《鐳射與光電子學進展》
《鐳射與光電子學進展》是由中國科學院主管，中國科學院上海光學精密機械研究所主辦，中國鐳射雜誌社出版的學術類半月刊，CN：31-1690/TN。創刊於1964年，是國內鐳射與光電子領域的第一本科技期刊，2019年出版光學界第一本半月刊，2020年開始出版“先進成像”專刊。現任主編為中國工程院院士範滇元。期刊主要發表鐳射與光電子領域的最新研究論文以及具有一定深度和前瞻性的綜述和研究論文，旨在及時報道國內外鐳射與光電子學領域科技的最新研究成果與技術應用，促進國內外學術交流，溝通科研與產業的聯絡，促進鐳射與光電子事業的發展。
刊物主要欄目有綜述、鐳射器與鐳射光學、光纖光學與光通訊、光學設計與製造、材料、影象處理、成像系統、光學器件、遙感與感測器、大氣光學與海洋光學、衍射與光柵、原子與分子物理學、探測器、薄膜、超快光學等。
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01
標題：腔衰蕩吸收光譜技術的研究進展及典型應用
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摘要：腔衰蕩吸收光譜技術是一種靈敏度高、選擇性強、響應速度快的直接吸收光譜檢測技術，隨著激發光源、腔體結構、調製方式等的不斷改進和拓展，該技術的最小噪聲吸收係數可達到10-12 cm-1·Hz-1/2。本文針對腔衰蕩吸收光譜檢測裝置的工作原理、技術特點和國內外典型應用進行綜述，分析了激發光源、腔體結構以及調製方式的多樣性對腔衰蕩吸收光譜檢測技術的影響，最後結合腔衰蕩吸收光譜技術在不同領域的典型應用對該技術的應用前景進行了展望。
02
標題：廣域高解析度計算光學成像系統研究進展
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摘要：為了克服光電成像系統中廣域和高解析度相互制約的問題,想要在獲得更大成像視場範圍的同時獲取更多的細節資訊,廣域高解析度計算光學成像技術應運而生。截至目前,計算光學成像系統已有大量研究成果,且在多個領域中被廣泛應用。對國內外相關的廣域高解析度計算光學成像系統中的單鏡掃描系統、多探測器拼接系統、多尺度成像系統及多鏡頭拼接系統進行了系統闡述,分析總結了優缺點,並對廣域高解析度計算光學成像系統的未來發展做了展望。
03
標題：2 μm波段摻銩倍半氧化物陶瓷鐳射器研究進展
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摘要：具有低聲子能量，高熱導率的立方晶系倍半氧化物陶瓷是一種有潛力的銩摻雜鐳射材料，其常規3F4→3H6躍遷發射譜線可拓展至2.1 μm波段。綜述了Tm∶Sc2O3、Tm∶Y2O3、Tm∶Lu2O3陶瓷的光譜引數和鐳射效能的研究進展，並指出複合結構及混晶型陶瓷是摻銩倍半氧化物陶瓷鐳射的未來發展方向。
04
標題：光束積分鐳射空間整形技術
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摘要：許多應用中都需要鐳射光束強度均勻分佈,或者按照設計要求對鐳射光束的強度相位分佈進行特定調製,因此,有必要對各種光束整形技術進行研究。目前,已發展了多種鐳射光束整形技術,其中光束積分法原理簡單,適用性廣,因此基於此方法的光束整形技術具有很大的工程價值。主要介紹了基於稜鏡、反射鏡及微透鏡陣列等光學元件的光束積分系統的組成情況,列出了典型整形光路,以及近年來在光束整形方面的研究進展。同時,介紹了在整形過程中上述方法的各自特點。
05
標題：廣域高解析度計算光學成像系統研究進展
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封面故事：封面故事：計算光學成像系統的去濁揚清
06
標題：飛秒鐳射脈內自差頻產生中紅外鐳射研究進展
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摘要：基於飛秒鐳射脈內自差頻技術產生中紅外波段鐳射的技術已取得較大的進步，並被廣泛地應用在物理學、化學以及生物醫學等重要科學領域。對中紅外超短鐳射脈衝的發展與研究背景進行了介紹；闡述了飛秒鐳射脈內自差頻產生中紅外鐳射的基本原理；綜述了基於鈦寶石鐳射器、1 μm波段飛秒固體鐳射器、2 μm波段飛秒固體鐳射器及光纖鐳射器作為驅動源並透過脈內自差頻技術產生中紅外飛秒鐳射的研究進展，並對不同波段驅動源進行了對比分析；最後對脈內自差頻產生中紅外飛秒鐳射的未來發展方向進行了展望。
07
標題：卷積神經網路在光學資訊處理中的應用研究進展
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摘要：近年來,深度學習技術的爆發式發展引領了機器學習的又一次浪潮。深度神經網路具備抽象特徵的高效識別與提取能力、強大的非線性擬合能力、抗干擾魯棒性及非凡的泛化能力,被廣泛應用於自動駕駛、目標識別、機器翻譯、語音識別等領域。最近幾年,卷積神經網路(CNN)在光學資訊處理中獲得廣泛應用,本文介紹CNN的基礎概念和結構構成,回顧其在數字全息術、條紋分析、相位解包裹、鬼成像、傅立葉疊層成像、超分辨顯微成像、散射介質成像、光學層析成像等領域的最新應用進展,評述CNN在光學資訊處理中的典型應用特點,最後分析CNN應用於光學資訊處理中的不足,並展望其未來發展。
08
標題：“光纖感測技術及應用”專題
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09
標題：單分子定位超分辨成像技術進展及應用
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摘要：21世紀初誕生的超分辨光學成像技術憑藉奈米級空間解析度、低損制樣等優點,迅速發展成為生命科學研究中不可或缺的技術手段。其中單分子定位超分辨成像(SMLM)技術更是由於其成像原理易懂、空間解析度極高等特點,一直受到科研工作者的青睞,不斷取得重要的技術和應用進展。首先回顧了SMLM的工作原理,討論了其光路搭建、影象重建、漂移校正等關鍵技術問題。介紹了兩類代表性SMLM技術。列舉了多種多色SMLM方法,並分析了各自的優缺點。介紹了SMLM成像引數的改進研究,包括橫/縱解析度的提高、成像視野和深度的改善。介紹了SMLM和深度學習,SMLM和電鏡等成像手段結合的關聯成像研究進展。討論了SMLM資料提取與分析方法。最後列舉了SMLM在細胞生物學中的重要應用,並展望了SMLM未來的發展方向。期望該綜述能為SMLM工作者提供有益的啟發和參考,推進SMLM在生命科學研究中的深入應用。
10
標題：矽基光電子整合光控相控陣的研究進展
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摘要：光控相控陣(OPA)不需要機械轉動即可實現光束在空間內的掃描,在鐳射測距以及自由空間光通訊等領域具有廣闊的應用前景。矽基光電子整合技術可在晶片上實現光電子器件的大規模整合,並與互補金氧半導體(CMOS)積體電路工藝技術完全相容,以其製作的光控相控陣具有掃描速度快、體積小、成本低、功耗低等特點。目前報道的利用矽基光電子整合技術製作的相控陣,最大的橫向掃描範圍為80°,最大的縱向掃描範圍為36°。簡述了矽基光電子整合相控陣的掃描原理,並對國內外最新的研究成果進行了分析總結,最後指出此種技術實用化過程中亟待解決的關鍵問題,並提出了一些可以提升效能的方案。
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標題：運動物體關聯成像研究現狀及展望
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標題：動態超構表面設計及功能器件
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摘要：動態超構表面是將可調元素整合到靜態超構原子中，且功能受不同外部激勵手段控制的超構表面。基於動態超構表面已經實現了各種可調器件，包括變頻濾波器、吸收器，變焦透鏡，動態光束控制器，動態全息元件等。首先對動態超構表面的調製方法進行系統的總結，然後對相關的研究工作進行綜述。動態超構表面可以分為兩類：一類是對所有超構原子進行統一控制的均勻調控動態超構表面，用於實現光譜、偏振和波前的動態轉換；另一類是透過對超構原子進行獨立控制的動態可重構/可程式設計超構表面，用於實現對波前的靈活調控。功能靈活可控的動態器件是超構表面未來研究的主要方向，對已有的動態器件進行了總結，並進一步討論和展望了動態超構表面發展的方向及面臨的挑戰。
13
標題：超導奈米線延遲線單光子成像器件進展及應用
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摘要：單光子成像技術透過對每個光子攜帶的時空資訊進行探測,實現對物體影象的重構。基於超導奈米線的單光子探測器具有高效率、低時間抖動、寬響應波段的優勢,非常適合單光子成像場景的需求。超導奈米線延遲線單光子成像器件是一種新型的單光子成像器件,它利用超導奈米線特有的高動態電感構造低速微波傳輸線,透過對輸出電脈衝進行時間邏輯分析,同步讀取光子的到達時刻和空間位置。本文將介紹這種成像器件的設計原理、幾何結構和讀出方式。同時,介紹基於此成像器件在強背景噪聲下的單光子成像實驗,證明了透過高效能器件和重構演算法的聯合最佳化所實現的成像系統性能增強。
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標題：基於相移條紋分析的實時三維成像技術發展綜述
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標題：鐳射調控最佳化貴金屬複合構型及光激發應用研究進展
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摘要：近年來，鐳射調控最佳化貴金屬奈米複合構型作為一種基於光子與物質相互作用的激發機制的新策略，既可以有效構建出表面潔淨無汙染的多功能化奈米材料，又能獲得常規合成方式難以實現的亞穩相複合構型，因此在眾多前沿應用領域具有顯著優勢。在簡單的液相環境中，該策略主要透過聚焦高功率脈衝鐳射束燒蝕靶材產生高溫高壓的金屬等離子體，後續金屬等離子體在熱力學非平衡狀態下瞬間冷卻併成核結晶，從而構建出多種新穎奈米複合構型。此外，該策略充分利用短波長鐳射束的高光子能量，還可以激發基底材料產生熱電子作為獨特的還原劑實現周圍溶液中金屬離子的還原，最終在前驅體負載生長出多形態的金屬奈米構型。透過調控鐳射液相輻照引數，可以有效調控最佳化貴金屬奈米複合構型表面原子的微觀形態，使其具備優異的光激發效能，進而被廣泛應用於表面增強拉曼散射、光催化、近紅外強吸收等應用領域。從鐳射誘導調控最佳化金屬基奈米複合材料出發，歸納了鐳射液相誘導策略的可控合成機理，並對鐳射調控最佳化貴金屬複合構型的潛在應用及未來發展趨勢進行了展望。
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標題：基於飛秒鐳射與物質相互作用的高次諧波產生及應用
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摘要：飛秒強鐳射與物質相互作用後輻射出的高次諧波，具有單光子能量高、脈衝持續時間短、時空相干性好等特性，可以作為實驗室臺式化超快真空紫外和軟X射線波段光源，同時高次諧波也可用於產生阿秒脈衝。這些先進光源的產生，極大地豐富了人類物質科學的研究手段。結合本課題組的高次諧波研究進展，介紹了氣體高次諧波和固體高次諧波的產生原理、最佳化及應用。
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標題：多光譜成像技術及其在生物醫學中的應用
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摘要：多光譜成像(MSI)融合了光譜技術與成像技術,可並行獲取探測目標的光譜特徵和空間資訊。由於採用非侵入式的成像方式,該技術在生物醫學領域有很多重要的應用。介紹了多光譜成像的基本原理與技術發展,並從病理研究、手術引導、生物識別等三個方面對其應用進行簡要綜述。
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標題：基於相關全息原理的散射成像技術及其進展
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摘要：由於隨機散射效應,相干光束經過強散射介質後,出射光場變成光強呈無序分佈的散斑場,因此無法直接從出射場獲取入射光的資訊。然而,在隨機散射過程中,出射散斑場仍然攜帶著入射光場資訊。從散斑場中獲取原始資訊以實現物體的重建是一個備受關注的研究課題。研究人員針對該問題提出了包括散斑相關、傳輸矩陣、波前調控及時間反演與相位共軛等技術。著重介紹了基於相關全息原理的散射成像技術,主要包括其原理、發展歷史以及最新的研究進展,並對該技術的未來發展趨勢進行了展望。
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標題：多晶材料隨機準相位匹配研究進展
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摘要：由非線性晶體顆粒燒結成的多晶材料在宏觀上是各向同性的,但由於各晶粒取向的隨機分佈,鐳射與其發生作用時產生的非線性極化存在相干增強的可能,且非線性轉換效率統計均值與互作用長度存線上性關係,這被稱作隨機準相位匹配(RQPM)。與雙折射相位匹配(BPM)及準相位匹配(QPM)相比, 多晶材料的RQPM在頻寬方面具有明顯優勢,因此多晶材料在寬頻飛秒鐳射的頻率變換中具有重要意義。近年來,基於多晶材料RQPM的差頻(DFG)、倍頻(SHG)及高效率光參量振盪器(OPO)等相繼誕生,為實現超連續譜及寬頻光頻梳提供了一種低成本的新選擇。對RQPM技術與理論的發展過程及研究現狀進行了綜述,對超寬頻RQPM頻率變換的最新重要成果進行了討論,介紹了多晶陶瓷處理及建模的基本方法,並展望了RQPM發展前景,以期能夠為國內超快鐳射及非線性光學頻率變換等領域的研究提供參考。
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標題：等離激元奈米材料超快鐳射光熱形變原理及應用
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摘要：超快鐳射具有極短的脈寬和極高的峰值強度,已被廣泛應用於等離激元奈米材料的加工。在極高的鐳射功率密度下,等離激元奈米材料中的自由電子吸收入射光子能量成為熱電子,然後透過電子與晶格的耦合作用使得晶格溫度升高,誘導等離激元奈米材料產生光熱形變。根據鐳射功率密度與熔化沸騰閾值的關係,綜述了等離激元材料的三種光熱形變——閾值熔化、表面原子擴散和鐳射燒蝕的不同原理;同時還介紹了等離激元奈米材料超快鐳射光熱形變在多維光儲存、結構色彩色列印和資訊加密隱寫等領域的應用。
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