基于TDLAS技术的井下多组分气体浓度监测(特邀) 被引量：2

1

作者 申晓良 胡澜夕 +1 位作者 高炎旭 林列 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期107-116,共10页

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... 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(CO_(2))、甲烷气体(CH_4)和乙烯气体(C_(2)H_4)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0.99554,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。 展开更多

关键词 TDLAS技术 多组分气体 吸收光谱 煤矿 长距离传输

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利用深度学习扩展非接触扩散光学层析成像系统中探测器的动态范围 被引量：4

2

作者 赵星 刘桐君 +2 位作者 陈平 王京凡 刘伟伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2529-2538,共10页

非接触式扩散光学层析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)技术和传统DOT技术相比具有更高的空间采集密度,系统中探测器的动态范围对实验结果有很大的影响。通过仿真和实验研究了探测器动态范围过小对重建结果的影响,并提出了一种利... 非接触式扩散光学层析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)技术和传统DOT技术相比具有更高的空间采集密度,系统中探测器的动态范围对实验结果有很大的影响。通过仿真和实验研究了探测器动态范围过小对重建结果的影响,并提出了一种利用深度学习拓展探测器动态范围的方法。在NIRFSAT软件包中设置不同的吸收散射的仿体及入射光场参数,批量生成训练样本,搭建全连接网络进行模型训练,并利用该模型修复仿真和光学实验条件下探测器获得的数据。实验数据修复及重建结果表明,该模型修复了低动态范围探测器获得的数据,将探测器的动态范围从256扩展到109。该方法能够有效地减小探测器动态范围过小带来的重建误差,为使用普通低动态范围探测器进行非接触式DOT提供了一种有效的技术解决方案。 展开更多

关键词 扩散光学层析成像 深度学习 非接触系统 数据修复

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基于自适应大气光值补偿的改进暗通道煤矿井下图像去雾算法(特邀) 被引量：2

3

作者 宋磊 冯凡 +5 位作者 李鑫 彭强 黄秋云 黎达 赵星 宋丽培 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期95-106,共12页

视频监控是保障工业生产和人员安全的重要手段。但在一些特殊领域,监控图像常会受到粉尘散射的影响而产生雾化现象、导致图像质量退化。此外,由于这些生产环境在照明、目标景物方面具有特殊性,常用的暗通道去雾算法存在色彩偏移、过暗... 视频监控是保障工业生产和人员安全的重要手段。但在一些特殊领域,监控图像常会受到粉尘散射的影响而产生雾化现象、导致图像质量退化。此外,由于这些生产环境在照明、目标景物方面具有特殊性,常用的暗通道去雾算法存在色彩偏移、过暗、光晕等现象。以煤矿井下监控图像为目标,针对井下粉尘、水雾导致图像模糊、照度低、色彩信息不丰富的问题,提出一种改进的快速暗通道算法。该算法对大气光值进行基于像素自身颜色信息的自适应补偿校正,以减小色偏的产生,并针对井下图像提出了自拟合的亮度和饱和度增强函数。除对井下图像进行处理外,还将该算法用于常用去雾图像数据集,结果表明该算法对多种场景在有效去雾的同时很好地矫正了色偏及光晕现象,并提高了亮度和色彩饱和度。该算法为井工煤矿等产业以及生活场景的去雾提供了一种新的手段。 展开更多

关键词 去雾 暗通道先验 自适应大气光值 色彩偏移 引导滤波

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基于太赫兹光谱的物质检测研究进展(特邀) 被引量：2

4

作者 王佳辰 刘凯迪 孙陆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期41-50,共10页

近年来,太赫兹光谱因其独特的生物安全性、指纹光谱性和良好的穿透性等特性而受到广泛关注。介绍了近几年太赫兹光谱技术在物质检测方面的研究进展,首先介绍了太赫兹光谱技术的基本原理,然后概述了太赫兹光谱技术在气体物质、固体物质... 近年来,太赫兹光谱因其独特的生物安全性、指纹光谱性和良好的穿透性等特性而受到广泛关注。介绍了近几年太赫兹光谱技术在物质检测方面的研究进展,首先介绍了太赫兹光谱技术的基本原理,然后概述了太赫兹光谱技术在气体物质、固体物质和液体物质中的检测应用。最后,对太赫兹光谱技术在物质检测中的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 太赫兹光谱 物质检测 气体传感 生物医学 氢键

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煤矿井下散射环境雾化图像的气室仿真方法

5

作者 宋磊 黄秋云 +5 位作者 李鑫 李浩然 刘国伟 黎达 宋丽培 赵星 《煤炭工程》 北大核心 2024年第9期186-193,共8页

在粉尘环境中,井下监控图像会出现雾化退化现象,而在井下难以进行环境控制实验开展图像雾化的研究。因此,文章利用相对平均梯度定义图像雾化程度、分析了井下粉尘粒径构成、提出了井下粉尘配比方法、设计并搭建仿真气室模拟井下雾化图... 在粉尘环境中,井下监控图像会出现雾化退化现象,而在井下难以进行环境控制实验开展图像雾化的研究。因此,文章利用相对平均梯度定义图像雾化程度、分析了井下粉尘粒径构成、提出了井下粉尘配比方法、设计并搭建仿真气室模拟井下雾化图像。结果表明:利用平均梯度定义的雾化程度优于其他常用评价参数,其评价结果与人眼判断结果相符,而井下图像的雾化退化程度可以达到80%,此时图像的细节信息基本被雾化影响所掩盖;井下粉尘样本的测试结果显示:99%的井下粉尘粒径小于30μm,粒径小于10μm的粉尘的粒子数占比约为93%;利用仿真气室生成的雾化图像不仅可以涵盖井下图像雾化程度范围,相较于雾化算法生成的结果,具有更准确地模拟粉尘下的光散射扩散效果的优点。 展开更多

关键词 煤矿安全 井下图像 井下监控 环境模拟 图像退化

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电离辐射调控二维材料物性的机理与应用(特邀)

6

作者 高腾腾 钱文启 +4 位作者 刘海毅 王雪盈 刘芳汛 林思涵 齐鹏飞 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期22-40,共19页

在后摩尔时代,二维材料因其在高性能光电集成器件中的潜力而成为研究的焦点。尽管这些材料展现出优异的物理性能,但其在极端环境下的稳定性和可靠性,尤其是电离辐射对其性能的影响,仍是一个未被充分解决的问题。深入探讨了电离辐射对二... 在后摩尔时代,二维材料因其在高性能光电集成器件中的潜力而成为研究的焦点。尽管这些材料展现出优异的物理性能,但其在极端环境下的稳定性和可靠性,尤其是电离辐射对其性能的影响,仍是一个未被充分解决的问题。深入探讨了电离辐射对二维材料微观结构和物性的影响,揭示了辐射引起的缺陷和掺杂如何改变材料的电学、光学和机械特性。强调了辐射类型和能量在决定二维材料器件性能中的重要性,指出适当的辐射参数可以提升材料性能,而过量辐射则可能导致性能下降。通过精确控制辐射参数,可以实现对二维材料性能的有效调控。还详细讨论了辐射处理后的二维材料在光刻和光传感等技术领域的应用,并对未来在空间探索、能源和国防等领域的应用前景和挑战进行了展望。 展开更多

关键词 二维材料 电离辐射 微观结构调控 光学性能调控

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三角形金属纳米粒子的光力特性研究 被引量：1

7

作者 王晓雷 姜光科 +5 位作者 董钰鑫 刘思亮 贡丽萍 赵洁惠 朱竹青 顾兵 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期144-153,共10页

基于麦克斯韦应力张量理论,对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例,从粒子在聚集场中的受力情况出发,分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕... 基于麦克斯韦应力张量理论,对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例,从粒子在聚集场中的受力情况出发,分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性。研究结果表明,当使用圆对称聚焦场时,可对边长为50~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获;当使用三角形聚焦场时,在粒子以和聚焦场形状匹配的角度进入聚焦场的情况下,可对边长为100~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获。将圆对称聚焦场和三角形聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性进行比较,发现三角形聚焦场在x方向的捕获力要强于圆对称聚焦场;而在y方向,三角形聚焦场对粒子的捕获范围要大于圆对称聚焦场。该工作研究了三角形的金属纳米粒子在不同形状聚焦场下的光力捕获特性,为基于非球形金属粒子的光学操纵在拉曼光谱超分辨成像、粒子微加工等领域的应用奠定了理论基础。 展开更多

关键词 光镊 三角形金纳米粒子 径向矢量光场 紧聚焦 光力

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角膜塑形术后角膜面形分析及周边离焦研究 被引量：5

8

作者 刘宝凯 刘永基 +3 位作者 谢培英 郭曦 谷健达 于浩 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期770-777,共8页

本文提出了一种新的角膜面形分析方法,不仅消除了角膜本体厚度对塑形后角膜面形分析的影响,同时也能体现塑形后角膜的不对称性。在角膜前表面高度数据分析中引入基准参考面,以消除角膜本体厚度的影响,进而将塑形后的角膜前表面划分为光... 本文提出了一种新的角膜面形分析方法,不仅消除了角膜本体厚度对塑形后角膜面形分析的影响,同时也能体现塑形后角膜的不对称性。在角膜前表面高度数据分析中引入基准参考面,以消除角膜本体厚度的影响,进而将塑形后的角膜前表面划分为光学区、转换区和边缘区。分析表明,角膜塑形后的光学区口径为(1.9±0.27)mm,曲率半径为(8.32±0.38)mm;转换区口径为(6.56±0.38)mm,曲率半径为(7.48±0.55)mm;边缘区的曲率半径为(10.49±1.83)mm。角膜塑形后的转换区水平方向屈光能力小于竖直方向的屈光能力,鼻侧屈光能力大于颞侧屈光能力,上侧屈光能力大于下侧屈光能力。利用所得参数建立半定制化的眼模型,对眼模型进行分析,结果表明:角膜塑形后周边呈近视性离焦,各方向的离焦呈非对称性分布,符合临床表现。 展开更多

关键词 角膜塑形镜 角膜分区 周边离焦 分区算法 眼模型

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PtSe_(2)薄膜的时间分辨太赫兹光谱特性研究(特邀) 被引量：2

9

作者 戴子杰 康黎星 +2 位作者 龚诚 刘政 刘伟伟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期92-99,共8页

基于时间分辨太赫兹光谱技术,研究了不同厚度的二硒化铂(PtSe2)薄膜在太赫兹波段的光学特性。实验结果表明,当泵浦光功率从0增强至2540μJ/cm2时,11 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐增大,透射太赫兹信号强度减小;而197 nm-PtSe2薄膜的电导率... 基于时间分辨太赫兹光谱技术,研究了不同厚度的二硒化铂(PtSe2)薄膜在太赫兹波段的光学特性。实验结果表明,当泵浦光功率从0增强至2540μJ/cm2时,11 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐增大,透射太赫兹信号强度减小;而197 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐减小,透射太赫兹信号强度增大。由此构造的光控太赫兹调制器件的调制速度约为14 ps,工作带宽为0.2-1.8 THz,调制深度为15%-35%。研究证明PtSe2薄膜材料在高速光控太赫兹器件领域具有应用潜力。 展开更多

关键词 太赫兹 时间分辨 超快 二硒化铂 太赫兹调制

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高能量掺镱飞秒激光多薄片非线性压缩的数值模拟 被引量：1

10

作者 薛嘉云 陶诗诗 +4 位作者 郭兰军 张智 王志 林列 刘伟伟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期38-44,共7页

对高能量掺镱激光器进行腔外压缩,是获得高能量少数周期脉冲的重要方式。通过数值模拟研究了单脉冲能量为250 mJ,波长为1 030 nm的高能量掺镱激光器通过固体多薄片介质进行非线性脉冲压缩的过程,及介质周期、厚度对频谱展宽的影响。在... 对高能量掺镱激光器进行腔外压缩,是获得高能量少数周期脉冲的重要方式。通过数值模拟研究了单脉冲能量为250 mJ,波长为1 030 nm的高能量掺镱激光器通过固体多薄片介质进行非线性脉冲压缩的过程,及介质周期、厚度对频谱展宽的影响。在优化频谱展宽条件的过程中发现,不超过介质损伤阈值的情况下,固体薄片组的周期和厚度对频谱展宽具有正向影响。通过选取合适的介质厚度及周期,激光频谱通过熔融石英介质进行展宽,最终输出的光谱带宽达229 nm,补偿色散后,激光脉冲由500 fs压缩至16.2 fs,压缩比达到30。研究结果为实现高能量激光脉冲的非线性压缩提供了理论参考。 展开更多

关键词 脉冲压缩 非线性光谱展宽 自相位调制 色散补偿 飞秒激光

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超越SNOM探针通光孔径尺寸的金属纳米间隙超分辨测量 被引量：2

11

作者 武娜娜 钟莹 刘海涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期63-70,共8页

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随... 采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线,实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量,对于100nm通光孔径的探针,可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果,表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面等离激元的激发. 展开更多

关键词 纳米光子学 偶极天线 扫描近场光学显微镜 分辨率 探针 间隙表面等离激元 远场辐射速率

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矢量像差理论在成像系统像差补偿中的应用(特邀)

12

作者 解博夫 张帅 +3 位作者 李浩然 冯昊 黎达 赵星 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期33-42,共10页

随着应用光学领域的蓬勃发展,对于成像光学系统的像质需求越来越高。自由曲面的多设计自由度使其具有优异的像差补偿能力,常被用于高效像差补偿器件,而设计出具有良好像差补偿效果的自由曲面是提升系统像质的关键。这里基于矢量像差理论... 随着应用光学领域的蓬勃发展,对于成像光学系统的像质需求越来越高。自由曲面的多设计自由度使其具有优异的像差补偿能力,常被用于高效像差补偿器件,而设计出具有良好像差补偿效果的自由曲面是提升系统像质的关键。这里基于矢量像差理论,介绍了一种针对成像系统像差补偿的Zernike型自由曲面设计方法。并以望远偏心系统作为实例,利用所提出方法设计了该系统的像差补偿自由曲面,并借助空间光调制器开展实验研究。仿真与实验结果均表明,所提出方法能够得到有效补偿望远偏心系统像差的自由曲面,像差补偿后光斑尺寸降低至补偿前的43.9%,其像差补偿效果优于传统标量像差理论优化法设计结果,该方法在自由曲面成像系统设计方面具有一定的应用研究价值。 展开更多

关键词 应用光学 像差补偿 矢量像差理论 自由曲面

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基于四瓣高斯飞秒激光的多丝阵列产生与调控

13

作者 曾涛 易宇亮 郭兰军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期89-98,共10页

基于亥姆霍兹波动方程和非线性传输波动方程,模拟了四瓣高斯飞秒激光在空气中线性传输和非线性传输的光强空间分布,以期获得规则的多丝阵列稳定传输。研究结果表明,当初始入射激光功率相对较强时,基于四瓣高斯飞秒激光光束可获得规则的... 基于亥姆霍兹波动方程和非线性传输波动方程,模拟了四瓣高斯飞秒激光在空气中线性传输和非线性传输的光强空间分布,以期获得规则的多丝阵列稳定传输。研究结果表明,当初始入射激光功率相对较强时,基于四瓣高斯飞秒激光光束可获得规则的多丝阵列产生。通过改变初始束腰半径和光束阶数,实现对光丝阵列间距的调控。光丝阵列间距大于背景能量池尺寸时,光丝阵列将稳定传输且间距保持不变;小于背景能量池尺寸时,多丝相互融合进而形成稳定的单丝。当初始入射激光功率相对较弱且大于自聚焦阈值功率时,将会出现多次自聚焦现象,最终形成稳定的单丝传输。该研究提供了一种产生二维规则飞秒激光光丝阵列的方法,将为基于飞秒激光多丝阵列的实际应用,如太赫兹波增强、空气激光增强、遥感探测、微波通道以及微粒捕获等,提供理论依据。 展开更多

关键词 飞秒激光成丝 多丝阵列 四瓣高斯光束 光束阶数 空间分布

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