1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
1 国防科技大学理学院，湖南 长沙 410073
2 极端条件物理及应用湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
自本世纪初超快科学进入阿秒领域以来，阿秒脉冲以其超宽频谱和超短时间分辨，为研究阿秒时间尺度的瞬态过程提供了有力工具，推动了人们对光与物质相互作用以及微观超快动力学机制的理解。基于高次谐波的单个阿秒脉冲产生技术已日臻成熟，通过发展多种时空选通门技术，阿秒脉冲脉宽不断缩短，已达到的最短纪录为43 as。相较于阿秒脉冲的产生，对其精确测量与表征是深入研究和应用的基础，目前主流表征方法是通过阿秒条纹相机技术测量获得条纹能谱，进而从中提取阿秒脉冲的时域信息。首先简要回顾了高次谐波产生、单个阿秒脉冲选通及测量的发展，然后介绍了阿秒条纹相机技术的原理，并重点阐述了基于阿秒条纹能谱的表征算法，对其主要优缺点进行分析，最后对阿秒脉冲表征的发展进行了总结和展望。
非线性光学 单个阿秒脉冲 阿秒条纹相机 相位反演与表征
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100039
针对光路对接准直目标识别算法对双目标粘连状态无法判别的问题，提出了基于二进制大对象（Binary Large Object，BLOB）区域和边缘特征分析的准直图像双光学目标识别方法。首先，对二值化图像进行数字形态学处理，计算全图各BLOB区域的面积、中心、轴长、区域、有效BLOB区域个数等信息。其次，对有效BLOB区域个数大于1的完全分离双目标准直图像，统计各BLOB区域中心分别为位于两个面积最大的BLOB区域内的BLOB数量，数量小的候选BLOB区域为主激光目标，数量大的候选BLOB区域为模拟光目标。然后，对于有效BLOB区域个数等于1的待识别图像，从左、右、上、下4个方向分别提取模板边缘图像的有效坐标序列和待识别边缘图像坐标序列，搜索有效坐标序列和待识别边缘图像坐标序列的最大相关系数对应的有效坐标序列。当4个方向的相关系数全部大于0.95时，待识别图像为模拟光目标；当4个方向的相关系数都小于0.95时，待识别图像为主激光目标；否则待识别图像为粘连图像。实验结果表明：提出的双光学目标识别算法，不仅能够识别完全分离的模拟光目标和主激光目标，误差小于3个像素，处理时间小于1 s，而且能够判别处于粘连状态的光学目标和单个独立的光学目标，满足光路对接准直图像识别算法对于自适应性、精度和效率的要求。
光路对接准直 BLOB区域 边缘特征分析 双光学目标识别 粘连图像识别 Optical path docking collimation BLOB region Edge feature analysis Dual optical target recognition Adhesion image recognition
中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器研究室，陕西 西安 710119
针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题，笔者提出了基于邻域向量主成分分析（NVPCA）图像增强的旁瓣弱光信号区域波峰参数检测方法。采取的主要优化措施为：首先，将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量，构建一个9维数据立方体，选择主成分分析变换后的第1维数据为NVPCA图像；其次，通过角度变换转化检测对象，检测所有方向上一维旁瓣曲线的各个波峰参数，获得旁瓣弱光信号区域能量的量化分布；然后，搜索每个旁瓣波峰在所有方向上的极大值位置点，连接对应位置点生成每个旁瓣波峰的极大值圆环，计算各极大值圆环的灰度均值；最后，选择大于局域对比度方法（LCM）目标分离阈值且最小的极大值圆环的灰度均值作为整个旁瓣光束的最小可测信号。实验结果表明，采用基于NVPCA图像增强的旁瓣弱光信号检测方法能够从旁瓣图像的第5波峰环分离和提取最小可测信号，动态范围比值提升至原来的1.528倍，各旁瓣波峰参数满足精度要求，为未来大型激光装置强激光远场的精确测量奠定了基础。
远场测量 邻域向量主成分分析 旁瓣光束衍射反演 角度变换 旁瓣波峰参数检测
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
提出一种新型的侧向纯转动拉曼散射激光雷达探测技术，其采用双基地的收发系统结构，利用侧向接收系统的俯仰扫描功能实现对与温度具有相反依存关系的高低量子数的侧向纯转动拉曼散射光谱的探测，该技术为从地表到特定高度大气温度的无盲区探测提供了技术支持。侧向纯转动拉曼散射激光雷达的初步观测实验采用整段等距离分辨率和分段等距离分辨率两种云台转动方案，反演结果表明侧向纯转动拉曼散射激光雷达可实现1400 m高度范围内大气温度的精细探测，且分段等距离分辨率云台转动方案在近地表312 m高度范围内能够获得更为精细的大气温度空间分布特征。
大气光学 激光雷达 近地表大气温度 侧向纯转动拉曼散射 无盲区探测 俯仰扫描
针对工科院校当前实验教学中普遍存在的学生实践能力不高、学习兴趣匮乏等问题，贝加莱实验室激励学生进行自我赋能，激发学生学习兴趣，赋能授权给学生更多学习权利，攫取多学科融合知识技能，全面提升专业素养和创新能力，培养他们迅速成长为符合时代需要的新工科创新人才。该文将赋能授权理论的思想引入贝加莱实验室教学改革过程中，探讨了以“学”为中心，学生自我赋能、自主学习、自我教学的教学方式。实践证明，通过应用赋能授权的创新教学方式，学生的学习主动性明显提高，教学效果大大改善，在各类学科竞赛、考研就业中表现优异，为培养新工科专业人才提供了新思路。
赋能授权 兴趣班 新工科 人才培养 empowerment interest class new engineering talent training
1 中国电子科技集团第二十六研究所，重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心，重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室，重庆 401332
4 重庆电子工程职业学院 智慧健康学院，重庆 401331
为了满足集成式陀螺芯片对高精度质量块的要求，该文采用电子束镀膜(EBPVD)工艺代替传统的电镀工艺，在石英微机械陀螺芯片音叉端部制作了厚约2 μm的质量块，并对质量块厚度均匀性、对准精度一致性及膜层附着力进行了研究。首先，通过调整镀膜高度和角度以满足厚度精度要求；其次，为了保证对准精度，设计了掩膜夹具和位置调整夹具；最后，通过实验确定了最佳镀膜参数。此外，对制作的质量块进行了激光修调实验，经过修调后，陀螺机械耦合误差信号的幅值从初始的301.0 mV降至17.6 mV。
陀螺芯片 机械耦合误差 电子束镀膜 激光修调 gyroscope chip mechanical coupling error electron beam physical vapor deposition (EBPVD) laser trimming
战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 450001
针对传统LiDAR里程计（LO）测量方法在处理无初值、长序列点云配准时存在精度低、稳定性差等问题，本文引入端到端点云配准网络（HRegNet），提出一种基于深度神经网络的LO测量方法——HRegNet-LO算法，以期实现更加准确、鲁棒的LO测量。所提算法由两个核心模块组成：前端计算和后端优化。在前端scan-to-scan配准中，主要是依据原始点云的3D坐标，采用HRegNet网络，计算出相邻两帧点云的初始转换矩阵，实现LO初始位姿计算；在后端scan-to-map配准中，主要是通过提取特征点构建特征地图，应用迭代最近邻点（ICP）算法，每间隔一定距离对初始位姿进行优化，以减小预估轨迹中的漂移。在Kitti odometry数据集上对所提算法的性能进行了评估，并与LOAM、F-LOAM等算法作对比分析。实验结果表明，所提算法相对旋转、平移误差分别在0.003°/m和1%左右，每帧位姿计算耗时约为100 ms，可以满足LO测量对于精度和实时性的要求。
HRegNet网络 LiDAR里程计 特征地图 迭代最近邻点 Kitti odometry数据集 光学学报
2023, 43(24): 2428003
设计并制作了一种基于多模干涉波导（MMI）结构的InP基90°光混频器芯片，该芯片的波导层材料为InGaAsP，包层和衬底材料为InP，芯片的单模波导宽度设计为2.6 μm，多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20 μm。采用三维光束传播法（3D BPM），仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限，仿真结果表明在1 535~1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB，相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。
光混频器 磷化铟 多模干涉波导 相干光通信 optical hybrid InP MMI coherent optical communication
混凝土材料的制备与性能优化是建筑3D打印结构化发展与应用的基础。3D打印混凝土材料的宏观力学性能、长期耐久性能均与界面细观结构直接相关。本文明确了3D打印混凝土层间界面水分状态(水膜)的形成机制，测试了不同打印层厚条带的水膜随时间的演化规律，通过CT扫描技术研究了层间间隔时间、打印层厚、环境状态对层间界面孔隙特征的影响，揭示了层间界面水分状态、层间界面孔隙特征及层间黏结性能三者之间的相互影响机制。结果表明：层间界面孔隙率随单位面积上层间界面水分质量的增长而降低，层间界面水分质量是较打印参数而言更直接的层间界面状态影响因素；层间水分状态和界面细观孔隙特征直接影响着3D打印混凝土材料的宏观力学强度。
3D打印混凝土 层间界面 水分状态 孔隙特征 黏结强度 3D printed concrete interlayer interface moisture state pore characteristic binding strength
