激光技术杂志

激光技术杂志2025年第6期

• 基于旋转多面镜的高速光束扫描技术

  田明月, 李渊骥, 于泽茹, 冯晋霞, 张宽收

  在连续变量量子信息处理、扫描抽运中红外激光器、全光器件光声成像等应用领域，为了满足对宽场快速平行光束扫描的需求，采用一种基于旋转多面镜和直角反射镜的光束扫描技术，通过理论分析旋转多面镜的面数、尺寸、多面镜与直角反射镜之间的间距等参数对光束扫描范围、光束线扫描速率、光束扫描转角等的影响，设计并实验制备了平行光束扫描装置。结果表明，当旋转八面镜的转速设定为(π/18) rad/s时，光束在距离扫描系统52.00 mm处的扫描轨迹范围为27.79 mm，扫描线速率为0.032 m/s，且在整个扫描周期内光束基本保持平行移动，相对于入射光束的平行度约为1.95×10?5。此平行光束扫描技术的扫描范围覆盖常规集成光芯片尺寸或小动物尺寸，单程扫描时间为秒级，光束始终平行移动的1维光束扫描，且可根据具体需求更改参数以单独优化扫描范围或扫描速率，为全光器件光声成像、多路复用量子通信等前沿研究提供了技术支撑。

• 基于2维过渡金属二硫化物的偏振光电探测器的研究进展

  吴家乐, 谢修敏, 陈庆敏, 李翔, 覃文治, 袁菲, 代千, 宋海智

  偏振光电探测器可以实现对光偏振态的检测，丰富了光电探测的信息维度，表现出优异的灵敏度和抗干扰能力，在目标探测、医学成像和环境监测等领域都具有良好的应用。近年来，光电器件逐渐朝着小型化和集成化的趋势发展，传统的偏振探测需要耦合复杂的光学系统而显示出其局限性，使用本身就具有各向异性的半导体材料作为探测器的工作介质，可以实现良好的偏振响应和器件的高度集成化。2维过渡金属二硫化物（TMDs）因其出色的光电和机械性能受到广泛关注，部分TMDs材料还具有良好的各向异性，可用于高性能偏振光电探测器，同时TMDs材料还可以构成范德华异质结，为实现新型异质结光电器件提供了更多可能性。介绍了近几年基于ReS2、ReSe2和WSe2等TMDs材料的偏振光电探测器的研究成果和发展趋势；分析梳理了利用范德华异质结和器件结构设计优化可以有效提升偏振光电探测器的性能，实现其更广泛的应用；总结了基于2维TMDs的偏振光电探测器目前所面临的挑战和机遇，并展望了其发展前景。

• 基于高光谱成像技术的mini-LED晶圆缺陷巨量检测方法研究

  洪志坤, 曾延安, 鲍天驰

  为了实现对晶圆上的微发光二极管（mini-LED）内部缺陷高效快速的检测，采用基于半导体光致发光的高光谱成像探测的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了不同测试条件下的正常mini-LED样品和异常mini-LED样品的光谱和成像数据。结果表明，在正常样品中，光致发光光谱与电致发光光谱数据的协方差大于0.977，展现出较好的光谱一致性，因此在正常样品中可以用光致发光光谱表征电致发光光谱；而对于异常的样品，其光致发光光谱都存在较大的黄带发光峰，因此能被有效地识别出来；通过高光谱探测的方法不仅可以对晶圆进行整体成像，也可以对任意局部区域光谱进行采集分析，从而对mini-LED芯片质量进行全面高效快速地检测。该研究为未来高光谱成像在半导体晶圆巨量检测分析应用提供了有益的参考。

• FC-Ⅲ型激光雷达对典型弱对流下低空风切变的监测研究

  李桃, 郑佳锋, 白寒冰

  为了研究弱对流天气背景下的低空风切变特征，利用国产FC-Ⅲ型测风激光雷达多种扫描模式资料，对银川河东机场两次典型弱对流引发的低空风切变事件进行了研究。结果表明，两次弱对流过程是由高空槽过境引起的强迫抬升运动触发，过程影响前后均出现了风速增大、气温降低和气压升高的弱雷暴高压特征；激光雷达平面位置扫描模式可观测到降水所伴随的冷性下沉气流的扩散，在飞机起降关键区域形成了弱风区、辐散风区和辐合线，对飞行产生了影响；弱对流过程中风场在垂直方向上出现冷平流特征，降水前后上升气流转变为下沉气流，大的下沉速度对应大的地面风速；两次案例中激光雷达距离高度扫描（RHI）模式均探测到强风区的下降、触地辐散并沿跑道方向推移的过程，降水引起的冷性下沉气流在RHI图像中呈现“楔形”切入的特征。这些结果有助于民航预报员从激光雷达图像中识别弱对流天气下的低空风切变，为起降阶段的航空器提供有效的预警信息。

• 翻新镀膜法制备硬X射线Pd/B4C多层膜反射镜的研究

  干钰琪, 岳帅鹏, 侯庆艳, 刘鹏, 蒋毅坚

  为了实现Pd/B4C多层膜反射镜基底在同步辐射硬X射线领域中的可重复使用，在硅衬底上制备带有5 nm Cr缓冲层的Pd/B4C多层膜，采用刻蚀剂溶解Cr缓冲层的方法，成功地将Pd/B4C多层膜从硅基底上剥离，得到了不同刻蚀时长的X射线反射率曲线，对其进行了理论分析和实验验证，并利用白光轮廓仪对不同刻蚀时长后样品的表面粗糙度进行了表征；在刻蚀后的基底上重新镀制了带有Cr缓冲层的Pd/B4C多层膜。结果表明，经过2 h刻蚀后，样品的表面粗糙度(0.38 nm)与新基底的表面粗糙度（0.35 nm）相当；刻蚀后基底表面的氧化层对新镀制多层膜的界面粗糙度没有显著影响，刻蚀后的基底可以有效地翻新使用。该研究为同步辐射X射线光学系统中多层膜单色器基底的可重复使用提供了参考。

• 跨区域鳄梨茎端腐烂光谱模型适应性研究

  戴雨涛, 韩强

  鳄梨茎端腐烂的光谱检测模型易受不同产区生长环境差异的影响，导致模型泛化能力不足。为了提升鳄梨茎端腐烂的检测准确性，并增强模型在不同地区样本上的适应性，采用可见光-近红外光谱技术，结合深度学习与迁移学习方法构建了光谱检测模型。实验数据采集自秘鲁两个地区生产的鳄梨，共包含健康与茎端腐烂样本1994个；评估多种数据预处理和特征选择方法，并对模型性能进行了优化。结果表明，采用标准正态变量变换和子窗口排列分析对光谱数据进行预处理，显著提高了模型的准确性；在此基础上，进一步引入迁移学习对预训练模型进行优化，使其在目标区域的识别准确率由0.4455显著提升至0.7268。此研究结果验证了深度学习结合微调策略在提升模型跨域识别能力方面的有效性，为鳄梨病害的区域适应性检测提供了可靠的技术支撑与实践参考。

• 双脉冲差分测风激光雷达探测技术的研究

  蒋哲, 陈涌, 代宗仁, 尹微, 周杰, 任超, 刘迅速, 周鼎富

  为了满足高分辨率、远距离高精度测量的测风需求，在脉冲相干测风激光雷达不压缩脉宽的情况下，采用发射脉冲对回波进行频域差分的双脉冲差分算法，消除了脉冲对回波信号中的公共部分信息，提高了雷达空间分辨率，并进行了外场实验验证。结果表明，采用双脉冲差分算法，能够在雷达系统中实现风场探测3 m的空间分辨率以及1200 m的测程；在突变风场和真实风场环境下，测风精度分别达到0.153 \mathrmm/\mathrms 、0.127 \mathrmm/\mathrms 。该研究实现了对基于大气分层模型仿真的真实环境风场以及模拟突变风场的高精度探测，提高了传统脉冲相干测风激光雷达的空间分辨率和探测距离。

• 两档变焦中波红外光学系统的建立与分析

  王天缘, 李晓英, 刘鑫, 白雪琼, 吕勇

  为了设计一款针对1280 pixel×1080 pixel中波制冷红外探测器的两档变焦中波红外变焦光学系统，根据设计指标来确定系统总体结构，采用变焦理论与2次成像关系完成系统理论参数计算；重点对组分透镜、分配透镜光焦度、透镜选型等构建系统初始结构的过程进行了系统研究；经过分步优化与组合优化，完成了光学系统的最终设计。结果表明，该系统可实现180 mm/360 mm两档变焦，F数为2；系统满足100%冷光阑效率的要求，畸变小于0.3%，调制传递函数值在空间频率为42 lp/mm处均大于0.3。该研究为致冷型红外光学系统的创建与设计提供了一种切实可行的方法。

• 基于3次样条插值的2维快反镜标定技术研究

  王彪, 吕勇, 高宏, 刘力双

  为了满足2维快反镜在激光通信等领域对高精度指向与稳定性需求，对2维快反镜的角度标定技术进行了系统研究。采用了一种基于3次样条插值和最小二乘的标定算法，通过调整样条函数的优化权重，在提高插值精度的同时兼顾曲线的平滑性，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，在±1°的角度范围内，优化后的3次样条插值方法抑制了Runge现象，快反镜方位和俯仰方向的定位精度均方根误差分别为1.54″和1.26″，优于多项式拟合方法的5.02″和4.87″。该研究为2维快反镜的高指向精度以及高稳定性控制提供了参考。

• 室温下增益开关Fe:ZnSe中红外激光器的研究

  陈文轶, 张弘, 朱月红, 谢永丰, 章龚睿健

  为了构建一种能够在室温条件下工作的紧凑中红外短脉冲激光光源，采用基于LiNbO3晶体的Er:YAG电光调Q激光器作为抽运源抽运Fe:ZnSe晶体的增益开关技术方案，进行了相关仿真分析和实验验证。结果表明，Fe:ZnSe激光器的最大输出能量为1.37 mJ，斜率效率相对于输入抽运能量达到20.8%；输出激光脉冲在时域上呈现典型的弛豫振荡特性；抽运能量为6.5 mJ时，激光脉冲轮廓宽度为78.2 ns；首脉冲相对于抽运脉冲延迟约94.1 ns，其脉冲宽度最低达到2.2 ns；基于速率方程组理论的仿真分析结果与实验结果基本一致，为优化激光器设计提供了理论支持。本研究成果能够为在室温条件下获取中红外波段高能短脉冲激光提供借鉴思路。

• 宽温域精密音圈电机快反镜的自适应控制

  牛明康, 陈青山, 刘力双, 夏润秋

  为了解决宽温度区域（宽温域）下精密音圈电机快速反射镜（快反镜）在高精度应用控制中的性能不稳定和不一致问题，采用了温度区间（温区）分段比例-积分-微分(PID)自适应控制方法。深入分析快反镜的工作原理和温度特性，在接入温度传感器后，经参数辨识获取温区分段PID控制参数表，搭建实验环境进行了阶跃和带宽测试。结果表明，在?40 ℃～60 ℃的宽温域内，与普通PID相比，温区分段PID自适应控制方法使系统阶跃时间提升27%以上，高温环境下带宽提升40%以上。该方法可有效提升快反镜在宽温域内的阶跃响应和带宽能力，为快反镜在宽温域下的稳定性和一致性控制提供了参考。

• 激光焊接中送锡角度对熔化速率影响的仿真研究

  黎田田, 马明, 胡志刚, 王可, 刘梓轩, 余振, 王颖, 陈艳

  为了提高锡丝焊接在微电子行业中的加工效率，采用有限元理论建立激光焊接模型，通过对温度场的分析，研究了激光焊接过程中送锡角度变化对焊接速率的影响规律。结果表明，随着送锡角度的增大，单位时间内熔化的体积呈现先增加后减少的趋势，送锡角度位于45° ~ 75°区间时，单位时间内锡丝熔化速率随着送锡角度增加从14.3320 mm3/s增至15.3160 mm3/s；送锡角度位于75° ~ 90°区间时，锡丝熔化速率随着送锡角度增加从15.3160 mm3/s降至14.6425 mm3/s；送锡角度为75°时，锡丝熔化速率最高，为15.3160 mm3/s。这一结果对激光焊接加工锡丝过程中寻找最合适的送锡角度和提高加工效率是有帮助的。

• 基于卡尔曼滤波补偿传感器数据滞后的时间配准

  罗钦文, 余潇, 高歆杨, 柯芳, 袁佳

  为了解决多传感器光电跟踪系统中由于传感器不同步导致后续的数据融合性能下降的问题，采用卡尔曼滤波与拉格朗日插值相结合的方法，对异步数据融合的前期数据处理方法进行了研究，实现了多传感器采样序列的时间配准。采用卡尔曼滤波对传感器数据进行预测，在抑制过程噪声和测量噪声的同时，补偿了传感器滞后；针对卡尔曼滤波预测后建立了新采样数值序列；最后运用拉格朗日插值法将异步的数据归整到统一的采样频率，为高性能的异步数据融合准备好了同步的原始数据。通过多传感器光电跟踪系统跟踪切向飞行目标的典型工况进行仿真，验证了方法的有效性，取得了可反映真实目标轨迹的配准数据。结果表明，雷达配准精度优于1°，光电传感器配准精度达到角分级，且实现过程简单可靠。这一结果可满足光电跟踪系统工程应用的需求。

• 螺杆钻具转子表面Ni基WC陶瓷涂层组织及性能研究

  王晓岗, 张浩, 赵宁, 李建鹏, 王英杰, 李美艳

  为了提高螺杆钻具转子的耐磨损性能和耐腐蚀性能，采用激光熔覆技术在45#钢转子材料表面制备了Ni+50%WC熔覆层，利用扫描电镜分析熔覆层组织特征和WC陶瓷颗粒形态，并利用硬度计、材料性能分析仪和电化学测试系统检测表面性能，评价添加50%WC颗粒对Ni基合金层显微硬度分布、耐磨性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明，Ni+50%WC熔覆层厚度约为1.35 mm，冶金结合且稀释率低，熔覆层内WC颗粒分布均匀，还伴随着多边形碳化物和晶界网状碳化物析出；得益于固溶强化和析出强化共同作用，Ni+50%WC熔覆层硬度达到577.2 HV0.2；尽管随着转速的增加，失重量略有增大，但Ni+50%WC熔覆层的磨损失重量远低于45#钢，仅为后者的3.5%，且磨痕宽度明显减小，磨损机制转变为磨粒磨损；在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性测试结果证实，Ni+50%WC熔覆层的自腐蚀电流密度仅为0.034603 μA/cm2，是45#钢的0.565%。可见激光熔覆Ni+50%WC复合层能显著提升45#钢耐磨性和耐蚀性能，对于延长螺杆钻具转子的使用寿命及降低维护成本具有重要的意义。

• 基于机器学习的光纤传感技术研究进展

  史一凡, 冒燕, 徐小强, 张少展

  近年来机器学习的快速发展为光纤传感数据的后端处理提供了新的解决方案，对提升传感器关键指标具有重要意义。系统回顾了光纤传感器在机器学习与深度学习技术支持下的研究进展，首先重点总结了多种机器学习算法及深度学习模型在光纤传感信号处理、特征提取及事件识别中的应用研究；其次分析了通过将1维信号转化为2维图像的策略，以及利用光斑图像分析方法来进一步提升监测效果；最后指出了未来在多模型融合、硬件优化和边缘计算等方向的研究展望，以期推动智能型光纤传感技术的进一步发展。

• 基于圆燕尾光束的偏振奇点的生成与传播研究

  叶东, 孙哲

  为了深入研究圆燕尾光束与偏振奇点相结合所产生的偏振奇异结构，采用了一种在圆燕尾光束中引入螺旋相位并叠加正交圆偏振分量的方法，构建出多类型的偏振奇点。通过理论分析和数值模拟，系统研究了圆燕尾涡旋光束的自聚焦特性及不同振幅参数下的光强和相位演化，并进一步验证了所生成偏振奇点在自由空间传输过程中的拓扑稳定性。结果表明，该光场携带的偏振奇点拓扑结构在传播过程中保持稳定，不受振幅参数的改变而破坏，仅在局部偏振态分布与椭圆率方面有所差异。这一研究不仅拓展了高阶加速光束与偏振奇点的结合方式，也为后续在光通信等相关光学领域开发新型偏振调控技术提供了较为重要的参考。

• 基于NV色心的量子超分辨成像技术进展

  苏成欢, 程佳, 罗清, 俞永宏, 冯明霞, 王东东, 王顺艳, 王浟

  探索微观世界，一直是研究者们追求的目标，随着技术的进步，人类可以观察到的尺度越来越小，但是使用传统光学方法无法突破衍射极限的瓶颈，其最小的分辨率止步于百纳米级别。氮空位（NV）色心是一种金刚石中的点缺陷，这种结构具有良好的量子操控性能和光学性能，可以用于量子计算、量子通信和量子传感等领域。近年来，一些基于NV色心的量子超分辨成像技术被提出，使用该技术可突破衍射极限，能够应用在新材料、生物医学等对超分辨成像需求较大的研究领域中。归纳了超分辨成像的关键问题，阐述了NV色心的结构与物性，指出各项基于NV色心的量子超分辨成像技术研究的主要进展，并讨论了其优势和缺陷。在此基础上，对基于NV色心的量子超分辨成像技术的研究和应用前景进行了展望。

• 基于Yb:CaAlGdO4晶体超短脉冲激光器的研究进展

  黄浩, 王炜哲, 蒲涛, 梁厚昆

  具有高峰值功率和高平均功率的超短脉冲激光器在强场实验、非线性频率转换、激光与材料作用等众多领域具有重要应用；Yb:CaAlGdO4（Yb:CALGO）晶体作为一种新型激光晶体，以最宽的发射带宽和优异的导热性能在众多掺镱晶体中脱颖而出，是产生高功率飞秒脉冲的理想候选材料。介绍了Yb:CALGO晶体的基本特性，在此基础上综述了国内外基于Yb:CALGO的超短脉冲振荡器与再生放大器的研究进展，分析了腔结构设计、晶体参数、脉冲压缩等关键问题，并分别讨论了采用半导体可饱和吸收镜锁模和克尔透镜锁模的振荡器技术细节；最后对现有研究成果进行了总结，并展望了更高功率、大能量和更短脉冲宽度的激光系统的未来发展方向。

• 基于SABO-GRNN模型的变距离多光谱辐射测温的研究

  梁乾, 刘力双, 牛春晖

  为了解决传统辐射测温中发射率难以确定以及精度受测温距离影响的情况，采用一种基于减法平均改进型的广义回归神经网络(SABO-GRNN)的多光谱辐射测温方法，建立了目标温度与光谱辐射强度的非线性数学模型。采用主成分分析方法, 从输入光谱信息中提取蕴含信息量较大的主元成分以及对测温影响较大的距离因素，作为网络模型的输入变量；对样本数据充分学习，使用寻优能力强、收敛速度快的减法平均算法, 改进广义回归神经网络模型, 并分析其预测效果。结果表明，采用高温马弗炉作为测温目标源，在固定测温距离下，该方法的平均相对误差为0.51%，与主成分分析-极限学习机算法相比降低了33.1%；在测温距离改变的条件下, 该方法的最大相对误差不超过1.74%。该研究为神经网络与最优化算法在辐射测温领域的应用提供了帮助。

• 基于四叉树分解的自适应图像去雾

  陈青, 谢红龙

  为了克服现有图像去雾方法的不足，进一步改善图像去雾的效果，采用了一种基于四叉树分解的自适应图像去雾方法。根据标准差对原有雾图像进行迭代的四叉树分解以及天空区域亮度较大且较为平滑的特征，选择均值与标准差的差值最大区域的像素中值作为大气光；根据区域的亮度均值和标准差，以自适应邻域的方式分别计算各个区域的传输率；由估计的大气光和传输率，根据大气散射模型对无雾图像进行估计；最后用自适应的gamma函数优化无雾图像的亮度。结果表明，与最新提出的去雾方法相比，本文中的方法去雾后具有更优的视觉效果，去雾图像的平均梯度和信息熵分别高于现有方法6.56%和1.75%以上，而无参考图像空间质量评估值低于现有方法8.25%以上。这些结果对视觉检测、识别和跟踪等领域的研究是有帮助的。