苏乐伟 1段存丽 1孙亮 2,*宋博 2[ ... ]王新伟 2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安 710021
4 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机,距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声,实现高质量水下成像,但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响,导致成像距离缩短。对此,开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究,利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声,提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究,对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c0:当水体衰减系数小于等于c0时,光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果;当水体衰减系数大于c0时,偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现,目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。
水下光学成像 偏振距离选通成像 距离选通成像 偏振成像 信噪比 识别距离 underwater optical imaging polarized-range-gated imaging range-gated imaging polarization imaging signal-to-noise ratio recognition distance 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230372
缪俊锋 1汤斌 1,*陈庆 1龙邹荣 1[ ... ]周密 1,**
作者单位
摘要
1 重庆理工大学电气与电子工程学院, 重庆 400054
2 重庆市铜梁区生态环境监测站, 重庆 402560
工业废水分类是水污染防治和水资源管理的前提和基础,相较于生活污水,工业废水的分类研究相对滞后。水体化学需氧量 (COD) 是衡量水体质量的核心指标,针对现有工业废水COD分类算法中预测精度较低的问题,提出基于门控循环单元 (GRU) 的卷积神经网络 (CNN) 混合模型。该模型首先将紫外-可见光谱法测得的工业废水COD数据进行高斯滤波去噪,然后把去噪后的光谱数据输入CNN模型进行特征提取,最后通过GRU神经网络实现工业废水COD分类。实验结果显示,CNN-GRU分类模型经过200次训练后达到收敛, 分类精度达到99.5%,与长短期记忆方法、GRU方法、CNN-LSTM方法相比,该混合模型的分类精度具有显著优势。
工业废水分类 紫外-可见光谱法 高斯滤波去噪 卷积神经网络-门控循环单元模型 industrial wastewater classification ultraviolet-visible spectroscopy Gaussian filter denoising convolutional neural network-gated recurrent unit model 
大气与环境光学学报
2024, 19(1): 73
Jiangbo Lyu 1,2†Tao Zhu 1,2†Yan Zhou 1Zhenmin Chen 1[ ... ]Shaohua Yu 1
Author Affiliations
Abstract
1 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen 518055, China
2 Department of Electronic and Information Engineering, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen 518055, China
3 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Inverse design focuses on identifying photonic structures to optimize the performance of photonic devices. Conventional scalar-based inverse design approaches are insufficient to design photonic devices of anisotropic materials such as lithium niobate (LN). To the best of our knowledge, this work proposes for the first time the inverse design method for anisotropic materials to optimize the structure of anisotropic-material based photonics devices. Specifically, the orientation dependent properties of anisotropic materials are included in the adjoint method, which provides a more precise prediction of light propagation within such materials. The proposed method is used to design ultra-compact wavelength division demultiplexers in the X-cut thin-film lithium niobate (TFLN) platform. By benchmarking the device performances of our method with those of classical scalar-based inverse design, we demonstrate that this method properly addresses the critical issue of material anisotropy in the X-cut TFLN platform. This proposed method fills the gap of inverse design of anisotropic materials based photonic devices, which finds prominent applications in TFLN platforms and other anisotropic-material based photonic integration platforms.
integrated photonics inverse design for anisotropic materials adjoint method lithium niobate 
Opto-Electronic Science
2023, 2(11): 230038
作者单位
摘要
湖南大学生物学院, 化学生物传感与计量学国家重点实验室, 生物纳米与分子工程湖南省重点实验室, 长沙 410082
本文以具有亲疏水特点的磷脂分子为基质材料, 采用薄膜水化法制备了一种同时包载脂溶性白藜芦醇(Res)和水溶性维生素 C(VC)的纳米复合脂质体( Lip@Res/VC), 并将其用于细胞抗氧化研究。在 Lip@Res/VC的制备过程中, 以 Res和 VC的包封率以及脂质体的粒径、多分散指数和电位为指标, 考察了 Res和 VC的最佳投入量。研究结果表明, 分别选择 Res为 4.0 mg和 VC为 3.5 mg的投入量, 制备的 Lip@Res/VC的水合粒径为( 92.29± 5.41)nm, Res和 VC的包封率分别为( 85.13±5.37)%和( 64.73±5.51)%。体外 1, 1-二苯基 -2-三硝基苯肼( DPPH)和 2, 2'-联氮 -双 -3-乙基苯并噻唑啉 -6-磺酸二胺盐( ABTS)自由基清除试验结果显示, Lip@Res/VC的抗氧化活性较只包载了 Res的单一脂质体 Lip@Res或只包载了 VC的单一脂质体 Lip@VC均显著提高。通过选择正常肝细胞(L02细胞)为模式细胞, 研究了 Lip@Res/VC的细胞内抗氧化效果, 结果显示, Lip@Res/VC具有清除细胞内活性氧(ROS)的能力, 对过氧化氢诱导的 L02细胞氧化损伤具有保护作用。
纳米复合脂质体 白藜芦醇 维生素 C 活性氧 抗氧化 
激光生物学报
2023, 32(3): 0226
张释文 1,2李丽艳 1,*周燕 1刘琴 1,2[ ... ]刘育梁 1
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电子工程学院,北京 100049
海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用,但对于海洋气候和海水流场监测领域,现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此,文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器,分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响,研制了高精度海水折射率传感器样机,其采样频率为24 kHz,折射率变化量测量值的标准偏差为 $1.584\;8\times $$ {10}^{-8}\;\mathrm{R}\mathrm{I}\mathrm{U}$,该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。
光外差干涉 海水折射率 相位解调 噪声分析 optical heterodyne interferometry refractive index of seawater phase demodulation noise analysis 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230134
Kun Shuai 1,2,3Yuanan Zhao 1,2,3,*Xiaofeng Liu 1,2,3,*Xiangkun Lin 1,2,3[ ... ]Jianda Shao 1,3,9
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Thin Film Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
4 School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan, China
5 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, China
6 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, China
7 National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, CAS, Shanghai, China
8 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, China
9 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, China
Multilayer dielectric gratings (MLDGs) are crucial for pulse compression in picosecond–petawatt laser systems. Bulged nodular defects, embedded in coating stacks during multilayer deposition, influence the lithographic process and performance of the final MLDG products. In this study, the integration of nanosecond laser conditioning (NLC) into different manufacturing stages of MLDGs was proposed for the first time on multilayer dielectric films (MLDFs) and final grating products to improve laser-induced damage performance. The results suggest that the remaining nodular ejection pits introduced by the two protocols exhibit a high nanosecond laser damage resistance, which remains stable when the irradiated laser fluence is more than twice the nanosecond-laser-induced damage threshold (nanosecond-LIDT) of the unconditioned MLDGs. Furthermore, the picosecond-LIDT of the nodular ejection pit conditioned on the MLDFs was approximately 40% higher than that of the nodular defects, and the loss of the grating structure surrounding the nodular defects was avoided. Therefore, NLC is an effective strategy for improving the laser damage resistance of MLDGs.
laser-induced damage threshold multilayer dielectric gratings nanosecond laser conditioning nodular defects picosecond–petawatt laser systems 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e89
胡驰 1孙国斌 1蒋世磊 1周艳 1[ ... ]张锦 1,*
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 电磁空间安全全国重点实验室,天津 300308
在多平面全息图的设计过程中,为了减小各平面之间的相互串扰,本文提出了一种改进的加权迭代多平面全息图生成方法,使用权值约束来减少各平面之间的相互影响,从而提高多平面全息显示的质量。通过对全息图的约束控制,可以使各平面的目标强度分布更均匀,并且在不降低计算速度的前提下,该方法相比于未进行约束控制时相当或具有更高的重建质量。为了验证结果,使用了相同和不同的目标图像,对6个离散平面的多平面全息图进行了数值模拟与实验验证。本文为高质量的多平面全息显示提供了一种新方法。
计算全息 多平面全息 三维显示 加权迭代 全息显示 
光学学报
2023, 43(23): 2309001
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学,北京 100049
激光麦克风是一种利用光学多普勒效应获取远场语音信息的技术,其语音质量受到探测系统自身特性、光探测路径以及目标物等多个方面的影响。为了从远距离声场下的目标物获取更高质量的语音信息,文中通过单频声激励实验获得了4种典型目标物(A4纸片、A4纸盒、瓦楞盒、塑料瓶)的声致振动频率响应,发现了其在频率上的非均匀性。在此基础上,提出了一种基于ResUnet和TFGAN网络的激光语音增强方法,其通过ResUnet网络预测去噪梅尔谱图,并利用TFGAN网络由预测的梅尔谱图恢复出激光语音的时域波形。然后,利用实验室自制的激光麦克风在4种目标物上进行了远距离语音采集实验,采用文中提出的方法对采集到的激光麦克风语音进行了处理,并与非线性函数谐波重构法、DNN+谐波重构法进行了比较。最后利用客观语音质量评估(PESQ)和时域分段信噪比(SNRseg)对处理后的激光语音进行了量化评估。实验结果表明,在4种目标物上采集到的激光语音,经过非线性函数谐波重构方法和DNN+谐波重构方法处理后,语音质量均无明显提升,其相应的PESQ和SNRseg分值无明显提高。而经过文中所提的ResUnet+TFGAN网络方法处理后,激光语音取得了更高的PESQ和SNRseg分值,语音质量明显提升。因此,文中提出的方法在激光麦克风应用中具有更好的激光语音增强效果。此外,由实验结果可知,此方法在频率响应一致性较差的目标物上,仍然可以较好地重建频谱,恢复出高质量的语音信息。
外差干涉 语音增强 神经网络 声致振动 heterodyne interference speech enhancement neural network acoustic vibration 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230051
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 天津津航技术物理研究所,天津 300308
以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中,分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根(RMS)波前差,并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。
成像系统 红外成像 微透镜阵列 扫描系统 动态波像差 矢量像差理论 
光学学报
2023, 43(19): 1911002
钟楚怡 1,2欧阳名钊 1,2,*周岩 3任航 1,2[ ... ]吴锦双 1,2
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
3 天津津航技术物理研究所,天津 300309
减反射微纳结构表面具有宽光谱、宽角度抗反射的优异光学性能,在光电池、光探测领域有广阔的应用前景。但微纳结构表面的周期结构单元微小,容易受到外界环境影响而损伤。为增强微纳结构表面微纳结构单元的机械稳定性,提出并制备了复合网栅减反射微纳结构表面,在硅基底上构建氧化硅复合网栅结构,实现了对内部微纳结构单元的保护作用。经过光学反射率测试,所制备的复合网栅微纳结构表面在3~5 μm宽谱段、0°~40°宽角度内的平均反射率小于4%。此外,利用胶带剥离法测试网栅结构对微纳结构的保护作用,实验结果表明,带有网栅结构的微纳结构形貌并未产生损伤且减反射性能保持良好,最终证明设计的网栅结构具有力学保护性能。该研究将有助于推动微纳结构表面在高精度光学探测领域内的应用。
减反射微纳结构 复合网栅结构 光学性能 力学保护 
光学学报
2023, 43(16): 1623024

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