1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 102206
2 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 102206
光学相干层析成像（OCT）是一种高空间分辨率的光学成像方法，可以对生物组织进行非接触、无标记的二维截面和三维体积成像，能为临床疾病的诊断提供具有重要参考价值的影像信息。在传统的台式OCT系统中，扫描探头被固定在工作台上，探头结构较大，灵活性差，不利于深入狭小腔体内部成像或在床旁检测。本团队设计了一种视频引导的手持式高速OCT系统，其手持探头结构紧凑、体积小巧，便于抓取和深入狭小腔体内部；探头内部集成了相机成像功能，可以实时获得成像区域的视频图像，引导OCT成像。该系统的A线扫描速率可以达到200 kHz。为了克服成像过程中的抖动问题，本团队提出了图像自动配准算法，该算法能显著提高图像质量。采用该系统对离体猪眼角膜和离体猪牙齿进行成像，以验证系统的性能。结果显示该系统能够高速获取高分辨的组织图像。
医用光学 光学相干层析成像 手持探头 图像配准
1 河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401
2 河北工业大学机械工程学院，天津 300401
3 郑州大学电气与信息工程学院，河南 郑州 450001
减速型有限能量Airy脉冲振荡拖尾形状和频谱受多个参数的影响，分别分析减速型有限能量Airy脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始啁啾、截断系数和分布因子变化对异常波产生以及超连续谱的相干性和稳定性的影响。研究结果表明，减速型有限能量Airy脉冲参数变化能够对超连续谱中异常波起到调控作用并影响超连续谱的相干性和稳定性。此外，利用多目标粒子群算法对5个脉冲参数同时进行优化，将500次模拟输出孤子峰值功率平均值两倍作为判断异常波产生的标准，将产生异常波的个数及500次模拟输出孤子峰值功率分布作为优化目标，得到减速型有限能量Airy脉冲促进或抑制异常波产生的最佳脉冲参数，实现超连续谱中异常波的可控产生。
超连续谱产生 Airy脉冲 异常波 多目标粒子群算法 目标优化 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0319001
河南科技大学 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471000
采用水热法和电化学沉积法，成功制备了包覆有SnO2纳米颗粒的WO3纳米棒阵列薄膜，退火处理后形成WO3/SnO2异质结复合薄膜。通过改变SnO2的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD，FESEM对WO3/SnO2复合薄膜的物相和形貌进行了分析，通过电化学工作站对WO3/SnO2复合薄膜的光电性能进行了研究，结果表明，电沉积时间为120 s时，WO3/SnO2复合薄膜具有最小的阻抗，且在0.6 V的偏压下光电流密度为0.46 mA/cm2，相比于单一WO3纳米棒薄膜，表现出更好的光电化学性能。
复合薄膜 电沉积 光电性能 WO3 WO3 SnO2 SnO2 composite film electro-deposition photoelectric property
1 河北工业大学 电子信息工程学院 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 中国电信股份有限公司 河北雄安新区分公司，河北 雄安新区 071000
3 河北工业大学 机械工程学院，天津 300130
有机溶剂中的水杂质强烈影响化学反应的进程。然而，目前检测痕量水的方法仍存在操作复杂、实验试剂毒性高、检测灵敏度低、无法实时监测等不足。为了克服这些缺点，提出了一种在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的D型光纤传感器。该传感器利用金属银和丝蛋白作为主要材料，利用二者出色的传感特性，设计了一种可见光波长的光纤传感器，用于高灵敏度有机化合物中的痕量水检测。研究结果总结如下：首先，提出了在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的三明治结构，银被用作外部夹层来诱导表面等离子体共振效应。通过理论分析，观察到所提出的D型光纤传感器表面的双层银结构与单层银结构相比，可以诱导强光局部化。在接下来的尺寸选择过程中，对丝蛋白初始厚度、空气孔大小、银光栅的高度、数量、间距和下层银厚度进行了优化，得到了最佳传感结构，对有机物中痕量水的检测灵敏度高达1.39 nm/ppt (1 ppt=10−12)，与同类型的痕量水传感器相比具有较大的优势。另外，拟合线的R2大于0.999，达到了预期的效果。
双层金属银膜 丝蛋白 痕量水传感器 表面等离子体共振 double-layer silver film silk protein trace water sensor surface plasmon resonance 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230394
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 Institute of Electromagnetic Space, Southeast University, Nanjing 210096, China
3 Frontiers Science Center for Mobile Information Communication and Security, Southeast University, Nanjing 210096, China
4 National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University, Nanjing 210096, China
5 National Key Laboratory of Electromagnetic Information Control and Effects, Shenyang 110035, China
6 Key Laboratory of High-Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071, China
Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) architecture is commonly applied in wireless sensors or Internet of Things (IoT) devices, providing both wireless power sources and communication channels. However, the traditional SWIPT transmitter usually suffers from cross-talk distortion caused by the high peak-to-average power ratio of the input signal and the reduction of power amplifier efficiency. This paper proposes a SWIPT transmitting architecture based on an asynchronous space-time-coding digital metasurface (ASTCM). High-efficiency simultaneous transfer of information and power is achieved via energy distribution and information processing of the wireless monophonic signal reflected from the metasurface. We demonstrate the feasibility of the proposed method through theoretical derivations and experimental verification, which is therefore believed to have great potential in wireless communications and the IoT devices.
simultaneous wireless information and power transfer asynchronous space-time-coding digital metasurface quadrature phase-shift keying modulation Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 080005
1 河北工业大学机械工程学院，天津 300130
2 哈德斯菲尔德大学精密技术中心，西约克郡，哈德斯菲尔德 HD1 3DH，英国
Overview: Due to the large dynamic range and high precision, the optical 3D measurement technology based on phase calculation is widely used in aerospace, automobile manufacturing, biomedicine, cultural relics protection, and other fields to measure a type of surface. For example, fringe projection profilometry and phase measurement deflectometry are used to measure diffuse and specular surfaces, respectively. With the development of advanced manufacturing technology, the measurement of one type of surface cannot meet the current situation. In the existing research on diffuse and specular composite surfaces, 3D topography restoration of large gradient and discontinuous composite surfaces has been achieved. The composite surface measurement system based on fringe projection and fringe reflection can obtain absolute phase rapidly through the multi-color channel of the camera. However, the multi-color channel of the camera not only realizes the rapid measurement but also introduces the errors such as crosstalk and chromatic aberration into the system, which limits the accuracy of 3D topography restoration of composite surface objects. Crosstalk mainly comes from the process of simultaneously shooting different color stripes projected by the projector to the diffuse part of the object and displayed by the transparent display screen on the mirror part of the object. The color difference mainly comes from the different color stripes displayed by the double screen transmission of the mirror part, and there is a phase difference between the absolute phase of the two colors. Therefore, this paper studies the crosstalk elimination method based on the matrix and the color difference elimination method of absolute phase corresponding pixel deviation. Based on the crosstalk matrix, the crosstalk matrix of the projector and the transparent screen is calculated respectively according to the color light intensity relationship between the color camera, projector, and transparent screen. The stripes of different colors projected on the diffuse surface and mirror of the composite object are separated, and the absolute phase of the two parts is obtained. The absolute phase in the horizontal and vertical directions of each color channel was obtained by color orthogonal stripes, and the relationship between phase difference and pixel deviation between color channels was established to complete the pixel matching of different color channels. Finally, the pixel matching points are converted into the matrix obtained by two-dimensional interpolation to realize the pixel deviation correction of each pixel point and eliminate the influence of color difference. The experimental results show that the proposed method reduces the root mean square error of the composite step from 0.479 mm to 0.030 mm, and improves the measurement efficiency and accuracy.
光学测量 复合表面 多颜色通道 相位测量 色差与串扰 optical measurements composite surface multiple color channel phase measurement chromatic aberration and crosstalk
1 河北工业大学 电子信息工程学院先进激光技术研究中心, 天津
2 浪潮电子信息产业股份有限公司, 济南
2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。
空芯光子带隙光纤 2 μm波段 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber 2 μm band confinement loss bending loss
1 河北工业大学机械工程学院，天津 300130
2 哈德斯菲尔德大学精密技术中心，英国 哈德斯菲尔德 HD1 3DH
光学三维形貌测量技术具有无损、快速、高精度等优势，被广泛应用于不同领域。工业生产及现实生活中的镜面/漫反射复合表面三维形貌的快速、高精度测量一直是未解决的难题。提出一种基于条纹投影和双屏透射显示的镜面/漫反射复合表面测量方法，并对系统的非线性响应进行了补偿。首先，普通屏和透明屏分别显示绿色条纹，被镜面部分反射，投影仪投射蓝色正弦条纹图到漫反射部分；其次，相机采集不同颜色的变形条纹图；然后，三维标定获取系统参数，通过相位与深度的关系恢复物体的三维形貌；最后，校正系统的非线性响应误差并进行补偿，提高三维测量精度。实验结果表明：该方法能够实现非连续复合表面物体三维形貌的高精度测量。
复合表面 系统标定 相位解算 非线性响应 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312024
1 河北工业大学电子信息工程学院先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
利用单个飞秒振荡器为激发光源搭建了光谱聚焦相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）显微成像系统，使用二向色镜获得了泵浦光与斯托克斯光，开展了聚苯乙烯样品低指纹区的光谱聚焦CARS二维与三维显微成像研究。在光谱聚焦CARS二维成像研究中，通过改变泵浦-斯托克斯的延迟时间，获得了随延迟时间变化的光谱聚焦CARS信号强度谱，通过与聚苯乙烯拉曼光谱的对比，分析了在改变泵浦-斯托克斯的延迟时间过程中被激发的拉曼振动的切换情况。同时，在固定的拉曼振动模式，通过对聚苯乙烯样品进行断层扫描，实现了对聚苯乙烯样品的三维CARS成像。
光谱聚焦 拉曼振动 CARS信号 三维成像 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2418001
