Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Infrared Materials and Devices, Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Engineering Research Center for Advanced Infrared Photoelectric Materials and Devices of Zhejiang Province, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 Department of Quantum Science and Technology, Research School of Physics, Australian National University, Canberra ACT 2601, Australia
4 School of Physics and Optoelectronics Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
Three-dimensional (3D) nonlinear photonic crystals have received intensive interest as an ideal platform to study nonlinear wave interactions and explore their applications. Periodic fork-shaped gratings are extremely important in this context because they are capable of generating second-harmonic vortex beams from a fundamental Gaussian wave, which has versatile applications in optical trapping and materials engineering. However, previous studies mainly focused on the normal incidence of the fundamental Gaussian beam, resulting in symmetric emissions of the second-harmonic vortices. Here we present an experimental study on second-harmonic vortex generation in periodic fork-shaped gratings at oblique incidence, in comparison with the case of normal incidence. More quasi-phase-matching resonant wavelengths have been observed at oblique incidence, and the second-harmonic emissions become asymmetric against the incident beam. These results agree well with theoretic explanations. The oblique incidence of the fundamental wave is also used for the generation of second-harmonic Bessel beams with uniform azimuthal intensity distributions. Our study is important for a deeper understanding of nonlinear interactions in a 3D periodic medium. It also paves the way toward achieving high-quality structured beams at new frequencies, which is important for manipulation of the orbital angular momentum of light.
second-harmonic generation nonlinear photonic crystal periodically poled ferroelectric crystal quasi-phase matching nonlinear wavefront shaping Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041902
刘译泽 1,2,3江俊峰 1,2,3,*刘琨 1,2,3王双 1,2,3[ ... ]刘铁根 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 天津大学光纤传感研究所，天津 300072
提出了基于氧化石墨烯和空心二氧化硅薄壁微泡腔的光纤气体传感器。将氧化石墨烯涂覆于熔融加压流变成型的薄壁微泡腔内壁，使其整体的有效折射率对于气体吸附敏感。通过拉锥光纤倏逝场在薄壁微泡腔激发出回音壁谐振模，其中心波长与有效折射率（气体体积分数）对应，据此实现腔内气体体积分数的传感测量。实验结果表明，当氨气的体积分数在0~40×10-6的范围内时，提出的光纤气体传感器的响应呈线性，其传感灵敏度为0.73×106 pm，分辨率为1.9×10-6。当氨气的体积分数为20×10-6时，传感器的响应和恢复时间分别是294 s和329 s。空心微腔结构一方面可以作为敏感单元，另一方面可以直接作为气体通道，避免了外部气室的使用或额外气体通道的封装，极大地提高了传感系统的实用性。
传感器 气体传感器 回音壁谐振模 氧化石墨烯
细胞内存在大量性质各异的大分子复合物，它们是控制生命活动的核心信号枢纽。荧光显微成像因其分子特异性、细胞原位可视化和多色标记解析等优势，已成为当今生物学研究不可或缺的技术手段。而突破光学衍射极限的超分辨光学成像技术为进一步理解多种重要生物百纳米信号体的原位结构和功能调节提供了亚细胞尺度甚至单分子精度的研究思路和方案。首先阐述了超分辨成像和单分子定位显微镜的基本原理，介绍了近年来在多项生命科学研究中的代表性应用案例，结合实际研究经验总结了超分辨光学成像技术在使用中面临的诸多挑战和未来发展方向，提出了基于原位纳米成像解析信号枢纽组织结构将有力促进新型疾病治疗靶点和策略的开发。
生物光学 超分辨成像 单分子定位 生物信号体 信号转导
为实现复杂工况下焊接机器人精准识别焊缝目标, 将激光视觉传感技术应用于机器人焊缝识别中。以激光视觉传感器作为核心硬件, 构建焊接图像采集系统, 运用PCI总线卡检测传感器及外部指示灯是否为连接状态, 通过PXR800图像采集卡在规定时间内得到激光焊接图像, 使用串口通信程序完成图像高效传输。分别采用双边滤波器与模糊算子实施图像去噪与增强处理, 优化图像角点与激光条纹中心点, 利用等式约束方程修正卡尔曼滤波后的图像坐标值, 完成高精度焊缝识别任务。仿真结果证明, 激光视觉传感能够帮助机器人提升焊缝识别精度、增强抗干扰能力, 为焊接机器人的推广应用发挥积极作用。
激光视觉传感 焊接机器人 焊缝识别 图像采集 卡尔曼滤波 laser vision sensing welding robot weld identification image acquisition Kalman filtering
1 浙江理工大学基础结构技术研究所, 杭州 310018
2 浙江省装配式混凝土工业化建筑工程技术研究中心, 杭州 310018
为提高工业废渣的利用率, 选用磷石膏、高炉矿渣、硅酸钠代替部分水泥并对土样进行固化处理。通过D-最优混料设计, 得出3与7 d的无侧限抗压强度回归方程, 并计算得到最优质量配合比。使用最优配方固化土样, 测得3和7 d无侧限抗压强度分别达4.88和5.84 MPa。通过因素间交互分析结果, 得出固化材料的最优掺量范围。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对固化土微观机理进行分析, 结果表明最优固化土相比水泥固化土水化反应更完全, 颗粒间连接更密实, 结构更稳定。最后通过对最优配方进行环境效益与经济性评价, 得出该配方在强度、环境效益、经济性等方面均要优于水泥。
工业废渣 早强固化剂 D-最优混料设计 最优配合比 无侧限抗压强度 微观机理 industrial waste residue early strength curing agent D-optimal mixture design optimal mixture ratio unconfined compression strength microscopic mechanism
1 重庆邮电大学 光电工程学院， 重庆 400065
2 重庆光电技术研究所， 重庆 400060
3 重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆 400065
4 中国电子科技集团第十三研究所， 石家庄 050057
5 暨南大学 纳米光子学研究院， 广州 511443
设计了一种基于双十字结构的多谐振峰太赫兹超材料传感器。整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。基本单元的表面图案呈双十字交叉状，介质材料为聚酰亚胺(Polyimide)。仿真结果表明，所提出的结构具有5个不同的谐振吸收峰，吸收率均超过90%。前3个谐振峰分别对应单元结构内部不同区域形成的基本磁谐振，后2个谐振峰则来源于单元结构间的相互作用。当传感器表面覆盖15μm厚的分析物时，该传感器各个谐振峰的灵敏度分别为72，137，234，353和252GHz/RIU，且谐振峰偏移量与待测分析物折射率变化量呈较强的线性关系，具有优越的传感特性。此外，多峰传感器稳定性优于传统的单峰或双峰传感器，具有良好的抗干扰能力，有助于降低测量误差。所提出的这种高灵敏度多谐振峰传感器在微量分子检测领域具有广阔的应用前景。
太赫兹 超材料 传感器 多谐振峰 灵敏度 terahertz metamaterial sensor multiple resonance peaks sensitivity
1 安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学 信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
3 安徽至博光电科技股份有限公司, 安徽 合肥 230088
为了消除光束倾角带来的不确定性，本文建立了一种双路偏振式激光多普勒测速系统。该系统使用双光束双探头结构来探测物体的运动信息。首先，通过转动实验精确获得双光束间的夹角大小，对于任意光束倾角，本文采用双探头装置收集运动物体表面的散射光束，结合双路偏振式光路结构，得到两路干涉信号的多普勒频移。然后，创新性采用了细化分帧算法对两路干涉信号进行实时解调，通过两路速度分量的合成得到物体真实速度。实验结果表明：速度在10 mm/min~1500 mm/min范围内，测量值与理论值之间的平均误差可以达到1%~5%。在非平稳运动过程中，通过细化分帧算法修正后的v-t图像RMSE均值为1.19 mm/min。该系统结构满足速度测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。
激光多普勒测速 双路偏振 细化分帧 双探头 Laser Doppler Velocimetry(LDV) dual polarization refine framing double probe
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
3 郑州大学 材料科学与工程学院，河南 郑州 450052
4 中国科学院大学，北京 100049
利用垂直WS2/Ga2O3异质结构中异质界面诱导了反常的光致发光（PL）发射。垂直堆栈的WS2/Ga2O3异质界面使其形成了II型能带结构，导致与Ga2O3层接触的底层WS2的PL强度下降。而异质界面的强耦合作用也影响了双层WS2中的同质层间相互作用，使得上层WS2出现反常的PL增强。这种堆栈新型二维异质结构为定制目标能带结构并控制其光子和电子行为提供一种新的手段。
二硫化钨 氧化镓 异质结 界面 光致发光 WS2 Ga2O3 heterostructure interface photoluminescence
江西理工大学电气工程与自动化学院，江西 赣州 341000
针对视网膜血管分割中有标签图像数据有限、血管结构复杂尺度不一且易受病变区域干扰等问题，提出一种多尺度密集注意力网络用于视网膜血管分割。首先，以U-Net架构为基础，引入并行空间和通道挤压激励注意力密集块（scSE-DB）代替传统卷积层，加强特征传播能力，实现了对特征信息的双重校准，使模型能更好地识别血管像素；其次，在网络底端嵌入级联空洞卷积模块，以捕获多尺度血管特征信息，提升网络获取深层语义特征的能力；最后，在公共数据集DRIVE、CHASE_DB1和STARE上进行实验，所提网络的准确率分别为96.50%、96.62%和96.75%，灵敏度分别为84.17%、83.34%和80.39%，特异性分别为98.22%、97.95%和98.67%。所提网络的整体分割性能优于现有多数先进算法。
图像处理 视网膜血管分割 级联空洞卷积 并行空间和通道挤压激励模块 注意力密集块 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0610011
