热像仪系统设计用于恶劣环境下的远距离目标跟踪、识别和科学应用

Teledyne FLIR宣布推出FLIR RS6780远距离辐射测量红外热像系统，该系统适用于各种条件下的目标跟踪、识别和科学应用。热像仪具备连续光学变焦功能，由一个集成三位电动滤片轮和用以支持3000°C红外成像应用的可选工厂校准装置组成。通过其可选3倍视场无焦镜头附件，工程师和科学家能够在从50 mm-250 mm（标准）到150 mm-750 mm的范围内灵活变焦，从而获得最大目标像素数、满足其独特应用和测试需求。

Teledyne FLIR全球业务发展经理Desmond Lamont表示：“RS6780集多种功能于一身，可实现精确的远距离测量和跟踪应用。这款辐射红外热像仪密封于IP65级外壳内，不受相关因素影响。”“这款外形小巧的热像仪适用于户外测试，能够实现远距离细微温度差检测，同时具有多种连接和软件选项，可轻松集成。其光学变焦镜头可以在优化目标像素密度的同时，实现高性能的辐射测量，如辐射强度等。重量仅有不到16.7千克，易于部署和移动。”

单一平台，多种应用

这款高级镜头系统能提供瞬时、逐帧的焦距位置信息，适用于工厂、自定义校准红外成像和辐射测量应用，还支持时空位置信息(TSPI)数据收集。它可部署为独立热像仪，也可以通过FLIR Science Camera SDK集成到规模更大的测试系统中。

热像仪上包括靶场间测量小组(IRIG)时间编码、SDI数字和同步输出/输入在内的多种接头和视频输入/输出，灵活便捷，用户可以享受支持现代跟踪和视频系统的高速、高质量视频馈送。热像仪还具有三级同步功能。当其他热像仪没有同步输出/输入选项时，操作人员能够灵活地将RS6780捕获的帧同步到其他类型的视频输出，如可见光或紫外线。其他功能包括适合无损检测应用的锁相功能、触发输入、千兆以太网兼容，以及支持比光纤更坚固耐用、成本也更低的电缆线路的CoaXPress高速总线功能。

用户可将红外数据传输至运行Windows、MacOS或Linux的电脑，RS6780还兼容FLIR Research Studio软件应用，可进行后期处理和分析。热像仪还支持对检测器底层设置和原始数据的访问。因此，用户能够进行高质量的定制辐射测量，每帧大约327,000个数据点，为研发项目生成可靠的数据。

一款拥有极限成像景深的超构透镜光场相机

近日，南京大学现代工程与应用科学学院徐挺教授、陆延青教授团队联合电子科学与工程学院闫锋教授团队研发出一款具有极限成像景深的超构透镜光场相机，实现了景深范围从厘米量级到公里量级的大景深消色差光场成像。

景深是成像系统的重要指标，它是指在像平面得到清晰的目标物体时，物方空间的前后可移动范围。在日常摄影中，人们都习惯于先对焦后拍摄，主要是由于普通相机的景深有限，无法实现整个视野范围内的清晰成像。拓展景深成像可以提高视野的纵向清晰范围，在光学显微、摄影、机器视觉、卫星遥感等领域具有重要的应用价值。扩展景深最简单的方式就是缩小光圈，使得投影光线发散得更慢一些。但是，减小光圈将限制光学系统的通光量，极大的降低成像质量。其他关于拓展景深的方法还包括机械扫描、波前编码以及多层透明探测器叠加等。然而，这些方法在拓展景深的同时均以损失部分成像性能为代价(如通光量、时间分辨、彩色成像能力或成像保真度)。

图1.超构表面透镜阵列实现极限景深全彩成像

源于史前生物三叶虫复眼结构研究中获取的灵感，研究团队提出了一种高性能的大景深成像方法，从组成器件、系统构架以及重构算法三个层面构建了一套完整的仿生光场成像系统(图1)。构建该成像系统的基本思想是通过充分利用超构表面中的偏振光学特性和色散效应，最大限度的获取目标场景的景深信息，再通过多尺度人工神经网络进行图像重建。图2为微纳加工制备的超构表面透镜阵列及其性能测试表征。通常，在基于衍射器件的成像系统中，器件的色散效应会引入严重的色差，很大程度上降低了成像质量，这是导致衍射器件难以应用于彩色成像的重要因素。而本研究反其道而行，把色散效应当作一种调制方式加以利用，联合光谱与偏振维度对场景信号进行调制。原始的场景信息经过光谱与偏振维度的调制后被传感器采集，后续重建算法则根据采集到的调制信号，解耦出清晰的大景深图像。

图2.（a）超构表面透镜阵列的光学显微图像；（b）SEM图像；（c）双焦超构表面色散效应。

在成像实验中，研究人员布置了具有较大纵向深度(厘米至公里量级)的实验场景。一块印有不透明字母的玻璃被放置在距主镜光阑3厘米的位置作为最近的物体，最远的高楼距离约为1.7公里。图3a、b分别为自然光条件下像差校正前后的光场子图像。从放大后的子图（图3c,d）中可以清楚地看到，成像系统光学像差引起的模糊效应可以很大程度上被消除。进一步利用图像融合算法，可以得到整个场景的清晰图像(图3e)。因此，该成像系统不仅可以实现高分辨的大景深成像，而且可以消除由超构表面器件引起的色差。该研究工作是纳米光子学与计算成像学的深度融合，同时也为将来先进成像技术的发展提供了重要参考。

图3.室外场景的成像实验。（a-b）分别为自然光条件下像差校正前后的光场子图像;(c-d)为部分放大的子图像；(e)最终的清晰图像。

相关成果以“Trilobite-inspired neural nanophotonic light-field camera with extreme depth-of-field”为题发表于《自然-通讯》（Nature Communications 13, 2130，2022，DOI: 10.1038/s41467-022-29568-y）。

研究人员开发玻璃新工艺用于制造微型红外光学器件

研究人员开发了一种新的制造工艺，可以将红外玻璃与另一种玻璃结合，形成复杂的微型形状。该技术可用于创建复杂的红外光学系统，使红外成像和传感更广泛地普及。

来自瑞士洛桑理工学院(EPFL)的研究团队负责人Yves Bellouard说：“能够传输红外波长的玻璃在许多应用中都是必不可少的，包括用于识别各种材料和物质的光谱技术。然而，红外玻璃很难制造，易碎，在潮湿的情况下容易降解。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们的新技术，可以用来将易碎的红外玻璃嵌入耐用的二氧化硅基质中。该过程可以用来创建几乎任何相互连接的三维形状，其尺寸在一微米甚至更小。它适用于各种玻璃，提供了一种通过玻璃的微妙组合来微调3D光学性能的新方法。

这篇论文的第一作者Enrico Casamenti说：“我们的技术可以为一系列全新的光学器件打开大门，因为它可以用来制造红外光学电路和任意形状的红外微光学器件。由于红外玻璃的可制造性差，这在以前是不可能的。例如，这些光学元件可以用于光谱学和传感应用，或者制造一种小到可以集成到智能手机中的红外相机。”

合成材料

这种新的制造工艺来源于贝洛阿德的研究团队与同样在EPFL工作的安德里亚斯·莫滕森的团队合作，开发了一种在绝缘3D二氧化硅基板内形成高导电金属的方法。

团队还制作了EPFL徽标，以展示如何使用该方法制作复杂的3D形状。上图显示暗场照明，下图显示明场照明。

Bellouard说：“我们的团队开始寻求创新方法，在任意形状的3D光学电路中实现宽带光限制。就从那时起，我们决定探索修改我们首次使用金属演示工艺的可能性，这样它就可以用来生产结合两种玻璃的结构。”

对于这种新方法，研究人员首先使用飞秒激光辅助化学蚀刻技术，在熔融硅玻璃衬底中创建一个任意形状的3D腔体。这种方法利用飞秒激光的脉冲光束——可以聚焦到大约1微米宽的点上——来改变玻璃的结构，使暴露的区域可以用化学物质(如氢氟酸)去除。

完成此操作后，这个微小的空腔必须被另一种材料填满，以创造一个复合结构。研究人员通过使用一种微型的压力辅助铸造技术实现了这一目标，在这种铸造技术中，第二种材料被熔化并加压，这样它就可以在被雕刻的硅腔网络中流动并凝固。第二种材料可以是金属、玻璃或任何熔点低于雕刻硅基板的材料，且不会与硅玻璃发生反应。

创建复杂的光学元件

Bellouard说：“我们的制造方法可以用来保护红外玻璃，这为完全集成在另一种玻璃基板上的微尺度红外光学电路开辟了新途径。此外，由于熔融二氧化硅和硫族化合物提供了高折射率对比度，我们可以将这些材料制成红外波导，可以像光纤一样传输光。”

研究人员通过使用硫族红外玻璃和二氧化硅玻璃衬底制作各种复杂形状，来演示这种新方法，包括EPFL标识。他们还表明，在苏黎世联邦理工学院同事的帮助下，他们创造的一些结构可以有效地用于引导8微米级联量子激光器发射的中红外光。由于制造方面的挑战，很少有光学元件可用于这个光谱范围。

他们正在继续探索结合不同玻璃能力的新工艺，并计划在光谱学和其他应用中测试复合材料部件。

铌酸锂芯片上首次集成激光器

最近，尽管在集成铌酸锂光子电路方面（从频率梳到频率转换器和调制器）取得了长足的进展，但有一个大部件仍然不容乐观、难以集成，那就是激光器。

长距离电信网络、数据中心光互连和微波光子系统都依靠激光器来产生用于数据传输的光载体。在大多数情况下，激光器是独立的设备，在调制器之外，使得整个系统更加昂贵，稳定性和可扩展性更差。

现在，来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员与Freedom Photonics和HyperLight公司的行业伙伴合作，开发了第一个完全集成在铌酸锂芯片上的高功率激光器，为高功率电信系统、全集成光谱仪、光学遥感和量子网络的高效频率转换以及其他应用铺平了道路。

SEAS电气工程和应用物理学的Tiantsai Lin教授和该研究的第一作者Marko Loncar说："集成铌酸锂光子学是开发高性能芯片级光学系统的一个很有前途的平台，但是把激光器弄到铌酸锂芯片上已被证明是最大的设计挑战之一。在这项研究中，我们使用了从以前的集成铌酸锂光子学发展中学到的所有纳米加工技巧和技术来克服这些挑战，实现了在铌酸锂薄膜平台上集成高功率激光器的目标"。

这项研究发表在《Optica》杂志上。

Loncar和他的团队为他们的集成芯片使用了小型但强大的分布式反馈激光器。在芯片上，激光器位于蚀刻在铌酸锂上的小井或沟槽中，在同一平台上制作的波导中提供高达60毫瓦的光功率。研究人员将激光器与铌酸锂中的50千兆赫的电光调制器结合起来，建立了一个高功率发射器。

SEAS的研究生和该研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari说：“集成高性能的即插即用激光器将大大降低未来通信系统的成本、复杂性和功耗。这是一个可以集成到更大的光学系统中的构件，可用于传感、激光雷达和数据电信等一系列应用。"

通过将铌酸锂薄膜器件与高功率激光器使用工业友好型工艺相结合，这项研究代表了向大规模、低成本和高性能发射器阵列和光学网络迈出的关键一步。接下来，该团队的目标是提高激光器的功率和可扩展性，以实现更多的应用。