激光全息技术在现代展览展示中的应用北大核心CSCD

全息技术通过精确“裁剪”光场,可以模拟具有运动视差和深度线索的真实立体场景,为观众提供裸眼立体视觉的增值体验。激光全息技术与展览展示相结合,可广泛应用于展览中心、博物馆、博览会、科技馆、图书馆、档案馆、城市规划馆等展示场所。全新的展览方式,带给观众前所未有的视觉冲击,也为会展行业开辟了新的营销思路。本文分析了交互式、全彩、宽视角等激光全息技术在展览展示中的应用,总结归纳其性能参数。在此基础上,进一步分析激光全息技术所采用的关键技术(全息技术与展览展示的结合、光源选择、散斑抑制、关键器件研发、外围环境条件等)以及未来研究和发展方向。     

基于激光点云数据的三维运动图像重构技术北大核心CSCD

为了解决三维运动图重构时存在的重构测量距离与实际距离误差大、激光点云数据数量多和重构图像清晰度对比低的问题,提出了基于激光点云数据的三维运动图像重构技术,通过配准多帧激光点云数据,从中获取激光点云数据集,再采用平面拟合方法对激光点云数据集实行去噪处理,最后利用曲面重构法完成对曲面模型的拟合,实现三维运动图像重构。实验结果表明,通过对三维运动图像重构进行测量距离与实际距离的对比、激光点云数据数量的对比和测量图像与实际图像清晰度的对比测试,验证了三维运动图像重构技术的实用性高。     

微秒激光制备超疏水表面及抑霜性能实验研究北大核心CSCD

为解决航空器在各种运行环境环境中可能出现的霜冰影响问题,利用微秒脉冲激光在钛合金表面制备了超疏水表面,并通过微观形貌、表面元素组成、润湿性和结霜实验等对超疏水效果和抑霜性能进行了分析表征。实验结果表明,微秒激光制备的不同扫描间距的微纳结构表面均达到了超疏水效果,其中扫描间距为0.2 mm的表面接触角可达159°,其表面激光作用形成的大量细小颗粒以及溅落的碎屑等形成的亚微米和纳米级结构,为空气中有机疏水基团提供了丰富的结合位点,二者共同带来了表面优良的超疏水性能,表面生长的霜层薄,霜枝较高,十分有利于外界作用清除。本方法可为航空领域霜冰问题的解决提供一定参考。     

激光衰荡测量中腔内能量动态过程分析研究北大核心CSCD

从激光衰荡中衰荡腔内能量的动态变化出发,考察了电流调制腔衰荡的频率匹配过程,分析了激光波长扫描速率对光强注入变化的影响,进而解释了光关断后衰荡曲线出现过充畸变的原因,研究了不同充光时间下检测精度的变化规律。实验考察了不同触发阈值和延迟时间等参数设置下激光衰荡过程,发现随着触发阈值的增加,测量精度和灵敏度提升,但衰荡检测频率明显下降,因此触发阈值的设置应同时兼顾测量精度和测量频率要求。此外,延迟时间的增加会影响测量幅值的稳定,但可获得较高的测量精度和衰荡时间。实验中当延迟时间为400 ns时,测量幅值与测量精度达到平衡,此时衰荡时间为39.1403μs,测量精度为0.0162。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。     

玻璃波导有效折射率的原位测量（特邀）

飞秒激光直写玻璃波导是快速制备三维集成光子芯片的一种重要手段,波导有效折射率的准确测量对于设计光子器件意义重大。设计并制备了一种断臂马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构对玻璃波导有效折射率进行原位精密测量。激光在断线区域和波导内的有效折射率不同,在传输相同长度下产生一定的相位差,最终导致不同的干涉结果。对断臂MZI结构的相位干涉结果进行处理,得到激光直写玻璃波导的有效折射率为1.504+7.7×10?4。利用RSOFT软件光束传播算法对器件进行模拟仿真,仿真结果与实验吻合良好。该精确测量玻璃波导有效折射率的方法对于提升光子芯片设计与制造能力具有重要意义。     

超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的应用（特邀）

观察细胞器间动态相互作用,深入分析作用规律,对于揭示生理病理过程现象背后的机制具有十分重要的意义。传统光学显微镜受到由光波波长和孔径造成的衍射极限的限制,无法观测细胞器纳米级精细结构及细胞器间相互作用的动态变化规律。超分辨显微成像技术的出现为细胞器相互作用研究提供了重要手段,在深入揭示细胞器相互作用规律,阐明生理病理现象深层的机制研究中发挥了重要的作用。文中介绍了受激发射损耗（Stimulated emission depletion, STED）显微成像、结构光照明显微成像（Structured illumination microscopy, SIM）、单分子定位显微成像（Single molecule localization microscopy, SMLM）技术,并总结了这三类超分辨显微成像技术在细胞器相互作用中的应用与现状,为超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的应用提供思路拓展。最后,对超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的优势与不足进行分析总结,展望了超分辨显微成像技术在活细胞内细胞器相互作用成像中的需求发展趋势,为光学与医学及生物学的交叉融合发展提供一定的参考。     

基于光线追迹法的低温辐射计光吸收腔设计

当前,工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差,是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中,其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况,由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用,系统的光-电加热路径难以重合,黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此,利用蒙特卡洛光线追迹方法,文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明:当吸收腔斜底角控制在60°,涂层吸收率达到0.95时,系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量,比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器,可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地,通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化,文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。     

基于阵列激光波形特征识别的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云雾等气溶胶环境的干扰问题,提出了一种基于阵列激光波形特征识别的抗干扰方法。根据脉冲激光在气溶胶环境的散射特性,理论分析了发射脉冲宽度以及视场角对系统在干扰环境中目标识别的影响,仿真了目标处于干扰环境中的波形时域特征,并通过实验样机对仿真结果进行实测验证。基于回波波形特征,设计了一种窄视场阵列激光回波特征数字化识别的探测系统方案,并通过虚拟样机仿真技术获取了2°分辨率的目标和云雾的回波阵列数据。数据分析结果表明,由于目标形体和云雾弥散体的物理差异,目标回波阵列的能量方差极值及均值都大于云雾,通过设定帧内回波阵列的能量方差的阈值和帧间方差累计的方法能有效提升激光引信抗干扰性能。文中的仿真和实测结果都为基于阵列激光波形识别的抗干扰方法的有效性提供了理论和实验依据。     

多特征参数约束的星载激光高程控制点提取

星载激光点位高程精度是其辅助光学立体影像复合测绘的基础。针对光学影像立体测绘对激光高程控制点精度的需求,提出了一种基于多特征参数约束的星载激光高程控制点提取方法。该方法利用全波形数据包含的目标地物垂直结构信息,分析高精度激光高程控制点特征,基于数据的有效性、波形的峰值个数、回波特征参数实现逐级约束筛选。选取信噪比、峰度和偏度作为评价指标,通过全波形数据回波特征参数的计算、统计与分析,确定其信噪比、峰度和偏度阈值,最终高效提取出可用于星载激光高程控制点的有效波形数据。以我国高分七号数据为试验对象,选取草地、戈壁、道路、水体、沙地、耕地六种典型地物样本,确定适用于提取高分七号高程控制点的信噪比、峰度与偏度的阈值。以江苏地区机载LiDAR点云数据为参考,验证分析高程控制点提取和阈值设定的准确性,试验结果表明:基于多特征参数约束算法,利用设定的适用于GF-7卫星的参数阈值,可以高效、准确地从原始波形数据中提取出有效波形用于高精度高程控制点生产。以与参考数据高程差0.32 m为高程精度要求,提取准确性平均为90.34%,所提取的激光高程平均测量精度优于0.5 m。