光声成像技术结合光学的高对比度、高分辨率和声学的高穿透深度，已经发展成为一项独具优势的无损检测与成像技术。光声成像技术利用光声效应产生的超声信号解析深度信息，从而在三维空间对被测对象进行定位。在文物保护领域，制作文物的各种材料具有不同的光学吸收特性，在激光的激励下，产生并向外辐射幅值和频率不同的超声信号。超声信号的典型特征兼具鉴别材料类型和识别表面缺陷的功能，因此光声成像技术在文物保护领域具有应用价值。分类概述了现有的光声成像技术，阐述了光声成像技术在文物保护领域的发展现状及局限性，最后总结展望了光声成像技术在该领域的发展前景。
光学检测 光声成像 超声波 文物特征信息检测 文物保护 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400005
1 南京邮电大学电子与光学工程学院，柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 东南大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210096
提出一种外泌体检测新方法，通过将表面增强拉曼散射（SERS）纳米探针固定在核酸适体（DNA）功能化水凝胶中，实现对肿瘤源性外泌体的高灵敏度光学检测。SERS纳米探针被用于识别肿瘤源性外泌体并产生指纹光学信号。SERS活性DNA功能化水凝胶（简称“SD水凝胶”）作为传感器，不仅提供了用于生物识别的三维反应位点，而且可放大SERS纳米探针的光学信号。选择性地与靶外泌体结合后，SERS纳米探针脱离SD水凝胶，导致SERS信号减弱，从而实现光学检测。通过SERS信号变化，SD水凝胶可以定量、灵敏地检测肿瘤源性外泌体，浓度检测限（LOD）约为22 μL-1。该SD水凝胶将为临床癌症诊断提供一种新的技术手段。
生物光学 表面增强拉曼散射光谱技术 光学检测 外泌体 纳米探针 水凝胶 光学学报
2023, 43(21): 2117001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
依靠算法提高光学测量精度的方法和应用越来越广泛，由于刀口法在光学非球面检测中的应用有其独特性，本文提出了在非焦点处采样，对应CCD像面上辅以虚拟光阑调制的刀口法环带，实现定量检测。以检测一个凹球面为例，将其与干涉仪标准方法的检测结果进行对比，其中主要环带位置偏差不超过1%，峰谷（PV）值和均方根（RMS）值误差均在7%左右，可以实现至少λ/15左右的检测灵敏度。该研究为光学车间检测提供了一种定量化检测的新思路，优化了光学加工与检测的效率，为自动化刀口仪的研制奠定了基础。
光学检测 刀口仪 自动化 光学仪器 光学学报
2023, 43(21): 2112005
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 电子科技大学自动化工程学院，四川 成都 610054
缺陷检测是基于金属膜层激发表面等离子体进行超衍射加工前的重要工艺流程，但目前先进空白晶圆缺陷检测设备光源多位于深紫外波段，恰好在KrF等深紫外光刻胶的感光范围内，检测带有该光刻胶的晶圆表面时易导致光刻胶感光而改性失效。针对此问题，笔者提出并设计了一种基于可见光波段的激光偏振暗场检测装置。该装置利用晶圆表面顶层银膜的偏振转换特性，通过调控入射光的偏振态与入射角，使微粗糙银膜表面的弱散射光偏振态与膜层表面颗粒的散射光偏振态产生差异，然后利用偏振器件对来自银膜表面的散射光进行部分滤除，有效提高了颗粒信号的信噪比。实验结果表明：所设计的装置在不影响光刻胶的同时还可以减少金属膜层表面散射所带来的缺陷误检。在对百纳米级颗粒进行检测时，由于使用了激光照明及高灵敏度的sCMOS作为探测器件，本装置单次曝光时间仅为150 μs，是奥林巴斯公司基于白光的DSX1000暗场显微镜的4‰左右。通过抑制噪声，笔者采用该装置实测了均方根（RMS）粗糙度为3.4 nm的银膜表面上直径为61 nm的聚苯乙烯乳胶颗粒，结果显示，该装置在探测极限和探测效率上较DSX1000均有较大提升。
测量 光学检测 散射测量 表面粗糙度 偏振调控 纳米颗粒 信噪比 中国激光
2023, 50(22): 2204003
同轴四反式光学系统的研制可采用非球面主镜和四镜一体化成型制造法，该方法极大地降低了系统零件复杂度，同时减轻了整机质量，提高了装机效率，但对后期光学系统装调的自由度产生了约束，因此，在镜面制造过程中，两者的光轴一致性需要精确测量及控制。在现有干涉测量法的基础上，提出了一种检测两面共体非球面镜光轴一致性的方法。在干涉检测光路中，两个非球面表面的光轴通过精密调整和严格标定后分别引出到两个计算全息片(CGH)补偿器上，CGH经过设计后，其特定区域可发出平行光，经另一片CGH反射后在干涉仪中形成表征两片CGH夹角的干涉条纹，解算干涉条纹的波前倾斜可得出两非球面的光轴偏差，对一两面共体待测非球面光学零件进行了CGH设计和检测光路的误差分析，显示测试精度可以达到1″。设计投产了CGH补偿器，搭建干涉检测光路，完成了光轴一致性的测量，数据处理解析出的波前倾斜为（1.544λ，0.441λ），计算出光轴夹角为(0.007 0°, 0.002 0°)，使用经纬仪复测的两片CGH的夹角为(0.007 1°, 0.001 9°)。使用轮廓仪法对干涉测量法结果进行了比对验证，分别扫描主镜和四镜的面形轮廓，统一坐标系后，主镜和四镜的光轴夹角为(0.007 1°, 0.002 0°)，三者显示出较高的一致性。该方法具有直观性强、检测精度高的优点。
光学检测 光轴一致性测量 计算全息 两面共体非球面 optical testing optical axis testing computer generated hologram two-sided community aspheric 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230476
奚邦朝 1,2,3,4杨佳羽 1,2,3,4黄绍磊 1,2,3,4戴皓正 1,2,3,4[ ... ]张东旭 1,2,3,4,*
1 厦门大学公共卫生学院，福建 厦门 361102
2 分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室（厦门大学），福建 厦门 361102
3 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心（厦门大学），福建 厦门 361102
4 国家药品监督管理局传染性疾病检测技术研究与评价重点实验室，福建 厦门 361102
随着医学检验对核酸检测技术要求的不断提高，现场检测（POCT）已经成为该领域的研究重点和难点。为了规避目前使用的POCT核酸检测仪器的缺点，构建了一种直轴型多通道光学检测系统，兼顾实现了多通道核酸实时荧光检测与即地即检。首先，基于正交式几何关系搭建了光路；然后，设计了一种新的直轴型多通道集成与切换装置以实现多个荧光检测通道的实时切换；最后，通过仿真验证了光路设计的有效性，并将本系统集成于自主设计的聚合酶链式反应装置上，以新型冠状病毒标准品进行了实时荧光检测实验。实验结果显示：本系统的变异系数最小可达0.02%；通道分辨率最低可达0.49 ，且没有通道串扰。同时，拥有良好的现场检测能力，可以配合仪器完成“样本进、结果出”的现场检测，为核酸POCT的多通道实时荧光检测提供了一种新思路。
医用光学与生物技术 核酸现场检测 光路设计 多通道光学检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1722001
中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
因机场目视助航灯具出射光强高、出光口尺寸较大，常采用多个发光二极管（LED）排列成阵列的光源形式，这类助航灯光学故障在线检测难度高，目前尚无较便捷的有效检测方法。本文提出一种基于傅里叶级数拟合的照度逼近算法，在适宜的检测距离内获取灯光照度分布，并采用迭代计算的方式获得逼近真实值的单体LED光源光强分布；针对传统傅里叶级数拟合峰值区域误差较高的问题，引入单点方差阈值指标，较好地抑制了拟合峰值区域误差，使单体LED光源匹配度提升了1%；对5种典型阵列的不同故障进行了仿真验证，结果显示，该方法具有较高的通用性，常见故障中匹配度均在94%以上。
光学检测 阵列型照明器 傅里叶级数拟合 助航灯 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712005
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
四波前横向剪切干涉（QWLSI）是一种精度高、动态范围大、分辨率高、抗干扰能力强的瞬态波前检测技术。本文结合国内外相关研究工作，重点阐述了本课题组在分束器件设计、多方向横向剪切干涉图处理、测量误差校准等QWLSI的关键技术研究方面取得的进展。以关键技术研究为基础，本课题组开发了QWLSI的原理装置，其绝对测量精度（RMS）达到0.0038λ（2.4 nm，λ=635 nm），重复测量精度（RMS）达到0.0004λ（0.25 nm，λ=635 nm）。QWLSI与商品化的夏克-哈特曼波前传感器的对比实验结果表明，两种仪器对含有第4~36项单项Zernike像差入射波前的测量结果基本一致。
光学检测 剪切干涉 衍射光栅 相位提取 波前重建 误差校准 光学学报
2023, 43(15): 1512001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 30033
2 中国科学院大学， 北京 100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室， 吉林 长春 100
4 中国人民解放军95975部队， 甘肃 酒泉 732750
为实现大口径透镜组的高质量集成，亟需一套透射波前检测系统，其可实现米级跨度上的微米级精度检测。针对大口径透射波前质量检测难题，采用非窄带干涉与条纹跟踪相结合的方法，获得元件相对倾斜以及支撑结构所引入的系统波前变化。首先，基于光纤互联架构，设计了子孔径分时复用测系统；其次，建立了斜率测量与最终系统波前的映射关系，分析了斜率重建过程对不同空间频率波前的影响；最后，利用桌面实验系统，针对探测原理进行了验证测试，在测试波长1 550 nm时，干涉感知信噪比优于15 dB，测量范围优于5 μm，探测精度优于0.5 μm。本文所提出的方法可实现大口径透镜透射波前大范围、高鲁棒、高精度的检测，具有重要的意义，特别是对于未来大口径大视场望远镜的建设。
大口径巡天望远镜 大口径透镜 光学检测 条纹追踪 large aperture sky survey telescope large aperture lens optical detection fringe tracking 光学 精密工程
2023, 31(12): 1735
