长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
针对彩色图像引导的深度图像超分辨率重建算法中存在的纹理转移和深度流失的问题，提出一种基于双特征融合引导的深度图像超分辨率重建网络（DF-Net）。为了充分利用深度和强度特征的关联性，在网络模型的深度恢复重建部分采用双通道融合模块（DCM）和双特征引导重建模块（DGM）。利用输入金字塔结构提取深度信息和强度信息的多尺度特征：DCM基于通道注意力机制对深度特征和强度特征进行通道间的特征融合与增强；DGM将深度、强度特征自适应选择融合后实现重建的双特征引导，增加了深度特征的引导作用，改善了纹理转移和深度流失的问题。实验结果表明，所提方法的峰值信噪比（PSNR）和均方根误差（RMSE）优于RMRF、JBU和Depth-Net等方法，尤其4×超分辨率重建结果的PSNR值比其他方法平均提升6.79 dB，RMSE平均下降0.94，取得了较好的深度图像超分辨率重建效果。
图像处理 图像超分辨率重建 卷积神经网络 深度图像 特征融合 通道注意力 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837007
1 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
2 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100094
3 北京积水潭医院，北京 100035
激光器谐振腔输出的光束呈高斯分布，需要通过光束整形来提高均匀性，以满足应用的需求。从光学系统的特性出发，总结归纳了当前主要的三种激光光束整形技术，包括光阑法、场映射器法和多孔径光束聚焦法，分别介绍了三种激光光束整形技术的基本原理、应用范围和主要实现方法，阐述了不同激光光束整形方法的典型应用和研究进展，最后，综合讨论了激光光束整形技术目前所面临的问题及未来的发展方向。本综述对激光光束整形技术的研究具有一定的参考意义。
光束整形 光阑 场映射器 多孔径光束聚焦 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500005
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300350, China
3 Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Tianjin 300350, China
Metalenses are essential components in terahertz imaging systems. However, without careful design, they show limited field of view and their practical applications are hindered. Here, a wide-angle metalens is proposed whose structure is optimized for focusing within the incident angles of . Simulation and experiment results show that the focusing efficiency, spot size, and modulation transfer function of this lens are not sensitive to the incident angle. More importantly, this wide-angle metalens follows the ideal Gaussian formula for the object-image relation, which ensures a wider field of view and better contrast in the imaging experiment.
terahertz metalens wide-angle Gaussian formula Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013701
1 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
二阶非线性光学参量过程的上转换和下转换过程是扩展激光波长范围的一种手段, 其中上转换过程中的倍频与和频可以有效产生短波长激光。本文提出利用1 438.9 nm的基频光场注入内置一块单周期结构的极化铌酸锂晶体(PPLN)的双端光学腔, 在极化晶体的同一周期内, 产生719.45 nm的二倍频光场和479.63 nm的三倍频光场, 得到的两束光场分别从双端倍频腔两端输出。研究设计了晶体的周期结构, 使得二倍频和三倍频的两个非线性光学过程在PPLN晶体的同一极化周期内同时性满足准相位匹配条件, 实现二倍频和三倍频光场同时产生。并计算分析晶体极化周期, 基频光波长和温度三个参数之间的关系, 得到的结论可为单激光在单周期结构极化晶体中产生双波长激光提供理论参考价值。
非线性光学 周期极化晶体 准相位匹配 倍频 和频 nonlinear optics periodic polarized crystal quasi-phase matching double frequency sum frequency 量子光学学报
2023, 29(3): 030701
1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心, 湖北 武汉430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 湖北 武汉 430070
城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患, 一旦发生危险, 后果不堪设想, 燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题, 提出了一种基于时延估计的光栅阵列(wFBG)管道泄漏检测与定位方法, 该方法通过光栅阵列技术采集振动信号, 根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征, 首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏, 然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻, 最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明, 该方法能有效检测泄漏, 并且在测量距离为40 m的情况下, 定位误差在1 m左右。
管道泄漏 光栅阵列 检测与定位 泄漏特征 时延估计法 pipeline leakage wFBG detection and location leakage characteristics time delay estimation
广西嵌入式技术与智能系统重点实验室, 广西 桂林 541004桂林理工大学信息科学与工程学院, 广西 桂林 541004
针对现有卷积神经网络土壤有机质(SOM)预测模型用在小样本数据集存在建模效果差, 预测精度不够高等问题, 为更加精准预测土壤SOM含量, 以广西国有黄冕林场和国有雅长林场采集的206个土壤样品为研究对象, 提出了一种改进时间卷积网络(SATCN)的红壤有机质高光谱预测模型。 对土壤样品进行Savitaky-Golay(SG)平滑以及一阶微分(1DR)、 二阶微分(2DR)、 标准正态变量(SNV)和多元散射校正(MSC)四种变换, 对比分析长短记忆网络(LSTM)、 偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)在不同光谱预处理下的建模效果, 结果表明, 采用SG处理后的光谱一阶微分预处理方法, 建模效果最好; 在时间卷积网络(TCN)架构上, 采用浅层网络结构, 在TCN残差结构中加入自注意力层, 提高模型特征学习能力; 每个卷积核权重加入L2正则化, 防止过拟合; 选取一阶微分作为光谱预处理, 建立ResNet-13、 VGGNet-7、 时间卷积网络(TCN)和改进时间卷积网络(SATCN)四种模型, 对比分析四种模型建模效果, 以及SATCN模型在不同网络深度下模型建模效果。 结果表明, 在一阶微分光谱预处理的情况下, 浅层SATCN模型建模效果优于深层模型; SATCN模型中的自注意力残差结构, 不仅能够强化光谱序列重要特征, 模型特征学习能力和预测精度也有显著提高。 相比于CNN、 TCN等建模方法, 提出的SATCN模型建模效果最好, 拥有更高的精确度和极好的模型估测能力, 验证集的决定系数(R2)为0.943, 均方根误差(RMSE)为3.042 g·kg-1, 相对分析误差(RPD)为4.273。 综上所述, SOM含量的最佳预测模型是采用SG平滑后一阶微分光谱预处理基础上建立的SATCN预测模型, 对广西林地土壤有机质含量进行更加了精准预测。
土壤 高光谱 有机质 自注意力机制 时间卷积网络 Soil Hyperspectral Organic matter Self-attentive mechanism Time-convolutional network 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2942
1 空军工程大学装备管理与无人机工程学院, 西安 710000
2 陆军航空兵学院陆军航空兵研究所, 北京 101000
针对重装空投任务复杂、风险性大、不确定性强等问题, 将重装空投任务中的安全问题视为控制问题, 并首次将STPA方法应用于重装空投任务的安全性分析。通过系统分析识别重装空投任务中的不安全控制行为, 建立重装空投任务的控制反馈结构, 对不安全控制行为(UCA)进行致因分析; 构建重装空投任务安全性计算框架, 并选取典型不安全控制行为作为计算分析对象, 开展重装空投的定量安全性分析。结果表明, STPA方法能够有效开展重装空投的安全性分析, 定量计算结果能为机组人员科学决策提供一定的指导帮助。
重装空投 安全性分析 不安全控制行为 STPA STPA heavy equipment airdrop safety analysis unsafe control actions
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
Terahertz (THz) lenses have numerous applications in imaging and communication systems. Currently, the common THz lenses are still based on the traditional design of a circular convex lens. In this work, we present a method for the design of a 3D-printed multilevel THz lens, taking advantage of the benefits offered by 3D printing technology, including compact size, lightweight construction, and cost-effectiveness. The approach utilizes an inverse design methodology, employing optimization methods to promise accurate performance. To reduce simulation time, we employ the finite-difference time-domain method in cylindrical coordinates for near-field computation and couple it with the Rayleigh–Sommerfeld diffraction theory to address far-field calculations. This technology holds great potential for various applications in the field of THz imaging, sensing, and communications, offering a novel approach to the design and development of functional devices operating in the THz frequency range.
THz lens 3D printing achromatic lens THz communication Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110006
1 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
翠绿宝石晶体的热透镜效应会严重影响激光器的输出性能。首先通过建立晶体的热传导模型，合理设定边界条件并求解相应的热传导方程，对造成热效应的三个因素进行分析，计算了相应因素下热焦距的理论值。然后，利用谐振腔的临界稳定条件，对晶体的热焦距进行测量，测量结果与理论计算值基本吻合，证明利用谐振腔的临界稳定条件测量F-P腔的热焦距是可行的。最后，对不同腔长下的输入输出特性进行了分析，详细解释了在热效应的复杂影响下输入-输出曲线中的凹陷现象。在计算出最大抽运功率下的热焦距后，调整相应腔参数，可以使激光腔在整个抽运功率范围内处于稳定状态。研究结果对于减少热透镜效应的影响、提高激光器的性能具有重要的指导作用。
激光器 翠绿宝石晶体 热透镜效应 F-P腔 热焦距 中国激光
2023, 50(19): 1901007
航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室, 北京 100095
在原子干涉重力实验中, 拉曼激光制备常采用光学锁相环方法, 即先将主从激光器拍频信号与 6.8 GHz 微波信号源进行混频, 再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相, 得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出, 而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用 STM32F103C8T6 单片机对 LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制, 通过锁相环频率合成技术, 最终获得 6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明, 该微波信号源相位噪声分别为 -65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz, 频率稳定度为 2.72 × 10-11@1 s, 输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为 100 ms 时, 信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为 8 × 10-8 m/s2/Hz1/2, 分辨率影响为 2 × 10-8 m/s2@600 s, 具有频率稳定度高、相位噪声低等优点, 可以满足原子干涉重力实验。
量子光学 原子干涉重力仪 微波信号源 相位噪声 锁相环 quantum optics atom interference gravimeter microwave signal source phase noise phase-looked loop
