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基于多尺度分层残差网络的光学遥感图像微小目标检测

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光子学报 2024年第8期53卷 247-259页

作者：曾祥津刘耿焕陈建明豆嘉真任振波邸江磊秦玉文广东工业大学信息工程学院通感融合光子技术教育部重点实验室广东省信息光子技术重点实验室先进光子技术研究院广州510006 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室西安710129

针对光学遥感图像中微小目标空间分辨率低、有效特征不足等问题,在YOLOv5检测算法基础上,提出一种基于多尺度分层残差网络的光学遥感图像微小目标检测方法。设计了一种简单高效的多尺度分层残差特征提取模块,可在更细粒度水平上获得更... 详细信息

针对光学遥感图像中微小目标空间分辨率低、有效特征不足等问题,在YOLOv5检测算法基础上,提出一种基于多尺度分层残差网络的光学遥感图像微小目标检测方法。设计了一种简单高效的多尺度分层残差特征提取模块,可在更细粒度水平上获得更丰富的感受野,强化神经网络的特征提取能力,进一步提升微小目标特征丰富度。在此基础上,进一步优化损失函数中的定位损失项,通过增加距离惩罚提升检测算法对微小目标的定位能力。在光学遥感微小目标检测数据集AI-TODv2和微小行人检测数据集TinyPerson上开展了系统对比实验,实验结果表明所提出算法相较于基准YOLOv5算法平均精度分别提升了5.5%和1.8%,有效提高了微小目标检测的召回率和准确率。

关键词：光学遥感图像微小目标检测深度学习多尺度卷积神经网络

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太赫兹混频器噪声系数测量

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 943-949页

作者：陶星宇刘文杰孙粤辉秦菲菲宋青娥赵泽宇刘丽娟陈天香王云才广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院广东广州510006 广东工业大学通感融合光子技术教育部重点实验室广东广州510006 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室广东广州510006 电子测试技术重点实验室山东青岛266555

噪声系数是评价高频电子器件传输信号性能的重要参数,随着工作频率的增加,高频电子器件的噪声系数通常会增大,现有噪声源的超噪比无法满足测量需求。为了实现高频电子器件噪声系数的测量,本文基于非相干光混频技术,将三束非相干光耦合... 详细信息

噪声系数是评价高频电子器件传输信号性能的重要参数,随着工作频率的增加,高频电子器件的噪声系数通常会增大,现有噪声源的超噪比无法满足测量需求。为了实现高频电子器件噪声系数的测量,本文基于非相干光混频技术,将三束非相干光耦合进入单行载流子光电二极管,研制了220~325 GHz高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源,超噪比可调谐至45 dB。通过Y因子法将其应用于大噪声系数、负变频增益太赫兹混频器噪声系数的测量。测量得到太赫兹混频器噪声系数的范围为16~32 dB,变频增益约为-13 dB,测量不确定度为0.43 dB。研制的高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源,能够满足大噪声系数太赫兹电子器件的测量需求,对太赫兹电子器件噪声系数的测量以及指导器件的进一步优化有着重要的作用。

关键词：噪声系数噪声源太赫兹混频器光混频 Y因子法

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光学斯格明子的产生与调控(特邀)

光学学报 2024年第10期44卷 77-91页

作者：周志凯王思聪李向平暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通讯重点实验室广东广州511443

传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子,可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来,光学斯格明子被人们所提出,并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明... 详细信息

传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子,可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来,光学斯格明子被人们所提出,并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展,详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控,并对其潜在应用进行了展望,为本领域进一步快速发展提供了参考。

关键词：物理光学斯格明子拓扑光学结构光场调控

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分布式光纤传感器的编码技术研究

光学学报 2024年第1期44卷 255-270页

作者：林全聪程凌浩吕杰张天放梁浩关柏鸥暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室广东广州510632

基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码... 详细信息

基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量,是提高传感性能的一个重要技术途径。因此,编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展,阐述了编码技术提高传感性能的技术原理,归纳了不同编码方案的设计和实现方法,分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后,对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。

关键词：传感器分布式光纤传感器编码技术光纤瑞利传感器光纤布里渊传感器光纤拉曼传感器光纤弱光栅阵列传感器

基于物理模型驱动无监督学习的无透镜成像质量增强方法

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光学学报 2024年第16期44卷 103-114页

作者：左嘉乐张蒙蒙唐雎张佳伟任振波邸江磊赵建林光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室西北工业大学物理科学与技术学院陕西西安710129 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063 广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院广东省信息光子技术重点实验室广东广州510006

数字全息术是一种能够记录和重建物场完整波前信息的光学成像技术。同轴全息术以其更大的空间带宽积和简单的成像系统等优势,得到了广泛关注和应用。然而,传统的同轴全息术在物场重建时会受到零级像和孪生像的干扰,影响对物场复振幅的... 详细信息

数字全息术是一种能够记录和重建物场完整波前信息的光学成像技术。同轴全息术以其更大的空间带宽积和简单的成像系统等优势,得到了广泛关注和应用。然而,传统的同轴全息术在物场重建时会受到零级像和孪生像的干扰,影响对物场复振幅的观察和测量。传统的相位复原算法在重建时会产生较大误差,尤其是在高分辨率、大视场等成像需求下,重建质量会受到影响。并且基于数据驱动的神经网络方法受限于数据集采集和质量。针对这些问题,本文提出了基于振幅约束的双输入物理模型驱动的神经网络(DPNNA)的同轴全息像重建方法。该方法以两幅不同距离下记录的全息图作为输入,结合振幅约束并采用同轴全息成像模型和神经网络相结合的无监督方式,重建物体的相位信息或振幅信息。并且在无需大量训练数据的前提下,对输入的同轴全息图质量要求低,重建结果背景噪声弱。同时,在不同衍射间距和噪声水平的条件下,DPNNA在峰值信噪比和结构相似性等指数方面均优于其他方法,有效实现了相位或振幅的恢复,有较好的鲁棒性和稳定性。

关键词：同轴全息术物理模型驱动神经网络无监督学习振幅约束

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全光纤超宽带电光频梳

光学学报 2024年

作者：赵瑞程李建平秦玉文先进光子技术研究院信息工程学院广东工业大学通感融合光子技术教育部重点实验室广东省信息光子技术重点实验室广东工业大学

近年来，光频梳因为其优越的频率相干特性在光通信、光谱学和微波信号处理等众多领域得到了广泛应用。但是，如何产生覆盖范围宽、载波平坦度高且梳齿间隔灵活可调的光频梳仍然是一个关键挑战。本文提出一种飞秒全光纤宽带电光调制光频... 详细信息

近年来，光频梳因为其优越的频率相干特性在光通信、光谱学和微波信号处理等众多领域得到了广泛应用。但是，如何产生覆盖范围宽、载波平坦度高且梳齿间隔灵活可调的光频梳仍然是一个关键挑战。本文提出一种飞秒全光纤宽带电光调制光频梳产生技术，基于电光调制种子光频梳，通过时频域联合整形、精确色散补偿以及非线性混频等过程，在满足平坦度优于10dB情况下，实现载波间隔12.5GHz，载波覆盖范围超过145nm、即梳齿数目超过1450，覆盖了多波段光纤通信S、C、L波段范围，并且光频梳整体输出功率超过2.3W，即单根梳齿功率大于0dBm。研究结果表明，本文所提全光纤宽带电光调制光频梳在超大容量光纤通信、超快并行信号处理等领域有着良好的应用前景。

关键词：光频梳飞秒脉冲脉冲整形电光调制多波段光纤通信

基于传统OM2光纤的大容量模分复用传输系统研究

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电子学报 2024年第7期52卷 2461-2467页

作者：于新阔李建平秦玉文杨海林彭迪向梦许鸥付松年广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院通感融合光子技术教育部重点实验室

基于传统多模光纤的模式资源，来构建多维复用超大容量光纤传输系统可以有效提升通信系统传输容量，满足急剧增长的数据业务需求.在本文中，我们联合波分复用、偏振复用和模分复用技术，基于传统OM2光纤实现了40个波长信道（1 535.04～1... 详细信息

基于传统多模光纤的模式资源，来构建多维复用超大容量光纤传输系统可以有效提升通信系统传输容量，满足急剧增长的数据业务需求.在本文中，我们联合波分复用、偏振复用和模分复用技术，基于传统OM2光纤实现了40个波长信道（1 535.04～1 566.31 nm）×2个模式信道（LP01和LP11b）的60 G波特偏分复用16阶正交幅度调制（Polarization Division Multiplexing 16-ary Quadrature Amplitude Modulation,PDM-16QAM）信号的短距模分复用相干光传输.整个模分复用链路由一对基于多平面光转换（Multi Plane Light Conversion,MPLC）的模式复用/解复用器和20 m OM2光纤构成.由于高模式隔离度的模式信道特性（实验中，除了对系统关键参数，包括脉冲成型滤波器的滚降因子、削峰比及接收光功率进行了优化外，还引入了Volterra判决反馈均衡方案.该均衡方案不仅能够补偿调制器引入的非线性信号损伤，而且能够缓解前馈均衡方案导致的高频噪声增强问题.最终，实验结果显示所有80个信道的误码率皆低于20%软判决前向误码纠错（Soft Decision Forward Error Correction,SDFEC）阈值2.7×10-2，系统总容量达38.4 Tbit/s，表明基于多模光纤的模式复用相干光传输方案在未来超大容量短距光互联系统中具有应用潜力.

关键词：光纤通信模分复用波分复用相干检测非线性均衡

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基于七芯光纤的温度不敏感曲率传感器

中国激光 2024年

作者：张思宇张帆韩昆仑董江莉许鸥先进光子技术研究院信息工程学院广东工业大学通感融合光子技术教育部重点实验室广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室广东工业大学

提出了一种基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型曲率传感器，传感器由七芯光纤与单模光纤直接对芯熔接，并对七芯光纤进行熔融拉锥，通过锥区将中心纤芯的光耦合到外围纤芯和包层，经过一段光纤后由端面反射回锥区形成迈克尔逊干涉。实验结果... 详细信息

提出了一种基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型曲率传感器，传感器由七芯光纤与单模光纤直接对芯熔接，并对七芯光纤进行熔融拉锥，通过锥区将中心纤芯的光耦合到外围纤芯和包层，经过一段光纤后由端面反射回锥区形成迈克尔逊干涉。实验结果表明，传感器在曲率范围为2.749-10.667m-1时，曲率与波长变化量具有99%的线性拟合度，最大灵敏度为-1.683nm/m-1，且温度灵敏度为-8.64pm/℃。该传感器具有结构简单、线性测量范围大和温度不敏感的特点。

关键词：光纤传感七芯光纤熔融拉锥曲率传感

级联声光器件与回音壁模式微腔实现非对称传输

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物理学报 2024年第1期73卷 149-157页

作者：吕宇曦王晨段添期赵彤常朋发王安帮太原理工大学电子信息与光学工程学院新型传感器与智能控制教育部(山西省)重点实验室太原030024 广东工业大学信息工程学院广东省信息光子技术重点实验室广州510006

本文提出利用级联声光效应器和耦合回音壁模式微球腔的方案来实现非对称传输效果,并进行理论和实验验证.实验中利用加热拉锥的方式制备了两段式光纤,可同时实现声光效应的激发和回音壁模式的耦合.利用光纤中声光效应将纤芯基模中的矢量... 详细信息

本文提出利用级联声光效应器和耦合回音壁模式微球腔的方案来实现非对称传输效果,并进行理论和实验验证.实验中利用加热拉锥的方式制备了两段式光纤,可同时实现声光效应的激发和回音壁模式的耦合.利用光纤中声光效应将纤芯基模中的矢量模式转换到包层高阶模式,由于基模中不同矢量模式转换包层模式的矢量模式也不同,从而产生类似双折射效果,使输出的包层模式产生偏振变化.而后通过耦合回音壁模式微腔将包层模式转换回纤芯基模.由于回音壁模式的偏振选择效果,使得相反方向入射光能量具有不同的透射特性,其传输隔离度可达17 d B.此外,对两个方向传输的透射率随偏振角度变化进行测试,测得声光效应带来的偏振变化约为80°.本文的非对称传输方案继承了声光器件响应迅速、调谐性良好的优势,同时具有全光纤结构和无工作阈值的特点,在光开关、光隔离器等场景具有重要的应用潜力.

关键词：非对称传输声光效应回音壁模式微腔模式转换

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