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2019年第6期封面文章：河北工业大学张紫辉团队：提高DUV LED空穴注入效率的若干措施: Chineselaser 2019-4-12 17:06; 河北工业大学张紫辉团队：提高DUV LED空穴注入效率的若干措施封面文章| 田康凯,楚春双,毕文刚,张勇辉,张紫辉. AlGaN基深紫外发光二极管空穴注入效率的提高途径 . 激光与光电子学进展, 2019, 56(6): 060001 以GaN和SiC为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度快和抗辐射能力强等优点，在固态照明、电子电力和移动通信等领域具有广泛的应用。其中，固态照明对于改善当今全球变暖以及生态环境恶化具有重要的意义。除了节能环保，以深紫外发光二极管（DUV LED）为代表的紫外LED凭借其光子能量大的特点在杀菌消毒等领域有着广泛应用。紫外LED根据发光波长可细分为：UVA LED（320 nmλ400 nm）、UVB LED（280 nmλ320 nm）、UVC LED（200 nmλ280 nm）以及VUV（10 nmλ200 nm），其中DUV LED的发光波长短于360 nm。而AlGaN材料具有直接带隙且带隙可调（3.4 eV~6.2 eV）的特点，覆盖了绝大部分的紫外发光波段（200 nm ~ 365 nm），因此成为制备DUV LED的理想材料。近年来，得益于AlGaN材料的制备技术更加趋于完善，DUV LED也取得了长足的进步与发展。图 1 DUV LED器件典型的外延结构图尽管如此，基于AlGaN材料的DUV LED目前仍面临诸多问题： 1）LED属于表面出光器件，所以沿着生长方向传输的光子更容易被提取，有利于提高器件的光提取效率（LEE）。而相较于InGaN材料，AlGaN材料独特的价带分布导致DUV LED的出光以TM模式偏振光为主，这极大程度上削弱了器件的LEE。具体而言，对于InGaN材料，最靠近布里渊区中心的价带为重空穴带（HH band），所以载流子的复合以C-HH跃迁为主，TE模式偏振光占主导；对于AlN材料，最靠近布里渊区中心的价带为晶格场劈裂带（CH band），所以载流子的复合以C-CH跃迁为主，TM模式偏振光占主导。 2）尽管AlGaN外延生长水平取得了一定的进步，但目前DUV LED器件的穿透位错密度（TDD）仍高达109~1010cm-2，严重增加了有源区内SRH复合几率，降低DUV LED的内量子效率（IQE）。 3）III-V族氮化物中存在的极化效应引起量子阱能带的弯曲，造成电子与空穴波函数空间分离，严重削弱载流子的复合效率，即所谓的量子限制斯塔克效应（QCSE）。尤其是AlGaN材料自发极化强度明显强于InGaN材料。 4）由于低空穴浓度与低空穴迁移率，导致电流主要拥挤在电极下方，引起电流拥挤效应。从而造成载流子局域浓度的升高，增加了有源区内俄歇复合几率，造成器件结温的升高，影响DUV LED的使用寿命。 5）低载流子注入效率进一步限制了DUV LED的器件性能，尤其是空穴注入效率。一方面，随着Al组分的增加，Mg杂质的电离能逐渐增大，导致Mg的离化率极低；另一方面，p-EBL在抑制电子泄漏的同时还会阻碍空穴注入至有源区，尤其是空穴的迁移率比较低。针对DUV LED器件中的低空穴注入效率，来自河北工业大学张紫辉教授团队对DUV LED器件结构进行优化设计，提出了介电调控隧穿结，电场存储器概念，p-AlyGa1-yN/p-AlxGa1-xN/p-AlyGa1-yN (xy) EBL等措施来提高空穴注入效率。措施（一）介电调控隧穿结传统LED的p型电极直接溅射蒸镀在p型半导体层，而低Mg掺杂效率导致p型半导体层中存在明显的空穴耗尽区，增加器件工作电压的同时减小了供给层中的空穴浓度。为此，研究人员提出利用传统同质隧穿结（p+-Gan/n+-GaN）和极化隧穿结（p+-Gan/InGaN/n+-GaN），其中n+-GaN层做金属接触层，来改善LED器件的空穴注入及电学特性。而对于UV LED而言，InGaN插入层对紫外波段的光子存在着严重的光吸收。同时，鉴于AlGaN材料的相对介电常数随着AlN组分的增加而减小，如图2（a），张紫辉教授团队采用AlGaN材料做插入层，并提出介电调控隧穿结的概念，利用增强的结区电场来增加电子的隧穿几率，从而提高p+-Gan层中的非平衡态空穴浓度。图2（a）Al x Ga 1-x N层相对介电常数和AlN组分之间的关系；（b）具有传统同质隧穿结的器件（A1）和具有介电调控隧穿结的器件（A2）隧穿结区的电场分布图。插图为隧穿结区电场峰值和极化水平之间的关系。（二）电场存储器传统的DUV LED器件的空穴供给层包括p-AlGaN层和p-GaN层两部分。二者界面处存在着阻碍空穴从p-GaN层注入至p-AlGaN层的势垒高度（即Φh），因此在p-AlGaN层靠近p-GaN层附近处产生空穴耗尽区，如图3（a），而且该耗尽区宽度随Φh增加，造成空穴在p-AlGaN层中被严重地耗尽。针对此问题，张紫辉教授团队发现该耗尽电场方向与空穴传输方向一致，可以对空穴起到一定的加速效果，增加空穴注入至有源区的能力，如图3（b），此外，Φh保证了p-AlGaN层中的耗尽电场并不会被自由载流子所屏蔽。因此该团队提出了电场存储器的概念，即空穴可以从该耗尽电场中源源不断地获取能量。图3 (a) DUV LED器件的空穴供给层p-AlxGa1-xN/p-GaN异质结对应的能带图，其中p-AlxGa1-xN层存在界面耗尽区；(b) p-AlxGa1-xN层界面耗尽区中的电场方向示意图。（三）p-Al y Ga 1-y N/p-Al x Ga 1-x N/p-Al y Ga 1-y N ( x y ) EBL p-EBL防止电子泄漏同时也会阻碍空穴注入至有源区。图4（a）表明大量空穴将积聚在p-EBL/p-AlGaN界面处，只有少数具有高能量的空穴通过热辐射机制（即P1）注入至有源区。通过与台湾交通大学Kuo Hao-Chung教授团队进行合作研究，张紫辉教授和Kuo Hao-Chung教授等人建议在EBL中靠近p-AlGaN层一侧插入一层薄的低禁带宽度的材料，利用带内隧穿机制（即P0）减小空穴在p-EBL/p-AlGaN界面处的积聚，接着空穴通过热辐射机制（P2）注入至有源区，如图4（b），4（c）。图4 (a) 传统DUV LED器件的能带示意图；(b) 具有p-AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/AlxGa1-xN (xy) EBL的DUV LED器件的能带示意图；(c) p-EBL和p-AlGaN层的空穴分布图。（四）极化效应对空穴注入的影响 III-V族氮化物具有一个重要的物理性质，即极化效应。对于传统的晶向DUV LED，极化效应不仅导致了量子限制斯塔克效应，而且严重影响载流子的注入效率，造成器件性能的衰减。然而，当整体改变DUV LED器件结构的极化水平，晶向（极化水平大于0）的器件性能明显优于晶向的器件，而且光输出功率随着极化水平增加而进一步被改善如图5（a）。图5（b）表明不同极化水平下，空穴在有源区、p-EBL和空穴供给层中的分布迥然不同。张紫辉教授团队对该现象做了详细的研究，发现增加p-EBL/p-AlGaN/p-GaN界面处的极化水平，一方面增加了空穴的能量，另一方面削弱了p-EBL对空穴的阻碍势垒高度，从而提高空穴注入效率，改善DUV LED的器件性能。图5 注入电流为 35mA时，(a) DUV LED器件光输出功率与极化水平之间的关系和(b) 不同极化水平下，量子阱，p-AlGaN层和p-GaN层中的空穴分布图。（五）不同AlN组分量子垒对空穴注入的影响张紫辉教授与Kuo Hao-Chung教授等人还发现，最后一个量子垒和p-EBL界面处的极化电荷对空穴注入效率有着重要的影响。当适当增加量子垒组分的时候（E3E2E1），量子阱中电子浓度明显增加，这主要是量子垒对电子的束缚能力得到增强，如图6（a）。同理，量子垒对空穴的阻碍作用也会明显地增强，理论上不利于空穴的注入，但是图6（b）表明空穴随着量子垒组分的增加而增加。这是由于随着量子垒中AlN组分的增加，最后一个量子垒和p-EBL间的极化失配度减小，削弱了p-EBL对空穴的阻碍能力，从而提高有源区内空穴的浓度，如见图6（c）。图6 注入电流密度为100 A/cm2时，（a）量子阱中的电子分布；(b) 量子阱中的空穴分布和（c）UVA LED器件能带示意图。总结 DUV LED拥有巨大的市场价值和广阔的应有前景，但低空穴注入效率严重限制了DUV LED的进一步普及。除了在外延生长技术方面寻求突破，了解DUV LED内部物理机理有利于研究领域人员更好地认知DUV LED，改善DUV LED器件性能。张紫辉教授团队系统地分析了几种改善DUV LED空穴注入效率的措施，深刻地揭示了其中的物理机理，对于改善DUV LED的器件性能具有重要的物理意义。; 5534 次阅读|0 个评论

“功能光纤”专题征稿启事: Chineselaser 2019-1-10 13:44; “ 功能光纤 ”专题征稿启事 2009年，高锟先生以其在低损耗通信光纤方面的杰出贡献荣获诺贝尔物理学奖。近年来，光子晶体光纤、微纳光纤以及复合光纤等功能光纤相继成为光电子研究领域的热点，在全球范围内掀起了研究热潮。这些光纤的特性颠覆了人们以往对光纤的认识，其在信息、环境、医学、能源、传感以及智能可穿戴等领域展现出广阔的应用前景。我国在功能光纤研究与应用方面取得了系列重要研究成果，形成了自己鲜明的特色。为集中展示我国在该领域的最新研究进展，促进学术交流，推动相关领域向纵深发展，《激光与光电子学进展》决定在2019年9月第17期上推出“ 功能光纤 ”专题，现公开征集高水平研究论文及综述。征稿范围： 1.功能光纤基础 2）新现象与机理； 1）理论与模拟； 2.功能光纤新体系 4）复合光纤； 3）光子晶体光纤； 2）晶体光纤； 1）微纳光纤； 3.功能光纤制造新技术 4.功能光纤的应用 8）前沿领域； 7）国家安全； 6）智能可穿戴领域； 5）传感领域； 4）能源领域； 3）医学领域； 2）环境领域； 1）信息领域；征稿范围不局限于上述内容，非常欢迎其他功能光纤相关论文! 专题客座编辑：邱建荣教授浙江大学光电科学与工程学院周时凤教授华南理工大学材料科学与工程学院陶光明教授华中科技大学武汉光电国家研究中心截稿日期： 2019年4月30日投稿方式及格式：通过中国光学期刊网“投稿中心”直接进入《激光与光电子学进展》投稿系统，按系统要求填写信息，上传稿件（留言标明“ 功能光纤 ”专题投稿）。投稿模板及要求请参见作者中心首页。联系人：史敏电话：021-69918427 邮箱： mshi2013@siom.ac.cn 专题客座编辑个人简介：邱建荣，浙江大学光电科学与工程学院教授、浙江大学微纳光子学研究所所长。国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授。研究方向为玻璃与光纤材料、低维发光与非线性光学材料、飞秒激光与材料相互作用。曾获日本稀土学会学术奖、德国Abbe基金国际Otto-Schott研究奖、日本陶瓷协会学术奖和美国陶瓷协会G. W. Morey奖等奖项。兼任中国硅酸盐学会特种玻璃分会副理事长、中国光学学会光学材料专业委员会副主任。担任中国《硅酸盐学报》副主编，中国激光杂志社《激光与光电子学进展》执行主编，美国陶瓷协会等SCI期刊Associate Editor。发表SCI收录论文800余篇，其中500余篇发表于Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.等高影响力期刊，论文被SCI他引16500余次，最高单篇SCI引用950次。周时凤，华南理工大学材料科学与工程学院和发光材料与器件国家重点实验室教授、博士生导师。主要从事特种玻璃与光纤研究。在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.和Prog. Mater. Sci.等学术期刊上发表SCI收录论文100余篇，成果被Mater. Today、ACerS、OSA和AAAS等知名科技媒体专稿报道，两次入选“中国光学重要成果”，受邀在ICG、JSAP-MRS、OECC、JSAP-OSA、SSC、PACRIM和OGC等学术会议上作邀请报告30余次。曾获国际玻璃协会Gottardi奖（全球每年仅一位获奖人）、日本陶瓷协会仓田元治奖等荣誉，获国家优秀青年科学基金、教育部“新世纪优秀人才支持计划”、广东省杰出青年基金等奖励，并当选日本学术振兴会Postdoctoral Fellowship。兼任国际玻璃协会TC07：Crystallization GCs委员和《激光与光电子学进展》期刊编委。陶光明，华中科技大学武汉光电国家研究中心和光学与电子信息学院教授、博士生导师，人机智能交互联合实验室主任。致力于先进功能纤维领域的跨学科研究工作，先后在Nature、Proc. Natl. Acad. Sci.、Adv. Opt. Photonics等国际学术期刊发表论文近40篇，拥有7项美国专利。受邀在OSA/CLEO、OSA/FiO、ACerS/GOMD等国际顶级专业会议，SPIE/DSS等国际学术会议，Corning等著名公司作专题邀请报告或大会报告30余次，并数次组织MRS等国际顶尖会议的相关分论坛并担任主席。曾获得美国光学学会、国际光学工程学会、美国陶瓷学会等学会的学术奖励， “2013年度国家优秀自费留学生奖学金之特别优秀奖”(该年度全球仅6名中国留学生获”特别优秀奖”)以及2018年中国创新创业大赛军民融合专业赛三等奖，入选中国科协发布的2018年“创世技”颠覆性创新榜50强。兼任中国材料研究学会纤维分会理事会副主任、湖北省硅酸盐学会理事、《激光与光电子学进展》期刊第九届编委和Springer英文期刊Advanced Fiber Materials期刊副主编等。; 2121 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》2018年第12期封面故事：活细胞生物激光器的现状和未来: Chineselaser 2019-1-10 10:48; 活细胞生物激光器的现状和未来王秀翃提到激光器，人们通常想到的可能是各种类型的传统激光发生器，很少有人会将微小的细胞和激光器联系起来。我们知道产生激光通常要有三要素，即光源，受激产生辐射的增益介质以及将所产生的光进行放大的“光学谐振腔”。一般激光器的增益介质多为晶体、陶瓷、有机染料及光纤等材料，而细胞激光器所采用的增益介质是具有生物活性的细胞，这突破了人们对激光器的传统认识。细胞激光器在2015年被评为了十大新型激光器之一。细胞与激光的首次结合细胞激光器的产生最初是源于研究人员的好奇心。激光研究人员曾经尝试使用各种状态和各种形状的材料作为增益介质来实现激光输出，包括气体，液体，固体以及陶瓷，晶体，光纤等。自然界中有没有生物材料可以发射激光呢？哈佛大学的光物理学者Seok-Hyun Yun 和Malte Gather对这一问题特别好奇，因此他们尝试了细胞作为增益介质的激光输出。在自然界，有很多可以发光的物质，比如绿色荧光蛋白，它最初是从水母中提取出来的，在蓝光辐照下会发出绿色的光，其三维结构见图1A。绿色荧光蛋白的发现在生命科学研究领域具有里程碑式的意义，发现和研究绿色荧光蛋白的三位科学家因此获得了2008年的诺贝尔化学奖。它可以用于追踪细胞中的分子，报告基因的表达，被誉为生命科学中的指路明灯。Yun和Gather博士用表达绿色荧光蛋白的DNA质粒对人胚胎肾细胞进行转染，得到了可以表达绿色荧光蛋白的肾细胞。图1 .单细胞激光器 A 绿色荧光蛋白三维结构 B 单细胞激光示意图 C D E分别是低于阈值，阈值附近和高于阈值的出光模式 F G分别是低于阈值和高于阈值细胞内出光的空间分布模式将此细胞置于珐珀谐振腔中，腔镜是由两面布拉格反射镜构成，腔长d在20微米左右，细胞直径在15微米左右，如图1B所示。泵浦光源为波长465nm的光参量振荡器，脉宽5ns，重频10Hz。经显微物镜对腔内细胞进行泵浦，并探测其输出光谱，得到了在不同泵浦功率下单细胞的激光输出，图1C,D, E，经实验测量泵浦阈值拟合结果在1nJ左右。泵浦能量低于阈值时，只是自发辐射发光（C）；在阈值附近时，只有一个模式的震荡输出（D）；随着泵浦功率的增加，其他模式的激光也得到放大输出（E）。在持续数分钟的激光放射后，细胞仍能保持其生理活性。虽然这种激光很微弱，持续时间只有几个纳秒，但能被清晰地探测到。除了人源细胞出光外，他们还实现了表达绿色荧光蛋白的单个细菌的激光输出。自带谐振腔的细胞激光器第一个活细胞激光器的成功实现为生物材料激光器研究打开了一扇门。但是第一个活细胞激光器使用了外加的谐振腔。为了更易于将激光器植入活体内，2015年，哈佛大学的Yun博士又在自己的实验室尝试了细胞内载有谐振腔的激光器—即基于回音壁模式微腔的细胞内激光器。回音壁模式光学微腔是一种特殊的光学谐振腔，它突破了传统的基于腔镜光学谐振腔的限制，通过边界连续的全反射，可以将光子长时间地局域在微腔内形成回音壁模式的介质谐振腔。因其具有超高Q值、极小的模式体积、超高的能量密度和极窄的线宽等优越特性，成为一类典型的新型光学器件。回音壁模式微腔可以在环形或者球形的一些材料表面实现光信号的传输，在无标记传感探测领域具有其他光腔不可比拟的优势。目前已报道的回音壁模式微腔材料有液滴、二氧化硅、半导体和聚合物等材质。借助于微纳加工制造技术、光纤拉锥等技术，回音壁模式微腔得到了迅猛发展， Yun博士和他实验室的Matja? Humar采用以下几种不同方式的回音壁微腔模式实现了细胞内激光输出: 向细胞内注入油滴，如图2A所示，油滴是混合了尼罗红染料的聚苯乙醚，其折射率为1.69，而油滴外细胞液折射率可近似为水的折射率1.33。根据折射率导光原理，油滴在细胞内会形成一个由尼罗红染料提供增益的微球腔。在波长535nm、脉宽5ns、重频10Hz泵浦光作用下，得到回音壁模式输出光谱，如图2C所示。在此基础上，考虑到猪皮的脂肪细胞内含有单一的形状规则的球形脂滴，将含有尼罗红的溶液注射到猪皮下脂肪组织中，细胞中的脂肪颗粒被尼罗红染色。在37℃、用535nm激光泵浦猪皮组织，输出信号经芯径200μm的多模光纤耦合至光谱探测器，得到了猪皮组织中脂肪细胞的输出光谱。利用高折射率材料的回音壁微球腔。人体细胞具有内吞功能，可以将细胞外的物质通过内吞作用摄取到细胞内以维持正常的代谢活动。用人体宫颈癌HeLa细胞通过细胞内吞作用可以使直径11.5μm的荧光掺杂的聚苯乙烯微球进入细胞内部形成回音壁微腔，图2D，E。在泵浦激光辐照下，实现了细胞内的激光输出，图2F。除了将增益介质掺杂在回音壁微腔内之外，也可以将没有荧光掺杂的回音壁微球置于含有荧光染料的细胞质中，或者在微球表面包覆一层荧光染料，这样也能够实现基于回音壁模式微球腔的细胞内激光输出。图2 基于回音壁微球腔的细胞内激光器 A 将油滴注入细胞内示意图 B含有油滴的细胞，红色为尼罗红染色的油滴，蓝色为细胞核 C 基于油滴微腔的细胞内激光输出 D 细胞内吞微球示意图 E 内吞聚苯乙烯微球的细胞，红色为细胞膜，蓝色为细胞核F 基于聚苯乙烯微球腔的细胞内激光输出。植入组织中的激光器在科幻电影中我们曾经看到过镭射眼。细胞激光器具有极好的生物相容性，如果植入生物组织内将不会引起机体的免疫反应，这为将激光器植入活体组织中提供了可能，活体组织发光将不再是梦想。2017年，Matja? Humar、Anja Dobravec等人报道了可植入牛眼角膜、血液和皮肤组织内的微型激光器，如图3所示。他们分别将直径8μm的绿色荧光聚苯乙烯微球植入新鲜的牛眼角膜内（n=1.37-1.38）；直径40μm掺杂尼罗红染料的生物可降解PLA微球植入人血液内；以及直径49.8μm的尼罗红染料PLA微球植入猪皮组织内。分别实现了眼角膜，血液和皮肤表面下200微米深处的激光发射。图3. 植入组织中的激光器 A 牛眼角膜 B 血液 C 皮肤组织应用前景在生物检测和成像领域，有望实现高灵敏检测和细胞内部成像，提高成像分辨率。荧光检测和成像技术因其可以提供丰富的分子信息是当今生物医学领域不可或缺的一项技术。但是由于荧光的谱带较宽，不利于多种荧光的同时检测以及高灵敏分析，这是荧光分析的瓶颈。而如果把荧光转变为激光，由于激光的光谱带宽非常窄，可以弥补荧光成像的不足突破荧光检测的瓶颈。另外，传统的光学显微技术利用不同组织结构对光的线性吸收（单光子）的不同来生成图像的对比度，但是这仅限于在靠近组织表面（小于 100微米）实现高分辨率成像。如果可以从内部成像，那么可能会得到具有更多细节的图像。现代的光学成像技术如共聚焦显微技术和多光子显微技术可以提供生物系统的具有亚细胞分辨率的成像。荧光显微镜成像的技术依靠使用荧光物质标记来对细胞或组织进行成像，而细胞内激光器可以生成更亮的激光用以提高它成像的分辨率。可以用作细胞标签。人体是由上万亿个细胞组成的，细胞是生命活动的基本单位。基于细胞内的微型激光器原理，如果使用不同发射波段的荧光染料掺杂微球，结合使用不同尺寸的微球，那么可分辨的微球数量将大大增加，甚至可以达到人体内细胞数量。利用此项单一技术来单独标记靶向细胞，使得同时追踪上千个细胞成为可能，从而可以研究每一个细胞的生命活动过程，并进行目标组织细胞的定位。细胞内环境监控。细胞内微型激光器就像是在细胞内安装了眼睛，可以实时观察细胞内的活动。并将观测结果以激光的形式传递出来。根据这一原理，可以利用细胞内激光器来对细胞内的微环境进行监测，有望实现对一些危害人类健康的重大疾病（比如癌症）的早期检测和预防。用于制作生物活性的元器件。目前的光学器件大多是非生命的物质，细胞激光器的出现，将有望制成具有生命活性的元器件。综上，细胞激光器的实现为生物学和光子学领域的研究开辟了新的方向，但是目前其研究还处于初始阶段，其在生物学领域和光子学领域的各种新应用将会不断涌现。该文章发表在《激光与光电子学进展》第55卷第12期，且被选为当期的封面文章，文章内容点击查看： http://www.opticsjournal.net/Articles/abstract?aid=OJ181216000035A7D0cI 。依据该文章内容设计的封面图：; 720 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》2018年“光纤传感”专题: Chineselaser 2018-12-6 14:49; \0 \0 “ 光纤传感”专题前言随着信息化时代的到来，物联网这一概念越来越频繁地被人们提及。作为物联网的关键组成部分，传感器的重要性日益凸显。作为传感器的一个分支，光纤传感器发展至今已有30多年，并以优异的性能占据重要地位，如航天、军事等领域对光纤陀螺仪、光纤电流传感器、光纤水听器等产品有大量需求。为集中反映近年来我国科研工作者在光纤传感器领域的最新研究成果和研究进展，促进学术交流，推动技术进步，《激光与光电子学进展》精选2017-2018年出版的相关研究论文和综述，推出“光纤传感”虚拟专题。微纳光纤布拉格光栅折射率与浓度传感器研究进展彭星玲，李兵，李玉龙南昌工程学院江西省精密驱动与控制重点实验室；南昌工程学院；南昌大学微纳光纤布拉格光栅（MNFBG)的强倏逝场传输和波长选择的光学特性，使其对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性。本文首先阐述了MNFBG的制备方法，并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理,然后对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述，最后总结了提高MNFBG折射率与浓度传感灵敏度的方法，分析了目前研究存在的问题，展望了MNFBG折射率与浓度传感器的发展方向。分布式光纤裂缝传感工程应用研究进展吴永红，朱莎，许蔚，张海明昆明理工大学建筑工程学院随着光纤传感技术的发展, 近年来分布式光纤传感技术被用于结构裂缝的监测, 其中主要包括准分布式光纤传感技术——光纤布拉格光栅技术, 分布式光纤裂缝传感技术——基于瑞利散射的光时域反射技术、布里渊光时域反射技术、布里渊光时域分析技术、布里渊光相关域分析技术以及最新的具有高空间分辨率的脉冲预抽运布里渊光时域分析技术和差分脉冲对布里渊光时域分析技术。基于这些技术在结构裂缝监测中的应用, 综述各自的优缺点及国内外分布式光纤裂缝传感工程应用的情况。同时对分布式光纤裂缝监测中的力学、畸变光信号及实验研究等问题进行分析, 提出关于这些重点问题的研究见解。分子印迹光纤传感技术的应用陈卓，张丹，王海玲南京大学地球科学与工程学院；南京工业大学环境科学与工程学院分子印迹聚合物(MIPs)的特异识别功能使其作为传感器的敏感材料具有很大的优势, 分子印迹光纤传感器(OFS-MIPs)具有广阔的应用前景, 已被广泛运用于环境、化学、医学、食品安全等领域。对OFS-MIPs的研究进展进行了综述, 对光纤传感与分子印迹间的耦合方法,OFS-MIPs的应用领域以及其存在的问题进行了探讨, 并对OFS-MIPs的前景进行了展望。光纤表面等离子体共振传感技术王文华，熊正烨，师文庆，黄江，田秀云，费贤翔，谢玉萍广东海洋大学电子与信息工程学院光纤表面等离子体共振(SPR)传感是光纤传感领域的研究热点之一。详细论述了光纤SPR传感器的各种结构和优点; 分析了金属膜层的膜材料和膜层厚度、镀膜光纤长度、双层金属膜的组合和厚度比例等参数对光纤SPR传感器性能的影响; 概述了光纤SPR传感器的研究进展及应用, 包括多模光纤SPR传感器、单模光纤SPR传感器、光纤布拉格光栅SPR传感器、倾斜光纤光栅SPR传感器、长周期光纤光栅SPR传感器、多通道光纤SPR传感器、光子晶体光纤SPR传感器和纳米金属颗粒光纤SPR传感器; 给出了光纤SPR传感器的研究重点与发展方向。光子晶体光纤传感器研究进展马健，余海湖，熊家国，郑羽武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室光子晶体光纤(PCF)具有许多不同于普通光纤的特性，将PCF应用于传感领域是近年来的研究热点。介绍了PCF的基本结构、导光原理及制备方法，概述了干涉型、吸收型、荧光型、表面等离子体共振型、拉曼散射型及光栅型PCF传感器的原理及国内外研究进展，分析了其应用领域和优缺点，展望了PCF传感器的发展趋势。光纤布拉格光栅传感器交叉敏感问题的研究进展孙诗晴，初凤红，卢家焱上海电力学院电子与信息工程学院应变和温度等外界因素的变化会使光纤布拉格光栅(FBG)反射波的中心波长发生漂移。在应变传感测量中，根据中心波长的漂移量无法直接得到对应的应变量，这种应变和温度交叉敏感的问题严重制约着FBG传感器的测量精度和应用，阻碍了传感监测技术的实用化。为了消除温度的影响，各国研究人员根据不同算法、材料、封装结构等提出了多种解决方案。根据对温度的不同处理方法，将这些解决方案分为温度分离法和温度补偿法，并分析了每种方法的优缺点。光纤端面集成金属光子结构传感器刘飞飞，张新平北京工业大学应用数理学院信息光电子技术研究所综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同, 将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光纤传感器以及基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的光纤传感器。对各类传感器的制备方法、光物理学原理及探测性能进行了概括、对比和总结。基于光纤光栅的双壁模型管桩轴力测试王永洪，刘俊伟，张明义，张春巍，王明明，赵国晓青岛理工大学提出了一种利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating, 简称FBG）测试模型管桩桩身轴力的方法，探讨了模型管桩应变变化与光纤光栅中心波长稳定性和漂移的关系。光纤光栅封装在模型管桩外管加工槽体内，模型管桩内管采取直接粘贴光纤光栅的方法，将应变片分别粘贴在模型管桩内、外管光纤光栅同一位置。对模型管桩施加竖向压力后产生的应变进行测试，并将光纤光栅及应变片的测试结果与理论公式进行对比分析，发现两者存在误差，但在测试要求范围内。外管施加5 kN竖向荷载时，光纤光栅测得的最大应变为59.2，相对误差为4.9%；内管施加5 kN竖向荷载时，光纤光栅测得的最大应变为122.3，相对误差为7.2%，均满足工程测试要求。光楔式光纤法珀传感器相关干涉信号特性分析陈青青，唐瑛，王可宁，陈海滨，马志波西安工业大学为了精确提取相关干涉信号的峰值位置，为光楔式光纤法珀传感器的相关干涉解调机制提供理论借鉴，文中数值模拟了三种典型的光源光谱分布的相关干涉信号，并对所获得的相关干涉信号进行了详细的对比分析，综合讨论了不同光源光谱分布条件下，光谱带宽对相关干涉信号宽度、幅值以及对比度的影响。分析结果表明，光源在光谱上具有高斯分布且较大带宽时得到的相关干涉信号噪声较小，条纹稀疏，信号对比度更高，便于准确寻峰，实现高精度解调。不同封装方式的光纤光栅传感与温补特性研究郭永兴，匡毅，熊丽，刘文龙，吴恒武汉科技大学机械自动化学院光纤光栅的粘贴封装工艺对传感器的性能有重要影响，目前光纤光栅传感器设计中最常用的两种封装方式是光栅全部粘贴封装和预拉伸后光栅两端的光纤粘贴封装。本文对该两种封装方式下的光纤光栅在测量灵敏度、线性、重复性、蠕变、温度补偿等决定传感器核心性能的参数开展了实验研究。每种封装方式均选用了三支参数相同的光纤光栅布置在同一等强度梁上，并布置一支自由状态的裸光栅作为温度参考，开展了应变感测特性和温度补偿特性方面的对比实验。得到如下研究结论：1、两种封装方式的六支光纤光栅在灵敏度、线性、重复性方面均具备良好的一致性，抗蠕变能力均良好；2、温度补偿测试中，同种封装方式的光栅自差分补偿的效果明显优于和参考裸栅差分补偿，光栅两点粘贴封装方式的自差分补偿效果最好，达到9pm以内，优于光栅全部粘贴封装的20pm以内；光栅两端粘贴封装与参考裸栅差分补偿的效果最差，最大达53pm。本研究结论可为光纤光栅传感器设计、监测信息处理提供科学参考。基于PbSe量子点的全光纤光功率密度和温度传感器严华，徐帅锋，沈旭辉，李泽林金浙江工业大学光电子智能化技术研究所光功率密度和温度监测在工业生产和日常生活中具有重要意义, 依据PbSe量子点具有较高热光系数的特性, 设计了一种PbSe量子点作传感材料的全光纤马赫-曾德尔型传感器, 并在不同光功率密度和不同温度条件下对该传感器进行测试。实验结果表明：对波长为473 nm的光源光功率密度灵敏度达到1.455 nm·(mW-1·mm2), 温度灵敏度达到0.67 nm·℃-1。不仅实现了高灵敏度温度传感器, 而且也为PbSe量子点制作热光型光器件打下了基础。基于单螺旋扭转结构的取样布拉格光纤光栅及其传感特性陈高杨，马鹏，李杰，孙立朋，武创，关柏鸥暨南大学光子技术研究院；广东省光纤传感与通信技术重点实验室提出一种新型取样布拉格光纤光栅传感器, 用于温度和轴向应变的传感。为了制作该传感器, 利用特种光纤熔接机在单模光纤上制造出单螺旋扭转结构, 然后在单螺旋结构上利用紫外激光侧写和相位掩模板技术刻写布拉格光纤光栅。该取样光栅反射谱具有等间距、窄带宽的特点, 并且可通过调整单螺旋扭转率来自由改变取样周期。通过实验研究了传感器对温度和光纤轴向应变的响应, 结果表明：当单螺旋扭转周期P=504.0 μm(扭转率α=12.47 rad/mm), 布拉格光栅周期Λ=544.6 nm, 器件长度L=5.0 mm时, 温度和轴向应变灵敏度分别为10.12 pm/℃和1.12 pm/με。较同类型取样光栅传感器, 该传感器具有制作简单、灵活性高、稳定性高和成本低的优点, 且在多波长光纤激光器和多通道光谱滤波器等领域展现出应用潜力。基于大偏置量熔接的反射式光纤型干涉仪的折射率传感特性苏达顺，马宽明，孙立朋，武创，李杰，关柏鸥暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室提出并实现了一种基于大偏置量熔接的单端反射式光纤Mach-Zehnder（M-Z）干涉仪。在一段数百微米长的单模光纤两端以大偏置量对称地错位熔接两段光纤，将其中一段光纤的端面镀制薄金膜作为反射镜面，使在外界环境和光纤包层材料内传输的光产生相位差，并在器件反射端能够观测到较强的干涉光谱。实验发现，该干涉光谱随外界折射率（RI）变化可发生较高灵敏度的漂移，当偏置量为62.5 μm和空腔长度为554 μm时，测得其水环境的折射率灵敏度和空气中的温度灵敏度分别为-13257 nm/RIU（RIU为单位折射率）和37.33 pm/℃。与已报道的同类型器件相比，所提传感器具有折射率灵敏度高、结构紧凑、可单端测量以及稳定性好等优点，在生物化学传感和环境污染监控等领域中具有良好的应用前景。硬塑料包层光纤构成的多功能光纤传感器胡义慧，董航宇，江超，黄会玲，夏果湖北师范大学物理与电子科学学院在单模光纤(SMF)中接入一段硬塑料包层光纤(HPCF)，构成一个全光纤Mach-Zehnder干涉仪，利用该干涉仪制备出一种可同时测量温度和折射率的光纤传感器。由于SMF纤芯和HPCF纤芯直径不匹配，通过HPCF的透射光会产生干涉谱，干涉谱随外界环境温度与折射率的变化而变化，从而可实现温度与折射率的测量。实验结果表明：利用该传感器测量温度与折射率的灵敏度分别达到了13.3 pm·℃-1和52.56 nm·(RIU)-1。该传感器具有体积小、结构简单、制作容易和灵敏度较高等特点，特别适合在电噪声环境中工作。投弃式光纤海洋温深传感器光路设计与优化赵强，陈世哲，吕日清，张继明，张可可，张丽，丁园强齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所；东北大学信息科学与工程学院针对海洋剖面观测的需求和传统投弃式海洋温度剖面测量仪(XBT)存在的问题, 提出一种基于光纤布拉格光栅-长周期光纤光栅(FBG-LPG)级联结构的光纤海水温深剖面传感器(光纤XBT), 设计了传感器光路, 利用光纤端面反射镜简化了光路结构, 通过调整反射率优化了系统性能。实验表明, 当光纤端面反射率在48.8%~72.5%时, FBG和LPG的谐振峰相对强度较为合理, 整体光谱波形较好, 利于解调。一种环形结构单光路检测型光纤电流传感器张昊福建江夏学院电子信息科学学院针对传统单光路检测型光纤电流传感器电流灵敏度低的缺点, 提出一种新颖的环形结构单光路检测型光纤电流传感器。该光纤电流传感器利用单偏振单模耦合器构建光纤环形腔结构, 取代了传统单光路检测型光纤电流传感器中的起偏器和检偏器。这一设计不仅保留了单光路检测型光纤电流传感器所具有的结构简单、成本低廉等优点, 还具备环形腔结构光纤电流传感器可实现传感信息的多次循环放大的特点, 提高了系统的电流灵敏度。理论分析与实验表明, 这种光纤电流传感器的电流灵敏度可随循环次数K的增加而增加,设计具备可行性。基于再生低反射率光纤光栅和饱和吸收体的高温光纤激光传感研究赵小丽，张钰民，杨润涛，骆飞，祝连庆北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心；现代测控技术教育部重点实验室；北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室针对再生光纤光栅因反射率低而无法直接用于实际工程中温度测量的问题, 提出一种采用光纤激光传感器结合再生低反射率光纤光栅的方法, 将再生光栅作为光纤激光器谐振腔的低反镜, 采用未抽运的掺铒光纤(EDF)作为饱和吸收体, 实现了线宽压缩, 多纵模抑制。激光器输出激光的阈值电流为68.9 mA。在150 mA的电流下, 300~800 ℃温度范围内, 激光器输出激光稳定, 且输出波长与温度呈良好的线性关系。在升降温测试下, 相关系数均为0.99974, 平均温度灵敏度为15.41 pm/℃, 且在700 ℃下, 3 h的稳定测试中, 激光波长的最大变化量为0.032 nm, 而强度的最大变化量为0.409 dB。实验结果表明, 升降温过程中, 信噪比均高于50 dB, 输出激光具有良好的稳定性, 且没有跳模现象发生。夹持式温度自补偿光纤布拉格光栅应变传感测试技术王永洪，张明义，张春巍，白晓宇，桑松魁青岛理工大学土木工程学院；青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性，将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联，采用夹持式封装方式，根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明：温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12 pm·℃-1，为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单，实用性强，可被广泛应用于实际工程中。三维光纤布拉格光栅应变传感器的温度补偿技术郭瑜，朱星盈，倪屹，王娟，李岱林江南大学物联网工程学院对三维光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的温度补偿问题进行研究，设计了新型温度补偿膜片,并采用参考光纤法对传感器进行温度补偿。实验发现,未经老化处理的裸纤在30~40 ℃之间会出现温度拐点,致使温度灵敏系数降低，所以封装之前必须进行老化处理。通过有限元热力分析可知,新型温度补偿膜片在-10~50 ℃之间自身的最大微应变约为0.073 με，受热膨胀系数失配的影响较小，系统的可靠性较高。同时悬臂梁式的缓存结构可使温度补偿光纤在测量过程中不受外界复杂环境的影响，在origin中拟合温度补偿膜片与应变测量传感膜片联合补偿的结果，修正之后线性度可以达到0.9999以上，满量程精度约为0.05%。应用于光纤复合架空地线的光纤分布式振动的测量苗春生深圳海油工程水下技术有限公司为了实现大范围的光纤复合架空地线(OPGW)舞动探测, 提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式振动测量技术。舞动引起单模传感光纤中的后向瑞利散射光的变化, 将含有振动信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克耳孙干涉仪, 利用干涉仪的臂长差实现相邻空间段的后向瑞利散射光干涉, 采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息, 实现对振动信号的准确测量。在输电线路舞动实验室进行了OPGW的舞动测试, 实现了0.9 Hz舞动、2.3 Hz非舞动的检测。基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器魏勇，苏于东，刘春兰，刘璐，朱宗达，张永慧重庆三峡学院智能信息处理与控制重点实验室；哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室；重庆三峡医药高等专科学校基础医学部为实现对微小位移的精确测量, 提高位移精度, 提出了基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器。利用渐变折射率多模光纤中光束的传播角度随入射光位置的变化而变化的特性, 结合表面等离子体共振传感器的共振波长对共振角度变化具有很高灵敏度的特性, 实现对微小位移的精确测量。为满足共振条件, 将渐变折射率多模光纤研磨成具有合适角度的楔形, 精确控制渐变折射率多模光纤的长度, 并将光纤探针浸入到一定折射率的液体中。通过630 nm单模光纤将白光光源从渐变折射率多模光纤的端面耦合到光纤探针中, 搭建位移平台, 精确控制单模光纤和渐变折射率多模光纤的径向相对位置, 通过光谱仪检测共振波长随相对位置的变化规律。实验结果表明：当光纤研磨角度为12°, 且液体折射率为1.350时, 该传感器具有高达10.32 nm·μm-1的灵敏度, 位移分辨率高达1.9 nm。基于分段保护的光纤分布式传感智能控制系统徐士博，朱礼斌，傅星，杨先辉，刘铁根中国石油集团渤海钻探工程有限公司油气井测试分公司；天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室利用光纤分布式传感器对长距离输油管线等高危作业区域进行安全监测已被广泛研究和应用, 但在使用过程中由于各种原因导致传感光纤断裂或损坏的情况时有发生, 严重制约其对被测目标的长期监测。通过分析加载光纤传感器之结构, 将传感光纤沿被测长度区间分为数段并建立若干传感控制节点, 在节点间设置冗余光纤并组建全光远程控制系统, 为目标传感器提供具有分段控制保护的故障位置自动诊断以及传感功能自动恢复的光纤智能传感系统。对传感结构进行故障概率的模拟分析和计算表明,该结构可有效地提升传感器的生存能力。拟将该系统应用于油田长距离输油管线安全监测的分布式光纤传感系统中, 并提出相应的分段保护光缆连接结构。新型双环减敏式光纤布拉格光栅应变传感器朱星盈，刘化利，倪屹，郭瑜江南大学物联网工程学院；无锡必创传感科技有限公司设计了一种双环减敏式结构, 并对26 mm长的减敏基片进行有限元分析, 分别在减敏基片左右端面各施加0.065 mm的拉伸与压缩位移。由仿真结果可得减敏基片的应变减敏比约为3.5, 应变测量范围可达到±5000 με, 同时可保证减敏基片在其材料的弹性范围内运行, 不影响传感器的使用寿命。通过对500 με范围内的双环减敏结构的光纤布拉格光栅传感器进行拉伸实验, 实验结果表明该结构设计可使得传感器线性度达到0.999以上, 满量程精度约为0.1%。该传感器可实现实时准确的在线监测, 系统数据采集迅速、可靠性极高, 有望应用于如船舶、桥梁、飞行器等需要对关键结构进行较大应变范围测量的情况。全光纤电流传感器中传感光纤的温度特性研究周东平，董毅，黄勇上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室；上海康阔光传感技术股份有限公司从传感光纤的高双折射螺距和光纤结构两方面分析不同螺距下光纤内光的偏振态差异及其受温度变化的影响, 对比了PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤的温度特性。结果表明, 在全光纤电流传感器(FOCS)中, 当传感光纤的螺距LT是光纤对应的未螺旋状态下拍长Lp的2倍时, 温度特性最差。LT减小, 光纤偏振保持能力减弱, 抗物理干扰能力变差。当LT≈Lp时, 传感光纤既有较好的温度特性, 也有较强的抗外界物理干扰能力。不同结构的传感光纤, 传感器比差的范围不同, 其中基于微结构保偏光纤的传感光纤, 在-40~+70 ℃全温度下未经补偿, 传感器比差变化范围最低, 仅为±0.32%。考虑温度和应变交叉敏感的光纤布拉格光栅测量研究丁朋，董小鹏，叶肖伟中国人民解放军73089部队；厦门大学信息科学与技术学院光波技术研究所；浙江大学建筑工程学院把光纤布拉格光栅(FBG)的有效折射率、周期用二元函数泰勒展开, 理论验证FBG温度-应变和应变-温度交叉敏感方式相同, 得出热光系数和弹光系数均与有效折射率平方成正比例关系的结论；列出温度、应变测量计算方程式, 并阐述了计算方法。测试温度、应变同时存在时FBG的波长, 可知温度-应变和应变-温度交叉灵敏度系数分别为-1.4743×10-6 nm/(℃·με)、-1.3948×10-6 nm/(με·℃)。把FBG静力水准仪放置于露天阳台上监测一天内波长变化, 代入方程式计算, 得到较为精确的水准仪液体深度变化解。结果表明, 使用温度、应变计算方程式求解, 能够提高FBG的测量精度。光纤光栅位移传感器实时监测解调系统尹建璟，许雪梅，丁一鹏中南大学物理与电子学院为建立稳定的光纤光栅传感器波长解调系统, 利用可调谐法布里-珀罗滤波器的窄带滤波特性实现对宽带光源的线性扫描, 采用放在恒温箱的高精度参考光栅标定法布里-珀罗标准具的方法, 提供多个间隔相同、幅值平稳的波长参考点。将采集到的原始数据序列采用改进的小波阈值去噪算法(使用新的阈值函数和阈值)进行平滑滤波处理, 通过高斯拟合算法的核心思想得到粗峰值序列, 再进行二次处理, 去掉无效峰, 修正部分峰的位置, 搭建了光纤光栅位移传感器的实时监测解调系统, 与螺旋测微仪相比精度稳定在0.25 mm左右。非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度特性刘加萍，王彦，刘吉虹安徽工业大学电气与信息工程学院介绍了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的结构及制作方法。通过Matlab仿真研究不同腔长及反射率对非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器干涉谱的影响，建立了非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度传感模型。对不同腔长及不同反射率的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器进行温度对比实验。结果表明，短腔的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器的温度灵敏度高；镀钯金膜的非本征光纤法布里-珀罗干涉传感器可较好地避免温度对其干涉谱的影响，具有温度补偿的作用。基于少模长周期光纤光栅的高灵敏度扭矩传感器邓靖，冯元华，高社成，李朝晖暨南大学光子技术研究院；暨南大学信息科学与技术学院利用高频二氧化碳(CO2)激光脉冲写入法制备了一种基于少模长周期光纤光栅(LPG)的高灵敏度扭矩传感器。两个纤芯线偏振(LP01和LP11)模式耦合形成谐振峰。扭转灵敏度可达0.528 nm·rad-1·m-1, 所提扭矩传感器的扭转灵敏度比普通单模LPG提高一个数量级。引入扭转的LPG可以看作是对原光栅进行周期性螺旋调制, 其有效光栅周期与扭转率成比例, 从而使谐振峰波长发生漂移, 这是形成高扭转灵敏度的主要原因。这种新型LPG对环境折射率和温度的交叉敏感性较弱, 可以用作高精度的接触性扭矩传感器, 在涉及扭转测量的很多领域有广阔的应用前景。基于双芯光子晶体光纤的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振折射率传感特性梁红勤，刘彬，陈佳，刘云凤，胡金凤南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室；南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室；南昌工学院机械与车辆工程学院提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振(SPR)折射率传感模型。在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对传感器特性进行了数值仿真。研究发现：在椭圆侧芯中涂覆金属银纳米层可以实现SPR, 共振峰对检测孔的折射率变化具有很高的传感灵敏度; 与圆形结构相比, 所提椭圆侧芯结构中的纤芯基模和金属表面等离子体激元(SPP)模式更易实现相位匹配; 当椭圆率为0.7时,灵敏度在1.45~1.50的折射率范围内可达10412 nm·RIU-1, 且传感曲线线性度高; 椭圆侧芯结构能够有效抑制高阶SPP模式, 避免基模与多个SPP模式耦合形成干扰。镀金光纤布拉格池原位检测的可行性刘延超，方进，徐翀，魏斌，官亦标，范茂松，闫旭锋，高超北京交通大学电气工程学院；中国电力科学研究院储能与电工新技术研究所提出了一种在锂离子电池制作过程中粘贴镀金光纤布拉格光栅(FBG)传感器的锂离子电池原位检测方法，该方法可用于采集锂离子电池的初始物理量。研究了将镀金FBG传感器埋入锂离子电池的位置及方法，分析了埋入镀金FBG传感器后电池的性能。对锂离子电池进行了充放电实验,并拆封了实验所用的电池样本。实验结果表明，镀金FBG传感器可用于一般环境下的温度采集；锂离子电池中FBG传感器的镀金层遭到腐蚀，导致FBG传感器的波长产生漂移，镀金层避免了裸FBG传感器的结构受到破坏，因此对FBG传感器重新标定后，可采集电池内部的温度。该研究为应用于锂离子电池原位检测的FBG传感器的选择提供了参考。基于扫频光源的光纤光栅温度和轴向拉力传感系统苏红，王健，刘岚岚，吴重庆北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室传统宽带光源光纤光栅(FBG)传感系统的解调部分比较复杂，为了克服这一缺点，使用线性扫频激光器作为FBG传感系统的光源，并选定一个光栅作为参考光栅，将其他光栅作为传感光栅。根据传感光栅与参考光栅的反射信号时间间隔的变化，解调得到FBG反射中心波长的变化，解调过程非常简便。基于FBG传感系统进行了温度和光纤轴向拉力的测量实验，验证了该系统的可行性和正确性，也证明了该系统可单独或同时测量温度和光纤轴向拉力。给出了提高系统测量精度的途径，包括保证参考光栅的温度稳定以及使用扫频速率较小的扫频光源和采样速率较高的示波器。液体环境中微纳光纤布拉格光栅的温度特性刘颖刚，张伟西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室；西安建筑科技大学环境与市政工程学院针对微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)在应用中存在的温度依赖问题，数值模拟了被不同折射率液体包围的MNFBG的反射波长与温度的关系，并且制作了可更换封装液体的MNFBG用于实验研究。通过使用蒸馏水和不同折射率的匹配液封装MNFBG，得到了MNFBG反射光谱及其中心波长随封装液体温度的变化规律。研究发现，在相同的温度变化过程中，不同性质的封装液体会影响MNFBG反射光谱的形状和移动方向，改变了普通光纤布拉格光栅(FBG)在温度升高过程中反射光谱形状几乎不变但其中心波长线性红移的特性。封装液体的折射率和热光系数越大，MNFBG反射波长随温度的变化越趋于非线性。换用折射率和热光系数分别为1.456和4×10-4 ℃-1的匹配液体后， MNFBG反射波长的温度灵敏度为-50.3 pm/℃。MNFBG特性与环境液体、温度和FBG的尺寸有关，通过有效控制相关因素可以实现FBG在更多领域的功能化应用。螺旋倾斜复合技术对光纤布拉格光栅传感器的减敏作用覃荷瑛，霍婷婷，朱万旭广西岩土力学与工程重点实验室；桂林理工大学土木与建筑工程学院降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化，提出了螺旋倾斜式光栅复合技术，建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明，该方法能有效降低光栅应变灵敏度，增大光栅应变测量量程。旋转高双折射全光纤型电流互感器李卓岩，孟义朝，郝祥雨上海大学光纤研究所；上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室为了降低传感光纤的线双折射对全光纤电流互感器测量准确度的影响, 将旋转高双折射(SHB)光纤作为互感器的传感光纤。根据琼斯矩阵, 建立了互感器数学模型。研究了平面镜和法拉第旋转镜对基于SHB光纤的反射干涉式互感器测量准确度的影响, 分析了SHB光纤的旋转比与互感器抗温度扰动能力之间的关系, 讨论了使用光纤1/4波片对基于SHB光纤的互感器进行误差补偿的方案。结果表明, 在平面镜式互感器中, 采用谐波相除法、闭环信号调制法可以消除SHB光纤的长度敏感性。当旋转比大于30时, 在-40~60 ℃温度范围内, 标度因数的变化小于0.2%。在相同条件下,法拉第旋转镜式互感器中SHB光纤所需的最小旋转比为3.4, 可见法拉第旋转镜提高了互感器的温度稳定性, 选择合适的1/4波片可以补偿由SHB光纤线双折射引起的互感器标度因数温度误差。光纤电流传感器性能分析及环形衰荡结构设计孙滨超，沈涛哈尔滨理工大学应用科学学院；哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室针对当前光纤电流传感器较难同时实现较高灵敏度和较好稳定性的问题, 根据法拉第效应, 从理论上建立了基于琼斯矩阵的直通式、反射式全光纤电流传感器的数学模型; 利用OptiSystem软件进行仿真, 得到直通式、反射式全光纤电流传感器的线性灵敏度分别为0.24和0.37。提出了光纤环形衰荡结构, 将强度调制转换为时间调制, 从而消除了光源及外界环境对系统性能的影响, 使系统同时实现较高的灵敏度和较好的稳定性。通过理论及实验证实了该方案的可行性。传感头误差对便携式光纤电流互感器的影响王夏霄，张宇宁，于佳，李传生，张猛北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院；中国计量科学研究院；山东电力设备有限公司为了解决电解领域大电流测量难度大的问题, 在传统光纤电流互感器(FOCT)的基础上提出一种新型的便携式光纤电流互感器(P-FOCT)。由于在P-FOCT的设计和安装过程中, 柔性传感头光路不闭合和导体偏心会引起法拉第相移误差, 进而影响电流计精度, 因此对传感头闭合误差和导体偏心位置对P-FOCT的影响进行了理论分析和实验测试。结果显示, 法拉第相移相对误差随传感头不闭合角度线性增加,随导体到非闭合长度中心的距离增大而减小。另外, 增加传感头匝数能减小P-FOCT的法拉第相移误差, 提高其测量精度。地埋式光纤入侵监测系统研究李淑娟，王昌，张发祥，孙志慧，闵力，王蒙，刘小会山东省光纤传感技术重点实验室；山东省科学院激光研究所地埋式入侵监测系统具有隐蔽性强、受自然因素影响小、误报率低、识别概率高等特点, 在入侵监测中具有重要作用。介绍了将光纤传感用于入侵监测的主要技术方案, 阐述了光纤分布式振动传感(DVS)系统和光纤布拉格光栅(FBG)振动传感系统的工作原理。对这两种系统进行了人员入侵监测实验。结果表明, DVS系统的有效探测范围可达到10~15 m, 空间分辨率约为20 m; FBG振动传感系统的最大有效探测距离超过75 m。对比和评估了这两种系统的关键性能, 展望了地埋式光纤入侵监测系统的应用方向。双折射光纤布拉格光栅的飞秒激光制备与传感性能孟爱华，崔丁元，张轩宇，陈超，于永森吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室应用飞秒激光直写技术刻写了熊猫型双折射光纤布拉格光栅(PF-FBG)。飞秒激光直写技术是将激光焦点聚集到光纤纤芯位置，曝光过程中匀速移动光纤，最终得到周期性的折射率调制区域。PF-FBG具有双折射特性，在波长为1550 nm附近可以得到具有双峰的反射谱结构，因此可用于多传感参数的监控。研究了PF-FBG的温度和轴向应力的传感特性。PF-FBG兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性，在苛刻环境下化学、物理传感方面具有潜在的应用价值。基于光纤光栅传感系统的光纤法布里-珀罗滤波器热致非线性研究盛文娟，张慧，杨宁，刘洋，彭刚定上海电力学院自动化工程学院；新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州研究和评估了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的压电陶瓷(PZT)驱动的光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器的热致非线性，采用多项式拟合法减小FFP滤波器的热致非线性误差。在FFP滤波器所处环境温度变化超过15 ℃的情况下，采用大于等于4阶的多项式拟合和参考光栅的方法，可使FFP滤波器热致应变误差从750 με减小到15 με，标准差保持在10 με以下。实验结果显示，当PZT驱动的FFP滤波器的温度变化范围较大时，其热效应不是简单地保持不变或呈线性。; 665 次阅读|0 个评论

[转载]双波长亚纳秒激光器——你是我的“眼”，带我领略海底的浩瀚: Chineselaser 2018-8-21 14:09; 南京先进激光技术研究院周军研究员课题组论文“机载激光雷达用高重复频率亚纳秒双波长全固态激光器在《激光与光电子学进展》第55卷第8期发表，利用该机载双频激光雷达可对海底地形地貌进行测量，故有较高的实用价值。该文章被选为当期的封面文章。由于海水对1064 nm近红外光的吸收比较强，而对532 nm的绿光吸收比较弱，因此可以利用此特性，将1064/532 nm双波长激光器照射到海水中，其中1064 nm的近红外光被海水表面反射，532 nm的绿光穿透海水由海底反射，通过接收器对两者信号进行分析即可得到海底的深度，机载激光雷达系统进行持续扫描即可得到海底的轮廓。 5 kHz双波长亚纳秒激光器是根据后端机载雷达项目对于海底轮廓勘探的需求提出的。该课题组根据海底勘测应用的需求，不仅要考虑到激光传输的距离较远，还需要保证测量的精度以及扫描的速度，最后确定激光器的参数为：单脉冲能量1~2 mJ，脉冲重复频率小于 5 kHz，脉冲宽度1~2 ns。由于不同激光晶体在吸收相同抽运功率情况下，Nd:YVO4晶体输出的调Q脉宽最窄，且其在808 nm的吸收比较强，故将激光器的结构定为主振荡功率放大（MOPA）结构。考虑到激光器对脉冲宽度、能量以及光束质量的需求，振荡级采用808 nm抽运可以缩短晶体的长度从而保证亚纳秒的调Q脉冲输出，后面级联放大器采用880 nm抽运可以减少晶体中热的产生，从而保证较高的光束质量输出。振荡级产生重频5 kHz、脉冲能量400μJ、脉宽1.1 ns的1064 nm基横模激光，通过878.6 nm零线抽运的Nd:YVO4级联放大器，脉冲能量和脉宽变为2.72 mJ和1.03 ns。其后通过通过LBO晶体腔外倍频，获得了脉冲能量1.54 mJ，倍频效率大于56%，激光脉宽小于910 ps，峰值功率1.7 MW的532 nm绿光激光输出。该文对激光晶体及倍频晶体的选择原则、获得高能量窄脉宽的原理、实验装置及实验结果进行了较详细的描述，这些对同行有一定的参考意义，更多文章内容可点击查看： http://www.opticsjournal.net/Articles/Abstract?aid=OJ180811000063x4z7C0 。编辑推荐：该封面文章为“激光雷达”专题中的文章，“激光雷达”专题已经在《激光与光电子学进展》第55卷第8期发表，点击查看专题文章。; 924 次阅读|0 个评论

[转载]《激光与光电子学进展》2018年第8期“激光雷达”专题: Chineselaser 2018-8-15 14:14; \0 \0 专题全文国产机载双频激光雷达探测技术研究进展贺岩胡善江陈卫标朱小磊王永星杨忠朱霞吕德亮俞家勇黄田程习小环瞿帅姚斌中国科学院上海光学精密机械研究所；中国科学院空间激光信息传输与探测技术实验室；上海大恒光学精密机械有限公司；中国科学院大学；南京大学中国南海研究协同创新中心；中国海监南海航空支队；杭州中科天维科技有限公司；山东科技大学测绘科学与工程学院；国家海洋局第二海洋研究所；中国科学院遥感与数字地球研究所；北京林业大学林学院机载双频激光雷达探测技术利用双波长激光实现海陆一体化测绘，从1969年至今，国际上已经形成了成熟的商业产品，应用于海洋、海岸带和岛礁的探测。中国科学院上海光学精密机械研究所从1998年开始，先后研发了三代机载双频激光雷达，完成了从原理样机阶段到产品样机阶段的转化。最新的Mapper5000系统在南海完成了11个架次的机载飞行试验，获得南海岛礁的三维地形数据，最大实测深度达到51 m，最浅水深达到0.25 m，测深精度为0.23 m，水平位置精度为0.26 m，海洋测点密度为1.1 m×1.1 m，陆地测点密度为0.25 m×0.25 m。机载激光测深系统与船载移动测量系统数据配准方法研究田茂义王延存俞家勇贺岩曹岳飞吕德亮胡善江杨忠朱霞石先高山东科技大学测绘科学与工程学院；中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室；青岛秀山移动测量有限公司；杭州中科天维科技有限公司；中国海监南海航空支队机载激光测深系统能够快速、高效地测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域，能够提供近岸全覆盖50 m水深测量；船载移动测量系统可以获得近岸浅海水底地形数据及近岸岛礁精细三维激光点云，二者数据在测量区域以及测量范围上具有一定的互补性。文中采用一种基于曲率特征点的改进迭代最近点（ICP）算法，将国产机载测深系统和船载移动测量系统获取的机载激光测深数据、多波束数据、三维激光扫描数据进行配准融合。结果表明，通过将二者数据进行配准融合，可以实现陆地、浅海区域海陆地形的全面精准描述、海陆基准统一，有助于海岛礁地形地貌认识、水下目标物探测及发现等。决策树约束的建筑点云提取方法雷钊习晓环王成王濮王永星尹国清中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室；中国科学院大学；南京大学中国南海协同创新中心；中国海监南海航空支队作为城市主体，建筑物信息的提取一直是国内外学者研究的热点。针对目前机载激光点云数据量大、建筑点云提取不完整等难题，提出一种面向对象构建决策树的建筑点云高精度提取方法。决策树可以同时处理多种数据属性，并且对缺失值不敏感，利用点云中每个对象属性与对应各个特征值之间的映射关系，结合每个激光脚点与其邻域关系、高程均值等特征，为决策树每个内部节点生成建筑物点的判定条件，然后比较所有分类特征对应的点集不确定性（熵），确定最优特征及最优候选值，有监督地从样本数据中学习得到正确的分类器，进而完成待处理点云中建筑物点的高精度提取。实验结果表明，本文方法能够从机载激光点云数据中有效提取建筑物点，准确率可达96%。机载激光雷达用高重复频率亚纳秒双波长全固态激光器（封面文章）陆俊丁建永贺岩于广礼杨彬姚红权周军南京先进激光技术研究院；中国科学院上海光学精密机械研究所；研究了晶体材料、腔长、抽运功率等对调Q脉冲宽度的影响，研制了一台基于Nd∶YVO4晶体的高效率、结构紧凑的双波长激光器。该激光系统采用主振荡功率放大（MOPA）结构，振荡级产生重复频率为5 kHz、脉冲能量为400 μJ、脉冲宽度为1.1 ns的1064 nm基横模激光，通过878.6 nm零线抽运的Nd∶YVO4级联放大器，脉冲能量和脉冲宽度变为2.72 mJ和1.03 ns；通过三硼酸锂（LBO）晶体腔外倍频，获得了脉冲能量为1.54 mJ，倍频效率大于56%，激光脉冲宽度小于910 ps，峰值功率为1.7 MW的532 nm绿光激光输出。机载激光雷达单木识别研究进展刘会玲张晓丽张莹朱云峰刘辉王龙阳北京林业大学林学院；北京林业大学精准林业北京市重点实验室；北京林业大学省部共建培育与保护重点实验室；中国海监南海航空支队；北京鼎创力维科技有限公随着激光雷达的发展，基于机载激光雷达提取单木及林分参数是目前的研究热点之一。准确的单木识别是后续林木参数提取的重要基础。机载激光雷达单木识别方法可以分为基于冠层高度模型（CHM）的单木识别法和基于点云分布的单木识别法两类。基于CHM的单木识别方法通过CHM分割确定树冠边界或通过局部最大值识别树冠顶点并且进行区域生长或图像分割。基于点云分布的单木识别法在三维空间上采用区域生长或聚类算法识别树冠。分析不同方法在单木识别中的优缺点，对比不同单木识别法对单木识别精度、欠分割误差、过分割误差的影响。分析数据类型、点云密度、季节和林木生长状况等多个影响识别精度的因素，分析可得全波形数据优于离散回波识别精度，点云数据密度10 pt/m2即可满足单木识别要求，冬季识别精度优于夏季识别精度。探讨机载激光雷达数据的局限性及其在单木识别中的缺陷，从数据获取时间、获取方式及类型、数据组织管理、多源数据融合、多种识别算法综合应用、机器学习增加训练集寻找最优模型等方面展望了未来单木识别的发展方向，拓宽我国森林资源调查及相关领域的研究思路。机载双频激光雷达结构误差与定位精度研究吕德亮贺岩俞家勇陈丽明王永星刘辉杭州中科天维科技有限公司；中国科学院上海光学精密机械研究所；山东科技大学测绘科学与工程学院；中科光绘(上海)科技有限公司；中国海监南海航空支队；南京大学中国南海研究协同创新中心针对机载双频激光雷达特有的卵形扫描结构，着重分析了结构中会对系统定位精度产生影响的误差源，主要包括电机转轴与编码器安装产生的偏心误差、卵形扫描镜安装误差和光学调整误差；提出了机载双频激光雷达的误差模型，并依据该模型定量分析了各种误差对机载双频雷达定位精度的影响。研究表明，上述误差均会对系统的定位精度产生较大影响，且对扫描线上的每个点产生的影响各不相同，多种误差耦合后难以通过建立系统整机矫正模型予以修正，因此在激光雷达的结构设计、器件选型、结构加工和系统装调等各个环节要控制误差的引入，并在装配过程中量化误差大小以便后期进行误差矫正，减弱和消除这些系统误差对于提高机载双频激光雷达系统的定位精度有着重要的影响。国产机载双频激光雷达对地定位精度评价田茂义曹岳飞俞家勇贺岩王延存王永星赵远超山东科技大学测绘科学与工程学院；青岛秀山移动测量有限公司；中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室；南京大学中国南海研究协同创新中心；中国海监南海航空支队从国产机载双频激光雷达系统对地定位模型出发，分析对定位精度产生影响的各个因素，应用误差传播理论，推导该系统对地定位的综合误差模型。根据系统各传感器参数，对系统的理论定位精度进行仿真计算。对比分析机载雷达对地定位精度评定方法，设计了基于平面特征的对地定位精度评定方法，利用评定场飞行数据及高精度控制数据进行精度评价，结果表明，系统精度达到设计要求，评价方法简单可行。国产机载激光雷达测深系统的波形处理方法黄田程陶邦一贺岩胡善江俞家勇李强朱云峰尹国清黄海清朱乾坤龚芳国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室；中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室；山东科技大学测绘科学与工程学院；中国海监南海航空支队；综合了已有的机载激光雷达测深系统的波形处理方法。基于国产多通道海洋激光雷达波形数据的多通道优势，运用去卷积、数值拟合和信号滤波等波形处理方法，针对不同类型的波形，提出了一套适用于国产硬件的波形处理方法。该方法可保证回波位置提取的稳健性。; 789 次阅读|0 个评论

Highlight文章：美国战区和战略无人机载激光武器: Chineselaser 2017-11-17 15:03; 美国战区和战略无人机载激光武器《激光与光电子学进展》第10期发表了任国光等的《美国战区和战略无人机载激光武器》文章，介绍了美国机载激光计划失败的原因和经验教训，评述和分析了无人机载激光武器反导的概念、优势、研究计划和现状，以及存在的问题和面临的挑战，讨论和分析了用于助推段拦截的二极管抽运碱金属激光器和相干合成光纤激光器的原理、特点、最新进展和技术挑战。弹道导弹和巡航导弹不仅能携带高爆弹头，还能携带核弹头和生化弹头，是未来高技术战争中的主要威胁。随着导弹射程和命中精度的提高，以及导弹技术和核技术的扩散，这种威胁日趋严重。在弹道导弹防御中最有效的防御是在助推段，在来袭弹道导弹能采取对抗措施之前将其击毁。虽然处于助推段的弹道导弹是最脆弱的，但拦截的难度却远远高于中段和末段，关键的问题在于拦截的时间窗口仅有1-5分钟，因此以光速作战的激光武器就成为拦截助推段弹道导弹的最佳选择。在美国国防部(DOD)终止了装备有化学激光器的机载激光（ABL）计划近三年后，美国导弹防御局(MDA)在吸取ABL计划的经验教训和利用美国一流国家实验室最近在激光技术取得突破的基础上，计划为无人机载助推段拦截研发兆瓦级的二极管抽运碱金属激光器（DPAL）和光纤合成激光器（FCL），它们能定标到非常高的平均功率（兆瓦），而且光束质量好，同时能获得很高的系统电光效率（40%）和非常低的系统重量和体积（最终目标功率密度1-2 kg•kW-1）。采用化学激光器的机载激光（ABL）美国DOD长期以来一直在为弹道导弹防御寻求发展高能激光武器，ABL是迄今DOD最雄心勃勃的定向能计划，历时14年，耗资53亿美元。2010年2月ABL用1 MW的化学氧碘激光器（COIL）成功拦截了固体和液体燃料弹道导弹。但是，ABL射程太短生存能力低是其致命缺陷。此外武器系统本身也存在许多缺陷，包括激光器笨重限制了它的军事用途，技术复杂难于维护，运行时要消耗大量高活性的危险化学品，在12-14 km空中激光束稳定性也存在问题等。为了克服这些障碍，美国军方希望提高单个激光器模块的输出功率，改进束控系统，以及研发新型的COIL，但这些措施都收效甚微。由于像大幅提高激光武器的射程，大量使用危险化学品这样一些问题无法解决，再加之ABL武器系统的部署成本太高，DOD在2011年终止了ABL计划。反导用无人ABL武器无人ABL武器是ABL的一个更新计划，它们的作战概念，面临的技术和战术挑战都是相同的，不同的是用电激光器代替了化学激光器，用无人机代替了有人驾驶的大型飞机。它采用了两项现代军事技术：无人系统和定向能，并把两者整合到一起，发展了一种具有两者优势的新型武器系统。实现高空无人ABL武器的关键是激光器，通常需要兆瓦级的功率。此外，至关重要的还有激光器的重量问题，即对激光器的功率密度有苛刻的要求。 2015年MIT/LL的FCL系统己获得近衍射极限的44 kW光束，LLNL的DPAL输出功率己达13 kW。 2016-2017年LLNL将演示30 kW的DPAL系统,光束质量1.5倍衍射极限 (DL)。2019年演示120 kW的DPAL系统，功率密度可能达到3 kg•kW-1。 2018年LL将演示5kg•kW-1的50 kW FCL系统。 2019年MDA将评估国家实验室的DPAL、FCL和工业界研发的高功率激光系统，以便选择最佳的方法继续研究和制造后继的高功率激光器，在此基础上于2022年制造一台300 kW级的激光器。 MDA希望在2025年实现能摧毁助推段弹道导弹的无人ABL武器。高功率二极管抽运碱金属激光器（DPAL）建造兆瓦级激光器存在许多严峻的挑战，而DPAL非常有吸引力，它综合了固体激光器和气体激光器的优良特性。碱金属的量子数亏损很小，因此DPAL具有非常高的光-光转换效率。若采用高亮度的二极管或阵列抽运，则可以获得高的电-光效率，并能以超过100℃的高温排出废气。这就给出了一个轻量的功率定标结构，使DPAL的质量/功率比和体积/功率比远低于其它的高功率激光系统。同时气体型DPAL能定标到单孔径兆瓦级的功率，有可能代替目前的一些高功率激光系统用于科学、技术、工业和军事等领域,已引起了人们广泛的关注。 LLNL几万瓦DPAL的设计，采用了带非稳腔的横向抽运结构,有可能获得高的功率输出和光束质量。 DPAL长1 m,标称输出功率20-30 kW。它是一个无烃的系统, 充氦气2033.125 kPa , 这既可以消除窗口污染,又可采用带宽稍宽的二极管阵列抽运,降低了对半导体二极管线宽窄化的要求。DPAL采用波导型增益室,增益室温度超过100℃ 。在增益室的窗口上形成了“之”字形光路，避免了因抽运不均匀而造成的光学质量下降。 2013年LLNL通过放大增益池的尺寸，以及改进强光光学元件和光学涂层，创立了几项世界纪录，包括获得3.91kW的最大输出功率和DPAL连续运行4 min。 2014年进一步改进了增益室的窗口，二极管抽运阵列和增益室波导，以提高激光的输出功率，DPAL实现了10 kW功率首次出光。 2015年最重要的成果是演示了DPAL试验台的性能，输出功率达到13 kW，同时具有高效和极好的增益介质热控。DPAL累计运行时间超过100分钟n，无任何系统部件性能下降。 2016-2017年计划将DPAL试验台的功率提升至30 kW，电-光效率达到30%，光束质量达到1.5DL。高功率光纤合成激光器 (FCL) 最近光纤激光器取得重大进展，使它有可能成为激光武器的主要光源之一。它的电-光效率超过40%，光束质量接近衍射极限，散热性能好，全光纤系统更加坚固，能可靠地工作在恶劣的战场环境中。为了获得高束质的高功率激光束，通常采用光谱光束合成和相干光束合成。相干合成是通过相控将多个波长完全相同的激光束的振幅同相位叠加，从而产生高功率和高束质的单一激光束，它不仅提高了合成光束的总功率，而且也提高了光束的亮度。这直接关系到激光武器的杀伤力, 因为表征激光武器杀伤力的物理量是投射到靶上的激光亮度,而亮度是与光束质量的平方成反比的。另外相干合成在原则上对功率定标没有固有的限制。 MIT/LL领导了激光业界光束合成技术的发展，在过去的10年间取得了多项成果。包括光谱光束合成和相干光束合成。MIT/LL最近又实现了42路和101路1 kW光纤放大器的相干合成。林肯实验室要为MDA研发尺寸小、重量轻和功耗低的高功率光纤激光系统，它的主要目标是要大幅降低光纤放大器系统的功率密度，同时提高单个光纤放大器的输出功率。林肯实验室研发的是分孔径相干合成技术，它是激光相控阵的基础。 2014年MIT/LL的FCL获得了34 kW的功率输出，系统的功率密度为40kg•kW-1，它采用了42单元的光学相控阵和1 kW的光纤放大器。 2015年MIT/LL将输出功率提高到44 kW，并将光束质量提升到近衍射极限，同时又演示了先进的101单元光学相控阵。它采用相位延迟法，通过调节一组相位调制器解决了光束同步的问题，产生了强大明亮的单光束。林肯实验室还演示了2.5 kW的光纤放大器，大大提高了光纤放大器的输出功率。目前正在建造5 kg•kW-1的光纤放大器，将在2018年演示5 kg•kW-1的FCL 50 kW系统。问题及挑战现有高能激光系统受尺寸、重量和功耗的限制无法集成进许多作战平台，目前世界各国的研发重点是采用SSL作光源的战术激光武器。美、德、以已演示过的几台激光武器样机的功率为几万瓦，硬杀伤射程也就2-3 km。要使激光武器更有效和更广泛地用于战场就必须增大射程。但对固体材料而言，难以满足功率和光束质量的要求，这是因为在固体增益介质中产生的热-光畸变会引起光束质量下降, 从而限制了单孔径的功率输出。DPAL和FCL被认为很有前途，可作为高功率舰载、车载和机载激光武器的光源，它们也是当今世界上正在研发的唯一两种兆瓦级激光器。但高功率DPAL仍面临抽运源、窗口污染和光学基片与涂层的挑战。而高功率FCL则面临相干光束合成技术、紧凑型光纤放大器、光纤阵列发射体和光学基片与涂层的挑战。总之，激光无人机的设想很好，优点众多，但也面临许多令人生畏的技术和战术挑战。就激光无人机而言存在着4项关键性挑战：激光功率、光束质量、所用平台和所需的助推段杀伤力。目前仅仅是实验室的研究计划，生存能力、长航时重负荷无人机的研制、兆瓦级激光器的功率定标、光束质量和小型化等都存在不确定性。该计划现在还处在论证可行性的阶段,还必须从作战、技术和经济等方面证明切实可行才有可能得到进一步的发展，最后实现部署。论文信息：任国光,伊炜伟,齐予,黄吉金,屈长虹. 美国战区和战略无人机载激光武器 . 激光与光电子学进展, 2017, 54(10): 100002; 2882 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》入选“第4届中国精品科技期刊”: Chineselaser 2017-11-13 13:14; 2017年10月31日，中国科学技术信息研究所在北京发布了2016年中国科技论文统计结果，并同期公布了“第4届中国精品科技期刊”，即“中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）”项目来源期刊的名单，《激光与光电子学进展》首次获得该项荣誉。中国激光杂志社在主管主办单位的领导和大力支持下，坚持植根科研、服务一线的办刊宗旨，在数字化改革、国际化发展等方面取得诸多成绩的同时，坚守学术期刊内容为王的阵地。根据发布会上公布的《2017年版中国科技期刊引证报告（核心版）》显示，在“光电子学与激光技术类”期刊中，《激光与光电子学进展》综合评价总分排名第五。各项指标都位居同领域期刊的最前列，脚踏实地走出了一条中国中文学术期刊可持续发展的道路。中国激光杂志社拥有七刊三网，以出版发行光电类学术期刊和行业期刊为特色，以国际化、数字化、集群化和多元化媒体产品为发展方向，正向着为全球光学工作者提供丰富优质的学术出版服务奋力前行。; 1824 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》最新优秀综述分类汇总: Chineselaser 2017-11-7 17:01; 2017/5/25 15:36:13 栏目分类注册可免费下载PDF全文激光器与激光光学光纤光学与光通信成像系统大气光学与海洋光学光电子学光谱学显微集成光学表面光学材料仪器，测量与计量光计算非线性光学医用光学与生物技术物理光学量子光学遥感与传感器; 2313 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》被Scopus数据库收录: 热度 1 Chineselaser 2017-11-6 13:55; 　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所主办、中国激光杂志社出版的《激光与光电子学进展》已通过 Scopus 内容甄选委员会(Content Selection Advisory Board, CSAB)的严格评审，被Scopus数据库收录。评审专家认为该刊具有较高的学术质量和国际吸引力，优秀的英文摘要和图表使该刊具备广泛的国际适用性。　　《激光与光电子学进展》(以下简称《进展》)是国内激光与光电子领域发文量最大的期刊，现任主编为中国工程院院士范滇元。除Scoupus数据库，期刊还被中文核心期刊、CSCD、中国科技核心期刊、CSTPCD、CNKI等数据库收录。《进展》2016年的影响因子(CJCR)为0.999,在光电子学与激光技术类期刊中综合评分排名第3，并获得“第六届华东地区优秀期刊”荣誉称号。　　近年来，《进展》时刻关注领域内科研热点，积极约稿和组稿，提高办刊质量，扩大影响力。2017年策划了“激光增材制造技术”、“表面等离激元光子学与技术”、“显微成像”等多个科研热点专题，均获得了学术界广泛好评。每期特设的综述栏目，定位于快速报道国内外激光与光电子学领域的最新研究进展，特别是重点报道中国相关领域的研究新进展。仅2017年，发表综述文章68篇，内容涉及激光与光电子学领域的各个方向。　　作为全世界最大的摘要和引文数据库，Scopus和EI同属世界著名出版集团爱思唯尔(Elsevier)旗下，该数据库收录了来自全球5000多家出版社的22000多种同行评议期刊，覆盖科学，数学，工程，技术，健康和医学，社会科学，艺术和人文等科研领域。Scopus数据库由于其功能强大,已受到国内外学术界普遍关注,目前已在世界大学排行榜、中国高被引学者榜单等评价与奖励中被采用。; 3531 次阅读|2 个评论

《激光与光电子学进展》2017年“显微成像”虚拟专题: Chineselaser 2017-11-6 13:38; 专题前言光学显微成像技术的目标就是看得更细、更清，成像速度更快。几十年来，光学显微成像技术取得了长足发展，成像分辨率已经可以突破衍射极限，实现超分辨率显微成像，为细胞等微观结构的研究打开了新的大门。近年来，光学显微成像技术受到了众多科研工作者的关注，国内的相关研究取得了重要进展，发表了大量高质量论文。为了方便广大读者了解、讨论和交流该领域的发展，《激光与光电子学进展》编辑部精选了10篇2016-2017年《激光与光电子学进展》发表的相关论文，组织了“显微成像”虚拟专题。点击查看专题详情》论文列表—— 基于叠层衍射成像术的量化相位显微成像潘安;张艳;赵天宇;汪召军;但旦;史祎诗;姚保利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;中国科学院大学;中国科学院光电研究院基于金刚石NV色心的超分辨成像技术杜博;陈向东;孙方稳中国科学技术大学量子信息重点实验室多色双光子成像技术进展崔权;陈忠云;张智红;骆清铭;付玲华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)Britton Chance生物医学光子学研究中心;武汉 430074华中科技大学生物医学工程系生物医学光子学教育部重点实验室微球透镜超分辨成像研究进展与发展前景刘畅;金璐頔;叶安培北京大学纳米器件物理与化学教育部重点实验室 CCD探测型共聚焦显微成像横向分辨率优化师亚琴;张运海;肖昀中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室;中国科学院大学基于随机脉冲编码的超分辨显微成像算法研究谢创亮;观嘉宁;白玉磊;杨其宇;叶双莉;周延周广东工业大学自动化学院;武汉大学印刷与包装系傅里叶叠层显微术的照明光强校正研究杨佳琪;马骁;林锦新;钟金钢暨南大学光电工程系;暨南大学广东省光纤传感与通信技术重点实验室自适应宽场高分辨率显微成像技术的研究进展徐洋;满天龙;万玉红北京工业大学应用数理学院结合物镜测试的梯度约束显微成像质量提升方法黄奕龙;赵巨峰;张克奇;华玮平;崔光茫杭州电子科技大学;宁波永新光学股份有限公司双轴反射式2.52 THz共焦扫描二维轴向成像特性实验周毅;李琦哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室; 3755 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》"表面等离激元光子学与技术"专题: Chineselaser 2017-9-29 10:18; 表面等离激元光子学与技术专题等离激元光子学（Plasmonics）是新世纪以来光学领域最为活跃的研究前沿之一，是当前纳米光子学研究的重要部分。表面等离激元（SP）具有亚波长传播和局域场增强的特性，因而受到人们的青睐，是微纳尺度下进行光子操纵和集成的优良载体。随着微纳加工技术的不断进步，人们基于人工微纳结构的等离激元设计已经在纳米光子回路、纳米激光器、超构材料与超表面、增强拉曼与非线性、增强光吸收和高灵敏探测等方面取得突出的成果。等离激元光子学在信息、能源、乃至生物医学领域具有巨大的应用潜力。《激光与光电子学进展》应时推出了 “ 表面等离激元光子学与技术 ” 虚拟专题，专题共有16篇论文，其中包括3篇特邀论文，详细» 表面等离激元的传播操控：从波束调制到近场全息（特邀综述）李涛,陈绩,祝世宁表面等离激元是一种存在金属与介质界面的电磁模式, 具有亚波长传播和局域场增强的特性, 因而受到人们的青睐, 作为在微纳尺度下进行... 全文 | 引用本文 2017年第54卷第5期, p.050002 表面等离激元热电子超快动力学研究进展（特邀综述）单杭永,祖帅,方哲宇表面等离激元因具有能突破光学衍射极限、表面局域性和近场增强等奇特的光学性质，被广泛应用于光伏、光催化和光电探测等研究领域... 全文 | 引用本文 2017年第54卷第3期, p.030002 光纤端面集成金属光子结构传感器（特邀综述）刘飞飞,张新平综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同, 将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器... 全文 | 引用本文 2017年第54卷第2期, p.020001 介质加载石墨烯等离子波导传输特性分析（优秀论文）王清晨,宋梁为了实现模式场约束并有效的提高波导的传输距离，在对传统介质加载等离子波导结构传输特性分析的基础上，提出了介质加载石墨烯等离子波导... 全文 | 引用本文 2017年第54卷第11期, p.112401 光纤表面等离子体共振传感技术的研究（优秀综述）王文华,熊正烨,师文庆,黄江,田秀云,费贤翔,谢玉萍光纤表面等离子体共振(SPR)传感是光纤传感领域的研究热点之一。详细论述了光纤SPR传感器的各种结构和优点... 全文 | 引用本文 2017年第54卷第9期, p.090008 查看更多专题论文，请点击这里 »; 3842 次阅读|0 个评论

约稿推荐：量子绝热捷径在受激拉曼绝热转移中的应用: Chineselaser 2017-8-8 16:23; 杜炎雄杨金波吕庆先颜辉华南师范大学物理与电信工程学院广东省量子调控工程与材料重点实验室　　量子绝热过程是指通过操控含时哈密顿量使得量子系统沿着自身本征态演化的过程，是制备和操控量子态的常用方法。然而，量子绝热过程由于需要满足绝热条件，通常需要较长的操作时间，这在退相干快速的系统中将会导致操作保真度的下降。为了克服上述困难，量子绝热捷径技术被理论提出，其通过抵消演化过程中的非绝热效应来实现对量子绝热过程的加速。当应用于受激拉曼绝热转移中，量子绝热捷径可以实现既快又好的量子操控。本文概述了量子绝热捷径技术的基本概念及实验进展，并重点介绍其最近在受激拉曼绝热转移中的应用。　　(本文录用在《激光与光电子学进展》2017年第12期，点击阅读全文 ) 　　杜炎雄,杨金波,吕庆先,颜辉. 量子绝热捷径在受激拉曼绝热转移中的应用 .激光与光电子学进展,2017,54(12):120002. 　　全文图表展示——; 4417 次阅读|0 个评论

《激光与光电子学进展》特约综述：多色双光子成像技术进展: Chineselaser 2017-6-9 11:17; 崔权陈忠云张智红骆清铭付玲 1华中科技大学-武汉光电国家实验室(筹)，Britton Chance 生物医学光子学研究中心 2华中科技大学，生物医学工程系，生物医学光子学教育部重点实验室　　双光子激发荧光显微是一种非线性光学显微技术,具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点。传统的双光子显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源。目前，已有更多的双光子显微成像方法被研究和开发，利用不同的光源及探测方法用于研究含有多种荧光团的生物组织样品。本文介绍和总结了多色双光子显微成像技术的近期研究进展及其在生物医学中的应用。首先介绍了传统飞秒激光器及光参量振荡器在多色成像中的应用;其次重点对光纤超连续谱在多色显微成像中的应用进行了分析;最后简要说明了增强自相位调制效应产生连续光谱以及选择性激发实现多色成像的工作。多色双光子成像技术不仅可以同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度双光子图像，而且具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点，在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景，为生物医学诊断与研究提供了一种新颖有效的工具和平台。(本文发表在《激光与光电子学进展》2017年第6期，点击阅读全文 ) “崔权,陈忠云,张智红,骆清铭,付玲. 多色双光子成像技术进展 .激光与光电子学进展,2017,54(6):060002.” 全文图片展示——; 3314 次阅读|0 个评论

特约综述：级联电光光子晶体的最新研究进展: Chineselaser 2017-6-9 10:50; 蒋淏苇李广珍刘一岸陈玉萍陈险峰上海交通大学物理与天文系　　级联的线性电光效应(Pockels效应)是一种非常有效而且常用的控制光的手段。对于周期性畴反转铌酸锂(PPLN)这样的一维光子晶体，平行于光轴方向施加电场可以周期性改变折射率大小，形成电光光子晶体结构，而垂直于光轴方向施加电场将不仅改变折射率椭球大小，同时周期性改变折射率椭球主轴方向。本文对部分已报道的基于周期性的级联电光效应的应用进行综述，介绍了其在可调的手性器件、全光逻辑门、基于快慢光的时间隐身和非线性光学等方面的应用。最后展望了级联电光效应在未来的集成光子芯片中的巨大应用价值。(本文发表在《激光与光电子学进展》2017年第6期，点击阅读全文 ) 　　蒋淏苇,李广珍,刘一岸,陈玉萍,陈险峰. 级联电光光子晶体的最新研究进展 .激光与光电子学进展,2017,54(6):060001. 全文图片展示——; 3042 次阅读|0 个评论

优秀综述：连续纤维增强金属基复合材料进展与激光熔覆制备的实现: Chineselaser 2017-6-9 10:40; 石川雷剑波周圣丰郭津博王威天津工业大学　　连续纤维增强金属基复合材料可获得高的比强度、比模量，同时兼备良好的导热、导电和抗疲劳性能，被广泛应用于航空航天、汽车工业、电力传输、工业设备等领域。对连续纤维增强铝基复合材料、镁基复合材料和钛基复合材料的制备方法、微结构与性能进行了综述，指出了其存在的问题并提出了激光熔覆纤维增强金属基复合材料的新方法，即将纤维预置包埋在合金粉末中，然后快速激光熔覆。该方法不仅能大幅减少制备时间，精确控制过程参数而且可获得性能更优异的复合材料。(本文发表在《激光与光电子学进展》2017年第6期，点击阅读全文 ) 　　 “石川,雷剑波,周圣丰,郭津博,王. 连续纤维增强金属基复合材料进展与激光熔覆制备的实现 .激光与光电子学进展,2017,54(6):060003.” 全文图表展示——; 3553 次阅读|0 个评论

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