1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
3 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
描述一种基于高速光学异步采样(ASOPS)方法的太赫兹光谱数据采集系统，使用两台重频差为50 Hz的飞秒脉冲激光器分别作为泵浦光和探测光；使用LT-InGaAs/InAlAs光电导天线产生和接收太赫兹信号，使用采样率可调、采样模式可选的数据采集系统采集时域信号和获取光谱。试验得到的谱宽为0.06~4 THz，信噪比大于60 dB。在301.6 Msa/s的采样率和50 Hz扫描频率下，试验测量的水蒸气吸收光谱中吸收线的频率与HITRAN数据库中公布的非常接近，最大误差为12 GHz。
太赫兹时域光谱 光学异步采样 数据采集 现场可编程门阵列 terahertz time-domain spectroscopy optical asynchronous sampling data acquisition field programmable gate array
1 辽宁工程技术大学 软件学院，辽宁 葫芦岛 125000
2 中国兵器工业集团 航空弹药研究院有限公司，黑龙江 哈尔滨，150000
3 上海宇航系统工程研究所，上海 201100
4 中国科学院 海西研究院 泉州装备制造研究中心，福建 泉州 362000
在目标检测任务中，传统的边界框回归损失函数所回归的内容与评价标准IoU（Intersection over Union）之间存在不相关性，并且对于边界框的回归属性存在一定不合理性，使得回归属性不完整，降低了检测精度和收敛速度，甚至还会造成回归阻碍的情况。并且在回归任务中也存在样本不均衡的情况，大量的低质量样本影响了损失收敛。为了提高检测精度和回归收敛速度提出了一种新的边界框回归损失函数。首先确定设计思想并设计IoU系列损失函数的范式；其次在IoU损失的基础上引入两中心点形成矩形的周长和两框形成的最小闭包矩形周长的比值作为边界框中心点距离惩罚项，并且将改进的IoU损失应用到非极大值抑制（Non-Maximum Suppression，NMS）处理中。接着引入两框的宽高误差和最小外包框的宽高平方作为宽高惩罚项，确定CRIoU（Complete Relativity IoU，CRIoU）损失函数。最后在CRIoU的基础上加入自适应加权因子，对高质量样本的回归损失加权，定义了自适应聚焦CRIoU（Adaptive focal CRIoU，AF-CRIoU）。实验结果表明，使用AF-CRIoU损失函数对比传统非IoU系列损失的检测精度最高相对提升了8.52%，对比CIoU系列损失的检测精度最高相对提升了2.69%，使用A-CRIoU-NMS（Around CRIoU NMS）方法对比原NMS方法的检测精度提升0.14%。将AF-CRIoU损失应用到安全帽检测中，也达到了很好的检测效果。
目标检测 边界框回归 IoU损失函数 非极大值抑制 自适应聚焦损失 object detection bounding box regression IoU loss function non-maximum suppression adaptive focal loss
1 中国地质大学(武汉)工程学院, 武汉 430074
2 山东省高速养护集团有限公司, 济南 250032
发展高早强和低能耗的新型绿色道路建筑材料对我国公路建设与养护具有重要意义。本文采用地聚物稳定100%的废旧沥青混合料, 制备了地聚物稳定冷再生混合料(GCRM), 研究了矿渣掺量、水玻璃模数、激发剂用量以及地聚物掺量对GCRM劈裂强度的影响及其时变规律, 通过扫描电子显微镜和EDS能谱分析了混合料的微观形貌及结构组成。结果表明, GCRM的早期强度发展较快, 相较于水泥乳化沥青稳定冷再生混合料提升明显。当矿渣掺量为30%(质量分数)、水玻璃模数为1.0、激发剂用量为50%(质量分数)、地聚物总掺量为8%(质量分数)时, GCRM具有最佳的早期强度, 7 d劈裂强度可达1.7 MPa。微观结构分析表明, GCRM破坏界面处裂缝易出现在地聚物反应程度偏低的位置。此外, 水化硅铝酸钙(C-A-S-H)层状凝胶结构的形成更有利于混合料力学性能的发展。
废旧沥青混合料 地聚物 冷再生混合料 道路工程 强度发展 微观结构 recycled asphalt mixture geopolymer cold recycled mixture road engineering strength development microstructure
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
3 济南量子技术研究院，山东 济南 250101
4 华东师范大学 重庆研究院，重庆 401121
利用反射式太赫兹时域光谱研究飞秒光激发狄拉克半金属五碲化锆表面产生的瞬态光电流，进而分析五碲化锆产生太赫兹辐射的几种物理过程。实验结果表明，偏振无关的光电流是表面电流的主要成分，同时太赫兹振幅与泵浦脉冲的线偏振相关，表明部分电流产生于非线性光整流效应。圆偏振光泵浦下，太赫兹振幅随泵浦脉冲呈四倍周期性变化，证实五碲化锆在飞秒脉冲泵浦下产生圆偏振光电流效应。进一步分析超短激光脉冲激发下的太赫兹时域电场，揭示五碲化锆在光诱导下发生反演对称性破缺，产生B1u声子，形成瞬态外尔点，发生从狄拉克态到外尔态的转变。这对研究拓扑相变和其他拓扑态等方面具有重要意义。
中国激光
2022, 49(19): 1900000
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
回音壁模式微腔具有高品质因子、小模式体积、低非线性阈值特性，与自注入锁定技术相结合可以实现激光稳频与线宽压缩，因此在激光陀螺、激光测距、相干光通信等领域具有潜在的应用价值。随着回音壁模式微腔制作工艺的不断突破，实现高集成度、稳定、低噪声、宽波长覆盖范围的光源成为研究热点。综述了基于回音壁模式微腔的激光自注入锁定技术近年来的研究进展。首先，详细介绍了回音壁模式微腔的关键参数，包括谐振波长、自由光谱范围、品质因子和模式体积；其次，分析了基于回音壁模式微腔的激光自注入锁定技术的机理，并综述了其在窄线宽激光器中的应用；随后，分析了回音壁模式微腔的非线性特性，并且介绍了由四波混频效应引起的光频梳的特性；同时，以片上集成的回音壁模式微腔为主要研究对象，阐述了自注入锁定光频梳的研究进展；最后对回音壁模式微腔在激光技术领域中的发展趋势进行了展望。
非线性光学 微腔 激光技术 激光注入锁定 四波混频 中国激光
2022, 49(19): 1901001
1 苏州科技大学 电子与信息工程学院, 江苏 苏州 215009
2 苏州市智能测控工程技术研究中心, 江苏 苏州 215009
针对人工和传统自动化检测偏光片表面缺陷的准确性和效率问题, 解决传统机器视觉在人工设计特征和泛化能力差的问题, 提出了一种基于改进Faster-RCNN的偏光片表面缺陷检测方法。通过对比四种特征提取网络最终选择ResNet-101并引入特征金字塔网络(FPN)来提高对小缺陷的检测能力; 接着采用ROI Align取代原始的ROI Pooling以解决两次取整操作引起的像素误差; 最后通过采集方案获取偏光片表面图像, 建立三种缺陷类型的数据集, 结合k-means++聚类算法来改进anchor生成方案。实验表明, 改进后的网络在偏光片缺陷数据集的mAP达到93.5%, 平均检测单张待测图像耗时0.142s, 能够满足实际检测的需求。
表面缺陷检测 卷积神经网络 surface defect detection convolution neural network FPN FPN Faster-RCNN Faster-RCNN k-means++ k-means++
合肥工业大学食品与生物工程学院, 安徽 合肥 230009
冻融猪肉作为肉制品加工原料, 被广泛应用于无骨肉制品加工。 该原料中的危害级碎骨(1~2.5 cm)对后期加工及食用安全均有较大风险。 因此, 开展多光谱成像技术(405~970 nm)快速无损识别冻融猪肉中碎骨的可行性研究十分必要。 将195块肉片制备成65个无骨肉样、 65个碎骨表面嵌入式肉样和65个碎骨内部嵌入式肉样, 经冻融处理后采集其多光谱图像; 再利用经典判别分析(CDA)进行图像分割, 获得两类感兴趣区域(ROIs-1和ROIs-2), 并提取相应光谱和图像信息; 最后运用支持向量机(SVM)和神经网络(NN)建立冻融猪肉危害级碎骨识别模型。 结果显示: ROIs-2全光谱比ROIs-1全光谱有更好的识别能力, SVM和NN模型的精度均为100%, 表明区域分割与模型精度密切相关。 基于连续投影算法(SPA)筛选出六个关键波长(505, 590, 700, 850, 890和970 nm), 所提取的ROIs-2特征光谱可实现样品碎骨高精度识别, 准确率为100%, 进一步提升了识别效率。 利用图像信息既能建立优越的SVM和NN碎骨识别模型, 准确率分别为93.8%和93.33%, 又能实现结果可视化, 体现出优良的技术优势, 但精度低于光谱识别模型。 综上所述, 多光谱成像技术可实现冻融猪肉危害级碎骨的高精度识别, 为工业在线检测提供理论基础。
碎骨 冻融猪肉 多光谱成像 计量学 Bone fragment Frozen-thawed pork Multispectral imaging Chemometric 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2892
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 广东朗研科技有限公司，广东 东莞，523000
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
为了获得长期稳定的光梳光源，利用压电陶瓷（PZT）和步进电机双级反馈控制方案，研制了两台基于非线性放大环形镜（NALM）锁模的异步采样光纤光梳系统。研究表明：该系统重复频率为75 MHz，5 min内重复频率的锁定峰峰值为±2 mHz，标准差为0.70 mHz，90 h内锁定峰峰值为±10 mHz，标准差为1.26 mHz；光纤光梳输出端口的脉冲平均功率为30 mW，经3 m保偏单模光纤压缩后脉冲宽度约为90 fs；激光器的重复频率差Δf在1 Hz～500 kHz范围内连续可调，当异步采样频差Δf为80 Hz时，扫描周期为12.5 ms，可探测出信噪比为6.3的太赫兹信号。该方案避免使用传统机械延迟线，具有重复频率差精确可调、采样速度快、抗干扰能力强等优点。
异步采样 重复频率锁定 非线性放大 太赫兹 asynchronous sampling repetition rate locking nonlinear amplification terahertz
