尹维 1,2,3†李明雨 1,2,3†胡岩 1,2,3冯世杰 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,*
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室（SCILab），江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京理工大学智能计算成像研究院（SCIRI），江苏 南京 210019
4 苏州亚博汉智能科技有限公司（Abham），江苏 苏州 215000
散斑投影轮廓术通过投影单幅随机散斑图案编码场景的深度信息，利用散斑匹配技术建立立体图像间的全局对应关系，从而实现单帧3D重建。但由于被测物体表面的复杂反射特性和双相机间存在的视角差异，投影单幅散斑图案无法为整个测量空间中每个像素编码全局唯一的特征，由此带来的误匹配问题导致测量精度较低，难以满足一些工业场景的高精度测量需求。提出一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）投影阵列的散斑结构光三维成像技术及其传感器设计方法，所研制的三维结构光传感器集成了3个小型化散斑投影模组，投影一组空间位置不同的散斑图案，对被测场景的深度信息进行高效时空编码。提出一种由粗到精的时空散斑相关算法，以提升测量精度，重建复杂物体的精细轮廓。通过精度分析、三维模型扫描、小目标金属零件检测、复杂场景测量等实验证明，所提三维结构光传感器实现了远距离、大视场的高精度三维测量，可潜在应用于零件分拣、机器人码垛等工业场景。
三维成像 立体视觉 光学成像 散斑投影 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811014
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200241, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We investigate the strong coupling from 5,5’,6,6’-tetrachloro-1,1’-diethyl-3,3’-di(4-sulfobutyl)-benzimidazolocarbocyanine (TDBC) molecules near pure nano-triangular Ag prisms or Ag@Au hollow nanoshells. When TDBC molecules are deposited on pure Ag nanoprisms or Ag@Au hollow nanoshells with the plasmonic resonance peak, matching very closely with the absorption band of TDBC J-aggregates, obvious Rabi splitting can be observed due to the strong coupling regime. Meanwhile, the photoluminescence intensity decreased with the increasing of the temperature, verifying the decreasing plasmon–exciton coupling interaction in the higher temperature. Our experimental results are coincident with the simulation results calculated by finite-difference time-domain method.
surface plasmon nanoshells plasmon–exciton coupling Rabi splitting Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123602
中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院，广汉 618307
为了对脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场进行识别，建立了基于k最近邻(KNN)方法的分类模型。结合飞机尾涡Hallock-Burnham模型和脉冲多普勒激光雷达特性，提取脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场的特征参量。基于现有测试数据，在非均匀背景风场下利用KNN方法对飞机尾涡进行识别。结果表明，以准确率(ACC)和ROC曲线下的面积(AUC)作为评估标准，所提出的方法对尾流识别所获得的ACC和AUC分别为0.772和0.855。该方法可有效地识别飞机尾涡并具备较好的鲁棒性。
激光技术 多普勒激光雷达 k最近邻 特征提取 尾涡识别 laser technique Doppler LiDAR k-nearest neighbor feature extraction wake vortex identification
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院 智能计算成像实验室 (SCILab)，江苏 南京 210094
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京锆石光电科技有限公司，江苏 南京 210094
三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段，为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来，计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的“第四次影像革命”。《红外与激光工程》本期策划组织的“光学三维成像与传感”专题，共包含高水平稿件20篇，其中综述论文15篇，研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态，主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向：结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术（全息显示、集成光场显示等）、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域（如三维鬼成像）等。而此文作为本期专栏的引子，概括性地综述了典型的三维传感技术，并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用；讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向，以求抛砖引玉。
结构光 三维成像 三维测量 三维结构光传感器 structured-light 3D imaging 3D measurement 3D structured-light sensor 红外与激光工程
2020, 49(3): 0303001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, School of Physics and Material Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Department of Physics, Shanghai University, Shanghai 200444, China
3 Shanghai Engineering Research Center of Ultra-Precision Optical Manufacturing and Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (Ministry of Education), Department of Optical Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China
The ultrafast spin dynamic of in-plane magnetized Fe/Pt films was investigated by terahertz emission spectroscopy. The amplitude of the emitted terahertz wave is proportional to the intensity of the exciting laser beams. Both the amplitude and polarity of the terahertz wave can be adjusted by modifying the external magnetic field. The dependency of the amplitude on external magnetic fields is coincident to the hysteresis loops of the sample. Also, the polarity of the terahertz wave is reversed, as the magnetization orientation is reversed. The super-diffusive transient spin current with an inverse spin Hall effect is attributed to the main mechanism of the terahertz emission.
160.3820 Magneto-optical materials 310.6845 Thin film devices and applications 320.2250 Femtosecond phenomena Chinese Optics Letters
2019, 17(8): 081601
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量, 基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明, 随着电流从1 A增加到10 A, 快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加, 但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小, 光束质量因子M2仅从1.32增加到1.48, 光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射, 使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大, 光束质量因子M2从5.44增加到11.76, 光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明, 在快轴方向, 两者差别较大, 不能使用傍轴光束定义近似计算; 在慢轴方向, 两者近似相等, 可以使用傍轴光束定义近似计算。
半导体激光器 一般激光理论 激光器 semiconductor laser general laser theory lasers
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technologies, Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
2 School of Electrical Engineering and Telecommunications, The University of New South Wales, NSW 2052, Australia
3 College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering and Key Laboratory of Opto-Electronics Information and Technical Science, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We present a high-sensitivity fiber Bragg grating (FBG)-based microphone with a flat response and static pressure equalization. A very high dynamic sensitivity of the microphone is achieved by a pressure sensing structure based on a carbon fiber diaphragm. Static pressure equalization is realized by a balance structure with a capillary glass tube. The resonances of the sensor are suppressed by air damping structures, and a broadened flat response is achieved. An acoustic-solid interaction model was used to analyze the response characteristics of the microphone. An experimental prototype was produced and tested, and the results are well consistent with the design. The tested sensitivity was 10 dB re 1 pm/Pa from 10 Hz to 2.5 kHz with a fluctuation of less than ±1.5 dB. Combined with the phase-generated-carrier-based coherent detection scheme, the microphone can achieve a sound resolution of the milli-pascal level. The static pressure sensitivity is measured to be 0.27 pm/atm, which is 100 dB lower than the dynamic sensitivity.
060.2370 Fiber optics sensors Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 010601
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
模拟分析了大功率半导体激光器的稳态温度场, 通过温度场计算半导体激光器的热透镜焦距及其对慢轴发散角的变化量, 并获得半导体激光器的热功率及其关系。分析表明, 相同条件下热功率与热透镜焦距近似为反比关系, 与慢轴光束发散角近似为线性关系。当热功率达到10 W时, 热透镜焦距为568 μm, 慢轴发散角增加约10°。实验测量了不同工作电流条件下激光器的慢轴发散角, 结果显示模拟值与实验值基本一致。
激光器 半导体激光器 热透镜 热分析 慢轴发散角 中国激光
2018, 45(10): 1005004
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
在半导体激光器芯片与热沉的焊接过程中不可避免地会在焊料层产生一些空洞,而空洞会在铟的电迁移以及电热迁移作用下慢慢变大,使芯片局部温度迅速上升, 进而影响半导体激光器的性能。针对10 W的808 nm单管焊装半导体激光器建立三维有限元模型, 分别模拟计算了空洞面积、空洞厚度和空洞位置与结温的关系。芯片出光面边缘的有源区区域形成的空洞对芯片的结温影响更为显著, 最后得到空洞面积与器件结温的关系, 并表明对空洞率控制的重要性。
热特性 空洞 有限元 结温 thermal characteristics voids finite element junction temperature
长春理工大学, 高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
为了快捷而有效地检测半导体激光器的封装应力，设计了一种通过检测激光器巴条各个单元偏振度揭示出其封装应力分布的实验方法。实验测试半导体激光器巴条的各项参数，并利用有限元软件模拟，通过半导体能带与应力理论，说明偏振度与封装应力的影响关系。实验表明，巴条个别发光单元的偏振度较低、阈值电流较高是由于封装应力较大。通过计算，封装应力为141.92 MPa，偏振等效应力最大为26.73 MPa。实验器件在阈值以下的偏振度较好地反映了封装应力的分布趋势。利用阈值电流以下测量器件偏振度，可以为选择热沉及焊料材料、焊接工艺参数的改进等方面提供一个较为快捷而有效的检测方法。
巴条 偏振度 封装应力 偏振等效应力 laser bar polarization packaging induced stress polarization equivalent stress
