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大面积高均匀照明的LED阵列设计

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 368-377页

作者：李谱林吴玲玲陈靖占春连余欢西安工业大学光电工程学院

为了实现飞机座舱人机工效实验验证平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上高均匀的照度分布，采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型，主要从光源发光角度和排布方式两个方面阐述大面积高均匀照明的LED阵列设计方法，并且通过实验验... 详细信息

为了实现飞机座舱人机工效实验验证平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上高均匀的照度分布，采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型，主要从光源发光角度和排布方式两个方面阐述大面积高均匀照明的LED阵列设计方法，并且通过实验验证了其准确性。结果表明，采用363个LED光源按照模块化排布的光源阵列在距离1.5 m处的4 m×4 m目标面范围内，光照度均可达到5×10～4 lx，且光照度均匀性达98.17%。该结果满足高空环境光模拟系统大面积高强度高均匀性的设计要求，可以为在大面积目标面实现照度高均匀性分布的照明系统设计提供参考。

关键词：光学设计与制造照明设计环境光模拟系统模拟退火算法大面积LED阵列

基于温度迭代校正自吸收效应的激光诱导击穿光谱定量分析方法

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物理学报 2024年第5期73卷 139-146页

作者：侯佳佳张大成冯中琦朱江峰西安电子科技大学光电工程学院西安710071

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种理想的实时在线检测合金中微量元素的方法.然而在激光诱导击穿产生的高密度等离子体中,自吸收通常是一种不期望出现的效应,它降低了谱线的真实强度,使谱线强度随目... 详细信息

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种理想的实时在线检测合金中微量元素的方法.然而在激光诱导击穿产生的高密度等离子体中,自吸收通常是一种不期望出现的效应,它降低了谱线的真实强度,使谱线强度随目标物质含量增长呈非线性,从而严重影响对目标中元素含量测量的准确性.本文提出了一种基于温度迭代校正自吸收效应的方法,借助等离子体热平衡辐射模型,对等离子体电子温度(T)和辐射粒子数密度乘以吸收路径长度(Nl)这两个参数进行迭代计算和校正,消除自吸收对谱线强度的影响,最终提高定量分析的准确性.对合金钢样品中Mn元素的实验测量结果表明,该方法有效地提高了Boltzmann平面图的线性度及元素含量的测量精度.该方法模型简单,计算效率高,且与Stark展宽系数的可用性和准确性无关,可以直接获得辐射粒子数密度和吸收路径长度参数,因此在提高LIBS定量分析能力的同时,还可以实现对等离子体状态的诊断.

关键词：激光诱导击穿光谱自吸收温度迭代校正定量分析

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MXenes等离激元诱导热载流子产生与输运温度依变性

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物理学报 2024年第11期73卷 313-324页

作者：见超超马向超赵子涵张建奇西安电子科技大学光电工程学院西安710071

MXenes可以实现大规模合成且具有诸多优异光电特性,被用于构建各种结构和功能独特的热载流子光电探测器件.然而,变温环境条件下MXenes并不稳定,一方面环境温度升高会加速材料氧化降解,另一方面温度变化可能影响光电器件的寿命和性能稳定... 详细信息

MXenes可以实现大规模合成且具有诸多优异光电特性,被用于构建各种结构和功能独特的热载流子光电探测器件.然而,变温环境条件下MXenes并不稳定,一方面环境温度升高会加速材料氧化降解,另一方面温度变化可能影响光电器件的寿命和性能稳定性,目前MXenes温度不稳定性受到越来越多关注.鉴于实验研究变温条件下MXenes热载流子性质的局限,本文基于多体微扰理论和量子力学理论,研究环境温度对电子态分布和散射效应的影响.从表面等离激元非辐射衰减角度出发,采用第一性原理计算量化热载流子的产生效率、能量分布和输运,系统研究了MXenes表面等离激元诱导热载流子的环境温度依变特性.结果表明,MXenes中带间跃迁和声子协助电子跃迁共同高效率产生了高能热空穴主导的热载流子,且表现出与硼烯媲美的长寿命和输运距离.环境温度升高显著提高了红外波段的热载流子产生效率,同时可见光波段的热空穴表现出优异环境温度稳定性.此外,环境温度升高降低了热载流子的寿命和输运距离,主要源于增强的电子与光学声子散射效应.

关键词： MXenes 热载流子温度特性介电函数

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遗传算法宽光谱光学系统设计方法研究

光学学报 2024年第2期44卷 163-169页

作者：陈阳王益清高明冯斌西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所陕西西安710021

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,... 详细信息

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。

关键词：宽谱段遗传算法等焦距光学设计方法

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双光源下光学镜片表面疵病视觉检测方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 237-243页

作者：徐顺琴杨利红付秦月陈千喜李星元葛航西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对机器视觉检测光学镜片表面疵病时,在单一的照明环境下疵病图像对比度低,检测方法疵病识别率低等问题,提出了一种双光源下光学镜片表面疵病视觉检测方法。根据散射成像原理,在前照光和背照光两种不同的照明方式下,使用图像传感器得... 详细信息

针对机器视觉检测光学镜片表面疵病时,在单一的照明环境下疵病图像对比度低,检测方法疵病识别率低等问题,提出了一种双光源下光学镜片表面疵病视觉检测方法。根据散射成像原理,在前照光和背照光两种不同的照明方式下,使用图像传感器得到含有疵病的被测光学镜片图像;再将多幅图像通过图像融合算法融合为一幅图像;最后,利用识别算法获得光学镜片表面的疵病尺寸信息。对两种不同的疵病(划痕、麻点)进行检测,将本系统的测试结果与ZYGO干涉仪的处理结果进行对比,结果表明,所提方法测量的麻点误差不超过2.7%,划痕误差不超过0.8%,检测效率比干涉仪提高了98.24%,缩短了检测时间。与单一照明环境下的检测方法和人工检测相比,所提方法对疵病的识别准确率与精度更高。

关键词：疵病检测双光源机器视觉散射成像图像融合

基于多尺度成像的宽波段广域高分辨光学系统设计

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激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 258-267页

作者：张凡凡刘钧高明吕宏西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中... 详细信息

针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中间像面进行视场分割、成像及像差校正,从而实现广域高分辨成像。经过优化设计,最终得到全视场(105.6°×25.6°)的宽波段、大视场、高分辨光学系统。系统单通道全视场范围内点列图的最大均方根半径值小于一个像元尺寸,各视场调制传递函数值在空间频率为33 lp/mm处均大于0.6,曲线平滑集中。分析结果表明,该系统满足大视场、高分辨、全天候成像需求,可为后续宽波段、大视场、高分辨光学成像系统的设计提供一种可行的参考方案。

关键词：光学设计多尺度成像共心透镜广域高分辨系统宽波段

PbS胶体量子点薄膜的光载流子辐射特性研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 507-513页

作者：雒东辉王谦赵子涛西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

胶体量子点材料在太阳能电池和光电探测器等光电器件中有着广泛的应用。利用光载流子辐射技术分析了PbS胶体量子点薄膜中含陷阱态时的激子输运状态。建立了不考虑量子点间净载流子传输的理论模型,针对载流子的复合特性对光载流子辐射信... 详细信息

胶体量子点材料在太阳能电池和光电探测器等光电器件中有着广泛的应用。利用光载流子辐射技术分析了PbS胶体量子点薄膜中含陷阱态时的激子输运状态。建立了不考虑量子点间净载流子传输的理论模型,针对载流子的复合特性对光载流子辐射信号的影响进行了仿真。最后通过激发功率相关的频率扫描光载流子辐射实验,并结合建立的激子输运模型,提取了有效激子寿命、载流子俘获率、退俘获寿命等参数,证实了理论模型的有效性。

关键词：量子点薄膜载流子复合陷阱态光载流子辐射

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基于图像分析的锥形管内壁形变检测方法

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 167-176页

作者：靳极升马卫红田会王凡西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对锥形管在多样化应用领域中内壁产生形变的检测问题,提出一种基于图像分析的锥形管内壁形变检测方法,旨在实现对锥形管内壁2 mm及以上形变量的定量分析,并实现产生形变的圆周方位的定性分析。该方法首先通过在锥形管内安装CMOS图像... 详细信息

针对锥形管在多样化应用领域中内壁产生形变的检测问题,提出一种基于图像分析的锥形管内壁形变检测方法,旨在实现对锥形管内壁2 mm及以上形变量的定量分析,并实现产生形变的圆周方位的定性分析。该方法首先通过在锥形管内安装CMOS图像采集模块对锥形管内的预置圆环线图像进行采集;然后对图像进行处理分析,通过最小外接圆定位圆环线的位置信息,改进的Canny边缘检测算法提取圆环线边缘信息,并对圆环线中心特征数据进行提取分析产生的形变量与形变位置;最后根据像素空间与锥形管内壁空间的坐标关系将分析结果进行变换。该方法具有可视化程度较高以及定位精度高等特点。实验结果表明:基于图像分析的锥形管内壁形变检测方法对边缘提取综合效果更好,对内壁形变的有效识别能够达到2.05 mm及以上,且相对误差在0.15 mm以内,对内壁产生形变区域的定位精度达到0.01°,能满足对锥形管在不同应用场景中产生的形变进行定性定量分析的需求。

关键词：变形检测锥形管内壁边缘提取特征信息坐标空间变换

基于深度学习的太赫兹编码频率选择表面优化设计

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 341-348页

作者：周攀巩蕾阳志强王利国杨利红李瑶王海斌于洁西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

针对太赫兹频率选择表面(FSS)单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题,基于卷积神经网络(CNN)并结合遗传算法,提出一种FSS智能化融合设计方法,并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对... 详细信息

针对太赫兹频率选择表面(FSS)单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题,基于卷积神经网络(CNN)并结合遗传算法,提出一种FSS智能化融合设计方法,并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对称序列,收集26000组0.5~3 THz的透反射光谱作为数据集,利用19层CNN实现光谱预测,对测试集的平均绝对误差低至0.06。利用预测光谱与目标光谱的差值,给出各类典型FSS设计的通用目标函数,结合遗传算法,设计实现了带宽为0.1 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.5 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.2 THz的双频带通FSS,且均具有良好极化稳定性。计算结果表明,通过优化设计FSS的拓扑编码,可以简洁高效地实现各类典型带通带阻FSS。

关键词：频率选择表面拓扑编码卷积神经网络遗传算法