强激光与粒子束
2024, 36(4): 043025
1 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院大学，北京 100049
由于水体对光的吸收和散射作用，水下图像普遍存在颜色失真和细节模糊这两种退化问题。为了得到色彩鲜明、细节清晰的水下图像，提出了一个基于多尺度注意力和对比学习的水下图像增强算法模型。该模型采用编码-解码结构作为基础框架，为了提取到更细粒度的特征，在编码部分设计了一个多尺度通道像素注意力模块，利用3个并行支路提取图像中不同层次的特征，然后将3条支路提取的特征进行融合输入到下一层编码器以及对应的解码层，提高网络特征提取以及细节增强的能力。最后，为了进一步提高增强图像的质量，引入对比学习训练网络。大量实验证明，本文算法增强后的图像色彩鲜明且细节信息保留较好。峰值信噪比和结构相似性指标的平均值最高可达到25.46和0.8946，与其他方法相比至少提高了4.4%和2.8%；水下彩色图像质量指标和信息熵的平均值最高为0.5802和7.6668，与其他方法相比均至少提高了2%；特征点匹配平均比原始图像多24个。
图像增强 注意力 多尺度 对比学习 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437008
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, Department of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 State Key Laboratory of Membrane Biology, School of Life Sciences, and Biomedical Pioneering Innovation Center (BIOPIC), Peking University, Beijing 100871, China
3 School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
4 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
5 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) has played an important role in bio-imaging due to its advantages of high photon efficiency, fast speed, and long-term imaging capabilities. The perpendicular layout between LSFM excitation and detection often limits the 3D resolutions as well as their isotropy. Here, we report on a reflective type light-sheet microscope with a mini-prism used as an optical path reflector. The conventional high NA objectives can be used both in excitation and detection with this design. Isotropic resolutions in 3D down to 300 nm could be achieved without deconvolution. The proposed method also enables easy transform of a conventional fluorescence microscope to high performance light-sheet microscopy.
Photonics Research
2024, 12(2): 271
南京理工大学材料科学与工程学院/格莱特研究院，江苏 南京 210094
2023年诺贝尔化学奖颁发给了Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus和Alexei I. Ekimov，以表彰其在量子点领域的开创性研究工作。虽然量子点为基础物理研究提供了理想的平台，但在应用方面还远未展现其天赋。其中，量子点独特的电子结构和可溶液加工特性，使其在低成本、高性能激光领域具有广阔的前景。经过20余年的研究，胶体量子点激光器取得了令人瞩目的进展，然而，目前的胶体量子点激光器仍未实现商业化，这说明人们对胶体量子点激光器基础物理的理解以及对关键制备技术的掌握仍有欠缺。基于此，笔者对胶体量子点激光器在近年来的工作进展进行了梳理，并提出了胶体量子点激光领域所面临的挑战，以及克服这些挑战的研究思路。最后，对胶体量子点激光器的未来前景和潜在应用进行了展望。
激光器 半导体激光器 胶体量子点 连续波激光 溶液激光 电泵浦激光
1 北京服装学院材料设计与工程学院, 北京 100029
2 中国纺织科学研究院有限公司, 北京 100025
3 北京服装学院服装艺术与工程学院, 北京 100029
4 东华大学材料科学与工程学院, 上海 201620
我国每年产生废旧纺织品超过2 600多万吨, 且随着经济的发展呈现逐年增多的趋势, 而其再生利用率不足10%。 废旧纺织品组分的多样性和结构的复杂性是影响其准确分类、 快速回收和高附加值再利用的最大障碍。 人工识别分选既费时费力又不准确, 而近红外光谱分析技术可对其进行快速无损高效识别分选。 在前期探究的最佳测试条件下, 利用自主研制的“纤维制品在线近红外高效识别与分选装置”对聚酯、 棉、 毛、 锦纶、 真丝、 粘胶、 腈纶、 聚酯/毛、 聚酯/棉、 聚酯/锦纶、 真丝/棉混纺和“特殊类”共计12类1 060个废旧纤维织物样本进行在线原始近红外光谱采集。 基于采集的样本在线原始NIR谱图, 利用卷积神经网络方法, 依据输入的样本光谱数据及对应分类标签进行网络训练, 建立了12类废旧纺织品在线NIR定性识别模型。 对比一维、 二维卷积神经网络模型, 其二维模型较优, 该模型是将901～2 500 nm的一维数组归一化后转化为40×40像素的二维灰度图像, 再交替进行多次卷积和池化来进行光谱特征的提取、 压缩和数据降维。 通过模型计算得到每类废旧纺织品样本的类别概率值, 取其最大值作为该类织物的最终分类。 本模型训练过程设置为500轮, 每次取32个样本图像, 学习率为0.001。 训练后输出预先设定的12类织物标签, 所建模型的内部训练准确率可达96.2％。 为了验证模型的适用性, 用232个未参与建模的织物样品进行预测检验, 其识别正确率达96.6％。 将该模型导入“纺织品在线主控程序”后, 可对建模样本所涵盖的12类织物进行成分识别与自动分选, 每个样品的识别和分选时间小于2 s。 模型的建立和装置的应用为我国废旧纺织品的回收再利用提供了一种全新的分选技术和装备。
废旧纺织品 在线近红外光谱 定性识别模型 卷积神经网络 自动分选 Waste textiles Online NIRS Qualitative identification models Convolutional Neural Network Automatic sorting 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2139
1 宿迁学院 材料工程系，宿迁 223800
2 南京理工大学 材料科学与工程学院，南京 210094
为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点（CsPbBr3）时出现的材料光学性能下降的问题，提出了一种改进的室温溶液工艺，通过加入HBr促进前驱体的分散溶解，同时引入路易斯酸配体部分取代油胺，实现量子点表面的缺陷态有效钝化，合成出高质量的CsPbBr3量子点材料。实验测试结果表明，合成出的CsPbBr3量子点荧光发射峰位于517 nm处，发射峰半高宽仅有17 nm，荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光CsPbBr3量子点和商用红色荧光粉混合，和以GaN为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件，该器件在20 mA的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。
钙钛矿量子点 室温溶液法 批量合成 白光LED Perovskite quantum dots Solution-process at room temperature Mass synthesis WLED 光子学报
2023, 52(11): 1116002
1 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所, 沈阳 110000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 苏州长风航空电子有限公司, 江苏 苏州 215000
4 空军装备部驻苏州地区军事代表室, 江苏 苏州 215000
未来有人战斗机将成为有人无人协同作战乃至跨域作战的重要指控节点, 人机之间的信息交流量呈爆炸式增长, 给飞行员的态势感知、信息获取及飞行操控、作战指控带来极大的挑战, 运用大尺寸显示器可以有效提升人机交互能力, 高分辨率大型触控显示器已成为未来机载座舱显示控制关注的方向。为适应未来的作战需要, 从需求出发, 分析未来有人战斗机座舱显示器的发展趋势, 并给出相应研判和理论依据。
战斗机 大尺寸 高分辨率 显示器 人机交互 fighter aircraft large size high resolution display man-machine interaction
北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
针对现有的基于点的网络平等地对待所有的点从而无法有效关注重要特征的问题，在激光雷达点云处理领域引入注意力机制，即CSA模块，其中CA表示通道注意力，SA表示空间注意力。两个模块以数据驱动的方式自动学习不同特征通道信息和不同空间位置信息的重要性，从而提升网络在点云分类和分割任务上的表现。在基于点的网络中引入了上述两个模块，提出了CSA-PointNet++结构。实验结果表明：所提方法在ModelNet40数据集上的分类准确率达93.20%，在ShapeNetPart数据集上的部件分割实验的平均交并比（mIoU）为82.62%，优于其他对比方法，验证了所提网络的有效性；同时，在真实世界自建数据集上，所提方法的分类准确率达92.14%，证明了网络在真实世界的数据上具有良好的泛化能力。
深度学习 激光点云 点云处理 特征提取 注意力机制 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2415003
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出，设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析，此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道，与传统凹槽微通道相比，热传导效果有所增强，优化提出斜翅片结构，控制水流速，调节流体流动从而产生混流效应，进一步改善微通道散热性能，对其封装下的多单管进行功率拟合，理论最大输出功率可达128.75 W，在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下，可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。
半导体激光器 微通道 斜翅片 有限元分析 散热性能 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Photonics Research Institute, Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
3 National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
Laser absorption spectroscopy (LAS) has been widely used for unambiguous detection and accurate quantification of gas species in a diverse range of fields. However, up-to-date LAS-based gas sensors still face challenges in applications where gas concentrations change in a wide range, since it is extremely difficult to balance spectral analysis strategies for different optical thicknesses. Here we present laser vector spectroscopy that combines absorption spectroscopy with dispersion spectroscopy, simultaneously taking advantage of the former’s high sensitivity in the low-concentration region and the latter’s high linearity in the high-concentration region. In the proof-of-concept demonstration of acetylene measurement, it achieves a linear dynamic range of (), which surpasses all other state-of-the-art LAS techniques by more than an order of magnitude, with the capability of highly accurate quantification retained. The proposed laser spectroscopic method paves a novel way of developing large-dynamic-range gas sensors for environmental, medical, and industrial applications.
Photonics Research
2023, 11(10): 1687
