1 江苏师范大学物理与电子工程学院, 徐州 221116
2 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083
3 徐州工程学院物理与新能源学院, 徐州 221000
4 江苏锡沂高新材料产业技术研究院, 徐州 221400
5 徐州康纳高新材料科技有限公司, 徐州 221400
透明陶瓷是一种具有广阔应用前景的无机非金属材料, 但以粉末烧结为主的传统制备策略存在依赖高质量原料粉体、需要长时间高温处理、设备和工艺复杂、生产成本高等技术限制。玻璃晶化法是通过调控晶化过程实现玻璃全部结晶并且获得透明陶瓷的新方法, 因其可以克服与传统透明陶瓷加工相关的技术困难, 并在合成高致密度、无气孔、非立方相、纳米结构透明陶瓷等方面具有独特的优势, 而受到人们的广泛关注。本文首先从玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷的工艺方法和组分体系两方面入手, 详细概述了该方法的发展历程和研究现状。接着, 指出了目前研究中存在的问题, 并对其未来发展前景进行了展望, 以期该方法能够广泛应用于制备下一代高性能透明陶瓷材料。
玻璃晶化法 玻璃 氧化物透明陶瓷 非立方相 纳米结构 组分体系 glass crystallization method glass oxide transparent ceramics non-cubic phase nanostructure component system
为了解决靶场典型刚体目标（大多具有线性外化特征）光学姿态处理的算法共性适应问题，提出了直线矢量三维-二维（3D-2D）物像映射通用关系，后依据所需选取直线矢量进行物像方向映射后匹配的方法获取姿态角信息。首先对目标主体直线矢量进行了旋转变换，获取了关键主体直线矢量与所求姿态角的理论对应关系，然后将关键矢量向确定像面进行投影，确立了空间直线矢量至投影像面姿态的映射关系，并通过分站映射结果对空间直线矢量进行了重构，以达到闭环验证映射结果正确性的目的。该研究为基于直线矢量的光学姿态处理提供了重要的直线矢量3D-2D姿态映射关系，并以此为基础，进行纯方向姿态解算。尤其在中长远动态目标姿态测量中遮挡、变换过程中具有良好适应性，与现有典型姿态处理结果对比，验证了本文算法的正确性和可靠性。
测量 物像映射 姿态测量 直线矢量 矢量重构 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1912001
1 江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州221116
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
石榴石基荧光材料具有多格位掺杂、离子掺杂选择范围宽、能量传递效率高等突出优势，是无机发光材料研究的热点；过渡金属离子在光谱可调谐性、原料来源广泛性等方面显著优于稀土离子；然而，其在发光效率、价态调控特别是在复杂晶格结构中的发光机理尚存在挑战，吸引了众多研究者关注。本文综述了过渡金属离子特别是Cr3+、Mn2+/4+在石榴石结构荧光材料中的光谱特性和发光行为，介绍了该类材料在固态照明与显示、生物医学成像、植物照明等前沿领域的研究与应用现状。
过渡金属 石榴石体系 荧光材料 发光材料 transition metals garnet structure fluorescent materials luminescent materials
1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院，广东 佛山 528225
3 华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
随着新能源、特高压需求爆发，以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展，大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实，相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料，单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度，在光学元件领域的应用具有广阔前景，但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题，提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法，通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度；利用对熵增理论的分析，从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in (1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验，结果表明：在相同初始粗糙度情况下，确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值，但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰，而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性，同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。
单晶碳化硅 伪随机轨迹 粗糙度 monocrystalline silicon carbide pseudo-random tool path roughness 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220838
1 安徽农业大学信息与计算机学院，安徽 合肥 230036
2 智慧农业技术与装备安徽省重点实验室，安徽 合肥 230036
3 安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 230036
随着农业机器人技术的不断进步和发展，利用机器人采集和处理特定农作物图像信息在农业应用领域中越来越重要，针对传统图像处理方法提取的玉米植株轮廓不完整甚至是缺失的问题，提出一种改进的玉米植株轮廓提取方法。采用HSV颜色空间对玉米植株的绿色叶部分进行图像提取，同时使用RGB通道分离方式对红色的根部分进行图像提取，在得到叶部、根部图像后使用F-B算法选取特征点并对特征点进行描述和匹配，并利用随机抽样一致性算法剔除错误的匹配点，最后用加权融合方式对图像进行拼接并选用Sobel算子提取植株轮廓。实验结果表明，F-B算法相比于传统scale-invariant feature transform（SIFT）、speeded up robust features（SURF）、oriented FAST and rotated BRIEF（ORB）算法在匹配速度、精确度上有所提升且匹配准确度高于80%，使用Sobel算子提取植株图像轮廓，获得的图像清晰度和完整度较好。该方法能够在较快速度和较高的精准度下实现对玉米植株的轮廓提取。
图像处理 玉米植株 特征点提取 特征点匹配 轮廓提取 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210004
1 合肥工业大学特种显示与成像技术安徽省技术创新中心，特种显示技术国家工程实验室，光电技术研究院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
3 安徽芯瑞达科技股份有限公司，安徽 合肥 230601
提出了一种单个透镜目标面照度分布的设计方法，根据背光中Mini-LED光源数量及阵列排布间距、混光距离、目标面光斑半径等信息，建立了背光目标面上照度值与单颗透镜目标面照度分布之间的映射矩阵，通过LSQLIN迭代优化算法得到单颗透镜目标面照度分布，最后采用光源-目标面能量映射法设计双自由曲面透镜。以Mini-LED阵列排布间距为、混光距离为且目标面光斑半径为为例进行设计。仿真结果表明，所设计的透镜阵列应用于光源数为的Mini-LED背光时，目标面照度均匀性达到，对比常用的均匀分布及高斯分布分别提升和。本方法在确保背光照度均匀性的前提下降低了透镜设计的计算复杂度，无需大量的后续优化工作，为Mini-LED背光中双自由曲面透镜的设计提供了一种实用有效的方法。
光学设计 背光模组 双自由曲面透镜 目标面照度分布 迭代优化算法
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.南京工业大学 材料科学与工程学院, 南京 211816
3 3.中国航空制造技术研究院, 北京 100024
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件, 但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象, 采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd2SiO5、X2-RE2SiO5(RE=Y, Er)涂层, 并研究其在富Al2O3的CMAS熔盐环境(1400 ℃)的腐蚀行为与机制。结果表明, X2-RE2SiO5(RE=Y, Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd2SiO5涂层, 这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后, X1-Gd2SiO5涂层表面仅生成磷灰石相; X2-RE2SiO5涂层不仅生成磷灰石相, 涂层中的RE2O3还与CMAS中的Al2O3反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO2的相对含量, 促进磷灰石致密层的生成, 从而改善其耐蚀性能。
环境障涂层 稀土硅酸盐 CMAS腐蚀 腐蚀机理 environmental barrier coating rare-earth silicate CMAS corrosion corrosion mechanism
稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb2SiO5/Yb2Si2O7/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na2SO4+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb2SiO5/Yb2Si2O7/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb2SiO5涂层, 在Yb2Si2O7中间层发生富集。涂层中Yb2SiO5相具有良好的稳定性, Yb2O3第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb2O3含量减少。中间层Yb2Si2O7相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb9Si6O26和钠硅酸盐, 并产生Cl2和SO2等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。
环境障涂层 硅酸镱 Na2SO4+25% NaCl熔盐 腐蚀机制 environmental barrier coating ytterbium silicate Na2SO4+25% NaCl molten salt corrosion mechanism
1 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
2 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
合束是实现量子级联激光器高功率输出的关键技术，基于激光的偏振特性，研究了偏振合束的实验原理及实验方法。使用线栅偏振片和中波半波片组成偏振合束装置，对两路4.05 μm量子级联激光器进行偏振合束，测试了中波半波片对4.05 μm激光的透过率以及中波线栅偏振片对4.05 μm激光透射率和反射率与入射角的关系，通过实验研究，当透射路光束和反射路光束与线栅偏振片的夹角为30°时，透射路的透射率为81%，反射路反射率为91%，其光束合束效率达到约86%，并使用光束质量分析仪对合束之后的光束质量进行测试分析。结果表明：两路光束通过该合束装置合束之后，在保证合束效率的条件下，具有较好的光束质量。
偏振合束 量子级联激光器 线栅偏振片 半波片 polarization beam combining quantum cascade laser wire grid polarizer half-wave plate 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210679
1 合肥工业大学 微电子学院，合肥230009
2 合肥工业大学 光电技术研究院，合肥30009
3 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，合肥20009
提出了一种基于图像区域特征的分区调光算法。首先，按背光分区对相应显示区域的图像特征进行提取和分类；然后基于改进的误差修正法得到该分区的初始背光值，再根据图像细节特征来调节亮度调光因子，最终确定输出的背光值；最后将输入显示图像使用高斯滤波进行高低频分离，按照细节含量的不同进行基于S曲线的像素补偿。实验结果表明，采用所提调光算法的显示器，与未采用调光技术的显示器相比，背光功耗降低了38.36%。与原有误差修正算法相比，图像的平均峰值信噪比提高了7.83 dB，平均信息熵提升了6.32%。证实本算法可以在较大幅度降低显示功耗、提升静态对比度的同时，更多地保留了原图像细节。
动态调光 液晶显示 图像分类 S曲线 高斯滤波 local dimming LED image classification S curve Gaussian filtering
