1 武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉 430081
德布鲁因序列常被用于结构光条纹的编码，但是序列中相邻的相同码元会导致在相同颜色区域内难以确定码元个数以及每个码元的确切编码范围。为了解决这一问题，提出一种邻接跳变德布鲁因序列，该序列在保留子序列唯一性的基础上保证了相邻码元的相异性。首先，证明了所提出序列的存在性，并给出了其生成方式。然后，将该序列用于相位周期级次编码，结合正弦相移条纹设计了一种彩色条纹编码方法。在解码阶段，按颜色通道分别提取、计算得到包裹相位和相位周期级次，最终获得展开相位。实验结果表明，所提方法与传统相移法有相似的测量精度，且仅需要4幅投影图像即可完成三维测量，显著提高了测量效率。
测量 德布鲁因序列 结构光 相移测量
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 同济大学高等研究院物理科学与工程学院，上海 200092
4 江苏省先进激光材料与器件国际合作联合实验室，江苏 徐州 221116
单晶光纤（SCF）具有长径比高、比表面积大、散热好等优势，近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法，模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7 μm激光二极管（LD）作为泵浦源进行共振泵浦，将模式匹配和泵浦光导波传输结构相结合，实现了Tm∶YAG SCF连续激光运转，在~2.02 μm处获得了7.85 W的功率输出，对应入射泵浦功率的斜效率为46.3%。
激光器 固体激光器 共振泵浦 Tm∶YAG单晶光纤 泵浦导波
1 山西科技学院 通识教育学院 山西 晋城 030021
2 太原理工大学 物理学院 山西 太原 030006
本文基于一个含有光学参量放大器的腔光力系统, 其中腔场和机械场之间具有线性和二次色散耦合的相互作用, 研究了二次光力耦合与参量放大器对本征模劈裂的重要影响。通过分析腔场涨落项的输出谱和机械振子位移的涨落谱, 得出结论: 腔场和机械场均呈现出本征模劈裂的现象, 光学参量放大器非线性增益值的大小及二次光力耦合强度均正比于劈裂谱两峰之间的距离, 即二者对本征模劈裂效应具有相似的调控作用。本文同时也验证了文献[Journal of Modern Optics, 66(5): 494-501 (2019)]的结论: 具有线性和二次耦合的光力系统可以是含有光学参量放大器混合光力系统的一个替代研究平台。
光力耦合 本征模劈裂 光学参量放大器 二次光力耦合 optomechanical system normal-mode splitting parametric amplifier quadratic coupling 量子光学学报
2023, 29(4): 040203
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230421
1 武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉 430081
在充分兼顾嵌入式三维测量系统对高效性、集成性、通用性以及灵活性等需求的基础上，设计了一种由3个异构核心构成的结构光三维测量系统架构。该多核异构架构层次清晰、结构灵活、通用性强，能兼容多种通用接口的光学器件（相机、投影仪等）。在此架构基础上，结合现场可编程门阵列并行流水优化方法，设计并实现了一种涵盖相位解调、解包裹以及相位深度映射等模块的全流程结构光三维测量系统。实验结果表明，所提方法在测量精度与传统PC平台相当的情况下，大大提高了测量效率，处理13幅1280×800分辨率的图像仅需12 ms，是同类算法在传统PC平台上的11倍。
测量 多核异构 结构光 相移轮廓术 互补格雷码 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1412002
1 河北省危险化学品安全与控制技术重点实验室, 华北科技学院化学与环境工程学院, 河北 燕郊 065201
2 华北科技学院机电工程学院, 河北省矿山设备安全监测重点实验室, 河北 燕郊 065201
发动机油是发动机的核心部件, 发动机油中极易混入水分, 水分容易加速发动机油的劣化和变质, 进而危害发动机的安全运行。 对发动机油中水分进行检测是保障发动机油质量的重要指标。 因而采用近红外光谱结合偏最小二乘法(PLS)回归方法对不同含水量的发动机油进行了检测。 首先根据含水发动机油的近红外光谱的特征, 分析了931, 1 195～1 212和1 391～1 430 nm波长的较强吸收峰的机制; 采用正交信号校正(OSC)和几种其他的光谱预处理方法构建了PLS回归模型, 根据回归系数进行了特征波长的选择。 结果表明, OSC预处理后的PLS模型具有较好的预测能力, 而多元散射校正（MSC）和标准正态变量变换（SNV）预处理降低了模型的校正性能。 选择了166个特征波长, 占全谱的32.42%。 采用所建的近红外全谱PLS模型和特征波长选择的PLS模型分别对预测集14个油样进行预测, 两个模型都能实现较好地预测, 预测标准差分别为0.000 7和0.000 6; 而特征波长选择对含水发动机油的预测最稳健, 性能指标最好(R2P为0.993 0, R2CV为0.988 7, 且RMSECV和RMSEP值分别为3.140 1×10-4和2.419 0×10-4, RPD值为11.988 4), 特征波长选择的PLS模型与全光谱模型相比, 经过特征波长选择消除了全光谱中大量无用信息, 对发动机油中含水量预测最稳健, 性能指标最好, 使模型的性能得到了显著提高。 根据所建的OSC预处理后的全谱PLS模型以及特征波长选择的PLS模型, 对油样的预测集进行验证, 特征波长选择后的PLS模型对预测集的预测效果较优, 每个油样的预测值更接近实测值。 说明经过特征波长选择后建立的PLS模型不仅没有降低模型的精度和预测能力, 反而由于消除了不相关变量的信息, 使所建模型更具有泛化性能。 因而近红外光谱技术对发动机油中水分的检测具有较好的精确性、 可靠性, 为发动机的状态监测提供一种可行的解决方案。
发动机油 水分 近红外光谱 特征波长 Engine oil Moisture Near infrared spectroscopy Characteristic wavelength
1 武汉科技大学 信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学 教育部冶金自动化与检测技术工程研究中心，湖北 武汉 430081
针对现有烟火检测算法存在的漏检和误检问题，提出一种基于高效全局上下文网络（EGC-Net）的轻量级烟火检测新算法。该算法以轻量级目标检测网络YOLOX为基础网络，将改进的EGC-Net嵌入到YOLOX的主干特征提取网络与特征金字塔网络之间。EGC-Net由上下文建模、特征转换和特征融合3阶段结构组成，用于获得图像的全局上下文信息，建模烟火目标与其背景信息的远程依赖关系，并结合通道注意力机制学习更具判别力的视觉特征用于烟火检测。实验结果表明，本文提出的EGC-YOLOX烟火检测算法的图像级召回率为95.56%，图像级误报率为4.75%，均优于对比的其他典型轻量级算法，且速度满足实时检测的要求。该算法可在安防和消防领域推广，用于实时火灾监控和预警管理。
烟火检测 EGC-Net YOLOX 全局上下文 注意力机制 smoke and fire detection EGC-Net YOLOX global context attention mechanism
1 大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室，辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869
3 江南工业集团有限公司，湖南 湘潭 411207
采用波长1064 nm的脉冲光纤激光器对KMN钢表面环氧有机硅漆进行清洗，以搭接率和能量密度作为变量，使用单次清洗和二次清洗两种工艺，探究了激光清洗参数对基体表面粗糙度和重新涂覆漆层附着力的影响，并分析了清洗后基体表面维氏硬度随清洗参数变化的规律和原因。研究结果表明，在能量密度为4.73 J/cm2和搭接率为0.4~0.7参数下，单次清洗漆层难以完全清除干净，需进行二次清洗以去除残余漆块。当第二次清洗搭接率小于0.5且能量密度小于4.25 J/cm2时，基体表层金属熔化导致表面粗糙度小幅下降，但在基体粗糙度高于0.6时，不会影响重新涂覆漆层的附着力。当第二次清洗搭接率大于0.5且能量密度大于4.25 J/cm2时，基材表面熔化和重新凝固引入拉应力，并发生相变和晶粒长大，导致清洗后试样表面硬度低于基材硬度。
激光技术 激光清洗 搭接率 KMN钢 粗糙度 硬度 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114009
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
2 College of Electronic and Information Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China
3 Jiangsu Collaborative Innovation Center of Advanced Laser Technology and Emerging Industry, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
In this paper, we report on a wide wavelength tuning optical vortex carrying orbital angular momentum (OAM) of ±ħ, from a thulium-doped yttrium aluminum perovskite (YAP) laser employing a birefringent filter. The OAM is experimentally found to be well maintained during the whole wavelength tuning process. The Laguerre–Gaussian () mode with a tuning range of 58 nm from 1934.8 to 1993.0 nm and mode with a range of 76 nm from 1920.4 to 1996.6 nm, are, respectively, obtained. This is, to the best of our knowledge, the first experimental implementation of wavelength tuning for a scalar vortex laser in the 2 µm spectral range, as well as the broadest tuning range ever reported from the vortex laser cavity. Such a vortex laser with robust structure and straightforward wavelength tuning capability will be an ideal light source for potential applications in the field of optical communication with one additional degree of freedom.
wavelength tunable laser 2 µm laser orbital angular momentum Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021405
