1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光机所 光子器件与材料安徽省重点实验室，合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光机所 中国科学院环境光学与技术重点实验室，合肥 230031
3 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，合肥 230026
4 国防科技大学 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230026
5 合肥师范学院 物理与材料工程学院，合肥 230601
6 蚌埠学院 电子与电气工程学院，蚌埠 233030
7 国家管网集团科学技术研究总院分公司，廊坊 065000
8 苏黎世联邦理工大学，量子电子学研究所，瑞士 苏黎世CH-8093
9 思克莱德大学，电气与电子工程系，英国 格拉斯哥G11XW
10 台湾云林科技大学 环境与安全卫生工程系，云林64002
稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用。相对于传统的稳定同位素分析方法，基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术，作为一种较新的同位素丰度测量方法，具有选择性好、精度高、体积小、无需样品预处理、可以实时原位同时测量气体浓度及同位素丰度等众多优点，得到了极大的关注和使用。本文主要以目前同位素测量的可调谐半导体激光吸收光谱技术、积分腔吸收光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术三种激光吸收光谱方法为例，阐述了其基本原理、谱线选择、温压影响因素及其控制、系统组成结构以及部分应用测试结果。通过对测量系统的压力与温度的稳定控制的前提下，选取了合适的同位素测量谱线对，实现了大气CO2气体的13C测量精度为0.3‰，煤层气CH4气体的13CH4测量精度为1.25‰，冰川水H2O中18O、17O和2H的测量精度分别为0.3‰、0.2‰和0.5‰，以及呼吸气体中的13CO2判识“金标准”。通过分析验证了激光吸收光谱技术在同位素测量方面的可行性和可靠性，也充分说明了基于激光吸收光谱技术的测量方法具有非常好的技术优势，将是光谱研究领域关注的重点内容，并在后续的科学研究中占据举足轻重的作用。
气态同位素 可调谐半导体激光吸收光谱技术 积分腔吸收光谱技术 腔衰荡吸收光谱技术 Gas isotope Tunable diode laser absorption spectroscopy Integrated cavity output spectroscopy Cavity ring-down absorption spectroscopy
在基于光学技术的机器视觉系统中, 雾天图像的退化问题给诸多应用造成困难, 尤其对公共安全领域中的预警分析影响比较大, 例如雾天情况下的无人机移动监测预警, 公安、边防的固定视频监控等。现有的采用合成数据集训练的深度学习去雾算法也难以应用于以上实际环境。为此, 提出一种基于无监督学习的单幅图像去雾算法。首先, 通过改进无监督算法YOLY的提取模块, 提高所获取的图像质量; 然后, 调整对大气光值参数的限制, 提高生成图像的亮度; 最后, 通过多种损失函数调整, 进一步提升图像的质量。实验结果表明, 该方法处理后的图像色彩鲜明, 细节完整, 更接近于真实图像, 并且图像噪声显著降低, 具有实际应用价值。
机器视觉 图像去雾 无监督学习 machine vision image dehazing unsupervised learning
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430223
基于三角形衍射光栅搭建的三维磁光阱实现了87Rb原子的冷却囚禁，自主完成了三角形衍射光栅的设计制备，在保证合理衍射效率及衍射圆偏度的情况下有效抑制了零级光效率，其参数满足光学粘胶平衡条件。基于该光栅搭建了一套磁光阱系统，开展原子囚禁实验。在合理的参数设置下，成功实现了原子囚禁，经测算囚禁原子数量在106量级。基于三角形衍射光栅的原子冷却囚禁实验的成功，对于三维磁光阱的低功耗、小型化具有参考意义，有望应用于小型化冷原子精密测量系统中。
磁光阱 三角型衍射光栅 原子冷却囚禁 冷却光 磁场梯度 magneto-optical trap triangular diffraction grating atomic cooling confinement cooling light magnetic field gradient
1 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 国家卫星气象中心，北京 100081
3 中国科学院大学，北京 100049
云污染容易造成星基红外高光谱观测精度下降，导致大量观测信息损失。针对有云情况下的干涉式大气垂直探测仪（FY-4A/GIIRS）的观测数据，提出一种云上温度廓线反演方法。利用辐射传输模型分别开展晴空和有云情况下的观测亮温模拟实验，统计分析不同通道的模拟亮温变化特征，根据云顶气压确定通道优选方案，通过神经网络算法实现云上的温度廓线反演，温度廓线反演的精度评估采用ERA5再分析数据作为参照标准。实验结果表明均方根误差（RMSE）整体优于1.5 K，反演的温度廓线具有较高的精度，有效地提高了FY-4A/GIIRS在云污染情况下的观测资料使用率。
大气光学 风云四号气象卫星 干涉式大气垂直探测仪 云污染 温度廓线 大气遥感 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1701002
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室, 北京 100094
针对处于临近空间的飞行器高压供电系统发生的局部放电故障,采用一种基于荧光光纤的全光纤传感系统进行地面模拟环境下的测试,得到等效气压状态下临近空间的局部放电响应参数。该系统等效地面高度可达20 km以上,可实现真空实验舱内直径为86 cm的空间范围内的局部放电故障检测。实验结果表明,基于荧光光纤的全光纤传感系统对不同压强条件下的局部放电故障具有良好的光电响应特性。
光纤光学 塑料荧光光纤传感器 局部放电 临近空间 真空压强 局部放电地面模拟系统 光学学报
2021, 41(15): 1506003
为了实现中分辨率光谱成像仪(Medium Resolution Spectral Imager, MERSI)太阳反射波段的星上绝对辐射定标, 本文采用国际通用的6个北非沙漠目标即伪不变目标, 以高质量的SeaWiFS数据为参考, 对FY-3C MERSI数据进行交叉定标。首先利用高质量的SeaWiFS数据构建天顶双向反射分布函数模型; 其次, 构建两个传感器的参数化光谱匹配因子; 最后, 基于前两部分工作进行交叉定标。本文构建的天顶反射模型可以准确地表达伪不变目标的天顶反射率, 波段预测误差基本都在3%之内; 考虑观测几何条件和吸收气体含量的参数化光谱匹配因子可以有效地预测MERSI的天顶反射率; 交叉定标结果的时间序列十分稳定且无明显趋势, 与伪不变目标的天顶辐射信号长期稳定且规律性变化的特点相一致, 与L1定标结果存在一个系统偏差。该方法充分考虑和解决了交叉定标研究中轨道漂移、观测几何条件和光谱响应差异带来的不确定性问题, 能够对卫星辐射性能进行有效的在轨监测和订正。
光谱成像仪 交叉定标 光谱匹配因子 双向反射分布函数 spectral imager cross-calibration spectral band adjustment factor bi-directional reflectance distribution function
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
3 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室培育基地, 上海 200444
为提高闪烁光纤辐射探测性能,采用改进的插棒法制备了基于高性能闪烁晶体材料LYSO∶Ce的石英包层晶体闪烁光纤。利用电子加速器进行电子辐照对比实验,研究了石英包层LYSO∶Ce闪烁光纤(SLCF)与现有的石英包层YAG∶Ce闪烁光纤(SYCF)的电子辐射响应,并进一步分析了光纤长度、光纤与辐射源距离对SLCF的辐射传感特性的影响。通过辐射实验验证了SLCF的辐射传感特性的可重复性。实验结果表明,SLCF具有优良的电子辐射响应和传感特性。
光纤光学 闪烁光纤 辐射传感 电子辐射
1 安徽公安职业学院公安科技系, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 空军研究院, 北京 100085
4 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
介绍了基于半导体激光器列阵的距离选通成像系统的总体组成, 针对系统的要求提出三种半导体激光器光束整形设计方案,并利用Zemax软件对三种不同结构的整形方案进行了仿真及实验对比分析。 结果表明叠层阵列宏透镜准直方案结构简单,对整形透镜的装配精度要求不高,成本低廉,但其对Bar条之间平行性和共面性要求较高; 光纤耦合阵列准直方案的光束发散角最小,但耦合损耗较大; 而基于柱状微透镜准直的叠层阵列光束整形方案具有较高的光收集效率和 较小的发散角,且工艺复杂性适中,适于远距离激光主动照明成像的工程应用。
激光技术 距离选通 激光成像 半导体激光器 光束整形 laser techniques range-gating laser imaging diode laser beam shaping
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽重点光子器件与材料实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对现阶段激光器控制系统集成度不足,功能相对单一的现象,基于STM32设计了一种智能控制系统。系统搭载了基于EMWIN的人机交互界面,实现了脉冲激光器触摸屏控制。基于开发系统的高频时钟,产生多路脉冲宽度调制信号,实现了脉冲激光器的高精度控制:抽运电压0～1000 V连续可调;脉冲频率1～200 Hz多档位可调;脉冲宽度0～1000 μs连续可调,精度为20 μs。 电压与脉宽的调节均支持微调与粗调。系统搭载了温度传感器和超声波测距模块,能实时监控激光器工作温度和划分安全操作区域。同时设计了信号测量模块,采样频率为1～100 kHz。设计实现了激光器控制和测量的一体化,及激光器工作的过程控制与安全监控。
激光技术 控制系统 人机交互 信号测量 laser techniques control system STM32 STM32 human-computer interaction signal measurement
