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四象限探测器高精度光斑位置检测技术研究进展

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激光与光电子学进展 2025年

作者：刘作禹刘章宸吕福睿李瑞鹏柴海洋李亚添张国强丁少行吴佳彬高世杰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学

高精度激光光斑位置检测技术在当代科学研究中具有重要作用，四象限探测器作为基于光电效应的位置敏感探测器，因其高帧频、强灵敏度和抗干扰等优势，被广泛应用于位移与角度测量等领域。本文首先介绍四象限探测器的工作原理及常见的光... 详细信息

高精度激光光斑位置检测技术在当代科学研究中具有重要作用，四象限探测器作为基于光电效应的位置敏感探测器，因其高帧频、强灵敏度和抗干扰等优势，被广泛应用于位移与角度测量等领域。本文首先介绍四象限探测器的工作原理及常见的光斑位置检测模型，接着分析其在激光通信、激光制导、光镊技术和精密测量等领域的应用现状与成果。然后，详细讨论了影响光斑位置检测精度的因素，包括系统内部特性、外部环境干扰和解算算法的局限，并总结了在光学、电子学、信号处理及算法方面的优化方案。最后，展望了四象限探测器的未来研究方向与发展前景。

关键词：四象限探测器光斑位置检测探测精度影响因素检测算法

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近红外有机光电探测器研究进展

激光与光电子学进展 2025年

作者：王浩然胡均义成明王云鹏王飞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术重点实验室中国科学院大学

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出... 详细信息

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出了巨大贡献。本文在阐述了有机光电探测器的光导型、晶体管型、二极管型的器件结构和光谱响应范围、响应度、外量子效率、探测率等性能参数的基础上，总结了窄带隙聚合物、小分子受体、非富勒烯受体材料在器件中的应用并介绍结构优化、表面钝化处理、界面工程等优化器件性能的各种策略，以及窄带、全色、颜色选择NIR-O PDs研究现状并展望了未来发展面临的挑战和应用前景。

关键词：近红外有机光探测器有机光电二极管有机半导体材料

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eXTP聚焦镜电子偏转器仿真分析与设计

物理学报 2025年

作者：郑人洲强鹏飞杨彦佶闫永清李悦盛立志陈勇中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备，为保证其观测结果的准确性，需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效的偏转，达到降低本底噪声的目的。本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台（enhanced X-ray Timing and Polarimetry ... 详细信息

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备，为保证其观测结果的准确性，需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效的偏转，达到降低本底噪声的目的。本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台（enhanced X-ray Timing and Polarimetry Mission，eXTP）聚焦镜电子偏转器研制工作，满足聚焦镜光学系统对于低能电子的偏转需求，兼顾轻量化、电子偏转能力以及电磁兼容性能等问题，采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了电子偏转器及聚焦镜镜片的全物理仿真模型，分析了磁感应强度分布、电子偏转轨迹以及磁场对聚焦镜镜片的影响，完成了电子偏转器电磁参数设计。模拟结果表明，电子偏转器周围空间中磁感应强度沿半径方向减小，两根辐条正中间磁感应强度最大值可达0.027 T。在磁感应强度平面及纵向分布中，当半径大于280 mm或纵向距离大于60 mm时，磁感应强度小于5×10-5T （0.5Gs），满足电磁兼容性能设计要求。当入射角≤10°时，电子偏转效率随电子能量和入射角增大而减小，50 keV能量以下电子偏转效率可达100%，满足电子偏转设计要求。聚焦镜镜片底端距离电子偏转器130 mm时，聚焦镜镜片在磁场的作用下，应力大小仅10-3N/m2量级，形变大小仅10-5nm量级，表明磁场不会对聚焦镜的光学性能产生影响。这些结果为eXTP聚焦镜电子偏转器的研制工作提供了重要参考。

关键词：聚焦镜电子偏转器磁场偏转效率形变

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虑及时变时滞的伺服电机传动系统稳定性分析

电子测量技术 2025年

作者：陈子欢周占民王鑫于齐李旭中国科学院长春光学精密机械与物理研究所大连理工大学机械工程学院

针对伺服电机传动系统建模过程对时滞的考虑不够充分、控制增益的整定缺乏以系统稳定为前提给出的分析、系统稳定判据保守性相对较高的问题，本文提出了一个具有更低保守性的时滞相关稳定判据。首先在惯量结构模型考虑时变时滞并通过设... 详细信息

针对伺服电机传动系统建模过程对时滞的考虑不够充分、控制增益的整定缺乏以系统稳定为前提给出的分析、系统稳定判据保守性相对较高的问题，本文提出了一个具有更低保守性的时滞相关稳定判据。首先在惯量结构模型考虑时变时滞并通过设计相应的控制器建立了时滞闭环系统状态空间方程，然后利用Lyapunov泛函分析法结合自由权矩阵、时滞分割、积分不等式等技术以降低稳定判据的保守性。通过运行MATLAB程序得出了由该稳定判据保证系统稳定的控制器增益适用时滞范围，并得出本文判据使系统稳定的最大时滞上界提高了46.33%，验证了本文判据具有更低的保守性。本文的稳定性分析研究为更复杂的伺服电机传动系统分析与控制提供理论参考。

关键词：稳定性分析 Lyapunov-Krasovskii泛函伺服电机传动系统时变时滞状态空间

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基于改进灰狼算法的冗余机械臂最优轨迹规划

控制与决策 2025年

作者：崔靖凯王凯范正奇朱明超徐振邦刘伟东中国汽车技术研究中心有限公司中央研究院中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

针对冗余机械臂时间-冲击最优轨迹规划问题,提出一种基于改进灰狼算法的最优轨迹规划器.首先,为了克服灰狼算法（GWO）开发和探索不平衡的局限性,提出基于强化学习的灰狼算法（QLGWO）及其多目标版本（MOQLGWO）:QLGWO使用Q学习指导灰... 详细信息

针对冗余机械臂时间-冲击最优轨迹规划问题,提出一种基于改进灰狼算法的最优轨迹规划器.首先,为了克服灰狼算法（GWO）开发和探索不平衡的局限性,提出基于强化学习的灰狼算法（QLGWO）及其多目标版本（MOQLGWO）:QLGWO使用Q学习指导灰狼个体基于经验和奖励选择探索或开发动作,实现算法局部和全局搜索的自主平衡; MOQLGWO引入存档和领导选择机制,在搜索衡量多种优化目标的帕累托最优解的同时,引导搜索方向朝未被探索的区域拓展,以逼近全局最优.然后,使用两段五阶多项式来构造机械臂的运动轨迹,需要搜索的解由运行时间以及中间点的关节位置、速度、加速度组成.最后,在12个基准函数上,将QLGWO与GWO以及其他4种先进的元启发式算法进行对比,并使用MOQLGWO求解九自由度冗余机械臂的时间-冲击最优轨迹规划问题.仿真和实验结果表明:所提出QLGWO可有效提高GWO的性能;最优轨迹规划器能够在满足关节约束的前提下获得安全、光滑的时间-冲击最优轨迹,其运行时间小于14 s,冲击处于-0.25 rad/s3～0.15 rad/s3之间.

关键词：冗余机械臂轨迹规划多目标优化元启发式灰狼算法强化学习

高阶表面光栅对半导体激光器的横向模式特性的调控研究

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中国激光 2025年

作者：苑高辉周寅利慕京飞张建伟陈超潘雨萌张卓刘天娇孙晶晶徐玥辉宁永强王立军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术重点实验室中国科学院大学中国人民解放军陆军装甲兵学院士官学校

本文针对传统宽区半导体激光器在大电流下导致横向高阶模式激射引起光束质量变差的问题，在脊波导两侧引入侧向表面光栅结构。研究了光栅结构对光损耗的影响，通过改变光栅距脊波导的距离，进一步研究了侧向光栅对光场模式的调控作用。... 详细信息

本文针对传统宽区半导体激光器在大电流下导致横向高阶模式激射引起光束质量变差的问题，在脊波导两侧引入侧向表面光栅结构。研究了光栅结构对光损耗的影响，通过改变光栅距脊波导的距离，进一步研究了侧向光栅对光场模式的调控作用。随着距离的减小，侧向光栅对高阶横向模式的调控能力增强，体现在远场横向发散角减小，近场分布能量更集中。

关键词：半导体激光器侧向表面光栅模式调控近场分布

基于多源数据的城市CO2源汇高空间分辨网格的构建方法研究

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光学学报 2025年

作者：孙二昌王先华叶函函吴时超施海亮李超安源中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先... 详细信息

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先验源汇数据一般来自于全球化石燃料CO2排放清单（ODIAC）和植被生长模型（VPRM）的输出，先验信息的空间不确定性高，较大的估算偏差难以满足高空间分辨的城市排放估算需求。本文利用多源地理数据来降低先验源汇的空间不确定性，并基于OCO-3卫星的XCO2数据对源汇空间优化的效果进行评估。结果显示，应用优化后的CO2源汇数据能更好地模拟出局地CO2浓度变化，与观测的一致性更高；在三个分析案例中，共有690个有效观测点被用于评估，模拟与观测的相关性分别提升了0.2、0.11、0.10,XCO2偏差分别降低了0.12、0.07、0.07 ppm。这些结果表明优化后的CO2源汇能够更加真实地反映源汇分布情况，可为“自上而下”方法提供高空间分辨率、低空间不确定性的反演先验值。

关键词：城市的CO 源汇 “自上而下”估算反演先验值高空间分辨率空间降尺度 OCO-3

MBE同质外延生长Sn掺杂β-Ga2O3（010）薄膜的电子输运性质研究

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人工晶体学报 2025年

作者：张子琦杨珍妮况思良魏盛龙徐文静陈端阳齐红基张洪良厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室杭州光学精密机械研究所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

本文研究了利用分子束外延技术生长的非故意掺杂（UID）和锡掺杂的β-Ga2O3同质外延薄膜的电子输运性质。薄膜载流子浓度范围为3.2×1016至2.9×1019cm-3，载流子浓度为3.2×1016cm-3的非故意掺杂薄膜显示出优异的室温迁移率，为125 cm2... 详细信息

本文研究了利用分子束外延技术生长的非故意掺杂（UID）和锡掺杂的β-Ga2O3同质外延薄膜的电子输运性质。薄膜载流子浓度范围为3.2×1016至2.9×1019cm-3，载流子浓度为3.2×1016cm-3的非故意掺杂薄膜显示出优异的室温迁移率，为125 cm2·V-1·s-1，在80 K时的峰值迁移率为875 cm2·V-1·s-1，达到了当前MBE生长的Ga2O3薄膜的先进水平。利用温度相关霍尔测试表征同质外延薄膜的电子输运性质，计算得到锡掺杂剂的激活能为76.2 meV。通过散射模型的拟合计算，分析了这一系列同质外延薄膜的电子散射性质，在低温到高温过程中，来自本征缺陷的电离杂质散射及晶体中阴阳离子库仑力的极性光学声子（POP）散射限制了迁移率的增长。

关键词： β-Ga O 外延薄膜掺杂激活能迁移率输运性质

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浮游植物类别不均衡图像分类方法对比研究

生态学报 2025年

作者：梁天泓殷高方邵新童赵南京张小玲贾仁庆徐敏张子豪胡翔黄朋董鸣陈晓伟中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学合肥综合性科学中心环境研究院安徽大学

自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均，采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本，导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题，分析了宏观领域类别不平衡问题... 详细信息

自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均，采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本，导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题，分析了宏观领域类别不平衡问题的多种解决方法和策略，探究这些方法在浮游植物显微图像领域的实用性。采集了巢湖流域中常见的29个藻属、18044张图像，构建了具有严重类别不平衡特性的浮游植物显微图像数据集，并提出使用微平均和宏平均综合评价模型的分类能力。实验结果表明，常规方法训练的模型预测劣势类别样本时的F1值较低，而使用重采样大类中平方根采样法训练的模型在微平均和宏平均两个指标上均有明显提升，分类F1值分别达到了0.932和0.852。特别地，在样本数量最少的10个类别上，微平均和宏平均的F1值分别提高了9.64%和15.94%。为自然水体浮游植物群落结构自动化检测提供了更有效的深度学习模型训练方法。

关键词：浮游植物显微深度学习类别不平衡图像分类