特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海大学通信与信息工程学院，上海 200444
柑橘是我国总种植面积最大的水果，改进其品质筛选方法能够降低劳动成本并有效提升产业经济收益。本文利用蒙特卡罗法对柑橘的近红外光检测进行模拟仿真，根据柑橘三层结构建立了具有不同吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子的三层球形光学模型。同时，综合考虑光子入射轨迹、曲面边界对光子运动轨迹的影响以及收集的反馈信息，搭建了柑橘品质近红外检测的仿真系统，并设计了一种收发一体的多功能光纤探测器。结果表明，所设计的光纤探测器可以实现对果肉层光子的选择性探测，有效提高了柑橘内部品质信息的检测灵敏度。
光纤光学 光纤探头 蒙特卡罗模拟 柑橘无损检测 近红外光谱技术 球形模型 中国激光
2023, 50(10): 1005001
1 湖北大学数学与统计学学院，湖北 武汉 430062
2 北京中科慧眼科技有限公司，北京 100023
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650000
4 北京工业大学北京现代制造业发展研究基地，北京 100124
双目相机标定是研究立体视觉的基础工作，标定的精度是视觉测量精度的关键。图像角点提取是相机标定的基础，但在现实应用场景中，外界影响使获取的图像不清晰，导致检测到的角点精度低，从而影响标定的精度。因此，提出一种基于超分辨率亚像素角点检测的端到端算法，从特征级解决低质量角点检测问题。首先，应用盲超分部分估计低分辨率图像模糊核，融合低分辨率图像特征重建出高分辨率图；然后，在此基础上得到角点亚像素位置；最后对双目相机进行高精度标定，并用测距实验对其进行检验。实验结果表明，所提基于超分辨的亚像素角点检测方法在真实场景下具有优越性。
成像系统 相机标定 角点检测 超分辨率 亚像素 自监督 深度学习 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811029
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室及超强激光科学卓越中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
飞秒强激光脉冲在大气中传输时，会形成狭长的、具有高激光强度、高等离子体密度、可远程产生和操控的通道，即光丝。光丝与物质相互作用时，高激光强度可激发物质辐射具有指纹特征的荧光谱线，成丝过程可产生覆盖整个大气光学传输窗口的超连续谱激光，通过光学差分吸收实现多组分大气成分的检测分析。飞秒强激光非线性成丝为多相态、多组分大气遥感提供了新的技术途径。主要围绕飞秒激光大气成丝远程诱导击穿光谱技术和光丝超连续谱激光雷达技术两种基于飞秒激光的大气遥感新技术，综述了两种技术的原理、光谱测量和分析方法及其相关研究进展，分析了飞秒强激光大气遥感应用存在的关键科学和技术问题并对未来发展进行了展望。
大气光学 大气环境监测 飞秒激光成丝 光丝诱导击穿光谱 白光激光雷达 超连续谱 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0700001
上海大学通信与信息工程学院，特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
高精度的单细胞温度分布检测对于研究生命活动具有重要意义。为了实现高空间分辨率、高温度灵敏度的细胞测温，本研究团队基于原子力显微镜的扫描成像原理，将对温度敏感的量子点与音叉驱动的近场光纤探针相结合，提出了一种无损伤测量活细胞表面温度分布的方法；并以人脑星形胶质母细胞瘤细胞为研究对象，利用该方法检测了吞金纳米颗粒的固定细胞和未内吞金纳米颗粒的活细胞的温度分布。结果表明：在无金纳米颗粒作为附加热源的情况下，由活细胞内部产热引起的细胞表面最大温差超过0.5 ℃，而细胞与其外部环境间的温差大于2.5 ℃。所提活细胞无损测温方法的空间分辨率小于0.2 μm，温度分辨率为0.16 nm/℃，为活细胞温度分布成像提供了新思路。
生物光学 光纤传感器 近场光纤探针 量子点 测温 活细胞
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Physics, College of Arts and Science, University of Colorado Boulder, Boulder, CO 80309, USA
4 College of Physics, Guizhou University, Guiyang 550025, China
5 Department of Physics, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China
6 Physics Faculty, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia
Laser polarization and its intensity inside a filament core play an important role in filament-based applications. However, polarization dependent clamping intensity inside filaments has been overlooked to interpret the polarization-related filamentation phenomena. Here, we report on experimental and numerical investigations of polarization dependent clamping intensity inside a femtosecond filament in air. By adjusting the initial polarization from linear to circular, the clamping intensity is increased by 1.36 times when using a 30 cm focal length lens for filamentation. The results indicate that clamping intensity inside the filament is sensitive to laser polarization, which has to be considered to fully understand polarization-related phenomena.
femtosecond laser filamentation clamping intensity polarization Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 103201
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
硅锗合金在非平衡条件下凝固时容易出现成分偏析，光纤制备过程带来的成分分布不均匀问题会导致很高的光纤损耗。利用CO2激光对半圆柱硅棒和锗棒拼接法制备的硅锗芯石英包层光纤进行热处理，研究不同处理条件对纤芯成分分布的影响。实验结果表明，在激光扫描方向上的边缘区域可形成连续的富硅硅锗合金，并且越靠近该边缘区域，纤芯的成分分布越均匀。本研究为制备和优化硅锗芯光纤，实现纤芯均匀的成分分布提供了方法。
光纤光学 硅锗芯光纤 光纤材料 激光热处理 成分偏析 富硅均匀区 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0306001
上海大学 上海先进通信与数据科学研究院, 上海200444
由于热极化将破坏光纤石英玻璃材料的中心反演对称性, 使其产生二阶光学非线性效应和线性电光效应, 二阶非线性效应越大, 光器件的应用价值越高。设计了一种哑铃型双孔石英玻璃光纤, 采用载流子模型和有限元法, 数值仿真分析了哑铃型双孔石英玻璃光纤热极化过程中离子的运动和空间电荷区的形成。研究结果表明: 哑铃型双孔热极化石英玻璃光纤在纤芯中心的二阶非线性系数为0.3204 pm/V, 比圆型双孔光纤高0.0678 pm/V。
热极化 哑铃型双孔石英玻璃光纤 二阶非线性效应 载流子模型 有限元法 thermal polarization dumbbell shaped double hole silica glass fiber second-order nonlinear effect carrier model finite element method
上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
局域表面等离子共振不仅可以扩宽材料的光谱响应范围, 还可以增强局部电场从而使待测分子的拉曼信号增强, 在生命科学领域发挥着重要作用。本文建立了单个金纳米颗粒(gold nanoparticle, AuNP)和双个金纳米颗粒在全血环境中的模型, 并采用三维有限元方法系统地研究颗粒尺寸、间隙以及全血消光系数对金纳米颗粒近场增强的影响。研究表明, 在全血环境单个AuNP模型中, 随着颗粒尺寸增大, 共振峰红移。当颗粒尺寸为80 nm时, 局部电场最大。相比于空气介质, 在全血介质中的AuNP共振峰红移并且局域电场增强。全血的消光系数对局部电场的影响非常小, 局部电场增强差异小于0.1 V/m。在全血环境双个AuNPs模型中, 随着两颗粒间距减小, 共振峰蓝移且局域电场明显增强。当两颗粒间距为1 nm时, 拉曼增强因子可高达1011。该研究为全血环境中药物分子和生物标志物的表面增强拉曼散射灵敏性检测实验提供一定的理论指导。
全血环境 金纳米颗粒 近场增强 有限元法 whole blood enhancement AuNPs near- field enhancement finite-element method
1 徐州工程学院材料与化学工程学院，徐州 221018
2 北京航空航天大学杭州创新研究院，杭州 310051
石墨相氮化碳(g-C3N4)的研究已成为光催化领域热点。本文以三聚氰氨为前驱体，采用甲醇回流法制备Er掺杂的g-C3N4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR DRS)、傅里叶红外光谱仪(IR)、荧光光谱(PL)、物理吸附(N2-physisorption)及共聚焦显微镜(CLSM)等手段对Er/g-C3N4催化剂进行系统表征。结果表明，稀土金属Er高分散于g-C3N4上，促使氮化碳表面氮空穴的产生。Er掺杂优化了氮化碳的能带结构，增强了其对可见光的吸收，提升电子-空穴对的分离效率，此外还发现Er/g-C3N4具有较强的上转换能力。在660 nm红光LED照射下，对罗丹明B的水溶液进行光催化降解，发现Er/g-C3N4的降解速率是g-C3N4的2.0倍，且发现超氧自由基为该体系中的主要活性物种。
铒掺杂 甲醇回流法 光催化 红光 上转换 降解活性 g-C3N4 g-C3N4 Er doped methanol-refluxing method photocatalysis red light upconversion degradation activity
