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摘要

针对红外图像检测与分割任务中颜色信息缺失,特征细节模糊并带有噪声,当目标数量较多时传统方法提取过程速度较慢等问题,提出一种用于远红外图像的优化YOLO检测与分割网络模型。提出的两个优化点分别为:综合分析实验使用的两种远红外数据集后使用K-means++聚类算法寻找多尺度预测标记锚点框尺寸;使用局部检测位置自适应阈值分割方法对检测目标进行像素级实例分割。本文优化算法在FLIR公开数据集与本文数据集中的检测速度分别为29 frame/s与28 frame/s,保证了实时输出的要求;行人检测准确率分别达到75.3%与77.6%,分割结果平均交并比达到70%~90%。实验结果表明,本文算法具有良好的稳健性和普适性,在远红外图像中可快速有效地检测行人并生成实例掩模。

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摘要

针对双目视觉系统中单调法校正阴影区相位噪声时存在校正不足的问题,提出了一种改进型相位校正方法。利用四步相移与多频外差求解工件表面的绝对相位信息,通过单调不减性对相位噪声进行校正。分析多组实验对象校正不足时相位噪声特点,根据相位频率矩阵计算固定区间内非零相位出现的频率来校正离散相位噪声,利用相邻间断点实际相位与预测相位的差值对连续相位噪声进行校正。计算间断点间的斜率与两侧非零相位的拟合斜率并进行判断,利用线性法补齐因随机噪声而被置零的部分相位,保证了工件信息的完整性。实验结果表明:所提方法可以有效校正阴影区的相位噪声,可适用于不同的实验对象,圆柱体木质工件的平均测量误差为0.0859 mm,精度可满足目标抓取的位姿估计要求。

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摘要

针对医学图像超分辨率重建过程中高频信息缺失导致的模糊问题,提出了一种基于残差通道注意力网络的医学图像超分辨率方法。提出的方法在残差网络的基本单元上去除了批规范化层以稳定训练;去掉缩放层、添加通道注意力块,使神经网络更加关注含有丰富高频信息的通道;使用亚像素卷积层进行上采样操作得到最终输出的高分辨率图像。实验结果表明,提出的方法相比主流的图像超分辨率方法在客观评价指标如峰值信噪比和结构相似性上有显著提升,得到的医学图像纹理细节丰富,视觉体验较好。

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摘要

为弥补单任务识别未充分利用相关任务监督信息的缺陷,提出了一种基于卷积神经网络的多任务识别模型。该模型引入注意力机制,对任务共享层的特征进行重校正,并结合多尺度结构进行特征融合,最后在任务特定层上进行多任务识别。针对共享特征空间内类分布不紧凑导致的模型泛化性能降低问题,本文在模型中引入中心损失函数与均方误差损失函数,与传统的交叉熵损失函数相结合,共同优化模型。实验结果表明:所提模型在人体6个动作类别和15个身份类别上的最高识别准确率分别可达100%和99.93%,两种任务上识别的总准确率可达99.93%,均优于任务独立识别时的各项准确率,说明所提模型能更有效地同时完成人体动作及身份识别任务。

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摘要

在散斑去噪过程中保持图像边缘纹理特征,是光学相干层析图像处理技术的难题。散斑去噪过程中的散斑残留和边缘纹理模糊是该难题的主要诱导因素。为解决这一难题,提出一种基于剪切波变换的改进全变分散斑去噪方法。该方法结合剪切波变换和传统全变分模型,对不同图像区域采用针对性的去噪策略,兼顾散斑去噪与纹理保留,提高了光学相干层析图像的噪声抑制效果。对不同生理、病理状态下的视网膜光学相干层析图像进行测试,结果表明:该方法通过采用区域针对性策略改进了噪声抑制能力,通过引入剪切波变换方法提高了边缘纹理保持能力,进而同时实现散斑去除和纹理保留。此外,与其他散斑去噪方法进行对比,验证了该方法的有效性。

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摘要

计算成像技术(CIT)是一类有别于传统光学成像“所见即所得”的信息获取和处理方式的新体制成像方式。随着新型光电器件的发展和硬件计算能力的提升,计算成像技术在光电成像领域呈现出蓬勃发展的趋势。计算成像技术通过对光场信息进行采集和计算,达到传统成像无法企及的信息利用率和解译度,满足“更高(分辨率)、更远(探测距离)、更大(光学视场)”的光电成像需求。从成像全链路的信息获取与丢失过程出发,通过透过散射介质成像、偏振成像及仿生成像等几种典型的计算成像方式对光场多物理量信息获取和解译进行分析,详细介绍了计算成像技术的方法原理及实现途径。根据成像技术的发展趋势,前瞻性地提出了计算光学系统设计和超大口径望远镜的设计思想。计算成像技术在提高成像分辨率、扩大探测距离、增大成像视场及减小光学系统体积和功耗等方面具有明显的优势,有望穿透云雾、活体生物组织等实现更远距离、更大深度的成像,应用前景广阔。

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摘要

针对目前大多数基于统计先验的图像盲去模糊方法对边缘和细节恢复能力有限的问题,提出一种新的盲去模糊算法。通过降采样对模糊图像进行金字塔分解。在每一层图像上,利用显著性强度先验提取图像的边缘信息,并结合梯度低秩先验抑制图像中的模糊和噪声干扰。在多尺度上由粗到精地交替迭代模糊核和中间潜像,得到最终的准确模糊核。采用非盲去卷积方法复原出清晰图像。此外,针对多尺度迭代时间较长的问题,提出了一种自适应迭代策略,通过评估估计模糊核的相似性来调整迭代次数,有效减少计算成本。实验结果表明,本文算法可以准确地估计出模糊核,有效地抑制噪声影响,且得到的复原图像中含有更丰富的边缘和细节等特征。

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摘要

针对当前基于单目视觉的室内移动机器人全局定位算法复杂度大等问题,提出一种室内移动机器人双目视觉全局定位方法。双目视觉下,为保证室内移动机器人在运动过程中能够保持稳定的特征提取,提出基于标定板的全局定位方案,以标定板的中心作为移动机器人的定位点。在此基础上,为提高定位的实时性,缩小标定板角点的提取范围,基于高斯混合模型背景减除法和形态学方法实现了对移动机器人运动区域的检测;基于所建立的标定板角点判据,对移动机器人提取的角点进行筛选,得到了标定板四个角点的图像坐标;结合双目相机标定后的内、外参数和全局定位数学模型,实现对移动机器人定位点坐标的计算。通过实验和分析验证了所提方法的可行性和有效性,为室内移动机器人全局视觉定位提供一种新的思路。

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摘要

针对当前图像显著性检测算法存在的边缘检测不清晰和内部不均匀的问题,提出一种基于无向权重图和多特征传播的图像显著性检测方法。首先以超像素为节点构建无向图,并改进边界超像素的连接方式。在改进图的基础上利用图像颜色、纹理特征与局部对比和中心先验等多种先验知识提取高层特征,并得到基于底层特征的显著图。其次,利用高层特征和显著物体的紧凑性分别计算基于前景和背景种子的显著图并将其融合。最后,将两阶段得到的显著图进行融合得到最终的显著图。在多个公开数据集上,将所提算法与近些年提出的10种算法进行对比实验,结果显示所提算法性能优于所有对比算法。

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摘要

针对遥感图像目标密集、尺度不一、存在遮挡等特点,提出一种基于注意力机制的遥感图像分割模型用于目标分割。该模型建立在深度图像分割模型的基础上,提出在高低层特征融合之前采用通道注意力机制对低层特征进行加权处理,增强目标特征并抑制背景特征,提高信息的融合效率。为进一步增强模型对目标特征的响应能力,提出位置注意力机制对解码阶段最后的特征进行处理。最后,将加权融合后的特征图上采样到原图大小并预测像素类别。在两个遥感道路数据集上进行实验并与相关模型进行比较,结果表明所提模型在遥感影像道路提取中性能优异,可应用于复杂的遥感影像目标分割。

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摘要

对传统双边滤波器模型中的灰度标准差和滤波窗口进行改进。首先,用固定大小的正方形窗口通过概率分布函数和最大似然函数计算图中每个像素点的噪声标准差,将全图噪声标准差的中值作为阈值,若某像素点的噪声标准差大于该阈值,则认为该点的窗口内包含图像边缘,用半边旋转窗口法重新计算该点的噪声标准差和滤波窗口;然后,对图像中的每个像素点进行双边滤波,其中,灰度标准差设为该点噪声标准差的2倍;最后,根据区域相似度模型判定强噪声,并利用中值滤波器去除。实验证明,所提算法在不同强度的噪声下均可取得较好的保边滤波效果和强噪声去除效果。

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摘要

本文针对智能制造领域机器人视觉感知中的三维视觉成像技术进行综述,系统地总结了一些有代表性的机器人视觉成像方法的特点和实际应用中的局限性,内容涉及飞行时间三维成像、点线扫描三维成像、色散共焦成像、结构光投影三维成像、光学偏折成像、单目与多目立体视觉三维成像和光场成像等。绘制了各种视觉成像的图谱,并探讨了机器人手眼系统最佳三维成像方法。

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摘要

针对傅里叶变换红外光谱仪检测污染气体时红外光谱信号出现的基线漂移现象,提出一种采用改进迭代多项式拟合的红外光谱基线校正方法,该方法可以自动识别光谱信号的特征峰,从光谱中截断完整的特征峰后,采用双边阈值对红外光谱迭代得到最优的拟合基线。利用仿真光谱以及三氯乙烷、氨气的实测光谱对该方法进行验证,并将其与常见的3种多项式拟合方法进行对比,结果表明:采用所提方法对光谱进行校正后,特征峰更明显,基线更平缓。仿真和实测数据表明,所提方法提高了现有多项式拟合基线校正方法的准确性,是一种具有良好性能的基线校正方法。

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摘要

提出了一种基于光电振荡器结合电选频腔产生线性调频信号的方案,其中电选频腔由电放大器、电衰减器和移相器组成。通过调节电选频腔中移相器的偏置电压,利用光电振荡器输出信号与电选频腔输出信号间的频率牵引效应,能够产生中心频率为8.3 GHz的线性调频信号,频率变化范围约为550 MHz,调谐率约为5.5 MHz/μs,时间带宽积为5.5×10 4(带宽550 MHz,持续时间100 μs),其相位噪声由光电振荡器的相位噪声决定,其频率变化范围由移相器的偏置电压范围决定。与已有方法相比,该方案的系统结构较为简单,产生的线性调频信号具有较高的频谱纯度,相位噪声低至-116 dBc/Hz@10 kHz。

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摘要

针对现有三点式光笔测量系统采用透视三点(P3P)算法求解出现多解的问题,提出一种基于光场成像的三点式光笔多解排除算法。对光场相机中心子孔径进行高精度内参标定;通过光场相机采集图像,运用P3P算法获得提取的中心子孔径图像中两组光笔激光点的摄像机坐标;利用高斯成像公式计算两组解的深度值,将区域窗口光场重聚焦到两组深度平面。选取合适的清晰度评价方法对两幅图像的清晰度进行比较,获得最终的光笔位姿矩阵,解算笔尖的三维坐标。选用精密三坐标平移台移动距离作为比对基准,实验结果表明:本实验测量系统与三坐标平移台在X、Y、Z方向的最大位置差值分别为0.35,0.40,0.54 mm,该结果与运用四点重投影选取正解的结果相同,证明了所提出的方法的有效性和准确性。

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摘要

柔性光子器件不受传统光电子器件刚性物理状态限制,可弯曲、可折叠、可拉伸的形式使得器件独特的光电性质得以实现和调控,极大拓展了传统光电子器件的发展模式与应用空间。结合新功能光学材料、器件集成技术以及光子器件较电子器件在物质特异性传感、信道容量和抗电磁干扰能力上的优势,柔性光子技术在多学科交叉融合领域的前沿方向,如可穿戴传感、高速光互连、光场调控、生物光遗传等展现出巨大的研究和应用价值。然而目前存在柔性集成光子器件加工制备难、机械柔韧性有限、集成化程度低等挑战。针对以上问题简要回顾了近年来研究人员在柔性光子材料与器件方面取得的研究进展并对其相关技术应用前景进行了总结和展望。

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摘要

脑缺血是神经外科的常见疾病之一,目前急需一种快速、准确的脑缺血检测方法。利用透射式太赫兹时域光谱技术对脑缺血组织进行检测,为减小个体差异的影响,通过计算左脑与右脑的太赫兹吸收系数的相对差异研究脑组织的缺血程度。实验发现,随着缺血时间的增加,新鲜组织的左右脑吸收系数的相对差异先变大后减小,主要原因是缺血区域的水含量升高和细胞密度下降;而石蜡包埋的脑缺血组织的左右脑吸收系数的相对差异逐渐减小,主要原因是缺血区域的细胞密度逐渐下降。结果表明,利用太赫兹时域光谱系统可以实现最早缺血2 h的脑缺血组织的检测,为脑缺血的早期无标记快速诊断提供了有效的技术手段。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(04):0430001
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摘要

设计一种支持多模式的金属-介质-金属纳米天线阵列结构,分析结构中的模式特性及其调控的发光过程。利用时域有限差分的方法模拟该结构的透射谱和电场分布,分析结构中局域表面等离激元模式和磁等离激元共振模式的特性以及激发光偏振调控的模式变化。将偶极子光源放在介质层中,模拟该天线阵列结构调控荧光分子的发光过程。结果表明:荧光分子的辐射和非辐射衰减速率增强因子、量子效率以及偏振特性受到了所提结构模式的有效调控;在一定波长范围内改变激发光的偏振方向可以对发光谱进行调谐。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(04):0426001
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摘要

提出一种基于注入锁定技术增强高次谐波的任意波形产生方案。通过注入锁定技术放大并增强高次和偶次谐波,将获得的高次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加,可合成高阶的三角波、矩形波。将注入锁定增强的偶次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加可合成高阶锯齿波和反锯齿波。通过实验,本文成功产生了频率为5 GHz的五阶三角波、五阶矩形波、三阶锯齿波和三阶反锯齿波。理论与实验结果表明:五阶三角波与矩形波的方均根误差比同时产生的三阶相同波形提升了10%~37%;可以通过增加注入锁定的支路数来获得更高阶近似的波形。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(04):0419001
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摘要

基于表面等离极化激元在亚波长结构的传输特性,提出了一种含单挡板的金属-介质-金属(MIM)波导耦合双T型谐振腔的结构。在近场耦合作用下,单挡板形成的较宽连续态与单T型腔形成的较窄离散态,经过复杂的干涉相消形成非对称的双重Fano共振峰。基于耦合模理论,研究了单挡板MIM波导耦合单T型腔Fano共振的产生机理,并采用有限元分析法对该结构进行了模拟仿真。在此基础上,研究了含双T型腔结构的四重Fano共振形成过程,分析了上下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响。结果表明,上下T型腔产生的Fano共振峰互不影响,且由单个T型腔可以实现两个Fano共振峰独立可调谐,故含金属挡板的MIM波导耦合双T型腔结构可以实现四个Fano共振峰独立可调谐。该结构可为差动传感器和波分复用器的设计提供有效的理论参考。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(04):0414001
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摘要

Double-layer high-contrast subwavelength gratings that are separated by a dielectric space layer are investigated to achieve ultra-broadband reflection. The reflection phase of subwavelength gratings and the propagation phase shift between two gratings are manipulated to expand reflection bandwidth by properly stacking two reflective gratings. A reflector exhibiting a 99% reflectance bandwidth of 1080 nm in the near-infrared is designed. Then this reflector is prepared using laser interference lithography and ion beam planarization, and an ultra-broadband reflection is achieved with reflectance exceeding 97% over a wavelength range of 955 nm in the near-infrared region.

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    摘要

    A femtosecond mid-infrared optical vortex laser can be used for high harmonic generation to extend cutoff energy to the kilo-electron-volt range with orbital angular momentum, as well as other secondary radiations. For these, we demonstrate a high-energy femtosecond 4 μm optical vortex laser based on optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) for the first time. The optical vortex seed is generated from a femtosecond 4 μm laser by a silicon spiral phase plate with the topological charge l of 1 before the stretcher. Through using a two-stage collinear OPCPA amplifier, the chirped vortex pulse is amplified to 12.4 mJ with 200 nm full width at half-maximum bandwidth. After compression, the vortex laser pulse with 9.53 mJ, 119 fs can be obtained. Furthermore, the vortex characteristics of the laser beam are investigated and evaluated. This demonstration can scale to generate a higher-peak-power vortex mid-IR laser and pave a new way for high field physics.

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      摘要

      In this paper, a technique combining cascaded energy-transfer pumping (CEP) method and master-oscillator power-amplifier (MOPA) configuration is proposed for power scaling of 1.6-μm-band single-frequency fiber lasers (SFFLs), where the Er3+ ion has a limited gain. The CEP technique is fulfilled by coupling a primary signal light at 1.6 μm and a C-band auxiliary laser. The numerical model of the fiber amplifier with the CEP technique reveals that the energy transfer process involves the pump competition and the in-band particle transition between the signal and auxiliary lights. Moreover, for the signal emission, the population density in the upper level is enhanced, and the effective population inversion is achieved thanks to the CEP. A single-frequency MOPA laser at 1603 nm with an output power of 52.6 W and an improved slope efficiency of 30.4% is experimentally obtained through the CEP technique. Besides, a laser linewidth of 5.2 kHz and a signal-to-auxiliary laser ratio of 60.7 dB are obtained at the maximum output power. The proposed technique is anticipated to be promising for increasing the slope efficiency and power scaling for fiber lasers operating at L band.

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        摘要

        This erratum corrects errors that appeared in Photon. Res.3, 38 (2015)PRHEIZ2327-912510.1364/PRJ.3.000038 related to the polarization of the experimental optical path and a few typos.

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          摘要

          Coded apertures with random patterns are extensively used in compressive spectral imagers to sample the incident scene in the image plane. Random samplings, however, are inadequate to capture the structural characteristics of the underlying signal due to the sparsity and structure nature of sensing matrices in spectral imagers. This paper proposes a new approach for super-resolution compressive spectral imaging via adaptive coding. In this method, coded apertures are optimally designed based on a two-tone adaptive compressive sensing (CS) framework to improve the reconstruction resolution and accuracy of the hyperspectral imager. A liquid crystal tunable filter (LCTF) is used to scan the incident scene in the spectral domain to successively select different spectral channels. The output of the LCTF is modulated by the adaptive coded aperture patterns and then projected onto a low-resolution detector array. The coded aperture patterns are implemented by a digital micromirror device (DMD) with higher resolution than that of the detector. Due to the strong correlation across the spectra, the recovered images from previous spectral channels can be used as a priori information to design the adaptive coded apertures for sensing subsequent spectral channels. In particular, the coded apertures are constructed from the a priori spectral images via a two-tone hard thresholding operation that respectively extracts the structural characteristics of bright and dark regions in the underlying scenes. Super-resolution image reconstruction within a spectral channel can be recovered from a few snapshots of low-resolution measurements. Since no additional side information of the spectral scene is needed, the proposed method does not increase the system complexity. Based on the mutual-coherence criterion, the proposed adaptive CS framework is proved theoretically to promote the sensing efficiency of the spectral images. Simulations and experiments are provided to demonstrate and assess the proposed adaptive coding method. Finally, the underlying concepts are extended to a multi-channel method to compress the hyperspectral data cube in the spatial and spectral domains simultaneously.

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            摘要

            Terahertz (THz) wave generation from laser-induced air plasma generally requires a short temporal laser pulse. In contrast, it was observed that THz radiation from ionized liquid water prefers a longer pulse, wherein the mechanism remains unclear. We attribute the preference for longer pulse duration to the process of ionization and plasma formation in water, which is supported by a numerical simulation result showing that the highest electron density is achieved with a subpicosecond pulse. The explanation is further verified by the coincidence of our experimental result and simulation when the thickness of the water is varied. Other liquids are also tested to assure the preference for such a pulse is not exclusive to water.

              PDF全文HTML全文 Advanced Photonics | 2020,2(01):015001-15001
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              摘要

              We propose a novel concept of designing silicon photonics metamaterials for perfect near-infrared light absorption. The study’s emphasis is an in-depth investigation of various physical mechanisms behind the 100% ultra-narrowband record peak absorptance of the designed structures, comprising an ultrathin silicon absorber. The electromagnetic power transport, described by the Poynting vector, is innovatively explored, which shows combined vortex and crossed-junction two-dimensional waveguide-like flows as outcomes of optical field singularities. These flows, though peculiar for each of the designed structures, turn out to be key factors of the perfect resonant optical absorption. The electromagnetic fields show tight two-dimensional confinement: a sharp vertical confinement of the resonant-cavity type combined with a lateral metasurface supported confinement. The silicon-absorbing layer and its oxide environment are confined between two subwavelength metasurfaces such that the entire design is well compatible with silicon-on-insulator microelectronics. The design concept and its outcomes meet the extensive challenges of ultrathin absorbers for minimum noise and an ultra-narrowband absorptance spectrum, while maintaining an overall very thin structure for planar integration. With these materials and such objectives, the proposed designs seem essential, as standard approaches fail, mainly due to a very low silicon absorption coefficient over the near-infrared range. Tolerance tests for fabrication errors show fair tolerability while maintaining a high absorptance peak, along with a controllable deviation off the central-design wavelength. Various applications are suggested and analyzed, which include but are not limited to: efficient photodetectors for focal plane array and on-chip integrated silicon photonics, high-precision spectroscopic chemical and angular-position sensing, and wavelength-division multiplexing.

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                摘要

                Chip-scale, tunable narrow-linewidth hybrid integrated diode lasers based on quantum-dot RSOAs at 1.3 μm are demonstrated through butt-coupling to a silicon nitride photonic integrated circuit. The hybrid laser linewidth is around 85 kHz, and the tuning range is around 47 nm. Then, a fully integrated beam steerer is demonstrated by combining the tunable diode laser with a waveguide surface grating. Our system can provide beam steering of 4.1° in one direction by tuning the wavelength of the hybrid laser. Besides, a wavelength-tunable triple-band hybrid laser system working at 1, 1.3, and 1.55 μm bands is demonstrated for wide-angle beam steering in a single chip.

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                  摘要

                  Highly sensitive broadband photodetection is of critical importance for many applications. However, it is a great challenge to realize broadband photodetection by using a single device. Here we report photodetectors (PDs) based on three-dimensional (3D) graphene foam (GF) photodiodes with asymmetric electrodes, which show an ultra-broadband photoresponse from ultraviolet to microwave for wavelengths ranging from 102 to 106 nm. Moreover, the devices exhibit a high photoresponsivity of 103 A ·W?1, short response time of 43 ms, and 3 dB bandwidth of 80 Hz. The high performance of the devices can be attributed to the photothermoelectric (PTE, also known as the Seebeck) effect in 3D GF photodiodes. The excellent optical, thermal, and electrical properties of 3D GFs offer a superior basis for the fabrication of PTE-based PDs. This work paves the way to realize ultra-broadband and high-sensitivity PDs operated at room temperature.

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                    摘要

                    Optical phase shifters are extensively used in integrated optics not only for telecom and datacom applications but also for sensors and quantum computing. While various active solutions have been demonstrated, progress in passive phase shifters is still lacking. Here we present a new type of ultra-broadband 90° phase shifter, which exploits the anisotropy and dispersion engineering in subwavelength metamaterial waveguides. Our Floquet–Bloch calculations predict a phase-shift error below ±1.7° over an unprecedented operation range from 1.35 to 1.75 μm, i.e., 400 nm bandwidth covering the E, S, C, L, and U telecommunication bands. The flat spectral response of our phase shifter is maintained even in the presence of fabrication errors up to ±20 nm, showing greater robustness than conventional structures. Our device was experimentally demonstrated using standard 220 nm thick SOI wafers, showing a fourfold reduction in the phase variation compared to conventional phase shifters within the 145 nm wavelength range of our measurement setup. The proposed subwavelength engineered phase shifter paves the way for novel photonic integrated circuits with an ultra-broadband performance.

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                      摘要

                      Measuring the microscopic temperature of graphene is challenging. We used cholesteric liquid crystal microcapsules (CLCMs) as temperature sensors to detect the local temperature of three-dimensional porous graphene through quantitative visualization. Based on a CLCM (~20 μm in size), we determined the temperature variation in a small area with an accuracy of 0.1°C. By analyzing the color changes between two CLCMs, we demonstrated the temperature changes dynamically in a region with a diameter of approximately 110 μm. Furthermore, by comparing the color evolution among the three CLCMs, we visualized the anisotropic thermal properties in the micro-zone. This convenient and low-cost temperature measurement method is expected to further improve graphene-based devices.

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                        摘要

                        连续 F类功放(PA)通过引入修正因子, 减轻功放对基波和二次谐波阻抗的要求, 从而扩展 F类功放的带宽。本文在连续 F类功放基础上, 提出一种新型修正型连续 F类工作模式。通过引入电阻性二次和三次谐波阻抗进一步扩展连续 F类功放的设计空间, 使其可实现多个倍频程带宽。基于此理论, 采用负载牵引方法对基波和谐波进行最佳阻抗提取, 结合实频技术设计功放匹配网络, 实现了一款超宽带高效率功率放大器。该功放在 0.4~2.2 GHz频段内, 饱和输出功率为 39.8~41.4 dBm, 漏极效率在 59%~79%之间, 增益大于 10 dB。仿真与测试结果良好, 验证了该方法的正确性。

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                        摘要

                        为解决对无人机、平流层飞艇等空中移动目标无线输能时机载接收端整流天线质量大, 占居飞行器有效载荷多的难题, 设计了一种具有谐波抑制功能的共面波导轻薄圆极化整流天线。该整流天线采用集中式整流方式, 通过将整流电路直接集成在微带天线接地板上, 实现了质量轻, 尺寸小, 剖面低, 易共形的圆极化整流天线。该天线工作在5.8 GHz, 采用共面波导耦合馈电, 并在馈线上直接加载共面波导谐振结构进行谐波抑制, 具有较宽的工作带宽。整流电路采用倍压整流形式, 利用贴片电容作为直通滤波器进行直流滤波, 电路结构简单。该整流天线结构紧凑, 质量仅 6.28 g, 剖面厚度 0.5 mm, 最佳整流效率 63.84%, 测试结果与仿真结果吻合良好, 验证了该设计的可行性。

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                        摘要

                        外部电磁场辐照下飞机的电磁兼容分析和电磁效应评估, 需要进行飞机机舱的电磁耦合分析, 以评估其屏蔽效能(SE)。由于全波分析方法的巨大计算代价和高频响应敏感性现象, 统计电磁学理论的功率平衡 (PWB)方法更适用于飞机机舱的 SE分析。基于该方法开发了开孔腔体 SE分析程序, 通过和文献结果比较验证了程序的正确性和有效性。将其用于某飞机机舱在多种条件下的 SE分析。结果证明有助于掌握舱壁电导率、舷窗、载客量、内部接收天线等影响 SE的 情况。

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                        摘要

                        根据超宽带 (UWB)纳秒电磁脉冲的基本特性, 采用模拟计算仿真与实验研究方法, 研究了超宽带纳秒电磁脉冲信号通过微波接收机带通滤波器的时域、频域传输特性, 初步认识了超宽带纳秒电磁脉冲通过带通滤波器传输特性规律, 它是对传统连续波 (CW)信号与脉冲调制信号通过微波带通滤波器传输特性技术的补充和完善。该研究成果为将来开发超宽带纳秒电磁脉冲在各类接收机中的应用提供技术基础。

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                        摘要

                        针对近年来复杂电磁环境中强电磁脉冲攻击, 研究得出设备级强电磁辐照敏感度仿真分析方法。该方法采用 3D电磁场仿真及 2D电路仿真相结合的手段, 通过建立几何模型、定义材料参数、添加负载及激励源、放置监测探头等步骤, 最终仿真得出设备外壳内部及线缆上耦合电流的时域、频域特性。由仿真结果可知, 设备内部及线缆上耦合的电压、电流在极短时间内即可达到具有破坏性的峰值, 且其同时具备较宽的频谱, 从而可对多种电子设备造成毁伤。因此, 当电子设备处在复杂电磁环境强电磁脉冲攻击下, 必须采取一定的强电磁保护措施。本仿真方法也可适用其他通用电子设备强电磁辐照敏感度仿真分析。

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                        摘要

                        V频段小型化集成接收前端主要实现对 V频段毫米波信号的低驻波、低噪声接收和产品小型化。采用多功能芯片与混合集成技术, 实现了毫米波接收信道的小型化集成。引进了微带正交耦合器, 构成平衡式分布放大优化射频接收端口输入驻波系数的设计思路, 替换了体积笨重的波导宽带隔离器, 减小了毫米波接收前端体积和重量。通过对V频段波导微带过渡探针的容错性设计, 降低了V频段毫米波接收前端的组装难度, 提高了接收前端的一次组装合格率。昀终实现批量化V频段小型化集成接收前端射频的输入驻波系数优于 1.6, 噪声系数优于 4.2 dB, 外形尺寸(含插座)33.4 mm×30 mm×12 mm。

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                        摘要

                        为满足高功率微波测量需求, 设计一种 X波段宽带的波导定向耦合器。为达到宽带设计要求, 该耦合器采用多孔耦合结构, 利用切比雪夫分布函数得到每组耦合系数, 同时修正耦合臂引入的截止衰减影响, 根据耦合理论得到每组小孔的初始尺寸, 最后基于软件优化后得到满足预期设计要求的宽带耦合器。根据仿真结果, 该耦合器在 8.2~12.4 GHz频带范围内的耦合度为 40 dB, 带内波动小于 1 dB, 方向性优于 30 dB, 连续波功率容量达到 0.84 MW; 实测耦合度为 38~ 39 dB, 端口反射小于 -20 dB, 可满足 MW级高功率微波脉冲测量系统的应用需求。

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                        摘要

                        提出一种新颖的宽带频率合成器方案。采用直接数字频率合成器 (DDS)作为锁相环 (PLL)参考, 实现细步进; 在锁相环中加入一种新颖电路, 实现捷变频; 通过频率扩展方式, 实现宽带频率覆盖; 设计指标可兼顾 2~18 GHz的宽频带以及微秒的捷变频时间。分析了方案及设计中的技术难点, 并给出了解决措施。该频率合成器实测指标良好, 具有较强的工程实用价值, 可推广使用到各型雷达产品中。

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                        摘要

                        从经典混响室的平面波叠加模型出发, 针对已有的概率统计模型不能模拟莱斯分布场环境的情况, 建立了改进型的平面波叠加模型。为了验证该模型的有效性, 用蒙特卡洛方法仿真了不同K因子下的各场量的概率密度函数 (PDF), 并用理想 PDF进行拟合。并进一步验证了当莱斯 K因子为零时, 莱斯分布场模型退化为经典混响室的场模型。最后考虑了模型的抽样参数(平面波叠加数和搅拌器位置数)对仿真结果的影响, 确定最佳的抽样样本, 从而获得稳定的 PDF曲线。

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                        李斌 (117)  李岩 (116)  

                        摘要

                        随着航空航天制造业和高性能飞行器的不断发展,大曲率板壳结构等被广泛应用,由于预应力和尺寸位置偏差等因素引起装配变形的测量和修正成为目前研究的主要问题。板壳结构在装配的过程中会产生变形,目前对于结构变形的测量方式以及重构变形结构的方法研究较为广泛。本文利用FBG传感器对板壳结构的曲面重构算法进行研究,建立了波长偏移量与曲率的关系,得到曲面重构算法所需曲率数据,应用分段拟合算法计算全

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                        摘要

                        地平式天文望远镜在跟踪观测过程中,由于望远镜的方位轴与地球自转轴不重合及库徳光路中的折轴反射镜在望远镜跟踪过程中有相对转动,会引入物方及像方视场旋转。传统的消旋K镜可以消除视场旋转,但会带来较大的仪器偏振,不利于望远镜的高精度偏振测量。无偏消旋镜由5面反射镜组成,通过优化设计可保证在消除像旋的同时减小仪器偏振,但其不规则的结构设计使装调过程面临新的挑战。本文针对无偏消旋镜提出双光

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050407
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                        摘要

                        为实现弱信号对比度的高动态范围测量,基于二阶自相关理论,提出了一种实现纳焦级弱信号对比度高动态范围测量的方法。理论分析了能量(功率)、相位匹配和测量噪声对测量动态范围的影响,发现通过对测量噪声能量的光子计数探测、精确设置相位匹配过程中的非共线角并采用聚焦和滤波方式对测量噪声进行抑制,可有效提升测量的动态范围。在此基础上,建立了一台弱信号高动态范围测量系统,利用神光II高能拍瓦激光

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(06):060401
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                        摘要

                        通过使用带有损耗点的腔镜,实现了在Yb:phosphate(Yb:QX)振荡器里一阶涡旋光束的输出。同时,详细研究了涡旋光的光光转换效率与损耗点尺寸大小以及腔内激光模式直径及形状的关系。实验发现在Z字型固体激光器中,当腔内激光模式直径约是损耗点直径的4-6倍,激光模式在切线面(Tangential)和弧矢面(Sagittal)的光斑直径比例(也即椭圆率)约为80%,泵浦功率为1.59 W时,获得了光光转换效率最高为7.7%的一阶涡旋光

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050105
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                        摘要

                        针对端面泵浦固体激光器的微通道冷却结构,基于流-固-热耦合的数值方法计算了不同冷却液流量下增益介质内部的温度分布和冷却结构的流动阻力,为下一步冷却结构的改进提供了理论依据。计算结果表明:当冷却液流量增加至15L/Min时,增益介质的最高温度不再出现明显下降,此时微通道冷却结构的内部流动阻力不会对冷却系统运行造成明显的影响;冷却结构的进出口位置以及水冷方向对增益介质内部的热分布具有较大的

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050104
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                        摘要

                        为研究三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)光合作用生理指标与岩藻黄素含量之间的相关性,本文用不同发光二极管单色光质对三角褐指藻进行处理,测定岩藻黄素含量、光合作用相关生理参数和相关基因表达,并研究测定指标之间的相关性。研究结果表明,紫光可极显著促进三角褐指藻岩藻黄素和叶绿素a的含量(P<0.01)。光合生理指标结果表明,红光可极显著促进三角褐指藻藻细胞的Y(II)、rETRmax和α值(P<

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050701
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                        摘要

                        对激光熔覆后的钴基涂层进行不同温度下的热处理,通过电化学测试和摩擦磨损试验,研究涂层的耐磨性和耐腐蚀性能,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、显微硬度计等对涂层进行分析。结果表明,热处理能够有效减小涂层内部残余应力,消除裂纹、孔洞等缺陷;在相变演化中,FCC型Co相逐渐转变为HCP型Co相;经过900℃×1h热处理后涂层的近表面硬度是未处理涂层的1.5倍,约为1300HV0.1;未处理stellite-6涂层的摩擦系数

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):0502011
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                        摘要

                        采用复合光栅相位测量轮廓术进行三维测量时,从变形复合条纹中有效地解调出相移变形条纹,滤波窗口的选择至关重要。通过分析噪声特征及其对频谱成分不同取向影响的差异性,寻找空间频谱两个正交方向的最佳滤波窗口,建立了一种提高测量精度的混合滤波窗口。数字模拟表明所设计的混合窗口对噪声的抑制均优于矩形、三角形、布莱克曼和汉宁等滤波窗。已知高度平面测量的结果表明,采用均衡了噪声和频谱泄漏的混合

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050405
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                        摘要

                        本文开展了入射角度对1064nm纳秒激光诱导水下等离子体声波信号特性影响研究。研究结果表明,随着入射角度的增大,激光诱导水下等离子体声波信号强度逐渐减弱。由等离子体荧光图像可知,激光诱导水下等离子体产生多次聚焦。随着入射角度的增大,水等离子体长度逐渐变长,等离子体腔体半径逐渐变小,且水等离子体荧光辐射强度随之变弱。这是因为空气-水面处的光学折射效应导致透镜等效焦距变大,延长了聚焦透镜

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(06):060801
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                        摘要

                        摘要:快速准确检测出土壤中锰(Mn)元素含量,对于“精准施肥”实现农业生产可持续发展具有重要意义。本文结合激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy: LIBS)与支持向量机(Support Vector Machine, SVM)用于分析土壤中Mn元素含量。44个土壤样品采集于安徽淮北地区,Mn元素含量采用原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry, AAS)测得。为防止空气中灰尘和样品内部成分不均导致测量结

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):051101
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                        摘要

                        将KTiOAsO4斯托克斯参量振荡器置于LD侧面泵浦的1064 nm调Q Nd3+:YAG谐振腔内,通过KTiOAsO4晶体的非共线受激电磁耦子散射(SPS)获得波长在1078.20 nm到1088.20 nm范围内不连续调谐的斯托克斯激光。该斯托克斯激光又作为共线拉曼激光器的泵浦源在同一块KTiOAsO4晶体实现受激拉曼散射(SRS),通过设计斯托克斯谐振腔的输出镜透过率,选择对一阶拉曼光进行输出,获得波长在1106.08 nm到1116.62 nm范围的不连续

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(06):060102
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                        摘要

                        为研究电磁场对激光再制造V型槽中孔隙调控的影响,在激光再制造过程中同时耦合稳态磁场与稳态电场以产生定向洛伦兹力,并通过激光再制造实验研究了激光功率与电磁场参数对V型槽内孔隙率的调控规律。实验结果显示,当激光功率小于1400 W后,V型槽底部界面结合处易产生熔合不良现象,并且修复区内存在大量气孔。随着磁场强度的增加,V型槽底部熔合不良现象得到有效调控,修复区内孔隙率逐渐降低。当磁场强度为12

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(06):060203
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                        摘要

                        为直观、全面、系统地分析设备参数、水体光学传输特性和目标反射特性对水下激光主动成像的影响,为水下光电成像系统的设计优化提供可视化参考依据,建立了水下激光主动成像的可视化模型。该模型基于蒙特卡罗方法追踪整个水下成像过程中光子的状态变化,分别采用几何光学近似和随机碰撞原理模拟随机粗糙表面和水体悬浮粒子对光的散射过程,并通过高斯物象公式获得最终的仿真图像,实现水下目标激光成像的可视化

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):051002
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                        摘要

                        为探索半透明非掺杂型异质结在薄膜太阳能电池中的应用,采用直流磁控溅射技术在氧化铟锡(ITO)衬底上沉积氧化亚铜(Cu2O)和氧化锌(ZnO)透明氧化物半导体薄膜,构成亚微米级的非掺杂型p-Cu2O/n-ZnO异质结器件。使用扫描电镜、X射线衍射仪、光谱仪和太阳能模拟器,研究在不同氩/氧比的条件下制备的Cu2O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响。实验结果表明:具有氩/氧比为32:23的Cu2O层的p-Cu2O/

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(05):050302
                        分享:

                        摘要

                        在制备高性能垂直腔面发射激光器(VCSEL)的流程中, 选择性氧化工艺是最为关键的技术,通过将高Al组分的AlGaAs层进行选择性氧化,为激光器提供了良好的电光限制。但工艺的稳定性和可控性仍有待完善,尤其是它与温度的依赖关系缺乏系统性研究。本文针对氧化过程中的核心因素——氧化温度进行深入研究,优化设计了氧化温控曲线。实验结果表明,通过该氧化温控曲线氧化的样品具有非常良好的热稳定性,整体结构可靠性

                        PDF全文 中国激光 | 2020,47(07):070101
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                        摘要

                        为解决脉冲信号对导频产生干扰而导致马赫曾德尔电光调制器工作点无法稳定的问题,提出了一种导频自适应的偏压控制技术稳定调制器工作点。采用数字控制系统,生成频率可变的导频信号,由快速傅里叶变换分析反馈信号的谐波分量,可以控制马赫曾德尔电光调制器锁定于传输曲线的最低偏置点。通过实时监测偏置电压输出,自主改变导频的频率,避免脉冲信号对导频的影响,实现高消光比的激光脉冲调制。结果表明,激光

                        PDF全文 中国激光 | ,(00):00
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                        摘要

                        在TC4粉末中加入不同含量的B粉末进行激光增材制造试验,研究了B对激光增材制造TC4微观组织及性能的影响。结果表明,通过添加微量的B可有效的细化原始柱状晶和晶内板条α相。当B含量为0.05wt.%时,原始柱状晶的生长被限制,柱状晶宽度明显降低,当B含量为0.1%时,原始柱状晶大量转变为等轴晶,晶内板条α集束尺寸减小。对比没有添加B的激光增材制造TC4,含B0.05%的TC4塑性有了明显提高但是对强度的影响不大,各

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                        摘要

                        采用激光熔覆技术制备了碳纤维增强316L不锈钢,研究了扫描速度对碳纤维增强316L不锈钢微结构、显微硬度和耐磨性的影响。结果表明:激光熔覆316L不锈钢主要由γ-Fe相组成,加入碳纤维后,激光熔覆316L不锈钢则由M23C6 (M=Cr、Fe与Ni)、γ-Fe和α-Fe组成,其中M23C6均匀分布在γ-Fe/α-Fe树枝晶间。随着扫描速度的增加,枝晶臂间距先减小后增大,显微硬度先增加后减小,耐磨性先增强后降低。当扫描速度为12 mm/s

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                        摘要

                        本文提出了一种在玻璃表面制备嵌入式亚微米金属线的方法。首先利用飞秒激光直写在玻璃表面烧蚀出亚微米线宽的凹槽,然后用连续流化学镀在样品表面沉积金属薄膜,再经过热处理和机械抛光,可实现玻璃表面嵌入式亚微米线宽金属结构的可控制备。通过利用飞秒激光烧蚀的阈值效应并和连续流化学镀结合,可制备出最小线宽~0.66 μm的金属银线。四探针法测试结果表明制备的亚微米金属银线具有良好的导电性,其电阻率

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                        摘要

                        基于相似匹配方法的布里渊频移提取算法具有无需预设模型,适应性强的优点。为了获得谱信号和扫频参数对算法性能的影响,针对单一因素变化的情况下系统研究了线宽、信噪比、扫频间隔、扫频范围对布里渊频移提取准确性的影响规律。结果表明,频移误差与布里渊线宽成线性关系,仅仅由于探测谱与参考谱线宽不同对算法准确性产生的影响较小。频移误差随参考谱和探测谱信噪比的增加成指数规律减小。扫频间隔不变时随

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