1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
3 中国计量大学 信息工程学院，杭州 310018
4 商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
6 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
【目的】变形镜（DM）是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件，其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法，可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度，使其更好地校正各种复杂的波前畸变，另一方面，可以改进控制算法，提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能，因此，研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。
【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展，分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度，为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例，对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统（MEMS）DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。
【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作，最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。
【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础，使其应用于更多的领域，进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量，推动自适应光学技术的发展。
变形镜 控制算法 自适应光学 DM control algorithm adaptive optics 光通信研究
2024, 50(2): 22006201
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影（OCTA）技术中，去相关映射被广泛应用，但该方法易受噪声影响，尤其是对于低信噪比区域，噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性，与血流信号的高去相关值混叠，从而会降低微血管图像的成像质量。本文提出了一种基于局部信噪比动态阈值调节的分光谱振幅去相关方法，首先探讨了图像局部信噪比与静态体素去相关值的关系及影响因素，并以分频谱处理数据的方式削弱轴向运动伪影并加强血流信息，然后依据图像局部信噪比与静态体素去相关的关系调整设定阈值，用以判定区分动静态体素，阈值以下的去相关值视为静态体素，结合Sigmoid函数予以抑制。采用该算法在高信噪比的皮肤数据和低信噪比的视网膜数据处理中均能取得较好的效果：皮肤enface图像信噪比提升约4 dB；视网膜enface图像的对比度相较其他算法优势明显，相比于未进行静态抑制的分频谱振幅去相关造影（SSADA）方法，enface图像的对比度提升了0.0182。可见该方法能够有效地抑制微血管图像中的静态体素噪声，提升图像对比度和血管可视性，有利于疾病的诊断和评估。
光学相干层析 血管造影 分频谱 相关映射法 信噪比引导
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 苏州中科行智智能科技有限公司，江苏 苏州 215000
针对合成波长方法动态范围较小的问题，提出一种用于相敏谱域光学相干层析（PSSD-OCT）的大动态范围合成波长相位解包裹方法，解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题，实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱，计算合成相位缺失的周期数；利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合，消除易受噪声影响的相位周期数跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验，证明该方法可以用于大动态范围（毫米级）的高灵敏度位移解调。
相干光学 相敏谱域光学相干层析 合成波长 相位解包裹 动态范围
1 1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程全国重点实验室, 成都 610500
2 2.西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
室内甲醛污染已成为影响人类生命健康的重要问题之一。以氧气为氧化剂的催化氧化甲醛技术以其条件温和、无毒副产物等优势而受到广泛关注, 但是开发经济高效的催化材料仍然面临巨大的挑战。本工作通过一步水热法制备了α-Ni(OH)2, 并研究了其催化氧化甲醛机理。测试结果表明, 以水为溶剂、硝酸镍为镍源制备的α-Ni(OH)2在室温下催化氧化甲醛效率最高, 达到71.2%。原位红外和理论计算分析发现, 由于α-Ni(OH)2表面丰富的羟基官能团, 吸附的甲醛与α-Ni(OH)2表面羟基之间存在强烈的相互作用, 增强了对甲醛的活化, 在无氧气条件下实现了甲醛氧化。另一方面, 不同条件处理的α-Ni(OH)2的XPS分析证实了催化氧化甲醛的活性位点为Ni3+, 且氧气可加速Ni3+活性位点的回复。α-Ni(OH)2表面羟基协同活性位点Ni3+促进了甲醛的催化氧化, 这与传统氧气解离为速控步的甲醛氧化反应路径明显不同。本研究提出了表面羟基协同活性位点促进甲醛氧化的反应机理, 为催化氧化甲醛技术的实际应用提供了理论基础。
催化氧化甲醛 表面羟基 反应机理 反应路径 catalytic formaldehyde oxidation surface hydroxyl reaction mechanism reaction path 
Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Optical and Electromagnetic Research, State Key Laboratory for Modern Optical Instrumentation, Zhejiang Provincial Key Laboratory for Sensing Technologies, International Research Center for Advanced Photonics, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2 Department of Electronic Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, New Territories, Hong Kong SAR, China
3 Jiaxing Key Laboratory of Photonic Sensing & Intelligent Imaging, Jiaxing 314000, China
4 Intelligent Optics & Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute Zhejiang University, Jiaxing 314000, China
5 Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China
Photonic waveguides are the most fundamental element for photonic integrated circuits (PICs). Waveguide properties, such as propagation loss, modal areas, nonlinear coefficients, etc., directly determine the functionalities and performance of PICs. Recently, the emerging waveguides with bound states in the continuum (BICs) have opened new opportunities for PICs because of their special properties in resonance and radiation. Here, we review the recent progress of PICs composed of waveguides with BICs. First, fundamentals including background physics and design rules of a BIC-based waveguide will be introduced. Next, two types of BIC-based waveguide structures, including shallowly etched dielectric and hybrid waveguides, will be presented. Lastly, the challenges and opportunities of PICs with BICs will be discussed.
photonic waveguide bound states in the continuum integrated photonics Journal of Semiconductors
2023, 44(10): 101301
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
提出一种应用于光学相干层析成像（OCT）的色散补偿方法，目的是抑制点扩散函数的轴向展宽并提高系统的信噪比。基于信号空域脉冲随色散的退化性质，构建出信号空域脉宽平方对二阶色散平方的线性方程组，然后将色散增量引入原始信号得到新的信号，并代入方程组即可求解出原始信号的二阶色散，进一步构建补偿相位对原始信号进行色散校正。将该方法应用在点扩散函数修正和生物组织图像的色散补偿中，实验结果表明：点扩散函数的峰值信噪比提高5.11 dB，在效果相近的情况下，所提方法比迭代法快5倍，比分数阶傅里叶变换（FrFT）法快50倍。校正后图像的轴向分辨能力和对比度得到提高，生物样品的结构特征更加清晰。
光学相干层析成像 色散补偿 二阶色散 空域脉冲宽度 光学学报
2023, 43(23): 2310001
1 陕西科技大学图书馆, 西安 710021
2 陕西科技大学材料科学与工程学院, 西安 710021
微晶玻璃不仅具有耐腐蚀、高强度等特性, 且具有易成型、光学性能良好等特点, 应用十分广泛, 备受学界关注。论文以2013-2017年和2018-2022年两个阶段有关微晶玻璃的SCI论文为样本, 通过CiteSpace 6 知识可视化软件构建了微晶玻璃研究领域作者科研合作网络和关键词聚类可视化知识图谱, 研究了作者科研合作网络和学术活跃度、可视化发展趋势。结果表明: 2013-2017年, 学者们更多关注微晶玻璃发光性能、生物活性以及固态电解质的研究; 2018-2022年, 除持续研究微晶玻璃生物活性外, 逐渐转向微晶玻璃的能量转换和碱活化的研究。本文总结前人研究, 发现提高生物活性微晶玻璃的抗菌性、控制微晶玻璃生长微纳晶相的方法以及透明发光微晶玻璃结晶度的改进技术等是微晶玻璃材料领域研究和应用的重要前沿方向。
微晶玻璃 可视化知识图谱 研究态势 科研合作网络 学术活跃度 glass ceramics visual knowledge graph research situation scientific collaboration network academic activity
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 College of Physics and Optoelectronic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
3 Qingdao Innovation and Development Center of Harbin Engineering University, Harbin Engineering University, Qingdao 266500, China
Surface lattice resonances (SLRs) with ultra-narrow linewidth (high quality factor) can enhance light–matter interactions at the nanoscale and modulate the propagating light from the emission wavelength direction to efficiency by photonic band engineering. Therefore, SLRs can serve as an excited candidate to enhance and, more importantly, modulate amplified spontaneous emission (ASE) with more optical parameters. Here, this work presents a system of two-dimensional Ag-coated Al nanocone array (Ag-NCA) packaged with Nile red, and a normal ASE with 15-fold enhancement is observed under external driving light. This enhancement fades away, obviously, in the case of the off-normal condition, as the optical feedback evolves from the band edge steady state to the propagating state. The ASE of this hybrid plasmonic system expands the possibilities of interaction between light and matter and has great promise for applications in nanolasing, super-resolution imaging, and photonic integration circuits.
Photonics Research
2023, 11(12): 2202
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西省现代装备绿色制造协同创新中心, 陕西 西安 710048
苯作为挥发性有机化合物(VOCs)的重要组成部分, 其大气污染状况日益引起人们的关注, 中红外波段通常是分子的基频指纹吸收区, 已成为痕量气体检测的重要波段, 而差分吸收激光雷达是探测大气痕量气体的重要手段, 故针对区域性苯浓度实时遥感问题, 提出基于中红外带间级联激光器(ICL)的探测大气苯浓度路径积分型差分吸收(IPDA)激光雷达系统。 首先, 在分析IPDA激光雷达的探测原理的基础上, 构建了IPDA激光雷达的反演算法及其误差分析模型。 其次, 详细分析来自HITRAN数据库的中红外3 100 cm-1附近苯以及主要干扰气体(如HCl, CH4和H2O)的吸收光谱, 结合HCl和CH4着重考虑了H2O对探测结果的影响, 选择IPDA激光雷达的测量波长和参考波长分别为3 090.89和3 137.74 cm-1。 再次, 基于两个连续波ICL, 设计了探测大气苯浓度IPDA激光雷达系统, 并可通过控制温度和驱动电流调谐激光器的输出波长, 使其波长分别稳定在强吸收谱区和弱吸收谱区, 并设计了基于中红外衍射光栅的光谱分光子系统, 以实现双波长接收信号的同步探测。 最后, 基于标准大气模型, 仿真分析了不同路径长度、 能见度和水汽浓度情况下激光雷达的探测性能, 并搭建中红外波段检测气体池开展了测试实验, 以验证该IPDA激光雷达系统的可行性。 仿真及实验结果分析表明, 当大气能见度为5 km, 水汽浓度低于0.4%时, 苯的浓度路径积(CL)在0.1～24 mg·m-3·km范围内探测的相对误差优于10%, 而苯的CL为5 mg·m-3·km时探测相对误差优于1%; 初步实验测试了中外红波段差分吸收激光雷达探测的线性相关系数R2约为98.7%。
中红外光谱 激光雷达 差分吸收光谱 苯浓度 Mid-infrared spectroscopy Lidar Differential absorption spectrum Benzene concentration 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3351
1 武汉科技大学材料与冶金学院，武汉 430081
2 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
基于珠光砂孔隙多、体积密度低、热导率低的特点，为提高中间包永久性内衬浇注料的保温性能，本文研究了珠光砂添加量对矾土浇注料性能的影响。结果表明，随着珠光砂添加量的增加，烧制浇注料的体积密度减小，显气孔率增加，这与珠光砂本身特性有关，且随着珠光砂添加量的增加，浇注料的加水量增加，烧制时浇注料内部由于水分蒸发形成的原位气孔增加。同时，由于吸水后珠光砂强度降低且珠光砂与浇注料中基质的结合作用较弱，随着珠光砂添加量的增加，浇注料的抗折强度、常温抗压强度降低。综合分析，珠光砂最佳添加量为3%(质量分数)。在400~800 ℃时，添加3%珠光砂浇注料的导热系数比常规矾土浇注料低30%左右，证明添加珠光砂可显著提高矾土浇注料的保温性能。
珠光砂 添加量 矾土浇注料 物理性能 力学性能 导热系数 pearlescent sand additive amount bauxite castable physical property mechanical property thermal conductivity
