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基于光纤束的无扫描无透镜内窥成像实验研究

光学与光电技术 2024年

作者：崔钟明杨浩然武壮宋子奇吴谨中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术中心中国科学院大学电子电气与通信工程学院

为缩小内窥成像探头体积，以适应更多的使用环境，实现高分辨率超细内窥成像，对一种基于相干光纤束的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像技术开展实验研究。利用1550 nm单频窄线宽激光器、相干光纤束、高速短波红外相机等建立了成像实... 详细信息

为缩小内窥成像探头体积，以适应更多的使用环境，实现高分辨率超细内窥成像，对一种基于相干光纤束的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像技术开展实验研究。利用1550 nm单频窄线宽激光器、相干光纤束、高速短波红外相机等建立了成像实验装置，开展了点目标成像实验，研究了相干光纤束纤芯长度不一致引入的相位误差对成像的影响与补偿方法，并进行了理论建模分析。实验结果表明相干光纤束纤芯长度引入的相位误差在长达5小时观察时间内相对稳定，可实现有效的补偿；在相干光纤束远端面10 cm处，点目标横向平移±4 mm内可以实现较好的相位误差补偿，但随着点目标横向偏移的增大，相位误差补偿逐渐变差甚至完全失效。理论分析与仿真结果表明相位误差补偿的角度相关性与相干光纤束内光场的多模传播有关，采用纯单模传输的相干光纤束或对相干光纤束两端面进行精磨以消除纤芯长度误差，可以抑制相位误差补偿的角度相关性，实现有效的补偿。

关键词：相干光纤束内窥成像相位成像数字全息相位误差补偿

相位敏感飞秒和频光谱技术及在高分子表界面表征的应用

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高分子材料科学与工程 2024年第4期40卷 111-118页

作者：王子云李柏霖安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心安徽合肥230031

高分子材料表面是表界面科学的一个重要研究领域。然而,从分子水平上对高分子薄膜表面进行原位无损精准探测仍具有挑战性。文中自主研发了表界面敏感的共线相位敏感飞秒和频光谱,其具有分子绝对取向结构的分辨能力、高的相位稳定性和信... 详细信息

高分子材料表面是表界面科学的一个重要研究领域。然而,从分子水平上对高分子薄膜表面进行原位无损精准探测仍具有挑战性。文中自主研发了表界面敏感的共线相位敏感飞秒和频光谱,其具有分子绝对取向结构的分辨能力、高的相位稳定性和信噪比以及弱表面信号的探测能力。本系统采用35fs的宽频红外激光,一次数据采集具有较宽的光谱测试范围。将此系统应用到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚己二酰己二胺(尼龙6/6)高分子薄膜表面的精准结构(绝对取向结构)的探测。结果表明,PMMA的酯甲基、PS的侧基苯环以及尼龙6/6的N—H基团在表面上有序取向且朝向空气一侧,其他基团在表面上相对无序取向或者倾向于平躺于表面上。文中开发了相位敏感飞秒和频光谱,并将其应用到了高分子薄膜表面领域,对高分子薄膜表面精准结构的认识以及表面性能的优化具有十分重要的意义。

关键词：相位敏感和频光谱高分子薄膜表界面

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推进环境、社会和治理与生态环境科学的结合

生态学报 2024年第19期44卷 8774-8783页

作者：邓红兵刘思源胡淼淼沈园覃驭楚潘文斌吴钢中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国科学院大学北京101408 南昌师范学院南昌330000 苏州市农业科学院(江苏太湖地区农业科学研究所) 苏州215105 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 福州大学环境与安全工程学院福州350108

环境、社会和治理(Environmental,Social and Governance,ESG)是指从环境、社会和公司治理三个维度来评估企业经营的可持续性与对社会价值观念的影响。随着可持续发展与生态文明的理念逐渐成为共识,ESG也成为实践和研究的热点。ESG关注... 详细信息

环境、社会和治理(Environmental,Social and Governance,ESG)是指从环境、社会和公司治理三个维度来评估企业经营的可持续性与对社会价值观念的影响。随着可持续发展与生态文明的理念逐渐成为共识,ESG也成为实践和研究的热点。ESG关注环境和可持续发展,但当前ESG研究与生态环境科学的结合明显不足。简要回顾了中国的ESG实践,并将其自2005年起分为起步阶段(2005—2009年)、发展阶段(2010—2017年)和全面深化阶段(2018年至今)。通过对主流的ESG评价指标体系与联合国可持续发展目标的关系进行分析,发现二者高度相符,表明ESG与生态环境科学联系密切。再根据国内外ESG研究文献分析,发现现有研究多围绕上市公司和金融机构展开,研究者主要来自金融、经济、社会、管理乃至商务等领域,当前ESG研究与生态环境科学存在脱节,总体上与生态环境科学的结合还有待发展和深入。在此基础上,文章指出应尽快推进ESG研究与生态环境科学的结合,并对未来如何开展相关实践与研究进行了展望,以期为生态环境领域学者开展ESG研究提供参考。

关键词：环境、社会和治理(ESG) 企业社会责任可持续发展评价体系 CiteSpace

直接液冷侧面泵浦Ti:Sapphire激光器的热效应分析

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激光与光电子学进展 2024年第15期61卷 190-198页

作者：王柯杨奕萱周雅诵郭广妍叶志斌董士远王惟泽邓可然蒋茂华易家玉重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 衢州学院电气与信息工程学院浙江衢州324000 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

建立多物理场模型,对直接液冷侧面泵浦Ti:Sapphire薄片激光器的热效应进行了分析。对侧面非均匀泵浦下薄片的温度分析指出:泵浦光在薄片内的全反射传输并未引起温度的剧烈起伏;流体的热边界层厚度远远小于流体厚度的一半,则相邻两片薄... 详细信息

建立多物理场模型,对直接液冷侧面泵浦Ti:Sapphire薄片激光器的热效应进行了分析。对侧面非均匀泵浦下薄片的温度分析指出:泵浦光在薄片内的全反射传输并未引起温度的剧烈起伏;流体的热边界层厚度远远小于流体厚度的一半,则相邻两片薄片之间不存在热串扰。对热安全性的分析指出,随着热功率的增加,既定工况下激光器的热安全性受到了固液界面温度的限制,先于薄片的热应力达到瓶颈;断裂应力限制下Ti:Sapphire薄片的热负载功率为4.43 kW,是相同工况下Nd:YAG的4.92倍。对热致波前畸变的分析指出:由于热边界层很薄,虽然流体的热光系数是薄片的数十倍,但是流体所引入的波前畸变不一定占主导地位;流体热光效应致波前畸变与薄片介质热光效应、热变形的影响相互补偿,预示着通过优化设计可大幅提升光束质量。

关键词：薄片激光器直接液冷浸入式激光器热效应热致波前畸变

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基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

物理学报 2024年第9期73卷 36-45页

作者：单翀孔令豹崔勇季来林赵晓晖李福建饶大幸赵元安隋展邵建达复旦大学信息科学与工程学院超精密光学制造工程技术研究中心上海201203 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生... 详细信息

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

关键词：惯性约束核聚变时间低相干光非线性自聚焦特征数值空间分辨法

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一种适用于不同水质机载激光测深的深度学习方法

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中国激光 2024年

作者：黄宜帆贺岩朱小磊徐广袖中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术实验室中国科学院大学材料与光电研究中心海军研究院

为提升机载测深激光雷达水深探测能力，提出了一种反演水深的深度学习方法。该方法通过将雷达采集波形转换为图像，再使用深度学习模型对图像进行语义分割来实现水深反演。转换为图像的好处为相对于单条波形处理，可以利用到相邻帧的波... 详细信息

为提升机载测深激光雷达水深探测能力，提出了一种反演水深的深度学习方法。该方法通过将雷达采集波形转换为图像，再使用深度学习模型对图像进行语义分割来实现水深反演。转换为图像的好处为相对于单条波形处理，可以利用到相邻帧的波形信息，有利于微弱海底信号的提取。在数据预处理方面，提出了一种快速消除不同水质回波差异的方法，使得模型训练集的构建简单，无需考虑不同水质回波特性差异。深度学习模型整体结构为U-net并结合了道路线检测模型SCNN(Spatial CNN)来提升模型的语义分割能力。采用了大洲岛、大埕湾、北礁三地采集的数据对方法进行了验证，结果表明：模型能够适应不同水质的采集数据，具有良好的鲁棒性，相比于波形处理方法水深提取的正确率平均提升了27%，大洲岛最大测量水深提升了3.2m，大埕湾提升了1.6m，北礁提升了6m。

关键词：机载测深激光雷达深度学习波形处理图像语义分割

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激光诱导放电等离子体极紫外辐射的模拟

物理学报 2024年第1期73卷 258-265页

作者：王均武玄洪文俞航航王新兵 Vassily S.Zakharov 广东大湾区空天信息研究院广州510700 华中科技大学武汉国家光电研究中心武汉430074 凯尔迪什应用数学研究所莫斯科125047 中国科学院大学北京100049

极紫外光刻是目前新一代超高集成度半导体芯片制造流程中重要的一环,激光诱导放电等离子体是极紫外光源产生的重要技术手段之一.本文基于全局状态方程、原子结构计算程序、碰撞辐射模型建立了一个辐射磁流体力学模型,对激光诱导放电等... 详细信息

极紫外光刻是目前新一代超高集成度半导体芯片制造流程中重要的一环,激光诱导放电等离子体是极紫外光源产生的重要技术手段之一.本文基于全局状态方程、原子结构计算程序、碰撞辐射模型建立了一个辐射磁流体力学模型,对激光诱导放电等离子体的动力学特性及极紫外的辐射特性进行模拟,模拟复现了放电过程中的箍缩现象,得到的极紫外光的转化效率与实验符合.研究发现放电电流的上升速率对极紫外光的产生有极大的影响,该结果对后续极紫外光输出功率、转化效率以及光谱纯度的提升有重要的指导意义.

关键词：辐射磁流体力学激光诱导放电等离子体碰撞辐射模型极紫外光

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积雪遥感监测产品研究与应用进展

自然资源遥感 2024年第3期36卷 13-27页

作者：孙禧勇刘稼丰范景辉张文凯石利娟邱玉宝朱发容中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉430074 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083

积雪是表征地表冰冻圈的重要因子,也是重要的天气、水文现象的参数。借助遥感技术对积雪形态及变化进行长时序、大范围监测,在全球气候变化研究、水文水资源调查和地质灾害预防等领域有重要作用。经过数十年的发展,国内外积雪遥感监测... 详细信息

积雪是表征地表冰冻圈的重要因子,也是重要的天气、水文现象的参数。借助遥感技术对积雪形态及变化进行长时序、大范围监测,在全球气候变化研究、水文水资源调查和地质灾害预防等领域有重要作用。经过数十年的发展,国内外积雪遥感监测技术领域取得了很大进展,积雪遥感监测产品种类不断丰富,积雪反演的算法也在不断改进。文章对现有应用比较广泛的积雪产品按照积雪范围产品、积雪覆盖率产品和雪深/雪水当量产品3类进行归纳总结,梳理当前典型积雪范围及覆盖率产品和雪深/雪水当量产品的业务化遥感反演算法。文章指出,随着国内外高时间和空间分辨率传感器的不断出现,在光学和微波新数据源、新技术支持下,研究人员逐渐针对区域特点优化积雪反演算法,使得反演精度不断提高,为未来积雪遥感监测产品的不断改进提供更多支持。

关键词：积雪遥感监测产品积雪覆盖雪水当量积雪反演算法

无扫描无透镜柔性光学内窥成像的纤芯误差影响

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光学与光电技术 2024年

作者：杨浩然崔钟明武壮宋子奇吴谨中国科学院空天信息创新研究院—激光工程技术研究中心中国科学院大学电子电气与通信工程学院

研究基于相干光纤束（CFB）的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像技术中纤芯误差对成像的影响。针对CFB的传输模式和纤芯长度误差，利用波动光学理论建立了基于CFB的无扫描无透镜柔性光学内窥2D相位成像的理论模型，数学仿真了不同传输... 详细信息

研究基于相干光纤束（CFB）的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像技术中纤芯误差对成像的影响。针对CFB的传输模式和纤芯长度误差，利用波动光学理论建立了基于CFB的无扫描无透镜柔性光学内窥2D相位成像的理论模型，数学仿真了不同传输模式或纤芯长度误差对成像的影响。结果表明：单模传输和多模传输下的成像分辨率不同，多模传输下具有超衍射极限分辨率的现象。纤芯长度误差对成像影响严重，纤芯长度误差较大时无法成像，纤芯长度误差较小时，成像信噪比降低。对小纤芯长度误差影响的低信噪比模糊图像，可采用维纳滤波，几次迭代后，图像的信噪比均能提升5dB以上，图像的归一化均方根误差均小于0.5，有效改善了图像质量。因此，在基于CFB的无扫描无透镜柔性光学内窥相位成像系统中，为了实现成像，需要采用单模CFB或在多模CFB中抑制多模实现单模运转。

关键词：柔性光学内窥成像相干光纤束传输模式纤芯长度误差维纳滤波