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超短脉冲激光精细加工纤维增强树脂基复合材料的研究进展

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复合材料学报 2023年第5期40卷 2465-2479页

作者：李遥遥侯新富何光宇王明伟南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

纤维增强树脂基复合材料具有轻质量、高强度、耐腐蚀和抗疲劳等优点,被广泛地应用在航空航天、风电及汽车等领域。然而纤维树脂复合材料是各向异性的非均质材料,属于典型的难加工材料,现有的加工技术存在热影响区过大、分层、起毛等问题... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料具有轻质量、高强度、耐腐蚀和抗疲劳等优点,被广泛地应用在航空航天、风电及汽车等领域。然而纤维树脂复合材料是各向异性的非均质材料,属于典型的难加工材料,现有的加工技术存在热影响区过大、分层、起毛等问题,成为航空航天工业领域的精密加工技术瓶颈。超短脉冲激光加工作为一种新型加工技术,具有无热传递、不受物质种类限制、微小尺度、可控性强、非接触等优点,有望实现纤维复合材料的精细加工。本文在介绍目前激光加工纤维复合材料研究工作的基础上,讨论了超短脉冲激光加工以碳纤维增强树脂基复合材料为主的纤维复合材料的作用机制和提高加工质量的几种方法,指出了以突破航天工业高精度加工技术瓶颈为目的的超短脉冲激光精细加工纤维增强树脂基复合材料的研究方向、内容和科学问题,为后续实现符合航天工业高精度及大尺度要求的精密加工提供了技术路线和可能的解决方案。

关键词：超短脉冲激光纤维增强树脂基复合材料热影响区微加工冷切削

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太赫兹超分辨近场成像方法研究综述

光学学报 2023年第6期43卷 1-15页

作者：张泽亮齐鹏飞郭兰军张楠林列刘伟伟南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

受衍射极限的限制,传统太赫兹成像分辨率在毫米量级,无法满足目前前沿研究向微纳米尺度发展的主要趋势。高时空分辨率太赫兹成像技术成为当下太赫兹领域最重要的研究热点之一。近场太赫兹成像技术是实验中将太赫兹成像分辨率提升至微纳... 详细信息

受衍射极限的限制,传统太赫兹成像分辨率在毫米量级,无法满足目前前沿研究向微纳米尺度发展的主要趋势。高时空分辨率太赫兹成像技术成为当下太赫兹领域最重要的研究热点之一。近场太赫兹成像技术是实验中将太赫兹成像分辨率提升至微纳米量级的重要方法。介绍了近场太赫兹成像技术的基本原理,详述了多种近场太赫兹成像技术的发展历程与技术路线,从时空分辨能力、频谱分辨能力、成像质量、成像信噪比和适用场景等多个角度分析并总结了各种近场太赫兹成像技术的优势和不足。最后,讨论并展望了太赫兹超分辨成像未来的发展趋势。

关键词：成像系统太赫兹技术超分辨太赫兹成像太赫兹近场成像

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基于太赫兹时域光谱的青霉素类药物检测研究

光学学报 2020年第6期40卷 192-198页

作者：刘晓庆姚嘉丽黄凡刘永基林列孙陆刘伟伟南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

青霉素类药物在临床上的应用十分广泛,此类药物的真伪鉴别以及药物含量的鉴定是极其重要的。利用自主搭建的太赫兹时域光谱系统,对纯青霉素钠和三种不同厂家的阿莫西林胶囊进行了测试分析,获得了四种药品在0.2~1.4THz波段的吸收谱,发现... 详细信息

青霉素类药物在临床上的应用十分广泛,此类药物的真伪鉴别以及药物含量的鉴定是极其重要的。利用自主搭建的太赫兹时域光谱系统,对纯青霉素钠和三种不同厂家的阿莫西林胶囊进行了测试分析,获得了四种药品在0.2~1.4THz波段的吸收谱,发现它们均存在明显的吸收峰。同时,在相同质量下测试了纯青霉素钠和不同含量的阿莫西林在吸收峰强度上的变化,分别得到了四种药品的质量和强度的对应关系。最后将阿莫西林三种药品的强度放在一起进行对比,可直观地看到含量和强度之间的对应关系。对纯青霉素钠和阿莫西林的光谱研究结果表明:利用太赫兹光谱可对青霉素类药物进行定性鉴定和定量分析,这对青霉素类药品的物质鉴别等有重要意义。

关键词：光谱学太赫兹时域光谱青霉素类定性鉴别定量分析

基于深度学习的视网膜OCT图像无监督去噪方法

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光学学报 2023年第20期43卷 115-125页

作者：吴广义袁卓群梁艳梅南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析(OCT)图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言,其很难获取多帧配准的真值图像,这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OC... 详细信息

以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析(OCT)图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言,其很难获取多帧配准的真值图像,这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪,并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能,并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明:所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果,可以实现视网膜OCT图像高质量降噪,具有较强的泛化性,而且与监督学习相比,无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能,可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。

关键词：光学相干层析技术视网膜图像去噪深度学习无监督学习

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钽铌酸钾晶体的电控偏转色散特性

光学学报 2020年第8期40卷 165-170页

作者：李小凯宋丽培刘伟伟南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

钽铌酸钾(KTN)晶体具有很高的二次电光系数,响应速度快,因此可以作为高速电光开关的材料,能在较低电压下快速产生大的光束偏转角。但是KTN晶体的色散问题制约了其作为电光开关在宽光谱范围内的应用。探讨了外加电压、温度及波长对偏转... 详细信息

钽铌酸钾(KTN)晶体具有很高的二次电光系数,响应速度快,因此可以作为高速电光开关的材料,能在较低电压下快速产生大的光束偏转角。但是KTN晶体的色散问题制约了其作为电光开关在宽光谱范围内的应用。探讨了外加电压、温度及波长对偏转特性的影响,发现同时调节电压和温度的方法可以平衡光束偏转角和色散,为KTN晶体用于宽波段光束偏转提供参考。

关键词：物理光学钽铌酸钾晶体电光开关光束偏转色散

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自由曲面补偿飞秒激光成丝系统像差的应用

光学学报 2023年第8期43卷 327-336页

作者：解博夫赵星陶诗诗张帅李浩然李渊博刘洪亮刘伟伟南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

针对飞秒激光远距离成丝系统所产生的像差,基于光学自由曲面较强的像差补偿能力,提出了在飞秒激光成丝系统中使用透射式自由曲面相位板补偿系统像差的方法。首先,在光学设计软件中对实际系统像差特性进行了仿真建模。然后,对透射式自由... 详细信息

针对飞秒激光远距离成丝系统所产生的像差,基于光学自由曲面较强的像差补偿能力,提出了在飞秒激光成丝系统中使用透射式自由曲面相位板补偿系统像差的方法。首先,在光学设计软件中对实际系统像差特性进行了仿真建模。然后,对透射式自由曲面相位板进行了优化设计,优化后系统的像差得到了有效补偿,飞秒激光光斑质量得到了改善。最后,对优化设计后的自由曲面相位板进行了公差分析,并利用加工后的透射式自由曲面相位板开展了实验研究。结果表明,飞秒激光聚焦系统引入光学自由曲面相位板后,聚焦光斑形状规则,在聚焦位置处光斑的均方根(RMS)半径小于0.5 mm,飞秒激光成丝系统的像差得到了有效补偿,远距离飞秒激光的成丝强度得到了有效提高。

关键词：光学设计像差补偿飞秒激光成丝光学自由曲面

矢量像差理论在成像系统像差补偿中的应用(特邀)

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红外与激光工程 2023年第7期52卷 33-42页

作者：解博夫张帅李浩然冯昊黎达赵星南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

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... 详细信息

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。

关键词：应用光学像差补偿矢量像差理论自由曲面

电离辐射调控二维材料物性的机理与应用(特邀)

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光子学报 2024年第10期53卷 22-40页

作者：高腾腾钱文启刘海毅王雪盈刘芳汛林思涵齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

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... 详细信息

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。

关键词：二维材料电离辐射微观结构调控光学性能调控

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

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光学精密工程 2021年第11期29卷 2529-2538页

作者：赵星刘桐君陈平王京凡刘伟伟南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

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... 详细信息

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。

关键词：扩散光学层析成像深度学习非接触系统数据修复