1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
2 浙江大学上海高等研究院，上海 201203
近年来，随着超材料研究的发展，中红外波段的吸波超表面得到了快速发展，其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理，然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势，最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。
探测器 中红外波段 超表面 完美吸收 热辐射 热隐身 光学学报
2022, 42(17): 1704001
1 国家光学仪器工程研究中心 浙江大学光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
2 浙江大学 宁波研究院，浙江 宁波 315100
海洋是涵盖超过70%地球表面的连续海水，发展先进的海洋生物光学监测手段对海洋生态系统的保护至关重要。文中综述了笔者团队在小型高光谱图谱仪与激光雷达系统搭建及其在海洋生物检测等应用上的部分近期工作。图谱仪方面介绍了不同空间扫描方式的高光谱图谱仪在透射、反射及荧光等不同工作模式下，对数种藻类、斑马鱼等海洋生物进行了图谱检测，并且基于图谱数据结合机器学习算法实现了微藻种类的精准分类和藻类生长周期的准确预测；在激光雷达方面详述了使用非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在实验室和近岸实地环境进行了多次水生生物的测量实验，成功获取其荧光高光谱，证明了非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在海洋生物监测应用中的巨大潜力。此外，笔者团队还搭建了一套四维凝视成像探测系统能实现高光谱分辨率（3 nm）、高空间分辨率、高深度精度（27.5 μm）的精准探测。
高光谱图谱仪 沙姆激光雷达系统 水母 棕囊藻 四维探测 hyperspectral imager Scheimpflug lidar system jelly fish phaeocystis 4D detection 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211033
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, National Engineering Research Center for Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
A novel way to design arbitrarily shaped retro-reflectors by optics surface transformation is proposed. The entire design process consists of filling an optic-null medium between the input and output surfaces of the retro-reflector, on which the points have 180 deg reverse corresponding relations. The retro-reflector can be designed to be very thin (a planar structure) with high efficiency. The effective working angles of our retro-reflector are very large (from ?80 deg to +80 deg), which can, in principle, be further extended. Layered metal plates and zero refractive index materials are designed to realize the proposed retro-reflector for a TM polarized beam.
retro-reflector optics surface transformation Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 102201
1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心, 浙江 杭州 310058
2 苏州瑞蓝环保科技有限公司, 江苏 常熟 215558
种子活性受到存储条件的影响很大。 收集了真实情况下受到不同存储条件影响的种子, 通过发芽实验验证了其成活率存在差异。 再从中选择适量的种子样本, 采集其单颗种子的可见-近红外反射光谱, 运用不同的光谱预处理技术, 结合不同的机器学习建模手段, 以区分不同成活率的种子。 比较了不同的光谱预处理方法, 比如标准反射光谱校正、 多元散射校正等。 从识别准确度的角度, 认为标准反射光谱校正的方法, 能够很大程度上提升不同存活率种子的光谱差异性, 从而经过机器学习判断达到更高的识别准确度。 同时比较了支持向量机、 K邻近和距离判别分析等机器监督学习建模方法, 发现利用标准反射光谱校正的方法结合距离判别分析, 能够对种子样本实现完全准确的判定。 更进一步, 为了满足实际运用中快速识别的要求, 将高分辨率的光谱数据压缩成为低分辨率多通道带通光谱数据, 这样可以大大降低的光谱数据长度, 节约各种机器学习器在训练和判断中所用的时间。 使用简化过后的多通道带通光谱数据判定种子存活率, 其识别准确度仍然接近90%。 充分说明了, 利用多通道宽带光谱数据, 并选择合适的机器学习建模方式, 足以满足实际选种产业的一般性需求, 有潜力作为未来粮种成活率快速鉴别的技术手段。 还采用了多种带通宽度以简化光谱, 分析比较不同带通宽度对识别精度的影响。 总体来说由于带宽增大, 数据量减少, 识别速度更快, 但是识别精度降低。 从10～50 nm改变光谱带宽, 标准反射校正后的简化光谱的识别精度从87.50%下降到58.75%。 在实际运用中, 需要权衡识别速率和预期识别精度, 合理的选择带宽。 验证了根据简化后的可见近红外反射光谱, 能够较快速且准确的识别水稻种子存活率, 为以后的基于带通滤波片的快速种子存活率识别奠定了基础。
水稻种子 可见近红外光谱 简化光谱 光谱预处理 机器学习 成活率 Rice seeds Visible-near-infrared spectra Simplified spectra Spectra pretreatment Machine learning Germination rate
1 国家光学仪器工程研究中心 浙江大学光及电磁波研究中心, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学 宁波研究院, 浙江 宁波 315100
海洋是地球生态环境的重要一环, 但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏, 如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息, 在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术, 实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式, 实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理, 通过空气-水界面折射矫正, 成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构, 近处恢复精度可达毫米级, 表面纹路清晰可见, 为海洋监测应用提供了新的技术支持。
高光谱图谱仪 沙姆激光雷达系统 沙姆成像原理 溢油 赤潮 海洋原位探测 三维形貌 hyperspectral imager Scheimpflug lidar system Scheimpflug imaging principle oil spill red tide marine in-situ detection 3D shape 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203001
Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Optical and Electromagnetic Research, National Engineering Research Center for Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2 Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China
In this paper, recent advances in underwater wireless optical communication (UWOC) are reviewed for both LED- and LD-based systems, mainly from a perspective of advanced modulation formats. Volterra series-based nonlinear equalizers, which can effectively counteract the nonlinear impairments induced by the UWOC system components, are discussed and experimentally demonstrated. Both the effectiveness and robustness of the proposed Volterra nonlinear equalizer in UWOC systems under different water turbidities are validated. To further approach the Shannon capacity limit of the UWOC system, the probabilistic constellation shaping technique is introduced, which can overcome the inherent gap between a conventional regular quadrature amplitude modulation (QAM) format and the Shannon capacity of the channel. The experimental results have shown a significant system capacity improvement compared to the cases using a regular QAM.
060.2605 Free-space optical communication 060.4080 Modulation 140.7300 Visible lasers 010.4450 Oceanic optics Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100012
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江省传感重点实验室, 光及电磁波研究中心, 浙江 杭州 310058
在钢板的生产和使用过程中，钢板厚度的测量极其重要。传统的激光三角法不适合测量粗糙表面物体和多散射介质的厚度。基于硅酸铋光折变晶体搭建了一套自适应的双波混合干涉仪系统，使用该系统精确测量了铝块的厚度。由于光折变效应形成的全息光栅使信号光和参考光发生衍射，解调出超声振动信号。动态全息光栅的形成，能自动滤除环境引起的低频扰动。该系统在厚度测量、粗糙面超声振动测量中具有灵敏度高、调节方便、非接触、价格相对便宜等特点，将来与激光超声技术相结合在内部缺陷检测上有非常广阔的前景。
测量 双波混合 全息光栅 金属板 超声
1 华南师范大学, 光及电磁波研究中心, 广东 广州 510006
2 浙江中控太阳能技术有限公司, 浙江 杭州 310053
先进的光学纳米探针对于生物组织的光学成像、疾病的诊断和治疗具有巨大的促进作用, 尤其是对于生物体分子水平活动的动态信息的深入了解。新型的光学探针如纳米金棒、上转换纳米颗粒和氧化石墨烯等, 能克服传统探针的一些不足, 具有较高的对比度、稳定性和生物兼容性, 而且还拥有深层组织成像和实时动态成像的能力。本文对这些纳米光学探针的光学性质和优点进行了简要的介绍, 并通过综述作者及其他研究者在过去几年的研究成果, 总结这些先进的纳米探针在生物成像和医学诊断、治疗方面的应用, 并展望其应用前景。
光学探针 纳米颗粒 生物光学成像 optical probes nanoparticles bioimaging
介绍了基于色散补偿光纤（作为拉曼增益介质）和掺铒光纤混合增益的多波长光纤激光器。实验证明了拉曼放大机制能够有效地抑制光纤激光器内不同波长激光的增益竞争, 实现了在室温条件下均衡、稳定的多波长激光输出。
光纤激光器 拉曼 掺铒光纤 多波长
