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光子学报
光子学报

侯洵

月刊

1004-4213

photon@opt.ac.cn

029-88887564

710119

西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱

光子学报/Journal Acta Photonica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为学术月刊。宗旨是展示光子学的新理论、新概念、新思想、新技术和新进展，反映代表本学科前沿并具有国内外先进水平而为国际上关心的最新研究成果，促进国内外学术交流和讨论，加速科学技术进步。主要刊登本学科的学术论文、研究简报、研究快报。内容涉及光学，及其量子光学、瞬态光学、光电子学、光物理、光化学、光生物学、生物光子学、光医学、光通信、光传播、光传感、光计算、光神经网络、集成光学、信息光学、导波光学、非线性光学、高速摄影、智能光仪、微尺度光子技术、光装置中的电子学、力热声电磁核的光效应与光的力热声电磁核效应、光子功能材料、光子自身相互作用、光子的时空特性与结构、光子的经典与非经典效应等。本刊载文已被国内外多家数据库收录，并被国际检索刊物SA、EI、CA、PЖ作为源刊使用。
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    基于TDLAS技术的井下多组分气体浓度监测(特邀)

    申晓良胡澜夕高炎旭林列...
    107-116页
    查看更多>>摘要：采用可调谐半导体激光吸收光谱技术分析了气体浓度与谐波强度之间的关系，并设计了多组分气体长距离输送系统对矿山有害气体进行远程实时监控，实现千米外对矿井环境内多种气体的实时浓度监测。在理论推导的基础上，对矿井中可能出现的一氧化碳气体(CO)、二氧化碳气体(CO2)、甲烷气体(CH4)和乙烯气体(C2H4)四种气体进行了标定，获得了浓度标定曲线及检测下限，检测下限均可达到10-4以下。对甲烷气体标定得到的线性相关系数R达到0。995 54，检测下限为2。2×10-6，探测的稳定度为0。137%。在矿井应用中，长时间监测结果与矿方所拥有的气体检测系统检测到的数据变化趋势一致，随机抽取样本与第三方检测结果误差在5%以内。该多组分气体监测系统具有准确度高、监测限低和稳定性好等优点，可为矿山气体安全提供可靠的数据支持。

    TDLAS技术多组分气体吸收光谱煤矿长距离传输

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    腔内倍频454 nm脉冲蓝光Nd∶YLF激光器

    张一诺马剑张俊旋朱小磊...
    117-125页
    查看更多>>摘要：面向海洋激光应用，针对LD端面抽运的紧凑型准三能级Nd∶YLF晶体激光器实现454 nm蓝光激光脉冲输出特性开展了实验研究。设计了两种方案，电光调Q法和增益调制法，获得454 nm蓝光脉冲激光输出。在增益调制方法中，当重复频率为100 Hz时，Nd∶YLF晶体激光器腔内倍频获得了最大功率为3。16 mW的454 nm蓝光脉冲激光输出，脉冲宽度约为418 ns。而在电光调Q方法中，100 Hz的重复频率下，腔内倍频454 nm蓝光脉冲输出平均功率最大为23。62 mW，脉冲宽度约为66 ns，倍频效率约为3。7%。该研究为获得高重复频率、百纳秒脉宽的紧凑型蓝光454 nm波长脉冲激光提供参考。

    Nd∶YLF激光器蓝光激光腔内倍频增益调制电光调Q

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    亚纳秒级上升沿窄脉冲驱动电路与模拟仿真

    李益温文龙王谦豪李强龙...
    126-143页
    查看更多>>摘要：针对半导体激光二极管(LD)驱动电路中存在的上升沿缓慢问题，设计了一种具有亚纳秒上升沿的窄脉冲电路。从理论方面分析了回路中电感、电容等参数对输出激光脉冲上升沿的影响，驱动电路以内置驱动的GaN集成模块作为主开关进行电路的合理设计驱动半导体激光二极管;利用现场可编程门阵列作为控制核心设计时序信号，实现LD脉宽和重频的精确调节;以ADN8831驱动热电制冷器(TEC)实现LD精确恒温控制。通过模拟仿真和实验验证，获得了亚纳秒级的脉冲前沿，脉冲宽度5 ns至15 ns可调，重复频率1 kHz至10 kHz可调，LD的温度设定为25℃至26℃，12 h功率稳定性RMS测试值为0。51%。

    亚纳秒上升沿窄脉宽FPGA驱动电路恒温控制

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    用于高反光表面三维重建的多任务学习方法

    李默晶孙长库
    144-157页
    查看更多>>摘要：在基于多任务学习的高反光表面单序列投射相移轮廓术中，网络参数在优化初期往往受到过曝区域相位缺失的直接影响，进而导致网络性能受损。提出一种多任务学习方法，把网络对于折叠相位图中非过曝区域和过曝区域的拟合看作不同任务，分别计算其梯度值用于网络参数更新，并引入pareto最优化用于更新任务权值向量。同时，由于两个任务的优先级之间存在明显的先验关系，传统针对平行任务的pareto最优化理论不适用于本场景，因此提出了一种动态更新任务优先级的多任务权值搜索策略，用于根据当前学习情况自适应地更新超参数，尽量避免由于任务梯度冲突导致的网络震荡。验证实验与对比实验的结果表明，将该优化方法引入现有多任务学习框架以后，网络收敛速度得到了显著提高;同时，由于减轻了过曝区域对网络参数拟合的不利影响，该权值搜索策略最终实现了更加平滑和稠密的重建结果。

    相位轮廓术多任务学习相位预测同名点匹配超参数搜索

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    基于纳米多孔阳极氧化铝传感基底的反射干涉光谱技术灵敏度研究

    王健飞王凯歌
    158-168页
    查看更多>>摘要：为了明确以多孔薄膜为传感基底的反射干涉光谱技术在信号强度、检测灵敏度和判断准确性方面的特性，本研究结合实验和仿真计算，定量分析了影响灵敏度的各种条件及其作用机理。首先制备了孔径相同(80 nm)、2种孔深不同(9 μm、11 μm)的纳米多孔阳极氧化铝薄膜。实测表明它们对填充液的反射干涉光谱检测灵敏度分别达到了 5。60×103 nm/RIU、8。00×103 nm/RIU。其次，构建了以纳米多孔阳极氧化铝为传感基底的反射干涉光谱物理模型，仿真结果显示当待测样品的折射率变化范围为1。00～1。60时，对于孔径为80 nm、孔深为9 μm的传感基底，其灵敏度为6。20×103 nm/RIU，当孔深增加为11 μm时，灵敏度为8。30×103 nm/RIU。实验与仿真结果具有高度一致性，孔径相同时，孔深越大，灵敏度越高。该研究方法与结果，对于以纳米多孔阳极氧化铝为传感基底的反射干涉光谱技术在原位监测生物化学药物单分子特性及其相互作用性质等方面有促进作用。

    纳米多孔阳极氧化铝生物单分子传感器反射干涉光谱传感基底灵敏度

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    基于高局域化FBG的液相扩散过程监测方法研究

    周峰王龙南曾雨琪罗潇...
    169-178页
    查看更多>>摘要：提出了一种利用高局域化光纤布拉格光栅测量液相扩散过程的方法。采用飞秒激光和相位掩模法在载氢的普通单模光纤中成功制备了一种高局域化光纤布拉格光栅，其折射率变化区域在光束入射方向上高度局域在纤芯中，从而在透射光谱中除了具有纤芯模式对应的损耗峰之外，还具有丰富的包层模式对应的损耗峰，纤芯模式和包层模式对应的损耗峰分别达-17。6 dB和-17。2 dB。实验测得光栅截止模式对液体折射率很敏感，截止模式对应的损耗峰中心波长随液体折射率呈线性变化，折射率灵敏度为531。69 nm/RIU，而纤芯模式几乎不随液体折射率发生改变，可用于折射率测量过程中的温度补偿。将高局域化光纤布拉格光栅布设在两种液体的分界面处时，随着液相扩散过程的进行，光纤周围液体的折射率发生变化，通过监测高局域化光纤布拉格光栅透射光谱中截止模式中心波长的变化，实现了对液相扩散过程的原位实时监测。

    高局域化FBG液相扩散折射率飞秒激光截止模式

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    室内环境下基于图优化的视觉/惯性/超宽带融合定位算法

    高博廉保旺
    179-191页
    查看更多>>摘要：针对室内环境下视觉惯性里程计存在光照条件依赖和误差累计、超宽带定位易受非视距误差影响的问题，提出一种基于图优化的视觉/惯性/超宽带融合定位算法。首先，引入线特征来提高视觉特征的精度和鲁棒性;其次，设计了超宽带非视距误差识别与抑制方法来提高超宽带定位精度。然后，将超宽带定位信息与视觉惯性里程计输出位置信息以图优化的方式进行融合，实现室内定位，最后通过仿真实验和真实室内场景实验进行了验证。该算法在低光照、弱纹理或者障碍物遮挡等复杂室内环境下，与视觉惯性里程计相比，平均定位精度最高提升约 72。09%，与纯超宽带定位算法相比，平均定位精度最高提升约 46。15%。该算法可在室内环境下提供精度更高、鲁棒性更强的定位结果。

    室内定位视觉惯性里程计超宽带抗差卡尔曼滤波因子图

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    跟踪成像复合轴光学系统设计

    许彤裕李旭阳任志广魏锦洋...
    192-202页
    查看更多>>摘要：空间望远镜的部件振动与相对运动会导致像移，为抑制振动引起的像移，可在光路中加入快速反射镜对像移进行抑制(二级稳像)，然而快反镜较小的通光口径与稳像时造成的像旋限制了应用范围。为此，围绕以快反镜实现二级稳像的同轴共光路跟踪成像复合轴光学系统，分析对比反射式与折反式两种同轴无焦系统各自的特点，选择可实现较大扩束比的折反式无焦系统作为复合轴光学系统的前组，以满足光路中快反镜小通光口径的要求。根据像移补偿与像旋产生的机理构建数学模型，使用MATLAB分析仿真快反镜补偿线性像移时，探测器不同位置上像旋对调制传递函数的影响，并根据后组焦距与边缘视场调制传递函数的关系图，选择合适的后组焦距将像旋对调制传递函数的影响降低在合理范围。设计出焦距为9 200 mm、快反镜通光口径小于30 mm的复合轴光学系统，并将像旋造成的调制传递函数下降控制在10%内。

    光学设计快速反射镜无焦系统复合轴大孔径

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    星载迈克尔逊干涉仪直线动镜的柔性支撑结构研究

    杨帅孙剑严强强冯玉涛...
    203-212页
    查看更多>>摘要：针对传统迈克尔逊干涉仪动镜支撑结构存在成本高、寿命低、维护难度大、大行程大负载下导向精度差的问题，设计了一种高精度迈克尔逊干涉仪角镜柔性支撑结构，具有低成本、高精度、大负荷的优点。提出以柔性支撑结构的承载能力、行程和导向精度为优化目标的结构刚度模型，选择材料和尺寸参数，开展运动结构设计。有限元分析结果表明该支撑结构在1。5 kg的负载(角镜)下，当行程达到4。5 mm时，柔性结构的最大拉应力约为169 MPa，结构安全裕量为1。98，角镜竖直方向的寄生位移小于4。1 μm。专项测试结果显示，支撑结构承载1。5 kg负载(角镜)在4。5 mm行程内，竖直方向的寄生位移小于4。7 μm，直线度的均方根误差为1。5 μm，与设计结果较吻合，可以满足星载迈克尔逊干涉仪对高精度直线动镜的支撑要求。

    迈克尔逊干涉仪动镜柔性支撑结构刚度模型寄生位移

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    联合光谱和空间双尺度细节注入的遥感图像融合

    王淑香金飞林雨准芮杰...
    213-224页
    查看更多>>摘要：设计了一种基于引导滤波增强的联合光谱尺度和空间尺度细节注入的自适应遥感图像融合方法。首先，将全色图像作为引导图像，利用引导滤波对多光谱图像分区域处理，锐化纹理丰富区域、平滑光谱丰富区域，得到增强多光谱图像。其次，利用经典成分替换法和多尺度分析法分别提取光谱尺度和空间差异的细节信息，通过互信息整合得到包含双尺度的细节图像。再次，以原始多光谱图像和亮度分量的光谱相关关系、增强光谱图像的边缘信息作为细节图像的注入约束条件，得到细节注入图像。最后，将多光谱图像与联合空间和光谱双尺度的细节注入图像相加得到融合的高分辨率多光谱图像。分别利用IKONOS、QuickBird、WorldView4和高分二号四类遥感数据进行实验，结果表明，与其他融合方法相比，所提方法在主观视觉效果和客观量化指标上均表现出良好的性能，验证了所提方法的有效性。

    引导滤波互信息梯度检测细节注入遥感图像融合

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