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    25 July 2010, Volume 39 Issue 7
    Semiconductor Materials
    Optical Properties and Structure of Ge28Sb6S(66-x)Sex Glasses
    CAO Ying, NIE Qiu-Hua, XU Tie-Feng, DAI Shi-Xun, SHEN Xiang, WANG Xun-Si
    2010, 39(7):  1153-1157.  doi:10.3788/gzxb20103907.1153
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    采用熔融-急冷法制备了系列Ge28Sb6S(66-x)SexSex(x=0,10,20,30摩尔比)硫系玻璃样品.分别测试了样品的密度、折射率、可见-近红外透过光谱、红外透过光谱以及喇曼光谱,并分析了在Ge-Sb-S中引入Se对其物理、光学特性的影响.利用喇曼光谱讨论了玻璃的结构与特性之间的关系.结果表明:随着Se含量的增加,样品的密度和线性折射率都增大,可见和红外截止波长都发生红移,纯硫化物玻璃样品主要由GeS4四面体和SbS3三角锥组成,随着Se逐渐代替S,硫-硒混合样品中逐渐出现了GeS4-xSex结构单元以及链状和环状的Se-Se键.

    Fabrication of Infrared Left-Handed Metamaterials on the Flexible Film Using Electrochemical Deposition and Their Optical Properties
    Lü Jun, LIU Yu, ZHAO Xiao-Peng
    2010, 39(7):  1158-1162.  doi:10.3788/gzxb20103907.1158
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    采用平板电极化学电沉积的方法,通过调节实验参量,在柔性ITO导电薄膜基底上制备了尺度与红外波长匹配、结构单元大小不等、排列无序的银树枝状结构.通过调节聚乙二醇-20000浓度可以很好地调控银树枝状结构单元的形貌和尺寸,研究发现,在一定范围内增加电解液中的聚乙二醇-20000浓度,可在基底上形成分布较密、分枝较细、分枝级数较高的银树枝状结构单元.通过在银树枝状结构表面涂覆一定厚度的聚乙烯醇作为绝缘层,组装成了柔性“三明治”结构复合材料,测试得到样品在红外波段的多通带透射谱,平板聚焦实验进一步验证了样品的左手效应.

    Optical Materials
    Investigation on Upconversion Spectroscopic Properties of Er3+-doped Novel GeS2-In2S3-CsIGlass
    DENG Sheng-Wei, XU Tie-Feng, DAI Shi-Xun, NIE Qiu-Hua, WANG Xun-Si, SHEN Xiang, ZHANG Xiang-Hua
    2010, 39(7):  1163-1168.  doi:10.3788/gzxb20103907.1163
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    用熔融淬冷法制备了掺Er3+的80GeS2-10In2S3-10CsI(mol%)硫卤玻璃样品,测试了样品的热学稳定性、喇曼光谱、吸收光谱以及上转换光谱,分析了Er3+离子在该玻璃中的上转换发光机理.应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在该样品中的强度参量Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β以及辐射寿命τrad等光谱参量.在980 nm LD泵浦激发下,首次在该种玻璃中观察到强烈的绿光(526 nm、549 nm),分别对应于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁,其中549 nm处绿光较强.549 nm处上转换荧光寿命为0.34 ms,量子效率为69%.同时研究了绿光(526 nm、549 nm)上转换发光强度随泵浦激发功率的变化,其发光曲线拟合斜率分别为1.71和2.03,表明绿光是双光子吸收过程.研究结果表明:掺Er3+的80GeS2-10In2S3-10CsI硫卤玻璃是一种上转换绿光激光器的潜在基质材料.

    Preparation and Luminescent Propeties of Er3+and Er3+/Yb3+ Codoped ZrO2-Al2O3
    TAN Xin-Xin, LV Shu-Chen
    2010, 39(7):  1169-1175.  doi:10.3788/gzxb20103907.1169
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    采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547 nm、560 nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO2-Al2O3∶Er3+/Yb3+的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO2-Al2O3∶Er3+的绿光为双光子过程,而ZrO2-Al2O3∶Er3+、Yb3+的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er3+的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%(Er3+/Zr4+).

    Preparation and Optical Properties of Visible Metamaterials on Flexible Film
    LIU Yu, LV Jun, SONG Kun, ZHAO Xiao-Feng
    2010, 39(7):  1176-1180.  doi:10.3788/gzxb20103907.1176
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    采用化学电沉积方法,通过控制沉积电压,电沉积时间等实验参量,确定出最优实验条件,在冰浴条件下,实验温度范围为0~2 ℃之间,在氧化铟锡导电薄膜表面沉积二维结构随机排列的纳米银树枝,并在银树枝表面涂覆一定厚度的绝缘薄膜聚乙烯醇后,与另外一层银树枝组装制作成银树枝/聚乙烯醇/银树枝复合结构.实验表明,参比样品在可见光波段400~750 nm处没有透射峰的出现,而银树枝/聚乙烯醇/银树枝复合结构在此波段有多个透射通带峰,且在相应波长表现出了聚焦效应.

    Shift Resonant Frequency by Changing Space Between Layers in Left-handed Materials
    WU Dun-Fang, LIU Han-Chen
    2010, 39(7):  1181-1184.  doi:10.3788/gzxb20103907.1181
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    为了研究周期性结构的左手材料中层间距和频率的关系,分别制作了层间距分别为3.08 mm,2.93 mm,2.73 mm 和 2.33 mm的棱镜形样品。用网络分析仪HP8720ES测量了电磁波通过样品折射后的强度和频率的关系图。同时还模拟了层间距为3.23 mm,3.13 mm,3.03 mm,2.93 mm 和2.73 mm的样品,得到了相应的频率和电磁波强度的关系曲线。实验和模拟结果一致,即:随着层间距的减小,谐振频率从高频向低频移动。

    Terahertz Spectroscopic Inspection of Several Kinds of Plastic
    WANG He, ZHAO Guo-Zhong
    2010, 39(7):  1185-1188.  doi:10.3788/gzxb20103907.1185
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    利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2~2.6 THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35~1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.

    Waveguided and Integrated Optics
    Oscillating Guided Modes in a Slab Waveguide with Anisotropy Left-handed Material
    SHEN Lufa
    2010, 39(7):  1189-1193.  doi:10.3788/gzxb20103907.1189
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    对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的非对称三层平面波导TE振荡模进行了分析.在考虑左手材料色散和各向异性的情况下,从Maxwell方程组出发,得到了TE振荡模的色散方程和功率流分布,并且画出了相应的色散曲线.我们找到了8个TE振荡模,而且包括基模.随着模阶数的增加,模色散曲线右移,功率流曲线下移.但是,随着波导厚度的增加,色散曲线左移,功率流曲线上移.此外,TE振荡模有反常色散特性和负的群速,这正揭示了左手材料的本质特性.

    Polarizarion-insensitive Power Splitter Based on Total Internal Refection Multi-mode Interference Photonic Crystal Waveguide
    2010, 39(7):  1194-1197.  doi:10.3788/gzxb20103907.1194
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    研究了全内反射在光子晶体多模波导中的作用,利用常规的耦合模理论对对称入射时的多模干涉行为和自映射现象进行了讨论和分析.研究表明,输入光场依然能沿着多模导光区高效的传输,这种结构中的光场传输是由全内反射和布喇格反射的联合作用而决定的.设计了一种全内反射偏振无关型光分束器,这种分束器在集成光学中具有重大的潜在应用价值.

    Heterostructure Ultracompact Multiway Beam Splitter Using Photonic Crystal Ring Resonator
    GUO Hao, FANG Li-Guang, WU Xiao-Hua, YU Tian-Bao, LIAO Qing-Hua, HUANG Yong-Jian
    2010, 39(7):  1198-1202.  doi:10.3788/gzxb20103907.1198
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    基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.

    Optoelectronics and Photoelectric Device
    Design of the Elliptical Electromagnetic Wave Concentrator Using Metamaterials
    YANG Cheng-Fu, YANG Jing-Jing, HUANG Ming, YIN Jin-Guo, BENG Jin-Hui
    2010, 39(7):  1203-1207.  doi:10.3788/gzxb20103907.1203
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    基于变换光学方法,导出了椭圆形电磁聚焦器的介电常量和磁导率的分布,并用有限元分析软件COMSOL进行了证实.仿真了椭圆形电磁聚焦器聚焦区域面积大小和电磁参量偏离理论值对其聚焦特性的影响,结果表明:聚焦区域越小,电磁聚焦越强;超材料损耗小于或等于0.01不影响聚焦特性;当椭圆形变化为圆形时,其聚焦特性与Rahm等人获得的圆形聚焦器的结果一致,证明了本文建立电磁模型的有效性.

    Dynamic Relations Between Light Extraction Efficiency and Characteristic Parameters of GaN-based LED with Double-Grating Structure
    2010, 39(7):  1208-1212.  doi:10.3788/gzxb20103907.1208
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    为解决光子在半导体和空气界面处的全反射导致的GaN基发光二极管外量子效率低下的问题,基于双光栅GaN基发光二极管芯片模型的基本构成,利用蒙特卡罗算法及波动方程理论进行模拟, 分析了光子的主要损耗对出光效率的影响.通过数值计算模拟,计算了不同光栅槽深、周期及吸收系数对发光二极管光提取效率的动态影响,结果表明:光提取效率曲线随反射光栅槽深的增大呈余弦周期性变化,与光栅衍射效率与槽深之间的关系是一致的;光提取效率在光栅间距为介质中光波长附近时达到最大,随着周期的增大或减小而减小;双光栅GaN基发光二极管受GaN吸收系数影响比传统GaN基发光二极管明显,吸收系数越小, 光提取效率越高.透射光栅槽深为350 nm,周期为300 nm,反射光栅槽深为230 nm,周期为250 nm,GaN吸收系数为0时能获得最大光提取效率为67%.而传统平板型GaN基发光二极管,模拟得到的光提取效率只有18.5%,添加双光栅结构后的GaN基发光二极管,可以提高光提取效率3倍以上.结合提高晶体质量,降低GaN吸收系数能更有效提高光提取效率.

    Film Optics
    Structural and Photoluminescence Properties of Er2O3 Films by Sol-Gel Method
    WANG Xin-Jun, DONG Bin, ZHOU Zhi-Ping
    2010, 39(7):  1213-1215.  doi:10.3788/gzxb20103907.1213
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    针对稀土Er掺杂Si光源中Er离子掺杂浓度低的问题,采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在Si(100)和SiO2/Si(100)基片上旋涂法制备Er2O3光学薄膜,Er离子浓度与以前掺杂方法相比提高了2个数量级.900 ℃热处理获得单一立方结构的Er2O3薄膜材料.光致发光(PL)特性研究表明在654 nm波长的激光泵浦下,Er2O3薄膜材料获得了1.535 μm的发光峰,并具有较小的温度猝灭1/5.在SiO2/Si(100)基体上制备的Er2O3薄膜材料的光致发光强度比Si(100)基体上制备的薄膜提高2-3倍.研究结果表明具有强光致发光特性的Er2O3薄膜是一种有前景的硅基光源和放大器材料.

    Traditional Approximate Theory and Thin Film Optical Theory in SPR
    ZHANG Jiang-Tao, GU Zheng-Tian, DENG Chuan-Lu
    2010, 39(7):  1216-1222.  doi:10.3788/gzxb20103907.1216
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    指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性,采用更为严密的薄膜光学理论,通过薄膜膜系的特征矩阵,得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明,表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别;采用等高线图,给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明,薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好,证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后,采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计,结果表明,两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大,必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量,来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.

    Laser Techniques
    Nonlinear Absorption of CdSe/ZnS Core-Shell Quantum Dots with Nanosecond Laser Pulse
    LI Peng, MA Hong, MA Guo-Hong
    2010, 39(7):  1223-1228.  doi:10.3788/gzxb20103907.1223
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    利用开孔Z扫描技术研究了吸收峰分别为553 nm和503 nm的两种尺寸CdSe/ZnS核-壳结构量子点溶液的非线性吸收性质.对于532 nm,6 ns激光脉冲,两种材料均表现出饱和吸收向反饱和吸收转化的现象.数值模拟结果表明:当吸收峰波长大于激光波长时,饱和吸收过程由快、慢两种机制组成,分别对应基态载流子被激发至不同的激发态,而强光下的反饱和吸收与快过程相关;当吸收峰波长小于激光波长时,饱和吸收主要由快过程机制引起,强光下的反饱和吸收源自激发态吸收和双光子吸收.我们的研究结果表明半导体量子点是研制光开关和光限制器件的理想候选材料.

    Single Fiber Coupling of Multi-Linear-Array-Diode-Lasers
    GAO Xin, BO Bao-Xue, QIAO Zhong-Liang, LU Peng, WANG Yu-Xia, LI Hui, QU Tie
    2010, 39(7):  1229-1234.  doi:10.3788/gzxb20103907.1229
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    设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2 mm,单个发光单元宽度为100 μm,发光单元周期为500 μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50 W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400 μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195 W,光纤端面功率密度达到1.55×105 W/cm2.

    Stacking Pulse Optical Parametric Chirped Pulse Amplifier
    LI Xiao-Li, SHI Shun-Xiang, ZHAO Wei, LIU Hong-Jun
    2010, 39(7):  1235-1238.  doi:10.3788/gzxb20103907.1235
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    以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11 mJ,能量稳定性小于2% rms,8 nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.

    Optical Sensors
    Laser-Machined Miniature Fiber-Optic Refractive-Index Sensor Tip
    SUN Dong, RAN Zeng-Ling, RAO Yun-Jiang
    2010, 39(7):  1239-1242.  doi:10.3788/gzxb20103907.1239
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    提出一种由157 nm激光制造的新型微型光纤法布里-珀罗折射率传感器的制作方法,传感头由靠近单模光纤端的具有光纤顶端微通道的法布里-珀罗空气腔组成,将单模光纤顶端的微通道作为检测介质的入口.分别在珐珀腔的反射界面镀以薄膜作为反射镜面来确保高的光对比度.试验中获得了1 130.887 nm/refractive-index的分辨率.和其他的光纤传感器相比,这种传感器具有体积小,结构坚固,高分辨率,线性良好,测量范围宽等优点,能够满足实际应用的要求,特别是对需要小型传感器的场合.

    Holography and Optical Information Processing
    Compensation of Spherical Aberration Induced by Refractive Index Mismatch in Three-dimensional Optical Storage
    CA Jian-Wen, HUANG Wen-Hao
    2010, 39(7):  1243-1247.  doi:10.3788/gzxb20103907.1243
    Asbtract ( 1043 )   HTML ( )   PDF (1096KB) ( 1020 )  
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    为实现三维光存储中折射率失配引起的球差补偿,建立了光学存储系统模型,获得了折射率失配引起的波前偏差函数与存储深度的表达式.采用泽尔尼克循环多项式对波前偏差函数进行补偿展开.在双光子荧光和单光子共焦荧光读出方式下,均可获得读出荧光强度与存储深度的关系:在折射率失配引起的球差未得到补偿矫正的情况下,存储深度在200 μm左右读出荧光强度基本上下降为零;当折射率失配引起的初级球差被补偿矫正后,读出荧光强度随存储深度的下降得到较好改善;当折射率失配引起的二级球差被补偿矫正后,存储深度在1 mm内存储点强度随深度基本上没有明显地变化.并且对像差补偿方法进行了具体地分析.

    An Algorithm of 3D-SPECK for LASIS′s Hyperspectral Image Compression
    MA Dong-Mei, MA Cai-Wen
    2010, 39(7):  1248-1252. 
    Asbtract ( 1336 )   HTML ( )   PDF (1760KB) ( 1269 )  
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    将三维集合分裂嵌入块编码算法结合感兴趣区域的压缩方案用于大孔径静态干涉成像光谱仪图像压缩.首先,对高光谱干涉图像序列进行三维非对称离散小波变换.其次,定义零块树作为编码单位.采用感兴趣区域方法对不同的编码单位赋予不同的比特率,以保护光谱信息.最后,采用改进的三维集合分裂嵌入块编码算法分别对每个编码单位进行编码.实验结果表明,该方案在8:1压缩比下,获得大于40dB的峰值信噪比,同时有效地保护了光谱信息.该算法复杂度低,实时性好,满足大孔径静态干涉成像光谱仪系统图像压缩要求.

    Effect of [Li]/[Nb] on the Holographic Storage Properties in LiNbO3:Fe:Hf Crystals
    GAO Li-Wei, MENG Qing-Xin, SHI Hong-Xin, SUN Xiu-Dong
    2010, 39(7):  1253-1256.  doi:10.3788/gzxb20103907.1253
    Asbtract ( 988 )   HTML ( )   PDF (1664KB) ( 944 )  
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    以掺杂4 mol%Hf4+的LiNbO3:Fe:Hf系列晶体([Li]/[Nb]比变化)为研究对象,研究了系列晶体的可见吸收光谱,在632.8nm的写入光下晶体的衍射效率、灵敏度和抗光散射能力在不同[Li]/[Nb]下的变化规律.研究发现Hf4+的浓度达到阈值浓度后,随着[Li]/[Nb]比的增大,晶体的可见吸收边会发生红移,而且晶格中[Fe2+]/[Fe3+]也会增加,这就导致随着[Li]/[Nb]比的增加,样品的衍射效率逐渐减小,写入时间缩短,灵敏度增大.同时,在晶体中,随着[Li]/[Nb]的增大,陷阱中心Fe2+Li数量增大会使得晶体抗光散射能力减弱.

    Analysis of Tomography Reconstruction Based on Three Projections
    ZHOU Wen-Jing, XU Qiang-Sheng, XU Ying-Jie
    2010, 39(7):  1257-1262.  doi:10.3788/gzxb20103907.1257
    Asbtract ( 957 )   HTML ( )   PDF (5284KB) ( 1065 )  
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    针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.

    Optical Encryption Based on Public Key Distribution System
    DENG Xiao-Peng
    2010, 39(7):  1263-1267.  doi:10.3788/gzxb20103907.1263
    Asbtract ( 1042 )   HTML ( )   PDF (3145KB) ( 1547 )  
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    针对光学变换加密系统的密匙安全管理和分发问题,提出了基于公匙密匙分配体制和光学变换的混合加密系统.首先利用光学加密系统对原始图像进行加密,然后对光学加密系统的工作密匙进行压缩,最后利用公匙密匙分配体制对压缩后的密匙进行分配和管理.解密时,接收方不需要等待,就可以预先利用公匙密匙分配体制获得解密密匙.理论分析和仿真实验表明,该方法不仅充分利用了光学变换加密系统具有多重密匙的特点,解决了密匙的安全分配和管理问题,而且突出了混合加密系统的速度优势.

    Making Three-dimensional Holograms with a Novel Digital Method
    WANG Yuan-Hong, ZHANG Jin, PU Dong-Lin, CHEN Lin-Sen
    2010, 39(7):  1268-1271.  doi:10.3788/gzxb20103907.1268
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    提出一种实现三维显示的新方法,从两步法彩虹全息基本原理出发,通过分区域分幅的方式对多视角图形的波前进行数字化编码,获得夫琅和费光场分布,在位相型硅基液晶空间光调制器上按视角顺序输入该信息,利用透镜的傅里叶变换特性再现多视角子图像,干涉法逐区域拼接获得完整三维图像.最后通过实验获得了三维图像样品,验证了该方法.本方法可成为三维显示的重要技术手段.

    Sampling Technology of ISAIL
    HE Jin, ZHANG Qun, YANG Xiao-You, LUO Ying, JI Nan
    2010, 39(7):  1272-1277.  doi:10.3788/gzxb20103907.1272
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    逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标的高分辨实时成像,但激光信号的极大带宽和目标回波信号的微弱性给雷达回波数据的接收和处理带来了较大困难.针对这一问题,提出了基于光外差探测手段和压缩感知理论相结合的信号采样方法,首先通过光外差探测降低回波信号的有效带宽,再结合压缩感知理论实现对信号的稀疏化采样和重构.仿真结果证明了运用本文所提出的采样方法,在使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率时,仍然能够实现对目标的高质量成像.

    Semiconductor Materials
    3D Target Recognition Based on Fast Skeleton Extraction
    WANG Song-Wei, LI Yan-Jun, ZHANG Ke
    2010, 39(7):  1278-1283.  doi:10.3788/gzxb20103907.1278
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    针对三维目标识别问题,提出了一种基于快速骨架提取的方法。根据骨架所反映的目标拓扑结构,建立了不同目标局部结构之间的对应关系;而在对应的局部曲线段上,采用基于曲线配准的方法进行匹配;以各个局部匹配的成本之和评估不同目标的相似性.这种方法在目标出现一定程度的视觉变形时仍具有较好的识别效果,同时避免了基于曲线方法的匹配目标的局部,而忽略局部之间相互的空间组织的缺点所造成的误匹配.算例结果表明这种算法对于三维目标有较好的识别效果.

    Holography and Optical Information Processing
    Pixel-jump Fast Image Matching Algorithm Based on LTS-HD
    2010, 39(7):  1284-1288.  doi:10.3788/gzxb20103907.1284
    Asbtract ( 1138 )   HTML ( )   PDF (1618KB) ( 1108 )  
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    在分析Hausdorff距离特性的基础上,提出了一种两级实时景象匹配算法.与传统各种利用图像多尺度特征的多级匹配方法不同,该算法利用Hausdorff 距离特性直接在原分辨率图像上进行匹配,通过“减少匹配位置”以及“减少匹配位置相似性测度计算量”两种途径缩短匹配时间.跳跃式搜索极大地减少了参与匹配的位置数;而在每个匹配位置,只计算由特征点组成的两个点集间的LTS-HD相似性测度,非特征点不参与计算,从而大大减少了该匹配位置的相似性测度计算量.为了保证匹配准确度,采用由粗到精的两级匹配策略,第一级采用像素跳跃式全局搜索获得粗匹配点,第二级以第一级匹配为基础,在以粗匹配点为中心的δ邻域内局部遍历搜索获得精匹配点.仿真分析表明,提出的算法相比传统的遍历搜索及遗传算法耗时短且定位准确,在实时图存在严重遮挡的情况下仍能正确匹配.

    An EM-MAP-HMRF Multi-sensor Image Fusion Algorithm Based on Non-homogeneous Class and Direction
    HE Gui-Qing, PENG Jin-Ye, HAO Chong-Yang
    2010, 39(7):  1289-1296.  doi:10.3788/gzxb20103907.1289
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    为提高目标识别率,在目标图像融合过程中引入Markov随机场建立类别的先验分布模型,针对模型中参量β的选取问题,提出了基于各类各向异性的期望最大化-最大后验概率-多层次马尔可夫随机场集中式与分布式两种图像融合算法.实验证明,两种融合算法都既可以提高分类准确度,又能够增大抗噪能力,且二者又有不同的特色,可以根据实际要求(如,运算速度、分类准确度、计算负荷等)进行应用选择,用以提高对特定目标进行自动检测与识别的准确性.

    Improving Precision of Multi-slits Autocollimator with Local Newton Interpolation Functions
    LIU Ai-Min, GAO Li-Min, WU Yi-Ming, BAI Jian-Ming, LI Yan
    2010, 39(7):  1297-1301.  doi:10.3788/gzxb20103907.1297
    Asbtract ( 968 )   HTML ( )  
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    根据多狭缝自准直仪目标物形状特征及光电探测器成像特点,通过边缘检测算法确定经过高斯滤波处理的CCD图像的像元级边界.在此基础上应用局部牛顿插值法对CCD图像边缘位置附近进行亚像元细分,实现亚像元边缘检测;再结合最小二乘直线边缘拟合法进一步提高图像边缘检测准确度.经验证,该算法可达到0.13″的定位准确度.

    Physics Optics
    Diffraction Characteristics of Gaussian Beam Limited by Circular Grating
    LIN Xiao-Ling, LI Lian-Huang, GUO Fu-Yuan, ZHENG Hua, DAI Tian-Gui
    2010, 39(7):  1302-1307.  doi:10.3788/gzxb20103907.1302
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    基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.

    Disk Radial Tracking Based on Biaxial Crystal Conical Effect
    WU Zhi-Chao, LIANG Zhu
    2010, 39(7):  1308-1311.  doi:10.3788/gzxb20103907.1308
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    根据晶体锥光效应提出一种光控制方法.在双轴晶体中光波沿光轴方向入射时,其传播方向随光偏振方向的不同而改变,通过控制磁光偏振调制器上磁场强度改变光的偏振方向,从而实现对激光束方向的控制.据此分析了双轴晶体锥光效应光盘寻迹的基本原理并设计出总体方案,数值模拟计算得到晶体入射光偏振角度与寻迹位移的关系,初步验证了此方案的合理性,该方案与传统机电跟踪寻迹方式相比具有结构轻巧,动态响应快等优点.同时,也为光开关、扫描等技术提供了一种新的思想和方法.

    Spectroscopy
    Calculation of Spectroscopic Constants and Vibrational Levels in the X2П, a4П, and B2П States of Nitric Oxide
    WANG Jian-Kun, YANG Zhi-Yong, WU Zhen-Sen
    2010, 39(7):  1312-1318.  doi:10.3788/gzxb20103907.1312
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    本文使用完全活性空间自洽场/多组态相互作用 (CAS SCF/MRCI)理论, 以cc-pVDZ 为基组,计算了NO分子基态(X2Π)和激发态 (a4П and B2П)的平衡结构和单点能扫描曲线.采用最小二乘法拟合了Murrell-Sorbie函数, 得到了NO分子的解析势能曲线,并利用Rydberg-Klein-Rees方法,计算得到的NO分子相应态的谐振频率和其它的光谱数据(ωe、αe、ωeχe、 βe)与实验值十分一致,和其它理论计算方法进行比较,发现该方法有更好的准确性. 以得到的解析势能函数为基础, 求解NO分子核运动的一维径向Schrdinger方程, 获得了更高振动态的振动能级.

    Stray Light Measurement of Space-borne High Resolution Imaging Spectrometer
    ZHANG Jun-Qiang, WU Qing-Wen, YAN Chang-Xiang
    2010, 39(7):  1319-1323.  doi:10.3788/gzxb20103907.1319
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    星载成像光谱仪用于获得高准确度的光谱遥感数据,而杂散光是影响其光谱测量准确度的重要因素之一.介绍了此类成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害,在比较截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法等光谱仪器常用杂散光测量方法优缺点的基础上,论述了使用杂散光影响因子描述光谱仪杂散光的可行性和优越性.最后,介绍了使用窄带滤光片测量星载成像光谱仪杂散光影响因子的测量系统组成、测量步骤和测量结果,并分析了测量方法的不确定度.结果表明:杂散光影响因子能有效描述光谱仪的杂散光特性,测量结果与光源、探测器等测量条件无关;窄带滤光片法测量不确定度为0.646%(置信概率约为95%),能满足星载成像光谱仪杂散光测量的工程需要.

    Gelatinization Process of Single Rice Starch Particle Using Laser Tweezers Raman Spectroscopy System
    2010, 39(7):  1324-1329.  doi:10.3788/gzxb20103907.1324
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    在特定加温模式和过量水分条件下,采用激光光镊喇曼光谱系统研究了单个大米淀粉微粒的糊化行为,获得了整个糊化过程的喇曼光谱.以光谱峰高的变化标记糊化过程,进一步验证了477 cm-1峰归属为淀粉分子骨架振动的事实.通过分析C-O-H基团相关特征峰1 052、1 083、1 127、1 339 cm-1的变化情况研究大米淀粉颗粒糊化过程中的速率问题.结果显示:糊化开始后,相关特征峰在过程中呈增强趋势,随着时间增加,温度升高,速率加快,直至糊化结束.

    Oil Identification Technique Based on Analysis of Three-dimensional Fluorescence Spectra Feature
    Yutian Wang
    2010, 39(7):  1330-1333.  doi:10.3788/gzxb20103904.1330
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    介绍了运用神经网络进行模式识别的基本原理,将主成分分析法和BP神经网络相结合,提出矿物油三维荧光谱鉴别方案,并进行了系统设计,建立了基本的模型框架.选取矿物油三维荧光谱的特征参量,组成原始特征向量,采用主成分分析法进行预处理,而后选取主成分运用BP神经网络实现油种鉴别.该方法减少了输入变量的维数,消除了各输入变量的相关性,同时简化了网络结构,提高了程序运行的速度.通过实例进行了分析,结果证明该方法有效地实现了矿物油三维荧光谱的油种鉴别,同时该系统也可用于其它物质的光谱识别技术领域.

    Optical Design
    Optical Design and Spectral Calculation of Prism Spectrometer
    WANG Xin, DING Xue-Zhuan, YANG Bo, LIU Yin-Nian, WANG Jian-Yu
    2010, 39(7):  1334-1339.  doi:10.3788/gzxb20103907.1334
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    设计了离轴全球面成像光谱仪和离轴校正透镜棱镜分光成像光谱仪两种光学系统.在离轴全球面成像光谱仪的基础上,提出了改进型离轴校正透镜光谱仪,仅采用一个色散棱镜,避免了大口径同心透镜;有效校正了大视场像差,色散非线性修正效果显著.通过调节离轴角和光谱仪的焦距控制了畸变,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,减小了残余像差,并降低了整个光谱仪工程实施的难度.从工程合理性、加工可实现性和光学性能等方面比较了两个系统的特点,推导和给出了光谱分辨率和狭缝弯曲的计算结果.从设计结果看,改进型离轴校正透镜光谱仪的传递函数最小值大于75%,而离轴全球面成像光谱仪的最小值只大于60%.从加工难易程度看,离轴全球面成像光谱仪采用一个接近Φ200 mm的石英透镜,其透射材料远不如改进型离轴校正透镜光谱仪透镜材料的均匀性和面形准确度高,而且大口径透镜大大增加了制备难度和成本.从工程布局看,改进型离轴校正透镜光谱仪充分考虑了与机械结构的匹配,狭缝与第一面反射镜的轴向距离较合理.从光谱特性看,两个光学系统的光谱分辨率结果基本接近,离轴全球面成像光谱仪光谱弯曲结果略好于离轴校正透镜结构.因此,综合比较得出离轴校正透镜光谱仪是最佳的选择方案,该系统可应用在短波红外波段的光谱成像的遥感探测.

    Atmospheric and Ocean Optics
    Measurements of Aerosol Optical Properties by Raman Lidar
    ZHANG Jin-Ye, GONG Wei, HUANG Chu-Yun, LI Jun
    2010, 39(7):  1340-1344.  doi:10.3788/gzxb20103907.1340
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    介绍了武汉大学自行研制的Raman多通道激光雷达系统,给出了整个系统的设计原理及主要技术参量.详细描述了利用Raman激光雷达原理反演大气气溶胶消光系数、后向散射系数和激光雷达比等光学特性的方法,并对求解消光系数过程中的关键部分做了讨论分析.同时对武汉上空对流层低空大气气溶胶、云以及边界层等光学特性进行了实时探测反演.实验结果表明:该Raman多通道激光雷达系统在夜晚对低空气溶胶的垂直分布特性具有较好的探测能力,工作性能可靠.