最新刊期
      2024 年 第 32 卷 第 15 期

        现代应用光学

      • “在光学定量相干干涉测量领域，提出了一种偏振式单帧波前重构方法，有效克服传统横向剪切缺陷，提高宏微观样本三维形貌检测效率。”
        卞点,骆雅婷,侯登峰,罗哉
        2024, 32(15): 2325-2333. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2325
        摘要：为了实现对大畸变波前的实时测量，基于紧凑稳定的剪切干涉结构，提出一种偏振式单帧波前重构方法，有效克服传统横向剪切需要两幅或以上的图像梯度整合缺陷，实时重构大畸变待测样本波前的形貌。以无限共轭模型为理论基础进行仿真分析，对生成的大畸变波前样本进行计算重构，验证该优化算法的可行性。在此基础上，搭建双平面镜可调谐剪切干涉共轭结构，结合偏振器件，以分辨率目标靶作为待测对象，对所提算法进行实验验证，实现入射光场波前的实时条纹分离和波前重构。实验结果表明，所提单帧波前法重构样本波面的均方根误差为60 nm，算法运行时间有效提升至0.11 s。所提偏振剪切式光学设计以及单帧波前重构算法，作为一种自干涉剪切方法，无需多幅图像的重建程序，简化横向剪切干涉的实验结构，提高宏微观样本三维形貌的检测效率，在光学定量相干干涉测量领域具有一定的应用潜力。  
        关键词：剪切干涉;波前检测;大畸变;实时重构;偏振调控   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在热辐射领域，科学家利用飞秒激光和倒模技术，成功制备出宽光谱高吸收的柔性超黑表面，大幅简化了制备流程并降低了成本。”
        吴家政,安阳,李炜
        2024, 32(15): 2334-2343. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2334
        摘要：超黑表面在热辐射等领域发挥着重要作用，为了制备具有宽光谱高吸收特性的超黑表面，并且简化制备流程、降低成本，提出一种基于飞秒激光和倒模技术的制造方法。实验以激光加工的铜片为母版，探究激光参数对微结构形貌尺寸的影响，选取合适参数进行周期性微结构的加工。利用二次模具将周期性微结构与黑漆基底进行结合，获得一种在太阳光谱宽波段具有全向高吸收性能的柔性超黑表面。最后，利用超黑表面联合氧化铟锡（IndiumTin Oxide， ITO）透明玻璃提出一种太阳能吸收器设计方法，并进行户外实验验证。实验结果表明：超黑表面在太阳光谱波段具有高达98.3%的正入射吸收率，入射角为70°大角度时，超黑表面仍具有90%以上的吸收率。覆盖有ITO透明玻璃的太阳能吸收器最高可提升4 ℃的器件温度。整体工艺制备流程简单，成本低廉，超黑表面具有柔性基底且可大面积扩展。  
        关键词：飞秒激光加工;倒模;超黑表面;吸收率;微结构阵列   
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        发布时间：2024-10-23
      • “最新研究开发出一种高灵敏度光纤温度传感器，通过增强型谐波游标效应实现温度灵敏度显著提升，具有低成本、高稳定性优势，应用前景广阔。”
        林子曦,李雨婷,杨玉强,李依潼,张钰颖
        2024, 32(15): 2344-2354. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2344
        摘要：提出一种基于增强型谐波游标效应增敏的光纤温度传感器，该传感器由光纤萨格奈克干涉计（Sagnac Interferometer， SI）和法布里-珀罗干涉计（Fabry-Perot Interferometer， FPI）级联构成。通过控制FPI的自由光谱范围为SI的自由光谱范围的整数倍且两者具有相反的温度响应，实现增强型谐波游标效应。实验结果表明，增强型谐波游标效应和增强型普通游标效应具有几乎相同的温度灵敏度，分别为单个FPI和SI灵敏度的28.7倍和16.9倍，增强型谐波游标放大倍率分别为普通谐波游标放大倍率的3.4倍和1.8倍，但增强型谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于增强型普通游标效应，且阶数越高对应的失谐量越大，因此，增强型谐波游标放大倍率更容易控制和实现。该传感器在获取高灵敏度的同时，稳定性能好、制备成本低，具有非常好的应用前景。  
        关键词：光纤传感器;法布里-珀罗干涉计;萨格奈克干涉计;增强型游标效应;谐波游标效应;温度传感器   
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        发布时间：2024-10-23
      • “聚焦纹影技术在爆炸冲击波研究中取得新进展，成功获取了大视场下冲击波与固体模型相互作用的高时空分辨图像和状态数据，为武器装备状态评估提供直观图像数据支撑。”
        郑星,黄海莹,毛勇建,张军,周东
        2024, 32(15): 2355-2362. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2355
        摘要：为了获取大视场下爆炸冲击波的纹影图像以及冲击波与被测模型相互作用后的流场演化特征，开展了基于聚焦纹影的反射式高速纹影测试。利用激光光源和高反射膜建立了系统所需的光源输入，并通过简化刀口栅设计，实现了远距离大口径爆炸激波管出口冲击波流场图像演化特征以及与固体模型相互作用的高时空分辨特征。研究结果表明，设计的聚焦式反射纹影系统在80 m以上距离处获取了大口径大当量爆炸激波管出口处6 m×3 m视场的冲击波特征，以及与固体相互作用的高时空分辨图像和状态数据；相比传统聚焦纹影系统，该系统具有结构简单、可实现性强、测试距离远，覆盖视场大等特点；通过设计不同光源输入，探讨了激光光源在远距离拍摄中的优势；通过冲击波阵面与固体模型的相互作用特征，揭示了冲击波作用于被测固体模型后的形成、演化和绕流状态。该测量结果能够为武器装备在受到冲击波作用后的状态评估和响应特性分析提供直观的图像数据支撑。  
        关键词：聚焦纹影;大视场;冲击波图像;爆炸激波管   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在辐照度测量领域，专家研究了光阑衍射效应实验检测方法，为提升太阳总辐照度测量精度提供关键技术基础。”
        余杰玲,董航,衣小龙,林雨辰,王思龙,苗庆祥,孙瑞,高展鹏,方伟,叶新
        2024, 32(15): 2363-2373. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2363
        摘要：针对当前在辐照度测量中对孔径光阑衍射效应的评估仍停留在理论计算层面，无法评估衍射修正结果不确定度的现状，研究了光阑衍射效应实验检测方法，以校正孔径光阑的衍射效应并提升太阳总辐照度的测量精度。基于暗场成像技术和夫琅和费远场衍射理论，设计孔径光阑的衍射效应检测方法，开展检测实验，通过研究探测器线性度标定、背景信号校正、衍射图像数据分析等，建立数据修正处理流程，获取孔径光阑在前结构的太阳绝对辐射计衍射效应值，并对实验结果进行不确定度分析。测试结果显示：衍射效应测量值为8.81×10-4，合成不确定度为6.49%。研究成果将为我国下一代风云气象卫星太阳辐射监测仪衍射效应的精确校正及实现高精度太阳总辐照度的测量奠定关键技术基础。  
        关键词：衍射效应;孔径光阑;衍射角;图像校正   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在双转轮多通道双晶单色器领域，专家提出了一种基于光电自准直仪的准静态双晶衍射面平行度测量方法及S形曲线轨迹规划方法，有效提高了单色器性能。”
        鲁浩林,刘卯卯,何思宇,冯朝,张小威,唐琳,何建华,肖晓晖
        2024, 32(15): 2374-2386. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2374
        摘要：针对双转轮多通道双晶单色器的平行度误差补偿问题，提出一种基于光电自准直仪的多通道双晶单色器准静态双晶衍射面平行度测量方法以及一种S形曲线轨迹规划方法。分析多通道单色器的结构及运动特点，基于光电自准直仪提出多通道双晶单色器平行度测量系统的总体框架及测量具体流程。结合多通道双晶单色器运动特点，提出一种S形曲线轨迹规划方法，并基于平行度测量结果对单色器运动轨迹进行优化设计。最后，在搭建的实验平台上开展准静态平行度测量实验及运动轨迹跟踪实验。结果表明：所搭建的平行度测量系统的平行度分辨率达0.5″，相邻两组晶体角度跃迁差值在百角秒量级；所提S形曲线轨迹规划算法将轨迹跟踪误差抑制在6.1″，相比传统5阶多项式及未规划轨迹，跟踪误差分别降低58.7%和63.9%。实验结果验证了所提方法有效性，对改进双转轮多通道双晶单色器性能具有良好的实际应用价值。  
        关键词：同步辐射X射线;双晶单色器;误差补偿;平行度测量;轨迹规划   
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        发布时间：2024-10-23

        微纳技术与精密机械

      • “在机器人抛光领域，专家采用有限元法和数值仿真法，修正了M-ZnS材料去除函数模型，优化了工艺参数，实现了高精度、低成本、批量化制造光学元件。”
        臧艺凯,朱蓓蓓,秦琳,尚瑶,尚俊豪,佘中迪,陈肖,肖峻峰,许剑锋
        2024, 32(15): 2387-2400. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2387
        摘要：为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合，探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案，采用有限元法和数值仿真法，对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型，采用曲线拟合方法得到了压力分布函数。仿真模型和实验数据对比表明，去除函数模型与实验数据中心相对偏差小于8%，证实了修正去除函数模型的有效性。然后，对抛光关键工艺参数进行优化，通过单因素实验法，获得了机器人抛光M-ZnS的优化工艺参数组合：对于10 mm的沥青盘，推荐压力为0.12~0.18 MPa，推荐的转速比为200/-10~200/-50 r/min。最后，采用修正的去除函数模型和优化工艺参数对100 mm口径的M-ZnS平面光学元件进行抛光，并对抛光前后的表面粗糙度和面形精度进行测量和对比。实验结果表明，经过单轮80.39 min抛光，表面质量明显提高，元件淡黄色逐渐褪去，表现为透明材料，面形PV从0.668 μm降至0.229 μm，收敛率为65%，表面粗糙度Sa从7.911 nm降低至2.472 nm，收敛率为68%。机器人抛光技术可作为M-ZnS光学元件高效高质量加工的重要手段。  
        关键词：机器人抛光;M-ZnS;去除函数;工艺优化;面形精度;表面粗糙度   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在机器人、机床等领域，新型并联坐标测量机快速发展，解决了传统测量机误差累积问题，为精密测量提供新思路。”
        欧阳凯,付饶,杨龙,胡鹏浩
        2024, 32(15): 2401-2417. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2401
        摘要：并联机构具有刚度大、承载力强、动力性能好、支链间误差平均效应等优势，在机器人、机床、微动器件等领域得到了广泛应用。然而，传统直角式坐标测量机和关节式坐标测量机采用串联结构，存在误差累积的固有缺陷。鉴于并联机构具有的互补优势，近二十年来并联坐标测量机得到了快速的发展。结合国内外技术现状和团队的研究成果，对并联坐标测量机机构学、运动学、动力学、机构性能和控制策略等方面进行了系统的回顾和分析，总结了目前并联坐标测量机研究中存在的主要问题，提出了进一步的解决方法与思路，并展望了未来的发展趋势。  
        关键词：并联机构;坐标测量机;测量精度;自由度;运动学   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在晶圆翘曲检测领域，专家提出了改进的竖直自动装夹方案，实现了晶圆附加翘曲弯曲度不超过70纳米，翘曲度不超过1000纳米。该方案具有精确约束和简洁装夹流程等优势，对研制300毫米晶圆高精度几何形貌测量仪及大尺寸光学元件装夹具有一定的指导意义。”
        张逸博,孔新新,赵思泽鹏,贾金刚,蒋德怀,宋佳慧,伍洲
        2024, 32(15): 2418-2428. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2418
        摘要：针对晶圆翘曲检测中晶圆受外力引入附加形变难以消除及量化的问题，面向快速高精度晶圆翘曲工业检测提出一种改进的竖直自动装夹方案，具有精确约束、装夹流程简单等优势。借助理论分析和有限元仿真结合晶圆翘曲表征方法，提出了一种晶圆装夹设计的分析方法，得到了不同关键设计参数与晶圆附加翘曲的关系，实现了竖直装夹机构关键参数的正向设计，并基于设计结果进行了重复装夹验证实验。分析及实验结果表明，竖直装夹在保证晶圆姿态倾角小于0.02°、底部固定约束位置斜面角度35°±1°、夹持力不大于2 N且与竖直方向夹角不超过2°时，可以保证300 mm单晶硅晶圆的附加翘曲弯曲度不超过70 nm，翘曲度不超过1 000 nm。该装夹方案拥有精确约束和简洁装夹流程等优势，对研制300 mm晶圆高精度几何形貌测量仪及大尺寸光学元件装夹具有一定的指导意义。  
        关键词：晶圆翘曲测量;竖直装夹;附加形变;有限元分析   
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        发布时间：2024-10-23

        信息科学

      • “在眼底疾病分析领域，研究者提出了一种基于数字衍射的眼底图像光强校正算法，有效改善了图像对比度和颜色失真问题，为眼底图像病理位点识别提供了性能更好的预处理方法。”
        张书赫,曹良才
        2024, 32(15): 2429-2438. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2429
        摘要：彩色眼底图像是分析与监控眼底疾病的重要工具。由于照明不均匀的问题，眼底图像视觉质量不足，图像对比度有待提高。为此，基于数字衍射提出了一种兼顾颜色保真与亮度增强的单幅眼底图像光强校正算法。将彩色RGB眼底图像转换到LCH色彩空间进行基于L通道的光强校正，以解决眼底图像亮度的平衡问题。对C通道进行相同操作使得处理后的彩色眼底图像颜色保真性较好。在Messidor眼底图像数据集的1 200组眼底图像上进行分析，并与Gamma校正、Retinex等眼底图像光强校正方法进行对比。本算法不仅具有更好的图像增强效果，改善了彩色眼底图像的颜色失真及对比度低的问题，还可进一步结合自适应直方图均衡化（CLAHE）以提升图像对比度。实验结果表明，在图像多尺度对比度和图像噪声评价指标方面优于传统算法3%~4%。经算法增强后眼底图像亮度分布更加均匀、对比度提升，为后期眼底图像病理位点的识别、血管与病灶分割和分类提供了一种性能更好的预处理方法。  
        关键词：医学图像处理;眼底图像增强;对比度增强;数字衍射   
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        发布时间：2024-10-23
      • “在夜间地雷检测领域，研究者提出了一种无监督可见光偏振图像融合增强算法，有效提升了地雷目标检测性能。”
        沈康宇,崔博伦,吕其峰,王驰
        2024, 32(15): 2439-2453. DOI: 10.37188/OPE.20243215.2439
        摘要：为了克服在夜间光线微弱情况下，撒布地雷目标与周边地面背景的光谱强度差异较弱的难题，研究一种端到端的无监督可见光偏振图像融合增强算法。融合图像利用撒布地雷的偏振特性在夜间增强地雷目标的同时，尽可能地保留场景的细节纹理信息。融合算法网络由特征提取模块、特征融合模块和图像重构模块构成。在特征融合方面，引入混合注意力机制以加强网络对特征张量中显著信息的提取能力。并通过设计基于像素内容分布的损失函数，引导融合图像保留更多源图像中显著像素区域特征，实现网络的端到端输出。针对夜间撒布地雷数据集，同7种主流图像融合方法进行主客观评价，并在SSIM，VIF等8项评价指标中表现为同类最优，YOLOv5模型中经融合增强的图像在地雷检测任务中表现要优于强度图像（mAP@0.5领先8%，mAP@0.5：0.95领先11%）。本模型具备先进性，并对后续地雷目标检测任务有积极影响。  
        关键词：图像融合;撒布地雷;偏振特性;可见光;低照度   
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        发布时间：2024-10-23
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