1 西安建筑科技大学资源工程学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学西安市智慧工业感知、计算与决策重点实验室，陕西 西安 710055
针对露天矿无人矿卡运输作业中路况差、光照强和灰尘大等原因导致小尺寸落石检测困难和实时性差的问题，提出一种使用固态激光雷达检测露天矿非结构化运输道路小尺寸落石的方法。首先使用具有双回波技术的激光雷达进行数据采集，减少灰尘干扰并提取车辆前方可行驶区域；然后采用基于扇面的直线拟合地面分割算法分割地面，实现对有坡度的非结构化粗糙路面的彻底分割；之后引入八叉树的分层网格树模型进行邻域查找，提高邻域查找的速度，引入双色最近对构建图，快速生成聚类簇，引入自适应聚类半径ε，进行聚类并输出小尺寸落石的盒模型。实验结果表明：相较于使用k-d树加速的DBSCAN算法，所提方法的正检率提升9.61个百分点，检测时间缩短379.77 ms。
露天矿 无人驾驶 障碍物检测 激光雷达点云 密度聚类 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812006
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 江苏省计量科学研究院，江苏 南京 210023
3 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
白光显微干涉术是微结构三维形貌无损测量的有效手段，但当沟槽深度小于光源相干长度时易产生蝙蝠翼效应。ISO-25178系列规定了由三维形貌计算沟槽深度和线宽两项特征参数的方法。该计算法则首先需要确定阶跃边缘位置，然而蝙蝠翼位于阶跃边缘，造成形貌中的阶跃边缘位置定位困难。本文针对上述问题，摒弃了从三维形貌中提取阶跃边缘位置的传统方法，依据干涉图像中矩形光栅上下表面边缘位置采样点相干峰分布的差异性，提取相干包络峰值位置，并计算得到用于区分阶跃上下表面的掩膜。本文提出的方法从垂直扫描干涉图像出发，同步实现三维形貌复原和阶跃边缘位置定位，继而准确、高效地计算沟槽深度和线宽。本文以两种不同特征参数的矩形光栅作为检测对象，比对了测量结果与标称值之间的偏差，并对测量过程中的误差项进行了分析。实验结果证明，本文方法具有良好的重复性和鲁棒性。
显微干涉 矩形光栅 蝙蝠翼效应 特征参数 二值化 光学学报
2023, 43(22): 2205004
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 江苏省计量科学研究院（江苏省能源计量数据中心），江苏 南京 210023
针对长焦镜头小型化、轻量化的设计需求，基于离轴三反结构探索紧凑型长焦光学系统设计方案。利用圆锥曲面焦点共轭的光学特性，通过相邻反射面焦点重合的方式构造可对轴上点完善成像的初始结构，并在此基础上，通过追迹特征光线建立针对离轴三反结构的光线无遮拦判定条件，从小视场出发制定视场扩展与自由曲面面形的优化设计策略。以长焦手机镜头为例，设计了一款F数为5、等效焦距达196 mm、视场范围±3.8°的离轴三反式紧凑型长焦镜头。其尺寸为26 mm×24 mm×10 mm，仅由3个反射面构成，MTF优于0.2@114 lp/mm，畸变低于0.5%，相对照度高于95%，像面无暗角。该系统无遮拦，无色差，且相较于常规潜望式长焦镜头，在小型化、轻量化方面具备明显优势，为紧凑型长焦镜头设计提供了新的解决思路。
光学设计 长焦镜头 自由曲面 离轴三反 optical design telephoto lens freeform surface off-axis three-mirror 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230322
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031007
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 北方信息控制研究院集团有限公司，江苏 南京 211153
自由曲面设计自由度多、面型表征能力强等优势使成像光学系统突破了传统面型表征和系统结构的限制，在进一步提高成像质量的同时可以实现大视场、大孔径、小型化、轻量化等设计目标。良好的初始结构可以充分发挥自由曲面对像差的校正能力，提高系统设计效率。与共轴光学系统相比，自由曲面成像光学系统设计存在可参考样例少、像差理论尚不完善等问题，其初始结构的构造与求解仍然是先进光学设计领域的前沿热点问题之一。结合课题组多年的研究心得，探讨了现有的自由曲面成像光学系统初始结构设计方法，依据自由曲面构造原理将其分为同轴系统离轴化法、直接设计法、视场孔径扩展法和分段拼接融合设计方法，并分别介绍其设计原理和思路。最后对自由曲面成像光学系统初始结构设计中亟待解决的问题进行了分析总结。
光学设计 自由曲面 成像系统 初始结构 optical design freeform surface imaging system starting-point 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210852
三元层状化合物MAX相兼具金属与陶瓷优良的力学性质, 通常被认为是一类高安全结构材料。有研究显示, 通过熔盐法可以将副族元素插入到MAX相A位层间, 获得具有铁磁性能的V2(Sn, A)C (A =Fe、Co、Ni和Mn)材料。因而, 如何构建新的MAX相结构并对实现其磁性调控备受关注。本研究通过MAX相M位和A位双固溶的方式设计了四种新型MAX相(V, Nb)2(Sn, A)C (A =Fe、Co、Ni和Mn)。XRD、SEM、EDS结合TEM分析证实了上述新相的合成。超导量子磁强计(Superconducting quantum interference device magnetometer, SQUID)测试磁学性能发现, M位固溶后的MAX相的居里温度与其四方率(c/a)、元素组成有关。(V, Nb)2(Sn, Fe)C、(V, Nb)2(Sn, Ni)C、(V, Nb)2(Sn, Mn)C相较于M位固溶Nb元素之前的V2(Sn, A)C相, 其矫顽力Hc和剩余磁化强度Mr减小, 饱和磁化强度Ms增大。而V2(Sn, Co)C在M位固溶Nb元素之后磁性变化均与前述MAX相相反。通过以上结果, 揭示了M/A位双固溶对MAX相磁性的影响规律, 为调控MAX相磁性提供了新的思路。
MAX相 双固溶 磁性 MAX phase double solid solution magnetic property
1 1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 新能源技术研究所
2 2.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 杭州湾研究院, 宁波 315201
MAX相是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料, 也是合成二维MXenes的前驱体材料。理论预测稳定的三元层状MAX相材料约有600余种, 目前实验合成的三元层状MAX相材料已有80余种, 但M位主要为前过渡族金属, 而对M为稀土元素的三元MAX相鲜有报道。本研究以Sc、Sn, 和C元素粉为原料, 通过熔盐法合成了M位为稀土元素Sc的全新Sc2SnC MAX相材料。结合X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等分析手段, 确认Sc2SnC MAX的相组成和微观结构。并通过密度泛函理论计算了Sc2SnC MAX相的结构稳定性、晶格参数、力学和电子性质, 理论计算结果表明Sc2SnC热力学稳定, Sc-3d电子在费米能级上占主导地位, MAX相呈金属性质。
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
2 2.南京航空航天大学 工业和信息化部重点实验室, 空间光电探测与感知实验室, 南京 210016
3 3.南京航空航天大学 航天学院, 南京 210016
4 4.上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
5 5.中国科学院 海西创新研究院, 福建 350002
新型闪烁晶体Gd3(Al,Ga)5O12:Ce(简写为GAGG:Ce)在制备过程中易出现多晶扭曲生长、组分偏析等问题, 严重影响晶体的性能。为了得到大尺寸高质量的GAGG:Ce晶体, 采用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线激发发射谱(XEL)等手段, 结合熔体特性分析了GAGG:Ce晶体多晶扭曲生长、组分偏析的形成机制。通过调整温场、抑制组分挥发等方法生长出φ50 mm×120 mm的GAGG:Ce晶体, 并重点研究了GAGG:Ce晶体的光谱特性与闪烁性能。结果表明: GAGG:Ce晶体的光输出达58000 ph./MeV, 能量分辨率为6.4%@662 keV, 在550~800 nm波长区间的透过率约为82%。晶体闪烁衰减快分量为126 ns (83%), 慢分量为469 ns (17%)。晶体的发射峰中心波长在550 nm左右, 与硅光电倍增管的接收波长匹配, 且发光峰值处的透过率EWLT(Emission Weighted Longitudinal Transmittance)值高达79.8%。GAGG:Ce晶体兼具高光输出与高能量分辨率, 在中子和伽马射线探测领域具有广阔的应用前景。
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 北方信息控制研究院集团有限公司, 江苏 南京 211153
为了满足电子内窥物镜小体积、大视场的成像需求,将双层同心透镜作为初始结构,并在球透镜的最后一面叠加环带拼接面型,实现平场成像,之后进行多环带的面型融合,生成了完整面型。采用Q-type非球面表征的连续拼接面型可以保证成像质量,同时可以满足连续性要求。最终优化得到了工作于可见光波段、全视场90°、系统长度仅为2.81 mm且仅由4个折射面构成的电子内窥物镜系统。该系统的全视场场曲小于0.1 mm,畸变在20%以内,在72 lp/mm下的调制传递函数可超过0.3,全视场相对照度大于0.5,满足电子内窥物镜的成像要求。
光学设计 环形拼接面型 内窥成像 大视场 中国激光
2021, 48(21): 2107003
华北光电技术研究所固体激光技术重点实验室, 北京 100015
报道了一种激光二极管阵列双端双程抽运Yb∶YAG板条激光器。基于抽运光在晶体中的吸收特性,建立双端双程抽运与双端单程抽运结构的抽运分布模型,理论分析了双端双程抽运的优点。在抽运光重复频率为400 Hz、脉宽为1 ms、单脉冲总能量为12 J的条件下,利用偏振复用技术实现双端双程抽运板条激光器,获得单脉冲激光的输出能量约为6.13 J,光-光转化效率约为50%。与具有相同掺杂浓度以及相同抽运光吸收效率的双端单程抽运方式相比,双端双程抽运的输出激光能量更高,转化效率更高,稳定性更强。理论分析与实验结果证明双端双程抽运方式有利于进一步提升激光输出的能量与效率。
激光器 激光二极管 双程抽运 Yb∶YAG; 中国激光
2019, 46(11): 1101007
