2023年 第52卷 第8期
2023, 52(8): 20230420.
doi: 10.3788/IRLA20230420
近年来，在光电对抗、激光雷达、精密测量、医疗等诸多应用的牵引下，能够同时或交替输出不同波长的激光器得到广泛关注，但是受到激光工作物质中激活粒子固有发射谱及其增益强度的限制，实现多波长激光的功率、波长和时频域的高效可控辐射具有较大难度。非线性光学频率变换技术是拓展激光波长的有效手段，具有系统灵活性强、波长调节范围宽和功率拓展性强等特点。作为一种三阶非线性光学效应，受激拉曼散射(SRS)通过介质内部的分子或晶格振动使入射的泵浦光产生一定的频移，结合其固有的放大、相位共轭、级联转换等特性，基于SRS的拉曼激光器在获得高功率、高光束质量、多波长激光输出中具有显著优势，尤其是以晶体作为拉曼增益介质的多波长激光器一直是激光领域研究的热点。文中介绍了SRS和级联拉曼转换的基本原理，归纳了典型晶体拉曼激光器的分类和基本结构，综述并讨论了基于晶体拉曼转换的多波长激光技术的研究现状。
2023, 52(8): 20230126.
doi: 10.3788/IRLA20230126
结构光三维形貌测量方法越来越多地应用于逆向工程、航空航天、生物医学、文物保护等领域。相位展开作为结构光三维测量中的一个关键环节对测量精度、速度和可靠性起着决定性作用。文中综述了相位展开技术的基本原理、国内外研究现状、各类方法的优缺点和未来发展方向。首先根据相位展开计算方法不同，将现有的用于结构光三维形貌测量技术的相位展开技术分为以下四类进行详细的介绍：时间相位展开技术、空间相位展开技术、基于深度学习的相位展开技术和其他相位展开技术；然后详细比较了各种技术的优缺点；最后总结了相位展开技术的特点并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容，研究者们可用于了解各类相位展开技术的原理与进展，进而根据不同方法的特点对比结合应用需求和测量条件选择最有效的相位展开技术，实现三维形貌的精确测量。
2023, 52(8): 20230337.
doi: 10.3788/IRLA20230337
高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。
2023, 52(8): 20230424.
doi: 10.3788/IRLA20230424
涡旋光由于携带轨道角动量信息，在天文学、光学操控、显微成像、传感、量子科学和光通信等领域有着广泛的应用前景。特别地，针对可见光波段涡旋激光，在水下通信领域，涡旋光束可以显著提高通信容量。此外，在可见激光高分辨成像领域，涡旋光束可大幅度提高成像分辨率。目前，可见光波段涡旋光主要通过无源法和有源法产生。相比腔外转换的无源法，有源法在转换效率、光束质量（模式纯度）以及功率提升方面均具有显著优势。该综述重点阐述激光腔内直接产生可见光波段涡旋光的产生技术，具体包括离轴泵浦法、环形泵浦法、腔内球差法等技术手段。综述了可见光波段涡旋固态激光的腔内产生技术，分别从基于非线性频率变换的可见光涡旋激光产生技术、基于分立元器件的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术、基于光纤介质的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术方面进行介绍。最后对其未来发展进行分析和展望。
2023, 52(8): 20230403.
doi: 10.3788/IRLA20230403
1.6 µm附近波段激光不仅属于人眼安全波段，而且处于大气传输窗口，不仅如此，高重频、大能量的1.6 µm附近波段激光还可携带高分辨率、大数据量的信息远距离传输。近年来随着晶体制备和镜片镀膜工艺的提高，通过直接泵浦增益介质和频率转换技术获得1.6 µm附近波段的激光在重复频率、能量和光束质量等方面都得到了很大进展。首先，介绍了直接泵浦掺Er3+晶体、受激拉曼频移和光参量振荡产生1.6 µm附近波段激光的原理和研究进展；其次，总结了三种方案在获得1.6 µm附近波段激光的优点和缺点；最后，分析了它们在获得高重频、大能量1.6 µm附近波段激光的应用前景。针对光参量振荡输出激光光束质量较差的问题，文中进行分析并给出相应解决方法，最后对通过光参量振荡获得较好光束质量、高重频、大能量1.6 µm附近波段激光的发展前景进行了展望。
2023, 52(8): 20230362.
doi: 10.3788/IRLA20230362
立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。
2023, 52(8): 20230390.
doi: 10.3788/IRLA20230390
随着AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的发展，其不仅在杀菌消毒领域得到广泛应用，在日盲紫外光通信领域的应用也受到越来越多的关注。这主要是由于相比其他的紫外光源（如汞灯、激光），其具有功耗低、设计灵活且调制带宽高的优势。而DUV LED的带宽严重依赖于器件尺寸，器件尺寸越小，其带宽越高。但是，随着深紫外微型发光二极管(μLED)的尺寸减少，尽管其带宽得到提高，但是其光功率却急剧下降，这严重限制了深紫外μLED在光通信中的应用。文中主要总结了深紫外μLED作为日盲紫外光通信光源的研究现状和综合分析尺寸效应引起器件性能的变化及其机理；并分析出低的光提取效率和严重的自热效应是影响深紫外μLED光功率的两个主要因素。进而综述了各种提高深紫外μLED光提取效率和改善热学特性的方法。文中将为从事深紫外μLED研究的工作者提供一定的研究方向指导。
2023, 52(8): 20230427.
doi: 10.3788/IRLA20230427
单传感器存在采集数据信息不完整的缺点，比如激光雷达缺乏纹理色彩信息，相机缺乏深度信息。激光雷达和相机数据融合可实现传感器之间信息互补，感知空间精准的彩色三维数据，被广泛应用于自动驾驶、移动机器人等领域。针对现阶段激光雷达和相机外参标定文献多、杂、乱等问题，文中系统地梳理了校准流程和归纳了校准方法。首先介绍了激光雷达和相机单传感器内参标定的原理和方法，并建立数学模型概述它们外参的标定原理。然后将现有标定方法从基于标靶、基于无标靶、基于运动和基于深度学习四个方向综述归纳，并分析每种标定方法的特点。最后总结全文，并指出提升标定精度基础上实现自动化和智能化的校准方案是未来标定趋势。
2023, 52(8): 20230415.
doi: 10.3788/IRLA20230415
受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）因能实时补偿静态和动态波前畸变、提高光束质量，在激光领域受到广泛关注，但仍存在高功率泵浦下引发损伤和输出光束质量下降的问题。液体增益介质具有高增益、高抗损伤阈值和尺寸拓展性强的特点，目前是高能高功率激光领域最广泛应用的SBS介质，但随着注入功率的提升，热效应引发的液体介质热对流会导致反射Stokes光中出现波前畸变，降低了其光束质量补偿效果。文中发展了高功率泵浦下介质池内热对流的数值模型，定量分析了热对流强度随相互作用时间的变化规律，着重探讨了泵浦光重复频率对热对流强度分布的影响，并结合热对流强度解释了光斑畸变程度。研究结果表明：泵浦光注入初期，热对流强度在达到极值后小幅下降最后趋于稳定；泵浦光重复频率是影响热对流强度的重要因素，热对流强度与重复频率呈正相关；随着热对流强度的增强，光斑偏移程度逐渐增大。文中从液体介质流动性角度分析了泵浦光重复频率与介质热对流的关系，对完善光热效应模型提供了新的研究方向。
2023, 52(8): 20230329.
doi: 10.3788/IRLA20230329
全固态红光激光器在激光显示、全息存储以及医疗领域有着重要应用，其中多波长红光激光器还可用于差频产生太赫兹辐射。基于三阶非线性效应受激拉曼散射的拉曼激光器是一种突破粒子数反转激光器有限发射光谱制约进而拓展激光波长的有效手段，即能够将注入的单一波长泵浦光直接拓展至一个或几个全新波段。笔者团队研制了一台绿光泵浦的多波长级联金刚石拉曼激光器，利用波长为532 nm、脉冲宽度为11.43 ns的激光作为泵浦源，通过将一阶Stokes黄橙光（573 nm）锁定在振荡器中，实现了红光波段的二阶、三阶和四阶（620 nm、676 nm和743 nm）级联拉曼激光输出，对应三个波长的脉冲宽度分别为10.41、3.75、2.45 ns，总输出能量为0.6 mJ，光光转换效率为36.38%。结果表明，凭借金刚石晶体优异的光学特性和拉曼性质，可见光泵浦的金刚石拉曼激光器对于实现高功率全固态小型化多波长红光激光输出具有巨大潜力。
2023, 52(8): 20230349.
doi: 10.3788/IRLA20230349
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
2023, 52(8): 20230374.
doi: 10.3788/IRLA20230374
具有宽调谐范围、无跳模以及高光谱纯净度的半导体激光器在超精细光谱、相干检测和光纤智能感知等领域有着重要的应用。但是受到半导体激光器固有运转特性的制约，通过传统的单片集成式半导体激光器难以获得高光谱纯净度的宽范围可调谐激光输出。因此文中采用闪耀光栅作为外腔反馈元件，单角面度半导体增益芯片作为增益介质，通过Littman-Metcalf外腔振荡结构实现了1480~1580 nm的宽调谐范围、无模式跳变的线宽小于98.27 kHz的激光输出，在注入电流为410 mA的条件下获得了16.95 dBm的峰值功率、全范围功率优于14.96 dBm和边模抑制比优于65.54 dB的输出。相应的实验结果表明：采用机械刻划闪耀光栅的Littman-Metcalf结构用于半导体激光器，可很大程度的改善半导体激光器的综合性能。该研究有利于推动其在提升光频域反射仪测量精度方向的应用。
2023, 52(8): 20230428.
doi: 10.3788/IRLA20230428
调谐激光吸收光谱（TLAS）技术具有非接触、抗干扰、高灵敏度等优势，可对气体进行浓度、温度、压强的测量。目前已有的压强检测模型中多以谱线的有限特征点进行提取与计算，存在易受干扰、测量误差较大的问题，因而有必要建立新的抗干扰、稳定性强的压强检测模型。针对此问题，文中根据吸收线宽的气体压力测量方法，提出了低压与高压范围内压强与谱线线型拟合函数的数学模型。结合谱线展宽原理，对不同压强下的二次谐波吸收线进行仿真研究。通过改变Gauss线型函数和Lorentz线型函数的半高宽比例关系模拟压强变化，分析信号拟合度的变化趋势，仿真结果表明，在理想情况以及激光器线宽、白噪声、背景干扰影响下，Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间存在三阶拟合关系，拟合度均保持在0.998 0以上，且与传统模型相比在动态噪声和背景干扰下具有更好的稳定性。最后对CO2气体1 580 nm位置的实测信号进行处理，实验结果表明，实际检测谱线Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间的三阶拟合度为0.986 3，略低于仿真的拟合度0.998 7，符合仿真分析结果。文中提出的方法可以根据吸收谱线的拟合比曲线反演气体压强，为气体压强检测提供了解决方案。
2023, 52(8): 20230059.
doi: 10.3788/IRLA20230059
数字条纹投影技术由于其非接触、测量精度高等特点在生物医学监测、虚拟现实以及计算机视觉等领域中应用越来越广泛。但其仍存在一定局限性，例如测量深度范围受限和投影仪存在非线性误差。二值离焦技术很好地克服了条纹投影三维测量中的非线性问题，但二值图像的高次谐波分量会造成测量误差。文中提出一种基于抖动算法的多频相位选择方法，该方法利用离焦抖动技术减少二值图像的高次谐波，避免投影仪非线性误差的影响；同时采用不同抖动算法及扫描方向调制得到二值图像，通过对比周期为12~60 pixel范围内的条纹图像在25个离焦程度下的展开相位误差分布，筛选出相应图像频率的离焦选择范围，最终确定不同离焦程度下条纹频率的最优选择。对于深度为22.5 cm被测物体进行了实验，正确恢复了大深度物体的三维形貌。实验结果表明：文中所提出的方法能有效地扩展测量深度范围，从而实现大深度范围被测物体的三维形貌测量。
2023, 52(8): 20230385.
doi: 10.3788/IRLA20230385
光学三维测量中的三通道相位测量轮廓术具有高精度、易识别、自动化程度高等优点，在科学研究和工程应用中获得了广泛的关注。在三通道相位测量轮廓术中，投影仪不同通道间的色差成为影响测量精度的关键因素。针对该问题，文中开展了基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正研究。提出了将带有全息投影膜的液晶显示屏（Liquid Crystal Display, LCD）当作相位标靶对投影色差建模与校正的方法。通过LCD显示条纹与投影仪投射条纹的相位，计算投影仪色差并建立其数学模型。然后通过预补偿的方法实现投影仪三通道投射色差的校正，进行实验验证校正前后对相位测量轮廓术精度的影响。实验结果表明，文中所提方法的校正效果为蓝绿通道的平均色差由0.3255 pixel校正为0.1063 pixel，红绿通道的平均色差由0.3651 pixel校正为0.1114 pixel。该方法可为三通道相位测量轮廓术提升投影质量。实测台阶的平均误差从0.489 mm减少到0.038 mm。实验结果验证了投影仪色差建模与校正方法的有效性，提升了三通道相位测量轮廓术的整体测量精度。与已有方法相比，可以有效避免相机误差带来的影响，大大缩短计算时间，能够适用于不同型号的投影仪色差测量与校正。
2023, 52(8): 20230327.
doi: 10.3788/IRLA20230327
条纹投影轮廓术以其高速、高精度的优点在机械零件自动在线检测、汽车制造、文化遗产保护等领域得到了广泛的应用。然而，传统的条纹投影采用单一曝光时间或单一投影强度来测量高动态范围的物体，在反射率较大的区域会发生过度曝光，超过相机传感器的最大亮度范围，导致无法获得真实的强度和准确的三维数据。为解决此问题，利用彩色相机对单色条纹投影的不同颜色通道响应，提出了一种基于单色条纹投影的高动态范围物体表面三维测量方法。该方法投影蓝色条纹图到被测物体表面，彩色相机从另一个视角采集彩色条纹图像。从采集的彩色条纹图像中分离蓝绿通道对应的两个条纹图像。从蓝绿通道条纹图像中选择不饱和且调制度最大的一组像素生成蓝绿通道的掩膜图像，利用蓝绿通道的掩膜图像和蓝绿通道条纹图像合成高动态图像。然后应用相位解算方法和系统标定，实现高动态范围物体表面形貌的三维测量。实验验证了该方法的有效性。所提方法一方面减少了投影图像的数量，避免了复杂的计算问题，提高了测量效率；另一方面，不需要额外的硬件设施。
2023, 52(8): 20230425.
doi: 10.3788/IRLA20230425
在利用相机对物体进行感知的过程中，标定相机与外界参考系之间的位姿是测量中至关重要的一环，能否精准确定二者之间的外参决定着最终三维信息质量的好坏。然而在传统的测量系统当中，测量物体尺寸受限于针孔相机视场的大小。相比较而言，全方位相机具有视场广、成像质量高等优点，常配合旋转系统进行全景图像生成，也可配合激光雷达点云生成场景全景模型，为目前大场景测量的主流方向。就目前存在于相机与旋转系统之间外参标定的复杂问题，文中提出了一种针对全方位相机与旋转轴之间的标定方法。该方法通过使用全方位相机，对两个二维码棋盘格进行旋转拍摄，同时通过理论推导建立起可靠的数学模型作为原理支撑，并利用光束法平差，对基于解析法获得的初步结果进行再次优化，从而获得更精确的外参估计。该方法对设备安装精度要求不高，只需在相机视场范围内，考虑标定板与全方位相机之间的摆放位置即可。实验结果表明，该方法经过优化后的平均重投影误差可控制在0.15 pixel以下，满足实验测量要求，并在不同场景下展现了良好的应用效果。
2023, 52(8): 20230394.
doi: 10.3788/IRLA20230394
2023, 52(8): 20230402.
doi: 10.3788/IRLA20230402
布里渊散射是指入射到介质的泵浦光束与介质内的弹性声波声子发生相互作用而产生的三阶非线性光散射现象。在受激布里渊散射（SBS）脉冲压缩过程中，时域脉宽压缩研究较为广泛，但压缩过程中频域线宽变化与介质粘度、折射率等特性密切相关，因此文中研究聚焦单池结构下SBS脉冲压缩过程中介质FC-770产生的Stokes线宽变化影响因素，发现随着泵浦能量的增加，Stokes线宽先迅速增加后逐渐压窄至400 MHz左右，而随着产生池前透镜焦距的逐渐减小，Stokes线宽迅速压窄，且随能量变化线宽变化范围减小，最后探究了入射激光线宽对Stokes线宽变化的影响因素，得出介质FC-770产生的Stokes线宽值与入射激光线宽呈正比例关系，入射激光线宽值由280 MHz变化到450 MHz左右时，输出的Stokes线宽值由500 MHz变化到680 MHz左右。
2023, 52(8): 20230254.
doi: 10.3788/IRLA20230254
应用非线性频率变换技术的短波固体激光器在先进研究、生物医疗和工业生产等领域广泛应用，而走离效应是影响非线性变换效率的关键因素。为了实现更高效率的二倍频转换，各种减小走离效应的结构优化方案被提出，多种二倍频效率模型被建立，但是这些模型在普适性和影响因素全面性上还有所欠缺。文中在理想二倍频效率模型的基础上，提出一种非线性晶体走离效应下的二倍频效率模型，对于空间走离过程进行了更为充分的研究，将二倍频过程的多种因素都进行了细化分析。该模型有两个优势：一方面可以从多种参数的角度更精确地对平行传输光束与聚焦光束的二倍频效率分别进行预测；另一方面可以实现最佳二倍频晶体种类和最佳二倍频晶体长度的选择。
2023, 52(8): 20230245.
doi: 10.3788/IRLA20230245
红外图像可在低照度、恶劣天气等条件下工作，红外车辆检测技术旨在使用红外传感器来监测道路上的车辆，实现对车辆数量、车速等信息的收集与分析，该技术不仅可应用于路面车辆，还可应用于铁路、机场、港口等场景，为交通运输行业的安全和便捷提供了有效的技术支持。然而，由于红外图像成像原理的局限和外部环境的干扰，通常导致红外图像成像质量不理想，红外车辆检测仍然存在许多问题。文中提出了一种改进的YOLOv5模型，在YOLOv5的主干部分引入了混合注意力机制，使模型能够更好地关注研究者感兴趣的区域，抑制图像噪声的干扰。此外，在BiFPN基础上提出了一种改进的Z-BiFPN特征融合结构，融合更多的浅层信息，提高浅层信息利用率，并增加一个四分之一下采样的小目标检测层，同时将YOLOv5的检测头替换为解耦头来提升模型的检测能力。在自建的七类红外车辆数据集INFrared-417上进行了实验，验证了算法的有效可行性。与原始YOLOv5相比，mAP从81.1%提升到了85.3%。
2023, 52(8): 20230265.
doi: 10.3788/IRLA20230265
生鲜牛乳中的体细胞数量是判断奶牛是否患有乳房炎的重要依据。针对牛乳在取样过程中细胞贴壁沉降等原因造成体细胞分布不均匀，从而导致体细胞计数不具有代表性的问题，文中提出了一种基于九宫格型微流控芯片使体细胞分布均匀并提升计数准确率的方法。首先在Comsol仿真的基础上制备了九宫格型微流控芯片，提高了细胞分布的均匀度。其次研制了集染色、搅拌于一体的负压进样系统，保证在进样过程中持续保持体细胞分布的均匀度和不受空气的污染。并配合芯片研制了微型显微成像系统，对芯片的九个观测腔拍摄图像。最后通过图像处理的方法对体细胞进行计数，并判断奶牛乳房的健康状况。实验结果表明，每组九张图像体细胞数量的标准差系数均小于等于1.61%，系统计数准确率可达到99.23%。该研究方法为奶牛乳房炎的检测与预防奠定了基础。
2023, 52(8): 20230244.
doi: 10.3788/IRLA20230244
太赫兹波由于其高分辨率、高穿透性和高安全性等特点，太赫兹MIMO阵列雷达结合了多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）阵列技术，能够实现实时高分辨率成像，在人体安检等领域得到了广泛应用。然而，由于太赫兹波波长更短以及稀疏布阵使阵元间距远大于发射信号半波长，使阵列雷达波束方向图中出现高栅旁瓣电平问题，影响成像质量。针对该问题，文中在差分进化算法的基础上提出了一种双策略自适应差分进化算法（Dual Strategy Adaptive Differential Evolution，DSADE）用于阵列优化：首先，改进种群初始化方法，使用Kent混沌序列生成初始种群，该方法能够使初始个体基因在解空间中分布更加均匀；其次，提出了一种双变异策略，使算法能够根据迭代次数和个体适应度值选择合适的变异策略；最后，对参数进行了自适应改进，使参数能够根据个体进化情况进行自主调整。为验证DSADE算法收敛性选取了8组标准函数对算法进行了测试，DSADE算法在所有测试函数上均能取得最好的收敛效果。此外，使用DSADE算法对太赫兹MIMO雷达进行了仿真优化实验，该算法比优化效果最好的人工蜂群算法的归一化峰值旁瓣电平比值降低了1.21 dB。实验结果表明：文中提出的DSADE算法能够有效抑制太赫兹MIMO阵列雷达的峰值旁瓣电平，优化后的阵列雷达具有更低的旁瓣电平水平。
2023, 52(8): 20230201.
doi: 10.3788/IRLA20230201
双光子荧光（two-photon fluorescence，TPF）显微成像技术借助荧光探针实现样品中被标记成分的特异性成像，具有天然的三维层析能力、高成像深度与空间分辨率、以及更小的光漂白与光损伤，已经发展成为化学、医药学和生命科学领域的一项重要研究工具。文中通过分析高斯光束复振幅在空间中的分布，推导出TPF信号的纵向与径向分布公式，以此估算出文中的TPF显微成像系统的横向分辨率为453 nm，纵向分辨率为2.087 μm。使用飞秒激光器作为激发光源，搭建了TPF显微成像系统。在800 nm波长的飞秒脉冲激发下，测量了罗丹明B溶液的TPF光谱，从而选择636~703 nm作为显微成像的荧光探测窗口。随后开展了对罗丹明B染色的小鼠大脑切片的TPF显微成像实验研究，利用断层扫描成像的方式获得了小鼠大脑切片在0~14 μm深度内的荧光强度分布。通过三维重构完成了对生物样品的三维立体成像，获得了小鼠大脑中灰质与白质在不同深度的分布情况，实验结果证明了搭建的显微成像系统具有优异的成像深度与空间分辨能力。
2023, 52(8): 20230422.
doi: 10.3788/IRLA20230422
腔长微调节结构在光学谐振器里有重要应用。一种由双楔镜组成的腔长微调节结构被提出，该结构可实现不依赖于腔镜的腔长调节。双楔镜结构由斜面平行对立放置的两个直角楔镜构成，通过在垂直方向上驱动楔镜移动实现双楔镜内部光程改变，进而改变所处谐振腔内光路的光程。双楔镜结构对光程改变量的理论计算公式被建立，根据公式，光程改变量与楔镜楔角大小成正相关关系，与楔镜折射率成正相关关系，与楔镜振幅成线性关系。楔镜的楔角和折射率共同决定双楔镜结构的光程调节效率。经理论设计，楔角29°、折射率1.81的YAG双楔镜结构具有较高的调节效率和较小的光损耗，调节系数为0.53。实验上，以双角锥环形腔为基础，实现了双楔镜结构对腔长的调节，验证确定了双楔镜结构对腔长调节的可行性和有效性。讨论分析了双楔镜结构的变形结构：直角面对立双楔镜结构、基于正楔镜的双楔镜结构、多级双楔镜结构的光程调节性能。对比了双楔镜结构和其变形结构在光程调节效率、光损耗、光路调节难易程度的性能，确定了各种双楔镜结构在实际应用中的优缺点，为双楔镜结构的设计和选择提供了参考依据。
2023, 52(8): 20230423.
doi: 10.3788/IRLA20230423
亚纳秒激光因其对光电器件的损伤优于纳秒激光和飞秒激光，而被广泛应用于光电对抗领域。然而，在常规水冷条件下实现输出数百赫兹焦耳级亚纳秒激光还面临较大的挑战。笔者课题组面向国防重大需求，结合端面泵浦微片晶体百皮秒激光产生技术和多程多级板条激光放大技术，对板条激光器的放大性能进行大量的实验研究，并提出了温控双端泵浦技术，弥补双端泵浦结构的缺陷。实现板条激光器单脉冲能量952 mJ，重复频率500 Hz的激光输出，这将为光电对抗系统所需的高重频大能量激光提供优质光源。
2023, 52(8): 20230421.
doi: 10.3788/IRLA20230421
固体布里渊增益介质是目前实现高稳定、高重复频率受激布里渊散射（SBS）的重要光学元件，能够产生高光束质量的相位共轭光。然而，不同于被广泛研究的液体布里渊增益介质，目前针对固体布里渊增益介质如何产生高效率高能量的SBS尚无成熟的研究。近日，笔者团队以块状熔融石英作为布里渊增益介质，在高强度纳秒激光脉冲泵浦下，围绕熔融石英中的SBS能量转换效率和损伤阈值与泵浦光纵模的关系开展了研究，实现了最高单脉冲能量183.1 mJ、反射率为81.0%、斜效率高达85.8%的相位共轭光输出。该研究结果对于实现高功率全固态的SBS相位共轭镜，进而提升脉冲激光器的输出功率水平、获得高稳定高效率的SBS运转具有重要的指导意义。
2023, 52(8): 20230396.
doi: 10.3788/IRLA20230396
几何相位平面光学元件由于高效、紧凑及易集成等优点已被广泛用于光场空间结构调控。但以q-plate为代表的此类元件只提供自旋相关的波前控制能力，振幅调控能力的缺失导致无法利用光场的全部空间维度，严重阻碍了相关领域研究的进一步深化。笔者团队在国家自然科学基金等项目资助下，以液晶人工微结构中的几何相位为物理基础设计并论证一系列新型几何相位元件，解锁了平面光学技术对近轴结构光场的全维度调控能力，为高维经典及量子信息等需要依托光场调控技术的实验研究提供了重要工具。
2023, 52(8): 20230295.
doi: 10.3788/IRLA20230295
布里渊激光器是实现高相干、低噪声激光输出的重要技术路径，其中空间结构布里渊激光器被证实可以产生高功率的单频激光辐射。然而，不同于被广泛研究的导波结构布里渊激光器，目前针对自由空间运转布里渊激光器的线宽特性还尚无报道。笔者课题组在国家和省级自然科学基金和国防预研基金资助下，以金刚石晶体作为增益介质，围绕自由空间结构布里渊激光的产生、参数调控和性能优化开展了系列的研究，并在近日成功验证了其实现线宽窄化输出的可行性。该研究对推动高功率高相干激光光源的发展具有重要的指导意义。
2023, 52(8): 20230397.
doi: 10.3788/IRLA20230397
得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟，空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比，以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能（如光场间信息交互）却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家自然科学基金等项目的支持下，近期聚焦光场调控与非线性光学领域前沿问题“空间多模态经典及量子光场的非线性产生、变换及接口技术”，重点突破了空间全维度参量变换理论与相关技术瓶颈，取得了一系列理论及应用创新成果，为高维量子光学相关实验研究的开展打下坚实基础。
2023, 52(8): 20230398.
doi: 10.3788/IRLA20230398
光学干涉仪是现代精密测量技术的核心支撑，但其分辨率受到光源波长的限制，无法通过无限减小波长提高分辨率，而“相位超分辨”即是指设法解决光源波长限制的技术手段。目前“相位超分辨”研究主要通过调控$ N $光子纠缠态的途径实现，但是由于$ N $光子纠缠态制备与调控的极高难度和符合计数的极低效率使得该途径无法用于实际测量。针对这一瓶颈，笔者联合团队利用轨道角动量（OAM）相干态在光学超晶格中的级联参量上转换过程高效构造、提取多光子复振幅信号。实现了$ N=12 $倍的相位超分辨干涉信号的实时测量，为发展可实际应用的高倍率相位超分辨干涉测量技术提供了一条全新的物理途径。
