML全文(29) PDF 7507KB(41)
摘要:

本文研究了塑壳雷体罩的振型与激光散斑干涉信号之间的映射关系。根据薄圆板的振动方程,建立了地雷上壳体的振型函数。基于激光剪切散斑干涉原理和CCD相机的时间平均法,将振型的离面位移映射到干涉激光的相位。建立的映射关系表明地雷的不同振型对应于独特的贝塞尔条纹。此外,还模拟分析了两种模式的贝塞尔条纹,并进行了实验验证,数值计算和实验结果均验证了理论结论。本文研究为实现声光探雷的快速扫描技术提供了理论依据。

400~1300 nm波段的卤钨灯光谱辐照度衰减模型
张亚超, 叶新, 夏志伟, 隋龙, 方伟
2022, 15(4): 825-834.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0011
摘要(230) HTML全文(136) PDF 3442KB(71)
摘要:

卤钨灯光谱辐照度衰减会增加灯-板系统的光谱辐亮度不确定度,因此,有必要对卤钨灯的衰减特性展开研究,以提高灯-板系统光谱辐亮度精度。首先,根据黑体辐射定律和维尔斯特拉斯定理,在400~1300 nm波段,提出了一种包含待定阶数的卤钨灯光谱辐照度衰减模型。然后,实验测量卤钨灯的光谱辐照度衰减曲线,分别利用不同阶数的模型对其光谱辐照度衰减曲线进行最小二乘拟合。最后,以满足重建精度要求的最低阶数作为卤钨灯光谱照度模型的阶数。对于本文所用型号的卤钨灯,当模型阶数为二阶时卤钨灯光谱辐照度衰减曲线的重建精度优于0.25%。本文给出的光谱辐照度衰减模型为提高灯-板系统的光谱辐亮度精度奠定了理论基础。

中红外波段As2S3光子晶体光纤中受激布里渊散射的研究
孙慧杰, 侯尚林, 雷景丽
2022, 15(4): 835-844.   doi: 10.37188/CO.EN.2022-0003
摘要(86) HTML全文(62) PDF 6927KB(69)
摘要:

通过有限元方法研究了As2S3光子晶体光纤在2 μm至6 μm波段的受激布里渊散射。数值结果表明,当空气占空比小于0.6时,所提出的光子晶体光纤可保持单模工作。布里渊频移主要受泵浦波长和光纤结构的影响,泵浦波长从2 μm增加到6 μm时,布里渊频移减小了4.16 GHz;而当空气占空比由0.5增加到0.6时,布里渊频移变化量仅为兆赫兹量级。布里渊增益谱的半高全宽取决于声子寿命,泵浦波长为2 μm时布里渊增益谱的半高全宽是泵浦波长为6 μm时的9倍。在空气填充率为0.5和0.6的情况下,提出的光子晶体光纤的最大布里渊增益分别为2.413×10−10 m/W和2.429×10−10 m/W。在光纤有效长度相同的条件下,布里渊阈值与泵浦波长正相关,在空气填充率为0.5和0.6的光子晶体光纤中,使用6 μm泵浦时的布里渊阈值比使用2 μm时分别增大了27.8%和19.6%。这些数值结果对于中红外波段设计和制造基于所提出光纤的光学设备或光学传感器具有重要意义。

石墨烯等离激元时间晶体中的慢光
何真, 卓立强, 李志, 庄凤江, 苏少坚, 林志立, 邱伟彬
2022, 15(4): 845-861.   doi: 10.37188/CO.2021-0201
摘要(40) HTML全文(27) PDF 5721KB(58)
摘要:

为了实现对慢光群速度的控制,构建了石墨烯等离激元时间晶体慢光波导。对波导采用石墨烯等离激元时间晶体来构造用于传输的Zigzag拓扑界面通道,当结构一定时动态调节石墨烯纳米盘的外加偏置电压,即可获得若干不同时刻的色散曲线,并对相应的群速度进行研究。首先,通过对蜂窝状排列的石墨烯纳米盘的不同区域施加随时间周期性变化的偏置电压,来获得石墨烯等离激元时间晶体。当晶体时间平移对称性遭到破坏时,晶体带隙会随着时间周期性出现及消失,进而呈现出能带拓扑效应。接着,构造Zigzag拓扑界面分析不同时刻下存在的拓扑界面态及其慢光模式。然后,根据该色散曲线计算出对应的群速度。最后,通过数值仿真建立慢光波导模型,并在波导光能捕获点检测场增强过程。模拟结果表明:基于石墨烯等离激元时间晶体所设计的波导可以实现很好的慢光传输效果,在波导结构固定时可以动态调节光的群速度。慢光传输下光能捕获点实现了场增强效应。该慢光波导结构简单,可动态调谐,在慢光调制器件和光储存器件中具有广阔的应用前景。

约稿信
《中国光学(中英文)》 投稿须知
2022, 15(4): 862-862.  
摘要(42) HTML全文(12) PDF 371KB(13)
摘要:
光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器研究进展
李爱武, 单天奇, 国旗, 潘学鹏, 刘善仁, 陈超, 于永森
2022, 15(4): 609-624.   doi: 10.37188/CO.2021-0219
摘要(206) HTML全文(109) PDF 6387KB(106)
摘要:

光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的传感原理、传感性能、传感特性和制备方法。然后对其温度、压力和应变的灵敏度和测量范围等特征参数进行了归纳。总结了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的国内外研究进展及性能参数。介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪传感器温度和压力的交叉敏感问题及解决方法和基于不同种类光纤的法布里-珀罗干涉仪高温传感特性。针对近几年光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的研究进展,介绍了多种用于双参数测量的光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器。最后对光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的未来发展趋势和前景进行了展望。

非线性光限幅材料原理、性能表征及研究进展
吕泽, 方佑, 冯迢, 宗楠, 李云飞, 张申金, 谢政, 彭钦军
2022, 15(4): 625-639.   doi: 10.37188/CO.2021-0195
摘要(221) HTML全文(119) PDF 6386KB(98)
摘要:

激光防护材料在保护人眼和光学器件免受强激光破坏方面具有重要意义,其中基于非线性光学原理工作的固态光限幅材料有望成为未来激光防护的主体。本文介绍了光限幅材料的研究背景、工作机理、参数指标以及测试技术,综述了目前具有实用前景的多类光限幅材料的研究进展,对无机半导体材料、共轭有机高分子、无机金属团簇、碳纳米材料、二维材料等5类材料做了重点介绍,探讨这些光限幅材料的发展前景,并介绍了相关材料在固态基质中器件化的研究现状。

聚偏二氟乙烯及其共聚物薄膜非线性光学研究进展
刘勇, 刘卫国, 牛小玲, 惠迎雪, 戴中华, 王之恒, 郭文浩
2022, 15(4): 640-659.   doi: 10.37188/CO.2021-0191
摘要(102) HTML全文(52) PDF 6400KB(55)
摘要:

聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物薄膜拥有极佳的电活性、较高的衍射效率、显著的非线性光学效应,广泛应用于光电转换、光调控、光开关等光电功能器件等。本文简要介绍了近年来PVDF及其共聚物薄膜非线性光学研究方面的主要进展,指出该类薄膜共混、纳米掺杂、超薄化的发展方向。同时指出需从第一性原理-光子带隙计算着手研究其非线性光学性质,以高灵敏度Z-扫描及马克条纹法结合椭偏为主要测量方式。本综述将为该类薄膜的非线性光学研究及制备提供一定的参考。

太赫兹超分辨率成像研究进展
曹丙花, 张宇盟, 范孟豹, 孙凤山, 刘林
2022, 15(3): 405-417.   doi: 10.37188/CO.2021-0198
摘要(1035) HTML全文(337) PDF 5252KB(312)
摘要:
目前太赫兹(Terahertz, THz)成像技术在许多领域被视为最前沿技术之一,经过20年的发展,取得了巨大进步。随着科研、医疗、军事以及工业应用需求的增长,高分辨率THz图像变得不可或缺。超分辨率成像是目前THz技术的研究热点。本文首先回顾了THz系统的成像方法,包括连续波成像与脉冲波成像两种方式;在此基础上,详细介绍了THz超分辨率成像系统与THz信号处理技术,其中超分辨率成像系统包括近场成像、超透镜以及太喷射装置等,THz信号处理技术包括超分辨率重建与卷积计算等;最后,通过分析目前超分辨率成像存在的不足,比如系统的制造工艺要求高、采集速度慢以及重建图像使用的学习样本分辨率较低等,从而进一步对超分辨率成像研究方向进行展望。
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
2022, 15(2): 161-186.   doi: 10.37188/CO.2021-0143
摘要(1111) HTML全文(399) PDF 5743KB(357)
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。
氧化型垂直腔面发射激光器的常见失效模式和机理分析
张玉岐, 左致远, 阚强, 赵佳
2022, 15(2): 187-209.   doi: 10.37188/CO.EN.2021-0012
摘要(841) HTML全文(366) PDF 7522KB(247)
摘要:
氧化型垂直腔面发射激光器(VCSEL)在高速光通信中有着广泛的应用,应用过程中的可靠性是一个非常重要的指标,要求有高寿命和低失效率。为了更好地了解VCSEL在应用过程中的失效模式和机理,提升器件的可靠性,本文从器件设计、加工制造和应用过程等3个环节总结分析了氧化型VCSEL的常见失效模式、产生原因和机理,并提出了适当的改善措施和建议。其中,对氧化应力、静电放电和湿气腐蚀这3个主要失效因素进行了更为详细的分析。基于以上对业界研究工作的总结和分析,最后对实际工作中遇到的VCSEL失效案例进行简单的介绍,为VCSEL学者、研发设计、制造和使用人员提供一个较为全面的失效分析案例库。
三维点云数据超分辨率技术
毕勇, 潘鸣奇, 张硕, 高伟男
2022, 15(2): 210-223.   doi: 10.37188/CO.2021-0176
摘要(672) HTML全文(248) PDF 6613KB(186)
摘要:
随着机器视觉技术的发展,如何准确、高效地对真实世界进行精确记录与建模已成为热点问题。由于硬件条件的限制,通常采集到的点云数据分辨率较低,无法满足实际应用需求,因此有必要对点云数据超分辨率技术进行研究。本文介绍三维点云数据超分辨率技术的意义、进展及评价方法,并对经典超分辨率算法和基于机器学习的超分辨率算法分别进行梳理,总结了目前方法的特点,指出了目前点云数据超分辨率技术中存在的主要问题及面临的挑战,最后展望了点云数据超分辨率技术的发展方向。
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
2022, 15(1): 1-13.   doi: 10.37188/CO.2021-0115
摘要(1463) HTML全文(754) PDF 3910KB(519)
摘要:
铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,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。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了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,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。
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(2327) HTML全文(763) PDF 10280KB(508)
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(941) HTML全文(280) PDF 5700KB(210)
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(1159) HTML全文(464) PDF 12124KB(193)
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(834) HTML全文(292) PDF 7589KB(160)
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(1391) HTML全文(436) PDF 4286KB(191)
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(742) HTML全文(224) PDF 6378KB(119)
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(649) HTML全文(222) PDF 6559KB(143)
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(1957) HTML全文(693) PDF 5479KB(432)
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。
人工原子间耦合:超构表面调控电磁波的新自由度
林婧, 李琦, 邱孟, 何琼, 周磊
2021, 14(4): 717-735.   doi: 10.37188/CO.2021-0030
摘要(1949) HTML全文(414) PDF 3209KB(615)
摘要:
近年来,纳米光学体系中共振体间耦合引起了人们的广泛关注。相对于单一光子共振结构体系,由多个光子共振体组成的复杂耦合体系有着更大的调控自由度和更令人着迷的现象。然而,相比人们在实验方面取得的进步,对于耦合问题的理论描述仍远未令人满意。本文从少体问题到周期性超构表面,从光子封闭体系到开放体系,系统介绍了多种处理共振体间耦合的理论工具,以及如何利用这些工具设计具有特定电磁波调控功能的新型超构表面。本文将着重展示本研究团队近些年在这一领域的研究进展,为相关领域研究人员提供指引与参考。
拓扑电路——新奇拓扑物理现象的研究平台
刘硕, 张霜, 崔铁军
2021, 14(4): 736-753.   doi: 10.37188/CO.2021-0095
摘要(1157) HTML全文(520) PDF 15001KB(264)
摘要:
在过去的十年里,材料的拓扑相变以及它们的奇异物理现象在固态电子学领域掀起了研究热潮。近些年来,人们开始在其他系统中重现和模拟电子体系中的各种拓扑现象,包括冷原子气体、离子阱、光子学、声子学、机械波和电路体系。在这些体系平台中,由电感电容所组成的拓扑电路因具有高度灵活的设计自由度、高性价比、易加工和易集成的独特优势而备受关注。除此之外,在拓扑电路中可以方便地设计具有任意长程耦合、非线性、非互易、增益等效应的拓扑模型,从而实现很多在电子体系和光学体系中难以实现的非线性、非阿贝尔和非厄米的拓扑相变材料。本文作为拓扑电路领域的第一篇综述,系统性地回顾了过去六年拓扑电路领域的主要进展,重点关注其理论建模、电路设计与实验测量,并对拓扑电路与电子和光学体系中的拓扑绝缘体着重进行讨论和区别。本综述涵盖了多种不同类型的拓扑电路,包括含有非平庸边界态、高阶拓扑角模式以及外尔粒子的厄米拓扑电路,拥有拓扑节线和节点态的高维拓扑电路,具有趋肤效应和由增益/衰减导致的非厄米拓扑电路,自感应拓扑边界态的非线性拓扑电路,以及具有非阿贝尔规范场效应的拓扑电路。
超构透镜的色差调控应用
林若雨, 吴一凡, 付博妍, 王漱明, 王振林, 祝世宁
2021, 14(4): 764-781.   doi: 10.37188/CO.2021-0096
摘要(962) HTML全文(201) PDF 6901KB(288)
摘要:
超构表面是由精心设计和排布的亚波长纳米单元组成的平面元件,其可以在微观尺度下调制电磁场,从而实现波前的任意调控。目前,它已被用来灵活地操纵相位、偏振、振幅等各种光学参数。超构透镜是超构表面中相当重要且非常活跃的一个研究方向,由于其厚度在波长量级,与传统光学透镜相比,能够显著增加光学器件的集成度并且降低结构复杂度。但是,单元结构材料的固有色散以及结构几何形状衍射效应导致的色差会严重影响超构透镜的成像质量,从而限制了其在光电子器件中的潜在应用。本文首先讨论超构透镜控制色差的原理。随后回顾了几种重要的成像应用,包括分立波长消色差,宽带聚焦成像,光场成像等重要的成像系统。最后,本文对超构透镜未来的发展方向和应用前景做出展望。
纳米光子学中的光学涡旋
李晨昊, MaierStefan A., 任浩然
2021, 14(4): 792-811.   doi: 10.37188/CO.2021-0066
摘要(1304) HTML全文(530) PDF 3489KB(356)
摘要:
在过去的二十年中,携带轨道角动量的涡旋光引起了研究人员的广泛兴趣。涡旋光不仅在光与物质相互作用中扮演着重要角色,而且可极大拓宽光学信息的承载容量。与此同时,纳米科技的发展使得纳米光子学成为一个新兴学科,开辟了利用纳米结构和器件对光进行调控的新途径。当纳米技术和涡旋光相结合时,衍生出许多新的思路和概念。本文回顾和总结了基于纳米光子学的涡旋光产生、探测及其应用,并对该研究领域的未来进行了展望。

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

主编: 王家骐 院士

ISSN 2097-1842

CN 22-1431/O4

CODEN ZGHUC8

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