Frontiers of Optoelectronics
2019年第三期文章
综述：部分相干涡旋光束
Jun ZENG, Rong LIN, Xianlong LIU, Chengliang ZHAO, Yangjian CAI.
Review on partially coherent vortex beams[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 229 -248
摘要：漩涡光束被提出以后，它们具有相位奇点和携带轨道角动量的特性就广为人知。在过去的十年里，随着相干光学的迅速发展，涡旋光束也从完全相干光拓展到部分相干光，从标量光拓展到矢量光，从整数拓扑电荷拓展到分数拓扑电荷。部分相干涡旋光束由于具有隐藏的相关奇点和独特的传输特性（例如：光束整形、光束旋转和自重建）引起了极大的研究兴趣。基于构建部分相干光束真相关函数的充分条件，最近提出了具有非传统相关函数（即：非高斯相关的Schell模型函数）的部分涡旋光束。本文适时地总结了部分相干涡旋光束的基本概念、理论模型及其产生和传输。
荧光粉转换发光LED的光-热耦合模型
Xinglu QIAN, Jun ZOU, Mingming SHI, Bobo YANG, Yang LI, Ziming WANG, Yiming LIU, Zizhuan LIU, Fei ZHENG.
Development of optical-thermal coupled model for phosphor-converted LEDs[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 249 -267
摘要：本篇综述中我们首先采用仿真软件详细讨论了荧光粉的特征对光学特性的影响，荧光粉材料、粒子尺寸和粒子分布，以及荧光粉层浓度、厚度、几何结构、位置等参数的共同作用决定了荧光粉层的最终光学性能。在介绍了各种提高光提取效率的方法之后，我们总结了预测荧光粉温度和结温的热学模型。为了稳定荧光粉转换发光LED(PC-LEDs)的光学性能，在降低LED芯片结温方面已经做了很多的努力，荧光粉温度作为PC-LED可靠性的关键问题，理应引起更多的研究兴趣。最后，我们总结了荧光粉的光-热耦合模型，概括了未来在研究LED的光学质量时需要考虑的光-热问题。可以预见PC-LED的光-热耦合模型将会受到更多的重视。
通过研究阳极/有机物界面的注入特性优化基于HAT-CN纳米结构的有机发光二极管
Neha JAIN, O. P. SINHA, Sujata PANDEY.
Optimization of organic light emitting diode for HAT-CN based nano-structured device by study of injection characteristics at anode/organic interface[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 268 -275
摘要：为了提高空穴器件的电流密度，可以将1, 4, 5, 8, 9, 11-hexaazatriphenylene- hexacarbonitrile (HAT-CN)材料插入器件的ITO/有机物界面。由于HAT-CN分子能吸取电子，改变电极的电学特性，因此可以将其插入有机物/金属界面之间。本文研究了如何通过有机-金属层厚度的优化来提高器件的效率，同时研究了如何提高电流密度和减小器件的工作电压。我们采用热稳定的空穴传输材料2, 7-bis [N, N-bis (4-methoxy-phenyl) amino]-9, 9-spirobifluorene (Meo-Spiro-TPD)来模拟空穴器件，仿真结果表明优化有机-金属层厚度可以获得更好的电流密度，各层厚度取最优值（Alq3层22 nm，Ir(ppy)3掺杂CBP层25 nm， Meo-Spiro TPD 层9 nm，HAT-CN 层4 nm）时，电流密度为0.12 A/cm2，工作电压下降约2 V。
紧凑的Ge-on-SOI耦合结构的设计和制作
Jianfeng GAO, Junqiang SUN, Heng ZHOU, Jialin JIANG, Yang ZHOU.
Design and fabrication of compact Ge-on-SOI coupling structure[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 276 -285
摘要：本文提出并验证了一种用于有源Ge波导和SOI波导之间的集成化垂直耦合结构，有源Ge波导是在刻蚀掉底层的无源Si波导后通过溅射工艺制作的。该方法由于不需要刻蚀Ge波导避免了波导制作的困难，提高了波导的质量。我们分析和讨论了耦合结构参数对耦合损耗的影响，并将所得到的优化参数用于工艺制作。实验测得最小耦合损耗为2.37dB，耦合损耗随结构参数的变化趋势与理论结果一致。所提出的结构为Ge光学元件和SOI光学元件之间的耦合提供了一个有效的解决方案。
用于超大动态范围表面等离子体共振化学传感器的纳米铝-金薄膜
Briliant Adhi PRABOWO, I Dewa Putu HERMIDA, Robeth Viktoria MANURUNG, Agnes PURWIDYANTRI, Kou-Chen LIU.
Nano-film aluminum-gold for ultra-high dynamic-range surface plasmon resonance chemical sensor[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 286 -295
摘要：本文展示了用于超大动态范围表面等离子体共振（SPR）生物传感器的纳米Al薄膜的理论分析和实验研究。所提出的SPR传感器中金属传感层为16 nm的Al，10 nm的Au层作为保护层置于Al层之上。该超大动态范围SPR生物传感器的体折射率取样极限可达1.45RIU。理论分析中，假定折射率溶液具有各向异性，则动态范围给出的折射率接近1.58RIU。该传感器设计能达到的折射率探测极限，使之可以用于高折射率溶液的化学探测和环境监测的场合。给出的实验结果从概念上验证了方案的正确性。
面向5G应用的包含多种变换的MIMO-WiMAX系统
Lavish KANSAL, Vishal SHARMA, Jagjit Singh MALHOTRA.
MIMO-WiMAX system incorporated with diverse transformation for 5G applications[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 296 -310
摘要：为了迎接未来无线服务需求的爆炸性增长，无线通信系统和标准正朝着向第五代（5G）发展。因此，物理层采用正交频分复用技术的WiMAX技术被用于上行和下行传输，从而在衰落环境下保持高的频谱效率。然而，5G的实现需要额外的改进来应对未来的压力。本文提出将WiMAX系统与MIMO技术相结合的创新解决方案，以满足5G应用需求增长带来的数据速率提高的要求。MIMO能完成5G的愿景，实现在大量基站中配备大量共享时频资源而没有严重用户间干扰的终端。不仅如此，我们在WiMAX物理层采用离散小波变换（DWT）和分数阶傅里叶变换（FrFTs）的情况下验证了所提出的系统。评估结果表明，与以前报道的工作相比误码性能有了较大的提高。
基于矩形波导的高功率激光二极管堆叠阵列的二维光束整形和均匀化
Yuchen SONG, Yunfeng CHEN, Jianguo XIN, Teng SUN.
Two-dimensional beam shaping and homogenization of high power laser diode stack with rectangular waveguide[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 311 -316
摘要：本文展示了基于矩形波导的高功率激光二极管堆叠阵列的二维光束整形和均匀化方面的研究工作。理论仿真和实现结果表明，二极管堆叠阵列的光束经过整形可以得到尺寸为10 mm × 10 mm的均匀矩形光斑，在慢轴和快轴方向不均匀性均小于5%。整形光束具有超过10mm的均匀泵浦深度，适用于矩形激光介质的端面泵浦。
石蜡包埋脱水皮肤恶性黑色素瘤太赫兹脉冲成像的边缘检测
Jiayu LI, Yijun XIE, Ping SUN
Edge detection on terahertz pulse imaging of dehydrated cutaneous malignant melanoma embedded in paraffin[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 317 -323
摘要：我们在0.2–1.4 THz频率范围内进行了乙醇脱水石蜡包埋皮肤恶性黑色素瘤的太赫兹(THz)脉冲成像。首先得到了基于时域电场幅度信息的组织成像，然后采用多尺度、多方位和多结构元的数学形态学区分了正常和癌变组织区域。通过计算不同区域皮肤恶性黑色素瘤的折射率和吸收系数分析了图像的物理含义。正常和癌变组织的折射率都显示出反常色散特性。在0.2-0.7THz范围内，癌变组织的折射率发生变化，而正常和脂肪组织的折射率保持不变。癌变组织的吸收更高，吸收峰值在0.37THz。总之，正常和癌变组织的折射率和吸收系数均有很大不同，正常和癌变组织区域可以采用THz脉冲成像结合数学形态学进行区分，皮肤恶性黑色素瘤THz成像的边缘检测方法为手术安全取出恶性肿瘤提供了参考。
基于边框回归网络的高精度目标探测
Lipeng SUN, Shihua ZHAO, Gang LI, Binbing LIU.
High accuracy object detection via bounding box regression network[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 324 -331
摘要：目标探测是指在数字图像中发现和定位语义对象，是计算机视觉的主要问题之一。与目标分类不同，目标探测不仅要识别目标的分类，还要提取目标的准确位置。在最先进的目标探测算法中，边框回归是获得高定位精度的关键。在几乎所有流行的基于深度学习的目标探测算法中都采用了边框回归来实现目标定位的精细调节。尽管边框回归得到了广泛的应用，目前仍很少有研究关注于其基本原理、性能依赖性和性能评估。在本文中，我们提出了一个用于边框回归的专用深层神经网络并给出了改进其性能的若干方法，为了证明网络的有效性，我们进行了一些ad hoc实验。我们还将该网络作为faster R-CNN算法的辅助模块，测试了它对真实世界的图像的作用，实验结果表明：以平均IOU为评价指标，探测精度得到了改善。
基于一体化GNSS/LINS的船体弯曲测量
Di WU, Yu JIA, Li WANG, Yueqiang SUN.
Ship hull flexure measurement based on integrated GNSS/LINS[J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(3): 332 -340
摘要：对于精确舰载着陆辅助设备，岛上基准点的位置应精确地转换为甲板上的着陆点，因此船体弯曲造成的位置转换误差是不可忽略的。由于现有的方法不能应用于船体弯曲的测量，本文提出了一种基于一体化全球导航卫星系统和激光陀螺惯性导航系统（GNSS/LINS）的新技术。这种基于一体化GNSS/LINS的测量方法旨在监测船体弯曲，构建基于原始伪距和伪距率测量，以及载波相位差分定位测量的一体化GNSS/LINS测量模型，以有效减少GNSS中周跳和多径效应引起的测量误差。验证性测试和分析表明：这一技术能精确测量船体弯曲，测量精度高于0.02m。
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