1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种广泛使用的介电材料, 由于其电光系数大, 透明范围大, 本征带宽宽, 因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好, 刻蚀速率慢, 其微结构参数难以控制。针对以上问题, 该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究, 分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明, 在优化的工艺条件下, LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min, 制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究, 建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法, 为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。
绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数 lithium niobate on insulator (LNOI) integrated photonics ridge structure inductively coupled plasma etching microstructural parameters
1 天津商业大学生物技术与食品科学学院, 天津 300134
2 中国农业大学食品科学与营养工程学院, 北京 100083
3 湘潭大学化工学院, 湖南 湘潭 411105
我国人口基数大, 农产品和食品的需求量多。 农产品和食品的质量与安全与人们的日常生活息息相关。 如何实现使用无损、 快速、 环境友好型、 高通量的检测方法对农产品和食品的品质进行检测, 是当代社会的发展需要。 传统的检测分析方法存在着耗时耗力、 检测的样品不能再次出售、 产生次品漏检的现象等缺点。 近红外光谱分析技术作为一种快速无损的检测手段, 逐渐被一些学者以及相关行业人员所重视。 然而, 近红外光谱分析方法大多数只针对于单一物料建立数学模型。 对于数量庞大且种类众多的农产品和食品而言, 如不同地域、 不同年份、 不同温度、 不同加工方法、 不同成分组成甚至是不同品种, 这种相对传统的近红外分析方法无疑会增加建模的工作量。 随着计算机技术、 光谱仪硬件、 化学计量学以及互联网技术的发展, 相关学者已经开始着手于近红外光谱通用模型的研究与开发来解决这一问题, 即建立一个近红外通用模型, 能够对多种物料的同一指标或多种指标进行检测。 相比于传统的近红外光谱模型, 通用模型具有建模成本低、 工作量小等优点, 特别使近红外光谱技术在农产品和食品领域中应用以及推广方面具有重要的意义。 针对近红外光谱通用模型在农产品和食品检测中的研究进行综述, 通过比较传统模型建模方法与通用模型建模方法, 分别就建立通用模型过程中样品信息的获取、 模型的建立以及样品信息的预测三大建模步骤中使用的方法进行总结, 并归纳了近红外光谱通用模型在建模步骤中的要点。 近红外光谱通用型模型在农产品以及食品品质检测方面的研究尚处于发展阶段。 也提出对于通用模型开发与研究的一些建议, 并就近红外光谱通用模型预测方法在检测领域的发展趋势进行了进一步展望。
近红外光谱 通用模型 农产品及食品 无损检测 Near-infrared spectroscopy Universal model Agricultural products and foods Non-destructive detection 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3355
北京信息科技大学 高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100192
针对传统算法依赖于对红外目标与环境背景的精确分离和信息提取, 难以满足复杂背景和噪声等干扰因素下的检测需求。论文提出一种基于改进YOLOv5(You Only Look Once)的复杂背景红外弱小目标检测算法。该算法在YOLOv5基础上, 添加注意力机制提高算法的特征提取能力和检测效率, 同时改进原YOLOv5目标检测网络的损失函数和预测框的筛选方式提高算法对红外弱小目标检测的准确率。实验选取了来自不同复杂背景的7组红外弱小目标数据集, 将这些图像数据集进行标注并训练, 得到红外弱小目标检测模型, 然后从模型训练结果和目标检测结果的角度评估算法和模型的正确性。实验结果表明：改进的YOLOv5算法训练出来的模型, 检测准确性和检测速度对比实验列出的几种目标检测算法均有明显的提升, 平均精度均值(mean Average Precision, mAP)可达99.6%以上, 在不同复杂背景下均可有效检测出红外弱小目标, 且漏警率、虚警率低。
红外弱小目标 复杂背景 注意力机制 损失函数 infrared dim-small target, complex backgrounds, YO YOLOv5
1 海军工程大学兵器工程学院，湖北 武汉 430033
2 海军工程大学电子工程学院，湖北 武汉 430033
针对弱光纤布拉格光栅阵列的偏振衰落现象，通过理论推导分析了双折射效应诱发的传输脉冲光偏振态变化对干涉光强信号的影响，指出交流项系数耦合是引起零差对称算法解调信号失真的主要原因。为减小该影响，提出了一种基于实时偏振态测量、可消除交流项耦合系数的偏振补偿方法。仿真结果表明，偏振补偿的零差对称算法能在大动态范围内实现稳定的解调输出，有效解决了常规零差对称算法解调过程中出现的信号大范围跳变问题。
光纤光学 光纤布拉格光栅 弱反射 匹配干涉 偏振补偿 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0706005
1 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
2 南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 211106
3 中国科学技术大学工程学院，安徽 合肥 230026
4 精密科学仪器安徽普通高校重点实验室，安徽 合肥 230026
在光声断层成像中，通常利用超声换能器阵列接收光声信号，其制造成本较高，并且阵元数量对最终成像质量有重要影响。为了提升稀疏视角下光声重建的图像质量，提出了一种基于改进的U-Net神经网络结构的稀疏视角光声图像质量增强方法，该方法采用的改进的U-Net网络的特点在于通过添加连续卷积层替换跳接层，提升编码器和解码器拼接特征的匹配度；同时利用了基于多尺度结构相似性指数的损失函数对网络进行训练。基于仿体数据集和活体数据集的实验结果表明，改进的U-Net网络具有很好的图像细节重建能力，其所得的重建图像质量优于经典的U-Net网络。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617022
南通大学 信息科学技术学院, 江苏 南通226019
提出了一种基于光纤激光环形腔实现高频微弱振动信号检测的全光纤振动检测系统。将保偏光纤通过熔融拉锥技术拉锥形成具有多通道梳状滤波特性的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MMZI), 通过和光纤激光环形腔系统结合, 在200~20000Hz的范围内实现了对声源振动信号的动态响应, 噪声极限最小检测压力为6.44mPa·Hz-1/2。相对比于未接入光纤激光系统的声音频率响应范围为200~4000Hz, 灵敏度为29.36mV·Pa-1, 接入激光系统后声音频率响应范围扩大了近5倍, 灵敏度提高了6倍, 为宽频带声音检测系统以及微小光信号检测技术提供了一种行之有效的方法。
应用光学 光纤环形腔 微光纤马赫曾德尔干涉仪 保偏光纤 微小信号 振动检测 applied optics optical fiber ring cavity Micro-fiber Mach-Zehnder interferometer Polarization-maintaining fiber weak signal vibration detection
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 School of Science, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China
3 School of Physics and Electronic Science, Fuyang Normal University, Fuyang 236037, China
To solve the issue of the contradiction between photovoltaic power generation and plant photosynthesis for sunlight demand, we propose a design method of multi-passband polymer multilayer optical structure. Using polycarbonate (PC) and polymethyl methacrylate (PMMA), two polymer materials with different refractive indices, the passband position and passband bandwidth are calculated and adjusted by the transmission matrix method and TFCalc software. A 450 nm, 660 nm, and 730 nm three-passband filter was realized by superimposing stacks of different band positions. The feasibility of the photovoltaic agriculture was confirmed by the power generation efficiency and the actual plant growth.
polymer multilayer film design multi-passband photovoltaic power generation photosynthesis photovoltaic agriculture Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 112201
1 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
2 海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
提出一种二次涂覆增敏型弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)水听器。把二次涂覆WFBG水听器看作三层复合材料构成的圆柱,采用待定系数法描述三层区域应力、应变、径向位移,根据径向位移、径向应力、轴向应力边界条件求得待定系数,获得光纤应变受声压影响的规律,进而得到光脉冲在光纤中的相位变化。制备直径为0.4 mm的高密度聚乙烯涂覆WFBG水听器,采用振动液柱法测试5,7.5,10 Hz频率下水听器的相位-声压灵敏度,与裸WFBG阵列比较,水听器增敏效果达40 dB。理论和实验结果表明,三层复合材料应力模型为WFBG阵列二次涂覆增敏提供了理论支撑,制备的WFBG水听器尺寸细、灵敏度高,有望构建细尺寸、大孔径、强增益的WFBG水听器拖线阵。
光纤光学 光纤布拉格光栅 弱反射 二次涂覆 水听器
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 USTC Center for Micro and Nanoscale Research and Fabrication, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, Hefei 230026, China
Phase carried by two orthogonal polarizations can be manipulated independently by controlling both the geometric size and orientation of the dielectric nanopost. With this characteristic, we demonstrate a novel multifunctional metasurface, which converts part of the incident linearly polarized light into its cross-polarization and encodes the phase of the two orthogonal polarizations independently. A beam splitter and a bifocal metalens were realized in a single-layer dielectric metasurface by this approach. We fabricated the bifocal metalens and demonstrated that two focal spots in orthogonal polarizations can be separated transversely or longitudinally at will. The proposed approach shows a new route to design multifunctional metasurfaces with various applications in holography and three-dimensional display.
multifunctional metasurface polarization conversion beam splitting bifocal metalens Chinese Optics Letters
2021, 19(5): 053601
