1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明：对于横磁（TM）波，当入射角由0?增加到60?时，在17~55 μm波长范围内，吸收器的吸收率可以保持在90%左右；对于横电（TE）波，当入射角由0?增加到55?时，在10~55 μm波长范围内，依然可以实现90%左右的高效吸收；当TM波或TE波垂直入射时，在16~60 μm波段，吸收率大于90%，吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×105 S/m时，超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比，所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。
表面光学 红外线吸收器 超宽带吸收器 VO2 LiF TiO2 表面等离子体共振 中国激光
2023, 50(19): 1913001
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于VO2、NaF和TiO2材料的红外线超宽带可调吸收器，并采用有限元方法对其吸收特性进行了分析。结果表明：当入射波垂直入射时，吸收率对偏振角不敏感。在21~25 μm及35~43 μm波长范围内，吸收率可以达到99.8%。在12~51 μm范围内，吸收率可以达到90%。在0~55°入射角范围内，横磁（TM）波在12~52 μm波长范围内，横电（TE）波在20~45 μm波长范围内，吸收率均可达到80%以上。获得宽带吸收的主要原因是表面等离子体共振效应。通过改变VO2的电导率，可以调节吸收器的吸收率，实现吸收率的可调性。所设计的红外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能，在传感、探测及能量收集和转化等方面具有潜在的应用价值。
表面光学 红外线吸收器 宽带 VO2 NaF TiO2 表面等离子共振
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210125
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对红外弱小目标难以识别、存在虚警的问题,根据红外线列探测器的噪声特性与小目标的梯度对称性,提出一种通过在图像梯度空间下构建多尺度堆叠增强重积分图(MSERI)来检测红外小目标的方法。估计不同的小目标尺寸,从多个方向计算图像的单向梯度图,利用估计尺寸寻找单向梯度图中各梯度值的互补梯度,对图像进行增强,之后对增强后的单向梯度图进行积分以还原图像并堆叠不同方向的积分图像,综合不同估计尺寸的堆叠图以获得增强结果。最后根据增强结果中的图像像素邻域的杂波峰-峰值计算自适应调节阈值,分割得到红外小目标。实验表明,所提方法在多种场景下均具有较好的检测能力与较低的虚警率,且运行速度优于其他性能类似的算法。
图像处理 红外线列图像 小目标检测 图像梯度 多尺度 光学学报
2021, 41(21): 2104001
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
生活中工业和交通等方面释放的重金属对大自然的水体环境造成了一定的影响, 微藻作为水体环境的初级生产者最先受到铅的影响。 课题尝试通过研究藻体内物质成分的改变进而对水体污染的程度进行判定。 传统的研究生物大分子的方法复杂且需要使用大量的化学试剂, 因此亟待寻找一种微藻物质成分检测的新技术。 太赫兹、 远红外技术具有较高的分辨率, 并且脂质、 蛋白质等物质的振动频率处于太赫兹波段, 这为研究微藻物质变化提供了一种新的技术手段。 研究采用太赫兹、 远红外光谱表征Pb胁迫下的斜生栅藻细胞内生物大分子的变化情况。 使用傅里叶变换红外光谱仪采集对照组(0 mg·L-1)和实验组(0.5, 5和20 mg·L-1)的斜生栅藻随时间变化的光谱图, 根据淀粉(9.1, 10.5和17.2 THz)与类胡萝卜素(16.7 THz)的特征吸收峰得到其淀粉含量与类胡萝卜素的变化。 同时结合化学计量学方法, 对胁迫时间12h与24h的光谱数据进行主成分分析, 可以很容易地将Pb胁迫的不同实验组样品与对照组区分开。 结果表明在铅胁迫下, 斜生栅藻中的碳水化合物和类胡萝卜素含量逐渐增加。 Pb抑制了光合作用, 影响了多糖和其他大分子的合成。 实验结果表明太赫兹、 远红外光谱可作为一种快速, 无损方法, 用于对铅胁迫下藻体细胞成分的变化研究, 从而实现水体污染程度的判定。
远红外线 太赫兹 斜生栅藻 铅 化学计量学方法 Far-infrared Terahertz Scenedesmus obliquus Pb Chemometrics 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3890
远红外线是一种热辐射，对人类健康具有较好的生物效应。作为一种便捷无创的重要物理疗法，远红外在疾病的诊断、治疗等临床领域中已得到广泛应用。本文收集了近年来远红外在医学临床应用方面的相关研究文献，对远红外的生物效应机制及其在疾病诊断、痛经、慢性疼痛、咳嗽、压疮、肿瘤、腹泻等疾病治疗中的应用进行了总结，为临床疾病的诊断和疗效评价提供参考依据，以促进远红外的临床应用与发展。
远红外线 生物效应 疾病诊断 临床治疗 far infrared, biological effect, disease diagnosis
1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
2 中国人民解放军91515部队, 海南 三亚 572061
研究近红外光谱分析模型中的样本有效划分问题, 针对经典KS算法依据距离度量描述高维度光谱数据间差异时效果不尽人意甚至失去意义的问题, 结合目前相似性度量方法的不足, 构造出一种新的相似性度量函数, 采用光谱特征和性质特征相结合的方式计算样本间差异, 提出一种改进的KS算法以寻求样本差异的最佳表达方式。通过与其他改进方法的对比, 从有效性和对近红外光谱分析模型的影响两方面对所提改进算法进行分析, 验证了所提算法的合理性和优越性。
近红外线光谱分析 相似性度量 模型传递 多元校正模型 KS算法 样本划分 near-infrared spectroscopy analysis similarity measure model transfer multivariate correction model KS algorithm sample partition
1 中国卫星海上测控部, 江苏 江阴 214431
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
船载以及海岸目标的辐射特性测量是目标红外辐射特性测量领域的重要组成部分,采用传统模式修正大气透过率远远满足不了红外辐射特性测量精度的要求。为了最大限度地提高辐射特性测量的精度,提出了基于参考源测量目标辐射特性的方法,并利用口径为600 mm的长波红外辐射特性测量系统,在近海岸进行红外辐射特性测量实验。结果表明:该方法的辐射测量误差可减小到4.31%,优于传统方法的反演精度。
探测器 红外线 红外辐射特性测量 辐射定标 大气透过率 大气衰减 激光与光电子学进展
2019, 56(23): 230401
1 山西大学 物理电子工程学院,太原 030006
2 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学激光光谱学研究所,太原 030006
3 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
本文设计了一种由磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)三种半导体材料以及电介质材料堆叠而成的锥形光栅等离子体超宽带红外线吸收器,利用表面等离子体共振效应对入射电磁波实现吸收。我们采用频域有限差分法(FDFD)对此吸收器性能进行探究,在经过大量计算后得到了最优化结构参数,在入射角范围0～80°和入射波长为28～60 μm红外波长范围内实现了92％以上的高效吸收。此外,我们还研究了各结构参数对吸收效果的影响,结果表明:复合层数以及半导体材料的厚度对吸收率的影响相对较大,而复合层宽度、电介质材料厚度对吸收率的影响较小。本文所设计的吸收器有望在红外探测、光谱学等方面得到应用。
等离子体 吸收器 红外线 超宽带 半导体 plasmon absorber infrared ultra-broadband semiconductor
1 中国科学院空天动目标红外探测与识别技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
分析了闪元现象在红外扫描图像中的特点, 设计了基于时序多帧最大值投影的闪元检测与补偿方法.考虑到闪元仍然保留了一定的信息获取能力, 采用一维中值滤波的方法单独对闪元位置进行背景抑制, 对闪元补偿后的图像进行常规目标检测.实验验证表明, 经背景抑制后, 闪元位置平均目标信杂比可以达到常规位置的96%, 目标信息得到较好的保留.常规目标检测方法不再受到闪元噪声的干扰.
闪元噪声 红外线列探测器 多帧最大值投影 弱小目标 flickering pixel noise infrared linear detector multi-frame maximum projection low signal-noise ratio(SNR) small target
