1 上海理工大学，上海 200433
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
II类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测，而通过离子注入实现横向PN结，一方面材料外延工艺简单，同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运，且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种材料表征技术，研究了不同能量的Si离子注入以及退火前后对InAs/GaSb II类超晶格材料性能的影响。研究通过Si离子注入，外延材料由P型变为N型，超晶格材料中产生了垂直方向的拉伸应变，晶格常数变大，且失配度随着注入能量的增大而增大，注入前失配度为-0.012%，当注入能量到200 keV时，失配度达到0.072%，超晶格部分弛豫，弛豫程度为14%，而在300 °C 60 s退火后，超晶格恢复完全应变状态，且晶格常数变小，这种张应变是退火引起的Ga-In相互扩散以及Si替位导致的晶格收缩而造成的。
InAs/GaSb II类超晶格 离子注入 平面结 退火 HRXRD InAs/GaSb Type II superlattice ion implantation planar junction annealing HRXRD
开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究，将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束，实现了11.34 kW的激光输出，组束效率超过95%。随着输出功率的提升，二向色镜温升越来越高，光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势，当满功率时，组束激光在两个方向的光束质量分别为M2x=2.941和M2y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因，并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究，为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。
激光器与激光光学 光纤激光器 二向色镜 激光组束 光束质量 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514002
1 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室，北京 100871
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
3 北京大学医学部医学技术研究院，北京 100871
光学衍射层析成像技术是一种新兴的对细胞和组织进行非侵入、无创伤、无标记快速三维成像的技术，在细胞代谢、病理和肿瘤诊断等方面都有很大的应用前景。传统的光学衍射层析成像技术视场范围较小，视野内仅有单个或数个细胞，难以直接观察到细胞间的相互作用，无法对散射较强的厚、大细胞进行成像，这在一定程度上限制了其进一步应用。针对视场范围较小的不足，提出了一种用满采集物镜的视场数的大视野光学衍射层析成像技术，可以获得更高的散射光子通量，提高成像质量，减弱伪影、振铃等边缘效应，视野内可以观测到多种状态的细胞和细胞间相互作用。结果表明，大视野光学衍射层析成像技术在兼具亚细胞分辨率和无标记活细胞长时程三维观测能力的同时，具有更大的视野、更小的边缘效应，生物应用前景更加广泛。
生物光学 光学显微成像 光学衍射层析成像 大视野
1 清华大学环境学院环境污染溯源与精细监管技术研究中心, 北京 100084
3 常州市环境科学研究院, 江苏 常州 213022
基于三维荧光光谱随荧光有机物的种类和浓度的不同与水体或污染排放源呈现对应关系的特性, 水质荧光指纹溯源技术能够通过水体的三维荧光信号追溯污染排放源。 以我国南方C市地表水A河为主要研究对象, 利用水质荧光指纹溯源技术对A河及其上游来水方向J河进行了水质荧光指纹特征解析和污染排放源溯源。 A河水质荧光指纹主要包括三个特征荧光峰, 其[激发波长, 发射波长]分别为[280, 320], [235, 345]和[255, 460] nm, 其上、 中、 下游水质指纹之间相似度均大于99%, 具有典型的印染废水污染特征。 A河上游由J河分流汇入, J河水质荧光指纹与A河相似度低于60%, 且强度不超过A河的40%。 J河对A河水质荧光指纹形成过程的影响较小, A河的荧光强度主要由A河上游区域贡献。 溯源结果表明, A河河水与A河上游印染纺织工业园区的印染废水水质荧光指纹相似度为94%, A河污染很可能来自其上游未经处理的印染废水的排放。 A河和J河河水水质荧光指纹各荧光峰强度与高锰酸盐指数的线性相关系数R2分别达到0.956 4, 0.937 5和0.985 4, 而水质荧光指纹法感知污染的灵敏度更高。 与其他三维荧光光谱相似度算法的结果对比表明, 水质荧光指纹溯源技术是一种可靠的水环境监管技术, 能够为进一步实现污染源头治理和环境精细化管理提供有力的技术支撑。
水质荧光指纹 地表水 污染溯源 三维荧光 Aqueous fluorescence fingerprint Surface water Discharge source identification Three-dimensional fluorescence 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2142
1 广东工业大学 信息工程学院，广东 广州 510006
2 广东省半导体产业技术研究院，广东 广州 510651
蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速，但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大，使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差，难以实现大规模推广应用。针对该问题，设计了一款高质量激光照明光学系统，基于蒙特卡洛光线追踪理论，对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计，使得整体光源模块各元件得到最佳整合，最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明：激光光源的光收集率达98.3%，激光光斑的不均匀度为1.7%，白光均匀度为98%，光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。
激光器 光学设计 准直透镜 窄光束 均匀度 laser optical design collimating lens narrow beam uniformity
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆市光电信息感测与传输技术重点实验室, 重庆 400065
2 北京农业智能装备技术研究中心, 北京市农林科学院, 北京 100097
溶液阴极辉光放电发射光谱法易受水体样品中的基体效应影响, 而且对于实际水体样品组份相对复杂, 含有多种元素, 受基体效应干扰更加明显, 导致金属元素浓度预测精度降低。 为了减少溶液阴极辉光放电发射光谱法中水体样品基体效应的影响, 常常利用定量分析方法对金属元素进行分析。 这些定量分析方法中, 标准加入法尤其适合于待测物质基体效应较为显著或者含有干扰物质等情况, 然而标准加入法容易受到背景信号的干扰, 使测量结果产生误差, 因此在进行标准加入法之前需要消除光谱数据的背景干扰。 最简单的谱线干扰消除法是离峰校正法, 此法扣除线峰左右两侧的背景强度值, 以达到消除背景干扰的目的； 小波变换法同样也适用于消除背景干扰, 并且具备普适性, 利用此法对小波进行多尺度分层, 而后对小波低频系数进行处理, 获得校正后的数据。 在独立开发的溶液阴极辉光放电发射光谱系统上, 利用基于标准加入法的离峰校正法和小波变换法对水溶液样品中Ca和Mg含量进行预测。 实验结果比较发现, 基于传统的标准加入法, 测得5, 10和20 mg·L-1浓度的Ca样品的相对误差分别为157.0％, 105.1％和47.0％, Mg的相对误差分别为20.1％, 3.1％和2.8％。 然而, 结合标准加入法和离峰校正法后, Ca的相对误差分别降低至15.4％, -8.8％和3.3％, Mg的相对误差分别降低至14.5％, 0.1％和0.8％。 采用小波变换算法消除背景干扰后的标准加入法, Ca元素的相对误差分别降至13.2％, -7.6％和-1.4％, Mg的相对误差分别降至13.4％, -0.4％和0.5％。 结果表明, 离峰校正法和小波变换法结合标准加入法测量Ca和Mg的准确度显着提高, 两种方法能有效地消除背景干扰, 降低基体效应, 使预测精度升高。 其中, 小波变换法结合标准加入法可用于多种类型的背景校正场合, 无需选择合适的背景校正点, 而且预测精度更高, 相比离峰校正法具有一定的优势。
溶液阴极辉光发射光谱法 金属元素检测 标准加入法 SCGD-AES Metal element detection Standard addition method
1 环境模拟与污染控制国家重点实验室, 清华大学环境学院, 北京 100084
2 上海师范大学生命与环境科学学院, 上海 200234
3 嘉兴学院南湖学院, 浙江 嘉兴 314001
近年来, 环境内分泌干扰物愈来愈受到人们的关注。 对其用传统的检测技术分析, 过程复杂、 耗时长、 价格昂贵, 因此急需发展灵敏度高、 反应迅速快、 价格低廉的检测手段。 介绍了一种平面波导型阵列倏逝波荧光生物传感器, 在对系统光路参数进行模拟优化的基础上, 可实现24个传感位点的同步、 快速、 灵敏检测。 基于此阵列倏逝波荧光传感器, 运用间接竞争免疫检测模式, 优化并建立环境内分泌干扰物雌二醇的标准检测条件。 实验结果表明, 入射角在61.8°时, 系统灵敏度最高。 该方法对雌二醇检测线性检测区间为0.08~2.52 μg·L-1, 检测限为0.05 μg·L-1, 半抑制浓度为0.46 μg·L-1, 完成单次样品的检测时间为20 min。 利用该传感器对污水处理厂出水进行加标回收测试, 回收率在84%~120%之间, 相对标准偏差小于15%, 表明该方法能够用于实际水体中雌二醇的快速检测。
平面光波导 阵列倏逝波荧光传感器 免疫检测 雌二醇 Planar waveguide Evanescent wave immunsensor Estradiol Array evanescent wave fluorescent biosensor 光谱学与光谱分析
2018, 38(10): 3148
1 云南师范大学 信息学院, 云南 昆明 650500
2 西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心, 云南 昆明 650500
针对高分辨率遥感影像地物信息复杂、目标识别率低等问题, 提出了一种联合矩阵低秩逼近的稀疏表示遥感影像目标识别方法。对原始遥感影像进行Radon变换, 将处理过后的遥感影像进行低秩和稀疏分解, 得到具有低秩性和稀疏性的两部分信息; 通过K-SVD算法分别对这两部分信息进行字典学习, 构建稀疏表示的判别字典; 通过稀疏表示求解算法求解出待分类的目标在判别字典上的稀疏系数, 根据稀疏系数最大准则对目标进行分类识别。在Uc Merced 数据集上选取具有代表性的线性和非线性子集分别进行实验, 结果表明所提算法与传统的SRC、SVM、MLC和KNN等分类识别算法相比, 在采样比例为1/16、稀疏度为5时, 识别率在线性子集上能够提高10%、在非线性子集上能够提高5%, 表明所提方法具有较好的识别效果。
矩阵低秩逼近 稀疏表示 目标识别 遥感影像 Matrix low rank approximation sparse representation target recognition remote sensing image
1 云南师范大学 信息学院, 昆明 650500
2 西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心, 昆明 650500
针对彩色遥感图像中薄云带来的降质问题, 提出了一种基于低秩矩阵分解的去云方法。将彩色遥感图像分成三个单通道图像, 对每一个通道进行低秩矩阵分解, 得到单通道薄云信息; 根据薄云在三个通道中均匀分布的特点, 选取合适的阈值对薄云信息进行自动判定, 提取代表三个通道的薄云图像; 用三个通道的图像分别减去对应通道的薄云图像, 并融合三个通道的结果得到去云后的彩色遥感图像。实验结果表明, 该方法不仅能够保留无云区域信息的完整性, 而且对有云区域的处理在主观视觉效果和客观评价指标上都具有较好的效果。
彩色遥感图像 薄云去除 低秩矩阵分解 color remote sensing image thin cloud removal low-rank matrix decomposition
1 华南师范大学 光电子材料与技术研究所, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州510631
2 北京大学 东莞光电研究院, 广东 东莞523000
3 东莞理工学院 电子工程学院, 广东 东莞523000
4 华南师范大学 广东省光电功能材料与器件工程技术研究中心, 广东 广州510631
采用高温熔融法制备了一定质量比例的SiO2-YAG∶Ce3+片状荧光玻璃, 厚度为0.2 mm, 分析其XRD物相、光学和SEM微观结构、PL光谱。结果表明: 荧光玻璃保留了晶相, 荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布, 荧光玻璃和荧光粉的激发响应关系一致。在465 nm蓝光激发下, 发射波长均在535 nm附近, 表明荧光玻璃除含有玻璃相, 还有荧光粉的物质结构特性。将不同波长蓝光芯片与不同荧光粉含量的荧光玻璃进行封装测试, 结果表明: 器件的流明效率可达到234.81 lm/W; 色温和显色指数均随荧光粉含量增加而单调下降, 呈现高色温和低显色指数; 荧光粉质量分数从6%增加至15%时, 不同波长激发下的色坐标x与y呈现大致相同的线性变化率。采用450 nm激光激发荧光玻璃, 测试样品温度变化发现温升较缓, 温降迅速, 耐热性能优越。实验结果表明, 将荧光玻璃用于LED白光照明封装, 能实现流明效率和耐热性能的大幅提升, 形成良好的白光输出。
荧光玻璃 封装 光学特性 耐热性能 SiO2-YAG∶Ce3+ SiO2-YAG∶Ce3+ phosphor glass(PG) package optical properties heat resistance
