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2018年  11卷  第2期

信息光学
基于改进HOG特征提取的车型识别算法
耿庆田, 赵浩宇, 于繁华, 王宇婷, 赵宏伟
2018, 11(2): 174-181. doi: 10.3788/CO.20181102.0174
摘要:
本文针对高速环境下的车型识别问题,提出基于方向可控滤波器的改进HOG算法。将方向可控滤波器算法与HOG算法相结合,以实现对车辆图像特征提取。采用主成分分析算法(PCA)约减特征向量维数以减少计算复杂度,利用支持向量机算法对提取特征进行样本训练,实现对车辆外型特征的识别。仿真实验结果表明:采用该算法原始车辆车型的识别正确率均值达到92.36%;另外,本文方法的识别速度比传统的HOG特征算法提高了3.45%,识别实时性得到提升。本文算法比传统HOG算法更优,能有效提高车型识别的效率。
激光技术与应用
High-speed 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers with BCB planarization technique
HE Xiao-ying, DONG Jian, HU Shuai, HE Yan, LV Ben-shun, LUAN Xin-xin, LI Chong, 胡 安琪, HU Zong-hai, GUO Xia
2018, 11(2): 190-197. doi: 10.3788/CO.20181102.0190
摘要:
Vertical-cavity surface-emitting lasers(VCSELs) are widely used in short-reached optical interconnects and data communication links because of their low energy consumption and high modulation speed. Capacitance, as the parasitic parameters, affects the modulation bandwidth. In this paper, parasitic capacitance of VCSELs is reduced by using a low-k benzocyclobutene(BCB) planarization technique. The detail BCB planarization technique has been discussed with optimal process parameters, which is useful for high-speed VCSEL fabrication. The small signal modulation bandwidth of the low-k BCB planarization VCSEL with 7 μm oxide aperture has been achieved to 15.2 GHz.
LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场研究
李耀, 李阳, 王超
2018, 11(2): 206-211. doi: 10.3788/CO.20181102.0206
摘要:
为了研究LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场的均匀性,本文提出了一种新的求解泵浦光路径的计算方法。首先建立了适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型;然后模拟并分析了单向面阵泵浦结构各参量:bar条个数、bar条间隔、bar面倾斜程度对面阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的影响。本文研究为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。
激光冲击强化对激光增材TC4钛合金组织和抗氧化性的影响
薛军, 冯建涛, 马长征, 宋斌文, 郭伟, 彭鹏, 孙汝剑, 朱颖
2018, 11(2): 198-205. doi: 10.3788/CO.20181102.0198
摘要:
近年来,激光增材制造技术(3D打印)成为科学研究及工业应用领域的热点。为了研究激光冲击强化对增材制造TC4钛合金性能的影响,本文采用能量为5 J,波长为1 064 nm,脉宽为10 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对3D打印TC4钛合金进行激光冲击强化,分析了激光冲击强化前后材料的显微硬度、显微组织、残余应力以及高温氧化性能。结果表明,经过激光冲击强化后,材料的显微硬度比激光冲击强化前提高了8%,影响层深度达到0.4 mm,强化区域的晶粒得到细化,位错增多,并产生形变孪晶;激光冲击强化的残余压应力数值高达472 MPa,材料的高温抗氧化性能也得到改善。
光学仪器与测试
Finite element analysis of infrared thermal imaging for four-layers structure of human thigh
LIU Hong-yan, SUN Qiang
2018, 11(2): 237-247. doi: 10.3788/CO.20181102.0237
摘要:
To investigate the relevancy of infrared thermal imaging and tumors inside human body, the finite element model of human thigh with four-layers, including bone, muscle, fat and skin layers, is established in this paper. Based on the characteristic that temperature varies along radial direction inside the body, the heat generation rate of blood perfusion as a function of polar radius in each layer is given. By this method the nonlinear problem of temperature-dependence of the heat generation rate of blood perfusion in finite element analysis is solved. Then the temperature distributions caused by the inside tumor with different sizes and at different depths are numerically calculated by finite element analysis. It can be concluded that in the given range of tumor diameters a smaller tumor yields larger temperature increases inside the body, higher peak temperature and narrower FWHM(Full Width at Half Maximum) of the temperature distribution on the skin surface. It is also shown that with specific diameter, tumors located deeper yield higher peak temperature inside the body, and lower peak temperature and wider FWHM on the skin surface.
海面太阳耀光背景下的偏振探测技术
张卫国
2018, 11(2): 231-236. doi: 10.3788/CO.20181102.0231
摘要:
为了实时抑制太阳耀光对海面目标探测的影响,基于偏振光学理论,设计并构建了一套偏振自适应滤波探测系统。本文介绍了偏振探测系统的功能和组成、偏振探测及背景抑制原理,并给出了该系统的光学设计结果;利用自适应偏振滤波探测系统,通过搭载望远镜跟踪试验平台,针对海上典型目标,开展了相关的偏振验证实验。实验结果表明:海面太阳耀光存在比较明显的偏振特性,采用常规探测手段,探测器极易出现饱和,而利用偏振探测技术则能够有效抑制太阳耀光的影响,进而实现目标的有效探测。
基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测
涂思琪, 王永红, 孙方圆, 高新亚, 赵琪涵, 闫佩正
2018, 11(2): 248-254. doi: 10.3788/CO.20181102.0248
摘要:
针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797 μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。
紫外双光栅光谱仪结构设计与波长精度分析
曹佃生, 林冠宇, 杨小虎, 张子辉, 闻宝朋
2018, 11(2): 219-230. doi: 10.3788/CO.20181102.0219
摘要:
为了满足太阳光谱在170~380 nm波段的精确观测需求,设计了波长重复性精度优于±0.02 nm的紫外双光栅光谱仪。波长扫描机构是双光栅光谱仪的关键组件,根据凹面光栅色散原理,将光学设计指标转换为波长扫描机构设计的输入参数,分析了影响光谱仪波长重复性精度的误差源。根据分析结果得知,丝杠的重复定位误差是影响波长重复性的主要误差源。选用重复定位精度为±2 μm的丝杠设计了波长扫描机构,并对光谱仪整机进行了设计。以汞灯光源对光谱仪的波长重复性指标进行了验证实验。实验结果表明,设计的光谱仪波长重复性介于-0.005~+0.007 nm之间,满足波长重复性优于±0.02 nm的指标要求。
小型掠入射式近边X射线吸收谱仪的设计
陈晨曦阳, 金春水, 王君, 谢耀
2018, 11(2): 265-278. doi: 10.3788/CO.20181102.0265
摘要:
近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息,由于其适用范围广,灵敏度高,已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱,本文基于气体激光等离子体X射线光源,采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件,面阵CCD作为光谱探测器,设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案,得到了入射角88.6°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率,该谱仪工作波段2~5 nm,在4.4 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现,半高宽对入射角的误差最为敏感,优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能,结果显示分辨率达到设计指标。
微分干涉差共焦显微膜层微结构缺陷探测系统
戴岑, 巩岩, 张昊, 李佃蒙, 薛金来
2018, 11(2): 255-264. doi: 10.3788/CO.20181102.0255
摘要:
多层膜极紫外光刻掩模"白板"缺陷是制约下一代光刻技术发展的瓶颈之一,为提高对掩模"白板"上的膜层微结构缺陷的分辨能力,提出了一种微分干涉差共焦显微探测系统方案。基于标量衍射理论,计算了系统横向和轴向分辨率。利用MATLAB建模仿真,在数值孔径为0.65、工作波长为405 nm时,分析比较了微分干涉差共焦显微系统、传统显微系统和共焦显微系统的分辨率。结果表明微分干涉差共焦显微系统具有230 nm的横向分辨率和25 nm轴向台阶高度差的分辨能力(对应划痕等缺陷形式)。此外,仿真和分析了实际应用中探测器尺寸、样品轴向偏移等的影响,模拟分析了膜层微结构缺陷的探测,结果表明本系统可以探测200 nm宽、10 nm高的微结构缺陷,较另外两种系统有更好的探测能力。
综述
深海光学照明与成像系统分析及进展
全向前, 陈祥子, 全永前, 李晨
2018, 11(2): 153-165. doi: 10.3788/CO.20181102.0153
摘要:
深海光学成像系统分为4个子系统:照明系统、相机系统、图像处理系统以及数据存储与传输系统,本文对深海光学成像系统化研究与发展趋势展开分析。文中有针对性地对深海光学成像最前端的两个子系统-照明系统与相机系统进行了较为详细地阐述。其中,深海照明系统进一步细分为3个更小的系统:光源系统、配光系统以及灯阵系统;对于深海相机系统则根据其应用领域及技术特点细分为水下普通成像、激光成像、偏振光成像、3D/全景成像、显微成像以及光谱成像6类。从近年来国内外深海光学成像的发展历史及现状来看,其未来的发展趋势可以归结为以下几点:更高的分辨率,更深的工作深度,更大的观测范围以及更多样的成像方式。
光谱学和光谱仪器
Influence of glucose concentration on blood optical properties in THz frequency range
GUSEV Sviatoslav Igorevich, DEMCHENKO Petr S, CHERKASOVA Olga P, FEDOROV Vyacheslav I, KHODZITSKY Mikhail K
2018, 11(2): 182-189. doi: 10.3788/CO.20181102.0182
摘要:
Non-invasive blood glucose sensing is still actual scientific task for more safe and comfort diabetes care. This article shows correlation between blood optical properties and its glucose concentration. The transmission spectra of whole blood have been studied by the time-domain THz spectroscopy in the frequency range from 0.3 to 0.5 THz. Biosamples were produced from the same person with the diabetes mellitus during a short time period after the insulin injection have been used. Frequency dispersions of blood optical properties are obtained. Based on frequency dispersions, the dependences of blood glucose concentrations with the refractive index and permittivity are presented. This work is a part of the complex investigation, which focuses on the development of a non-invasive glucose measuring technique. Registering dependences between blood glucose level and blood optical parameters allows for using the reflective spectroscopy techniques in future for non-invasive blood glucose level sensing.
光学设计与工艺
大相对孔径紫外成像仪光学系统设计
崔穆涵, 田志辉, 周跃, 章明朝, 陈雪, 李佳起, 易翔宇
2018, 11(2): 212-218. doi: 10.3788/CO.20181102.0212
摘要:
为解决目前大多数紫外成像仪存在的定位和指向精度差、色差较大、分辨率及光能利用率不足等问题,设计了一款高分辨率的大孔径消色差紫外光学系统。首先,根据电晕放电检测的应用需求,提出了紫外光学系统的总体设计。然后利用熔石英及氟化钙两种材料的不同色散特性,根据改进的双胶合透镜结构设计了一款大孔径的消色差紫外光学系统,并对该系统进行了公差分析。设计的紫外光学系统在全视场全探测范围内点列图均方根直径 < 0.08 mm,分辨率为20 lp/mm,满足电力行业中对电晕探测的需求。
微纳光学
Optically controlled narrowband terahertz switcher based on graphene
GREBENCHUKOV Alexander N, ZAITSEV Anton D, KHODZITSKY Mikhail K
2018, 11(2): 166-173. doi: 10.3788/CO.20181102.0166
摘要:
This paper proposes an optically controlled terahertz switcher based on cross-shaped metal resonators metasurface covered by monolayer graphene. The spectral characteristics of proposed composite structure were calculated using the surface conductivity model of graphene and the finite element method. The modeling demonstrated the appearance of a narrowband resonant dip in the transmission spectrum with a modulation depth of 36.8% and a Q-factor of 250 after the optical pump intensity achieving to 0.2 W/mm2. In addition, the modulation depth of such a dip can be slightly tuned by varying value of the pump intensity. Thus, the design of the optically tunable terahertz switcher may contribute to the development of functional components for terahertz communication applications.