与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同，本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处，通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场，并选择合适的偶极子天线长度，就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明，创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致，球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活，可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑，这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013012
华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室， 广东 广州 510641
喷墨打印制备的量子点（Quantum dots，QDs）薄膜形貌对多层发光器件的性能影响显著（如量子点发光二极管），其中咖啡环与拱状形貌是典型的薄膜均匀性问题，通过液滴调控实现高质量QDs薄膜是发展量子点电致发光显示的关键。研究工作表明，通过溶剂实施的墨水调控被证明是改变沉积薄膜形貌的有效手段。然而，优化出可消除咖啡环或拱状形貌的墨水流变参数往往需要大量耗时的实验，墨水配制筛选效率低。本研究基于薄膜形貌分析结合机器学习方法，试图将溶剂流变参数与喷墨打印QDs薄膜形貌直接联系起来，并以红光QDs为溶质，以烷烃或直链酯类为溶剂，研究发现通常使用的一元溶剂和二元溶剂体系中，所使用溶剂的沸点比表面张力或粘度参数对薄膜沉积形貌的影响更加显著，在二元溶剂中薄膜形貌与沸点较高的溶剂组分密切相关。为得到厚度均匀的平整薄膜，建议一元溶剂墨水体系的溶剂或二元溶剂墨水体系中较高沸点的溶剂的沸点范围为250~265 ℃。
量子点墨水 喷墨打印 溶剂 机器学习 quantum dot ink inkjet printing solvent machine learning
1 昆明理工大学国土资源工程学院, 云南 昆明 650093
2 云南省高校高原山区空间信息测绘技术应用工程研究中心, 云南 昆明 650093滇西技术应用大学地球科学与工程学院, 云南 大理 671009
3 昆明理工大学国土资源工程学院, 云南 昆明 650093云南省高校高原山区空间信息测绘技术应用工程研究中心, 云南 昆明 650093
高光谱遥感技术能够更细致地检测出岩矿的光谱特征, 为高光谱岩矿识别提供了强有力手段。 基于特定吸收特征波段的高光谱岩矿识别模型依赖很高的先验知识且难以满足区分不同类型岩石的要求, 因此探索建立准确、 高效的高光谱岩石自动识别模型具有重要意义。 在禄丰恐龙谷地区采集三类典型的沉积岩(泥岩、 砂岩和灰岩各21个)作为目标样本, 采用ASD FieldSpec3地物光谱仪获取沉积岩样本在350~2 500 nm范围内的高光谱数据, 对原始光谱进行一阶微分、 连续统去除变换并分析其光谱特征, 采用连续投影(SPA)、 竞争性自适应重加权采样(CARS)和迭代保留信息变量法(IRIV)三种特征变量选择算法选取原始光谱及其变换光谱中的特征波长, 基于全波段和特征波长数据分别建立支持向量机(SVM)和随机森林(RF)识别模型。 结果表明: 三种特征变量选择算法对高光谱数据都具有较好的降维效果, 从原始光谱及两种变换光谱选取出的特征波长数量在7~59个之间。 综合光谱变换处理与特征变量选择算法进行模型测试对比试验, 发现组合连续统去除-SPA-SVM模型方法在识别三类目标沉积岩上的表现最好, 其识别精度为0.952 4, 此时选取出用于输入模型的特征波长数量为10个, 只占全波段的0.5%, 大大降低了模型的运算量, 其中2个特征波长位于550 nm附近的Fe2+和Fe3+吸收带, 2个位于900 nm附近Fe3+吸收带, 5个位于1 900和2 200 nm附近的水分子、 羟基吸收带, 其分布可以较好地反映沉积岩化学成分差异导致的光谱吸收特征规律。 实验结果表明采用光谱变换与特征变量选择算法进行高光谱沉积岩自动识别是可行的, 能为高光谱岩矿识别方法提供参考。
高光谱 沉积岩 光谱分析 特征波长选取 支持向量机 Hyperspectral Sedimentary rock Spectral analysis Characteristic wavelength selection Support vector machine 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2855
1 1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 先进能源材料工程实验室, 宁波 315201
2 2.中国科学院大学, 北京 101408
3 3.宁波杭州湾新材料研究院, 宁波 315336
4 4.林雪平大学 物理、化学和生物学系, 瑞典 林雪平 SE-58183
5 5.哈尔滨工业大学 特种环境复合材料技术国防科技重点实验室/复合材料与结构研究所, 哈尔滨 150001
6 6.北京航空航天大学 材料科学与工程学院, 北京 100191
7 7.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
8 8.北京交通大学 机械与电子控制工程学院, 北京 100044
9 9.东南大学 材料科学与工程学院, 南京 211189
10 10.复旦大学 光电研究院和上海市智能光电与感知前沿科学研究基地, 上海 200433
11 11.北京大学 核物理与核技术国家重点实验室, 北京 100871
MAX/MAB相是一类非范德华三元层状材料, 具有丰富的元素组成和晶体结构, 兼具陶瓷和金属的物理性质, 在高温、强腐蚀、辐照等极端环境中极具应用潜力。近年来, 由MAX/MAB相衍生的二维(2D)材料(MXene和MBene)在材料物理与材料化学领域引起了广泛兴趣, 已经成为继石墨烯和过渡金属硫族化合物之后最受关注的二维范德华材料。MAX/MAB相材料结构调控不仅对这类非范德华层状材料本征性能产生重要影响, 而且对其衍生的二维范德华材料结构功能特性研究也具有重要价值。本文归纳和总结了MAX/MAB相层状材料在结构调控、理论计算和应用基础研究等方向的最新科研进展, 并展望了该类层状材料未来发展方向。
MAX相 MAB相 二维过渡金属碳氮化物 结构调控 理论计算 综述 MAX phase MAB phase MXene structural modulation theoretical calculation review
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
以治疗血栓的新型药物拜瑞妥为例，利用远红外光谱，实现了药物快速准确的定量分析。首先，基于密度泛函理论进行理论仿真，分析了拜瑞妥基团结构的振动模式，预测其在0~100 cm-1波数范围内存在多种共振吸收。接着，利用远红外光谱仪对拜瑞妥进行检测，获得了与理论仿真结果高度一致的实验谱图，明确了拜瑞妥在远红外频段的特征吸收峰。最后，对不同质量拜瑞妥样品进行了测试，研究了拜瑞妥的特征吸收峰强度与其质量之间的线性关系，以多个特征峰为指标进行联合分析，实现了拜瑞妥药物含量的快速定量分析。研究结果有助于推动相关抗血栓药物的快速检测手段的发展。
医用光学 远红外光谱 拜瑞妥 定量检测 密度泛函理论 中国激光
2023, 50(15): 1507207
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
为进一步提高室内可见光三维定位的精度, 提出了一种基于最小三角形算法的室内可见光三维定位方法。该方法采用视距链路模型, 由定位终端接收携带发光二极管位置信息的光强信号, 利用最小三角形算法和接收信号强度指示方法来计算接收机在室内的三维位置信息, 再引入加权质心算法降低光路受遮挡所造成的影响。仿真结果表明: 在室内5 m×5 m×3 m的定位区域内, 提出的定位方法平均定位误差约为4.35 cm, 平均高度误差约为1.65 cm, 定位精度优于传统的室内可见光三维定位方法。
可见光 室内三维定位 最小三角形算法 质心加权算法 visible light indoor three-dimensional positioning minimum triangle algorithm weighted centroid algorithm
1 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
2 云南省高校高原山区空间信息测绘技术应用工程研究中心，云南 昆明 650093
3 滇西应用技术大学，云南 大理 671000
为准确快速地预测土壤氧化铁含量信息，以禄丰恐龙谷南缘地表的土壤为研究对象，共采集135个样品，并在室内测得土壤光谱数据和氧化铁含量信息。首先，在对原始光谱进行Savitzky-Golay滤波平滑后，进行常规光谱变换和连续小波变换，并利用相关系数（CC）法对变换光谱与氧化铁含量进行相关性分析，筛选出每个尺度中通过0.01显著性检验的波长作为粗选的波长。然后，进一步利用竞争性自适应重加权（CARS）算法选择的波长作为特征波长。最后，通过遗传算法优化的支持向量机（SVR）进行建模。结果表明：连续小波变换可以提高土壤光谱反射率与氧化铁含量的相关性；通过CC-CARS波长选择方法可以有效地减少建模的自变量数目；第4尺度连续小波分解构建的模型 （L4-CC-CARS-SVR）效果最好，其建模集的决定系数R2为0.760，均方根误差ERMSE为5.236 g·kg-1，验证集的R2为0.663，ERMSE为7.798 g·kg-1，性能与四分位数间距比RPIQ达到了2.598，即模型具有很好的稳定性和预测能力。
光谱学 土壤 氧化铁 高光谱 连续小波变换 遗传算法 支持向量机 光学学报
2022, 42(22): 2230002
涡旋光束的中心为相位奇点，通常涡旋光束的涡旋轴（即相位奇点）位于光束的光轴上。但是考虑误差的存在，实际生成的涡旋光束会存在一定程度的离轴，因此研究离轴的相位奇点光束的特性具有重要的应用价值。基于Richards-Wolf矢量衍射理论，研究了具有非对称离轴双相位奇点的径向偏振高斯光束经过大数值孔径透镜后的强聚焦特性，主要分析了离轴距离和涡旋拓扑荷数对聚焦场的影响。研究结果表明：两个离轴距离和对应的两个拓扑荷数的相对大小对聚焦场光强的最大值偏移方向的影响是一致的；高阶涡旋光束的聚焦场会发生暗核分裂现象，出现多个暗核，暗核的个数等于两个涡旋拓扑荷数的相加值再减1。
物理光学 相位奇点 涡旋光束 离轴奇点 径向偏振 强聚焦 光学学报
2022, 42(20): 2026001
