1 国网新疆电力有限公司电力科学研究院, 乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司, 乌鲁木齐 830000
3 北京物联感知科技有限公司, 北京 101100
基于光栅传感的分布式光纤复合架空地线(OPGW)健康监测得到了广泛研究。针对OPGW光缆舞动事件, 提出一种基于三次样条函数拟合的舞动波长预测方法。首先, 通过理论推导, 建立光栅传感相位变化量与舞动波长的数学联系; 然后, 利用仿真分析理想舞动情况下信号三次样条函数拟合前后的相移信号结果, 初步证明了所提方法的有效性; 最后, 将其应用在某220kV线路, 对比分析典型弱风环境及强风环境下的舞动监测强度图。实际监测结果表明, 所选取方法能够有效改善强度图信号特征, 可得出强风条件下档距内舞动波长约为200m, 弱风条件下档距内舞动波长约50m。该方法为舞动事件的图像识别智能监测提供技术参考, 具有较好的应用前景。
1 辽宁科技学院电气与信息工程学院 机器人工程系，辽宁 本溪 117004
2 华晨宝马汽车有限公司，辽宁 沈阳 110000
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
报道了利用垂直外腔面发射激光器（Vertical external cavity surface emitting laser，VECSEL）的增益谱与腔模的大失配设计实现VECSEL双波长同时激射的方法，设计了稳定的振荡腔结构，理论预测了这种VECSEL的三种工作状态并进行了实验验证。随着VECSEL泵浦功率增加，增益芯片内部工作温度逐步升高，VECSEL依次出现带边波长激射、双波长激射及腔模波长激射三种工作状态。最初VECSEL的激射波长位于带边模式决定的激光波长（952.7 nm），随着泵浦功率增加，增益芯片热效应增强，腔模波长与带边波长出现模式竞争，此后出现双波长激射现象。双波长峰值强度接近时VECSEL激光输出功率达到359 mW，激光波长分别位于954.2 nm和1 001.2 nm，在该位置附近VECSEL的输出功率曲线呈现明显的二次阈值现象。当泵浦功率持续增加，激光输出波长变为腔模波长激射，激光波长位于1 002.4 nm。在单波长及双波长工作状态下VECSEL的光斑形貌均为高斯形貌的圆形对称激光光束，激光光束发散角半角由5.7°增加到7.9°。这种单芯片双波长输出VECSEL方案未来在抗干扰激光雷达以及频率转换太赫兹激光等方面有着很好的应用潜力。
双波长面发射激光器 模式竞争 激光雷达 频率转换 dual-wavelength lasing mode competition LiDAR frequency conversion
1 上海大学 材料科学与工程学院， 上海 200444
2 桂林电子科技大学 材料科学与工程学院， 广西 桂林 541004
通过将玻璃粉体与发射波长为535~550 nm的黄绿色和660 nm的红色荧光粉混合制备出浆料，采用丝网印刷方法将其印刷在高热导蓝宝石片上，在较低烧结温度下成功制备出具有高显指白光的PiG荧光薄膜(Phosphors in glass flim，PiGF)，并系统地研究了玻璃/荧光粉比例及荧光粉配比对PiGF在色温(CCT)、显色指数(CRI)、发光效率(LE)等方面的影响规律。在12.5 W电功率的蓝光激光(455 nm)激发下，当荧光粉/玻璃质量比例为1∶4、535 nm/660 nm荧光粉质量比为9∶1时，可产生色温为5 500 K、显色指数达92的高显指白光PiGF。该结果表明PiGF在高显指、白光激光照明领域具有极大的应用价值。
荧光薄膜 激光照明 高显色指数 PiG荧光薄膜 fluorescent film laser-driven lighting high CRI phosphors in glass flim(PiGF)
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
研究了基于BCl3/Cl2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀对氮化镓基分布式反馈激光器中光栅的刻蚀, 详细研究了刻蚀气体BCl3/Cl2流量比和压强对刻蚀台面侧壁的粗糙度、陡直度以及刻蚀速率的影响, 发现以SiO2 作为硬掩膜, 刻蚀速率、台面侧壁粗糙度以及陡直度随着刻蚀气体BCl3/Cl2流量比以及压强变化有着显著变化。保持ICP功率和射频功率分别为300 W和100 W, 当刻蚀气体BCl3/Cl2流量比为1、压强为1.33 Pa(10 mTorr), 最终得到200.6 nm/min的可控刻蚀速率、倾角85.3°且光滑的台面侧壁, 实现了在保证光栅侧壁光滑的同时提升侧壁倾角。陡直且光滑的光栅对于提升氮化镓基分布式反馈激光器的器件性能及其稳定性非常重要。
氮化镓 分布式反馈 光栅 电感耦合等离子体刻蚀 gallium nitride distributed feedback grating inductively coupled plasma etching BCl3/Cl2 BCl3/Cl2
1 桂林理工大学 材料科学与工程学院, 广西 桂林 541000
2 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
采用高温固相法成功制备出新型Sr1-2xPrxLixZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下, Sr1-2xPrxLixZnOS的发光位于522 nm和674 nm, 分别来自于Pr3+离子从激发态3P0到3H5、3F2的跃迁。随着Pr3+浓度增加, 发光强度先增加后减小, 在x=0.015时发光最强, 且衰减时间从17.79 μs减短到5.93 μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr3+离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度IG/IR随着掺杂浓度的增加呈线性减小, 且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路, 在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。
应力发光 mechanoluminescence SrZnOS SrZnOS Pr3+ Pr3+
1 深圳大学 材料学院, AIE研究中心, 广东 深圳518060
2 香港科技大学 化学系, 国家人体组织功能重建工程技术研究中心香港分中心, 中国 香港999077
光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断和同时原位治疗的新型诊疗模式, 它具有时空选择性高、毒副作用低、疗效好和可控性强等优点, 在疾病诊疗中展现了巨大的应用潜力。近些年, 得益于其生物安全性好、光物理性质可调、易于合成和功能化修饰、出色的荧光和光敏性能、以及可便于构筑多模态诊疗试剂等优势, 聚集诱导发光材料在光学诊疗领域取得了重大突破进展。基于此, 本文从如何通过精准分子设计以及调控分子在聚集态下的运动构筑高效的聚集诱导发光光诊疗体系出发, 从荧光成像指导的光动力治疗、光声成像指导的光热治疗和多模态成像指导的协同治疗三个方面总结了聚集诱导发光材料在光学诊疗领域的最新研究进展, 并对其未来的发展方向与前景进行了展望。
聚集诱导发光 光学诊疗 聚集增强诊疗 生物医学应用 aggregation-induced emission phototheranostics aggregation-enhanced theranostics biomedical applications
1 新疆大学信息科学与工程学院信号检测与处理新疆维吾尔自治区重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 中国移动通信研究院, 北京 100053
3 清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心, 北京 100084
4 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
5 国网新疆电力有限公司电力科学研究院电网技术中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
综述了面向无人机(UAV)领域光无线通信(OWC)的主要研究进展,分别阐述了借助光无线技术在无人机与陆上终端间、无人机与无人机之间以及无人机与卫星之间,实现稳健、宽带通信链路的诸多研究进展与关键使能技术。重点阐述了不同无人机光无线链路配置下的链路建模、参数优化、实验测试。同时,也初步讨论了高速、高可靠无人机机载光无线通信技术在模块化实现、高空平台应用等方面的发展趋势。
光通信 无人机 自由空间光 可见光通信 光通信链路 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230003
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 嘉兴学院南湖学院, 浙江 嘉兴 314001
3 同济大学 物理科学与工程学院, 上海 200092
采用溶胶-凝胶法制备了Lu2Si2O7∶Ce纳米晶, 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪、X射线激发发射谱仪对制备的Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的晶相结构、微观形貌和光学性能进行了表征。结果表明, 溶胶-凝胶法制备的Lu2Si2O7∶Ce前驱体在煅烧温度为1 000 ℃时开始晶化, 晶粒尺寸随着煅烧温度的升高而变大, 1 200 ℃煅烧2 h后的晶体颗粒均匀, 分散性最优, 平均晶粒尺寸约为28.9 nm, 呈近球形; Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的紫外吸收谱存在峰位分别为304 nm和350 nm两个吸收峰, 源自于Ce3+离子的4f→5d跃迁; 光致发射谱和X射线激发发射谱都表现为典型的非对称双峰结构, 归属于Ce3+离子的5d1→2F5/2和5d1→2F7/2跃迁, Ce3+离子的最佳掺杂浓度约为1%; 荧光衰减时间约为37.2 ns, 可满足高时间分辨X射线探测需要。
闪烁材料 Lu2Si2O7∶Ce纳米晶 溶胶-凝胶法 荧光光谱 X射线探测 scintillation materials Lu2Si2O7∶Ce nanocrystalline sol-gel method photoluminescence X-ray detection
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100039
为满足高功率激光装置全程光路自动准直快速性及高精度的要求, 提出了一种光斑对应椭圆的长短轴差值法对光斑形状调节, 并结合重心法快速、高精度的获取光斑图像中心位置.利用大律法、3×3邻域法及8向链码法对光斑图像进行处理, 得到面积最大的光斑;分析最大光斑区域中心距, 求出最大光斑对应椭圆的长短轴长, 并根据长短轴差值调节光斑形状, 至长短轴差值近似为零, 获得形状最规则的光斑;分析形状最规则光斑的中心位置与其基准位置在x和y方向的偏差, 并将该差值转为闭环控制的步进电机所需要调整的步数, 实现激光光束的自准直.该算法应用在高功率激光装置中, 结果表明, 主放大光路的准直时间缩短为15 min, 近场准直的准确度优于0.2%, 远场指向准确度优于1 μrad, 满足高功率激光光束的准直要求.
自动准直 闭环控制 图像处理 长短轴差值法 光斑中心 高功率激光器 步进电机 Automatic alignment Closed-loop control Image processing Difference method between the long and short axis Spot center High power laser Stepping motor
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
采用12只出射波长为976 nm的传导冷却半导体激光短阵列为发光单元, 研制出了百瓦级高功率光纤耦合模块。首先, 利用光束转换器(BTS)和柱透镜对每只半导体激光短阵列进行光束整形, 使得快慢轴方向光束质量接近并且发散角相同; 然后, 应用空间合束技术将每6只半导体激光短阵列在垂直方向上叠加, 形成一个激光组, 并利用偏振分束器(PBS)将两个激光组偏振合束; 最后利用优化设计的三片式聚焦镜将激光耦合到光纤中。实验结果表明: 该光纤模块的连续输出激光功率可达418.9 W, 光纤芯径仅为400 μm, 数值孔径(NA)为0.22, 由此可得到激光亮度为2.19 MW/(cm2·str)。利用Matlab软件分析光纤出射的光束形貌为平顶分布, 显示其适合用于金属材料的硬化和焊接等领域。最后测量了模块的光谱, 电流从20 A增加到50 A时, 激光的峰值波长漂移了6.8 nm, 并且在50 A时光谱宽度为4.12 nm, 表明该光纤耦合模块散热良好。同其它类型激光器相比, 本激光模块电光转换效率和出光功率高, 适用于材料加工和泵浦光纤激光器等领域。
半导体激光短阵列 光纤耦合 高功率激光 光学设计 空间合束 偏振合束 diode laser short bar fiber coupling high power laser optical design spatial multiplexing polarization multiplexing
