华南师范大学华南先进光电子研究院，广东 广州 510006
拉曼技术具有非侵入、分子指纹、不受水干扰、制样简单、光谱分辨率高等优点，在很多领域都是一种广受欢迎的研究工具。尤其在生物医学领域，拉曼技术不仅可以本征地捕捉正常生理或病理所携带的不同化学信息，而且该技术适用于检测各种常见的生物和临床样品（包括细胞、组织、体液和微生物等），目前很多课题组的研究结果都表明拉曼技术在生物医学领域具有巨大的应用前景。本文首先介绍自发拉曼散射和表面增强拉曼散射的基本工作机理，接着介绍分析处理拉曼数据（光谱和图像）的步骤和算法，然后简单总结了近年来非相干拉曼显微技术在生物医学上的研究成果，最后指出拉曼技术目前面临的挑战并展望了其未来可能的发展方向。
自发拉曼 表面增强拉曼 数据分析 生物医学应用 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618009
1 内蒙古医科大学基础医学院法医学实验室, 呼和浩特 010030
2 内蒙古医科大学附属医院心脏大血管外科, 呼和浩特 010030
本研究以10例甲醛固定石蜡包埋组织(FFPET)作为疑难检材, 将其制成蜡膜, 分别以二甲苯-Chelex100法、脱蜡液-Chelex100法、脱蜡液-Vazyme FastPure FFPE DNA Isolation试剂盒(简称FP试剂盒)、脱蜡液-北京天根石蜡包埋组织基因组提取试剂盒法(简称天根试剂盒)提取DNA, 进行紫外分光光度计测定(浓度、纯度)及短串联重复序列(STR)分型检测(23个常染色体), 通过比较分析FFPET在4种不同提取方法中的提取质量、STR分型质量和检出率, 从而寻求一种高效简便、经济实用、方便快捷的甲醛固定石蜡包埋组织中DNA提取方法。结果表明: 应用4种方法提取的石蜡包埋组织蜡膜DNA经紫外分光光度计测定后显示, 应用2种Chelex100法提取的DNA浓度高于2款试剂盒, 试剂盒提取的DNA的纯度优于另外2种方法, 以上差异均具有统计学意义(P<0.05); FP试剂盒提取DNA的平均浓度和纯度均优于天根试剂盒, 无显著性差异(P>0.05); STR分型普遍存在不同基因座和同一基因座不同等位基因之间的扩增不均衡, 呈现前高后低状态; STR平均检出率为FP试剂盒>天根试剂盒>Chelex100法, 2种Chelex100法STR基因座检出率比较无显著差异(P>0.05), 但分别和另外2种方法试剂盒方法相比有显著差异(P<0.05), FP试剂盒和天根试剂盒法相比有显著差异(P<0.05)。因此, 在涉及甲醛固定石蜡包埋组织这类疑难检材的法医DNA鉴定案件时, 脱蜡液-Vazyme FastPure FFPE DNA Isolation试剂盒法优于其余3种提取DNA方法。
甲醛固定石蜡包埋组织 法医检材 疑难检材 方法比较 formalin-fixed paraffin-embedded tissue forensic examination materials difficult inspection materials method comparison
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
1 北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044
2 清华大学土木工程系,北京 100084
建立超高性能混凝土(UHPC)浆体的工作性和流变性之间的关系可从理论上研究其工作性变化规律。本文以颗粒膜层厚度为UHPC浆体的工作性的综合衡量指标, 设计了正交试验, 研究水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量对UHPC浆体的工作性与流变性的影响。根据流动度和流变性测试结果, 分析了水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用对UHPC浆体的工作性与流变性的影响, 探究了UHPC的净浆与砂浆的工作性关系, 基于浆膜层厚度给出了UHPC砂浆的工作性与流变性的关系式。研究结果表明: 水胶比是UHPC浆体的工作性与流变性的最主要影响因素, 水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量提高均造成UHPC浆体的颗粒表面膜层厚度增大; 水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用下, UHPC浆体的流动度和黏度系数具有相关性。
超细粉煤灰 水膜层厚度 浆膜层厚度 工作性 流变性 水胶比 UHPC UHPC superfine fly ash water film thickness paste film thickness workability rheological property water-binder ratio
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
1 复旦大学物理学系应用表面物理国家重点实验室，上海 200433
2 复旦大学人类表型组研究院，上海 200433
3 复旦大学义乌研究院，浙江 义乌322000
随着光学显微技术的发展，人们得以在亚微米级的尺度观察微观世界，对破译生命活动密码起到了关键性推动作用。其中，相干拉曼散射（CRS）显微术作为一类基于分子特定振动提供成像衬度的技术，通过非线性光学过程大大增强了拉曼散射的信号，提高了成像速率和检测的灵敏度。根据非线性光学过程的不同，可将相干拉曼散射分为相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和受激拉曼散射（SRS）。相较于CARS，SRS具有无非共振背景干扰、定量分析等优点，使之备受关注。将介绍相干拉曼散射的基本原理，并着重介绍受激拉曼散射的发展与应用。
非线性光学 光学显微术 相干拉曼散射 超快激光非线性成像 受激拉曼散射 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0400001
1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱分析法（ICP-AES）已成为一种常规的元素分析方法, 但在ICP-AES分析过程中, 大多元素的分析谱线会受到背景或其他谱线的重叠干扰, 形成的光谱干扰严重影响了谱线分析的准确性, 所以在元素的分析过程中, 需要通过适当的光谱干扰校正方法才能得到合适的元素分析线。 根据光谱强度具有叠加性的特征, 利用谱图将谱线形状表示为Voigt线型函数加和的多峰谱线叠加模型, 以多峰谱线叠加模型与目标谱线的均方根误差构建多元函数作为评价函数的数学模型, 设计自适应粒子群优化（APSO）算法寻找分离谱线特征参数的最优解, APSO算法在标准PSO算法的基础上, 引入压缩因子同时使得种群参数惯性权重根据粒子个体适应度值自适应变化以及学习因子线性变化, 在算法迭代过程中协调粒子种群内全局搜索能力和局部开发能力, 保证算法有效且迅速收敛, 实现多峰谱线分离, 减少干扰谱线的影响从而得到更精准的元素分析线。 以ICP-AES检测器返回的含Pr元素溶液特征波长为390.844 nm和汞灯特征波长为313.183 nm两条谱线的光强AD采样值作为两组实测数据, 以两个Voigt线型近似函数构成的三种不同重叠程度的叠加合成曲线作为三组模拟数据, 在数据曲线上分别选取50个能够包含曲线全部特征参数信息的点作为数据点, 通过对上述五组目标数据点进行APSO算法处理, 结果表明APSO算法得到的多峰谱线叠加模型相关参数能够较准确地拟合出相应的目标数据曲线, 目标数据点与拟合曲线函数值相对误差较低, 算法表明能够有效扣除谱线重叠干扰, 同组目标数据经过多次算法处理, 选择最小的最优适应度值相应的特征参数向量作为Voigt线型函数相关参数, 以此拟合出的多峰谱线叠加模型曲线精准度越高、 相对误差越小。 这种算法具有良好的收敛性和适应性, 可应用于ICP-AES在元素定性、 定量方面的分析研究。
粒子群算法 多峰谱线分离 光谱干扰 Particle swarm optimization Multi-peak spectral line separation ICP-AES ICP-AES Spectral interference 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1452
1 南通大学 电子信息学院, 江苏 南通 226019
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料和器件重点实验室, 上海 200083
为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN 短波红外探测器的温度响应光电特性, 采用闭管扩散的平面型器件工艺, 在金属有机化学气相外延(MOCVD)外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/ InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长256×1线列InGaAs红外焦平面探测器, 研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明, 随着温度的降低, 在小偏压下, 器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内, 反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成, 当温度低于180 K时, 器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 μm和2.09 μm, 峰值探测率为7.25×108 cm·Hz1/2/W, 峰值响应率为0.95 A/W, 量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值, 约为1.11×1011 cm·Hz1/2/W, 响应非均匀性为5.28%。
延伸波长 红外焦平面 变温 extended-wavelength InGaAs InGaAs IRFPA temperature-dependent 红外与激光工程
2018, 47(5): 0504004
1 南通大学电子信息学院, 江苏 南通 226019
2 兴县教育局瓦塘教办, 山西 兴县 033600
3 南通大学通科微电子学院, 江苏 南通 226000
通过共沉淀法,在室温下合成了Eu
3+掺杂氧化钼锌水合物的前驱体。研究了烧结温度对该前驱体的微结构和光致发光性能的影响。研究结果表明,在约400 ℃温度下,通过低成本地烧结Eu
3+掺杂水合物前驱体,可得到Eu
3+掺杂的纳米ZnMoO4结构。
材料 ZnMoO4 烧结 形貌 光致发光
