1 中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测，采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联，构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数，被加载到偏振测量系统调制信号中；利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值，然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理，并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明，该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°，应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm，高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测，并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量，可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。
应力缺陷 弹光调制 快轴方位角 延迟量 stress defect photoelastic modulation fast axis azimuth retardation 王爽 1,2,3,4崔志英 2,4冯华君 2,4李克武 1,2,3,4,*王志斌 3,**
1 中北大学 计算机科学与技术学院，太原 030051
2 宁波永新光学股份有限公司，宁波 315040
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原 030051
4 浙江大学 光电科学与工程学院，杭州 310041
为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试，提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联，构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中，采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项，然后完成波片全部参数求解。按照原理分析，搭建了实验系统，并完成了系统初始偏移值定标，完成了632.8 nm的1/4波片，532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明，本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°，角度测量标准偏差为0.02°；波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10-4 rad，单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散，根据检测激光波长下测量的相位延迟量，进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm，延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量，可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。
弹光调制 差频调制 波片 快轴方位角 延迟量 Photolastic modulation Differential frequency modulation Waveplate Fast axis azimuth Retardation 光子学报
2023, 52(11): 1112002
1 西北大学光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 721710
2 西安交通大学第一附属医院, 陕西 西安 710061
相比于细胞、 组织等其他病理诊断样品, 血液样本更易临床采集, 其生化构成变化常表现于医学影像学检测到的临床症状出现之前, 更有利于实现恶性疾病的早期筛查与诊断。 拉曼光谱（RS）技术, 具有快速、 无标记、 无损、 非侵入等检测优势, 且可获得特异性的生物分子结构和物质组成信息, 在临床血液样品（血浆、 血清）的癌变诊断检测中具有重大的应用前景。 本工作采用显微拉曼光谱检测技术, 在分析不同病变阶段（健康, 早期癌变和晚期癌变）乳腺癌血清样品生化组成信息基础上, 结合主成分分析（PCA）与线性判别分析（LDA）、 支持向量机（SVM）和偏最小二乘算法（PLS-DA）等多变量光谱分析手段, 构建光谱特征归类鉴别模型; 并采用留一交叉验证方法（LOOCV）评估、 比较这些模型的灵敏度、 特异性和准确率, 探索基于血清拉曼光谱的乳腺癌诊断方法。 研究工作在观察血清类胡罗卜素成分共振拉曼光谱现象基础上, 进一步分析了乳腺癌病理演进过程中血清样品蛋白质与脂类光谱特征变化。 此外, 利用多种光谱数据模型, 在提取、 识别更具代表性的分子光谱特征信息后, 实现了较为准确的血清特征光谱信息鉴别分析。 其中, PCA-LDA模型的分类准确率达99%; PCA-SVM（三个内核函数: 线性核、 多项式核及RBF核）模型中, 当线性核函数PCA-SVM模型误差惩罚参数C为0.003时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 当RBF核函数PCA-SVM模型参数C和参数γ分别为0.125和256时, 其在测试集中的分类准确率可达到了最高94%; 当多项式核函数PCA-SVM参数C为0.003、 多项式阶数d＝1时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 然而, PLS-DA模型的分类准确率仅为80%。 这些实验分析结果, 从光谱特征的角度描述了不同病理条件下血清的物质构成信息, 更为拓展血清拉曼光谱分析技术在乳腺癌早期筛查与病理分期分级中的应用范畴, 奠定了一定实验与理论基础。
拉曼光谱分析技术 多变量数据分类模型 乳腺癌 血清 类胡罗卜素 Raman spectroscopy technology Multivariate data classification models Breast cancer Serum Carotene
1 中北大学电气与控制工程学院，山西 太原 030051
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求，提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中，运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号，进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析，并搭建了实验系统，对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试，并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明，该系统的延迟量测量精度为2.3%，延迟量测量重复性为0.032 nm，双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外，单数据点测量时间不超过200 ms。
测量 应用光学 弹光调制 应力双折射 延迟量
2山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
为了实现弹光调制器（photoelastic modulator，PEM）精确定标和长时间稳定工作，提出了一种利用反馈光路的相位延迟幅值定标及控制方案，理论计算并仿真分析了PEM通光孔径上相位延迟幅值的空间分布。在偏离PEM中心的位置设计了集成化的定标反馈光路；结合倍频项比值的相位延迟幅值定标方法，采用数字锁相技术同时提取反馈光路调制光强信号中倍频项，求解出PEM相位延迟幅值。按照上述方案加工制作了PEM实物，并进行了定标及稳定控制实验。实验结果表明，PEM中心相位延迟幅值的定标值与实测值相对偏差不超过0.22%；利用反馈光路控制约100 min，PEM相位延迟幅值标准偏差为0.001 8 rad，最大偏差低于0.42%，实现了PEM相位延迟幅值精确、实时定标，同时实现了PEM长时间稳定控制。
计算鬼成像由于具有分辨率高和抗干扰能力强等特点，近年来被广泛研究。区别于传统成像方案，由于成像机制，计算鬼成像对物体成像时需要进行大量的测量，因此提高它的成像效率一直是一个重要的研究内容。在此背景下，由于可以较好地对信号进行去相关，进而对信号进行大幅压缩，小波变换受到了广泛的关注。近年来，不少学者将Haar小波引入计算鬼成像系统中，成像效率得到了提高。然而，小波函数的种类有很多，性质各异，关于其他小波函数在计算鬼成像系统中的应用鲜有报道。大部分小波函数只能进行连续小波变换，直接应用于计算鬼成像系统中会面临许多问题，针对这个情况，提出了准连续小波变换架构，在实验上实现了基于Mexihat和Gauss小波的计算鬼成像。实验结果表明，这两种连续小波方案既能够进行正常成像，同时相比于Haar小波，它们也表现出了更强劲的抗干扰能力，更加适用于实际应用环境。
计算鬼成像 Gauss小波 Mexihat小波 连续小波变换 成像系统中的噪声 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1811002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
2 School of Physics and Electronics, Baicheng Normal University, Baicheng 137000, China
Ghost imaging (GI) is a technique to retrieve images by correlating intensity fluctuations. In this Letter, we present a novel scheme for GI referred to as second-order cumulants GI (SCGI). The image is retrieved from fluctuation information, and resolution may be enhanced compared to traditional GI. We experimentally performed SCGI image reconstruction, and the results are in agreement with theoretical predictions.
ghost imaging cumulants resolution Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 112602
中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，陕西西安710119
在空间调制型哈达玛变换光谱成像仪（Space Hadamard Transforms Spectral Imager， SHTSI）中采用数字微镜阵列（Digital Mirror Devices， DMD）作为编码器件，能够使系统实现小型化、轻量化、高分辨率、高帧频成像。但由于DMD的翻转特性，经过DMD编码后的光学成像面发生12°倾斜，导致SHTSI成像光路和制冷型探测器冷光阑不匹配，造成视场缺失和图像降质。针对这一问题，本文提出一种像面预补偿的新型哈达玛编码光谱成像系统设计方法，在前置成像镜组中采用倾斜和偏心的设计，使得一次像面实现24°倾斜，对DMD在调制过程中产生的像面倾斜进行预补偿，从而消除倾斜成像面造成的图像降质问题。基于该方法设计了SHTSI光学系统，系统全视场点列图RMS小于5 μm，保证系统在全视场范围内能够均匀成像。根据该设计方案研制SHTSI原理样机，试验结果表明，SHTSI系统满足设计指标，对成像数据进行复原，得到复原光谱角距离评价因子优于0.052。
光学系统设计 哈达玛变换成像光谱仪 中波光谱成像 数字微镜阵列 optical designing Hadamard transform spectral imager MWIR spectral imaging digital mirror devices
1 西北大学光子学与光子技术研究所, 陕西, 西安 710069
2 中国人民解放军空军军医大学西京医院骨科, 陕西 西安 710032
空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、 快速、 无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。 该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置, 在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上, 检测与分析了不同空间偏移量(Δs)条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息, 并根据几何光学理论和投影测量原理, 量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系, 这为精确控制光谱检测条件提供了保障。 为了验证该装置的检测能力, 采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型, 获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。 并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理, 观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小, 而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。 在此基础上, 通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度, 分析研究了相对拉曼强度、 空间偏移量与样品厚度三者之间关系, 即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加, 这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。 然而, 在同一Δs条件下, 相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。 以上实验结果表明, 我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息, 并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。
空间偏移拉曼光谱 逆向空间偏移拉曼光谱 多层组织模型 深层光谱分析 Spatially offset Raman spectroscopy Inverse SORS Multi-layered samples Deep surface spectral analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3456
红外与激光工程
2021, 50(8): 20210246
