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基于激光外差干涉技术的非接触式光声信号检测研究

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中国激光 2024年第3期51卷 234-243页

作者：王成梁宸皇甫胜男朱俊张瑶徐锦程郑刚项华中张大伟上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海理工大学医用光学仪器与设备教育部重点实验室上海200093 北京大学长三角光电科学研究院江苏南通226010 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程中心上海200093

光声信号的传统检测方法是基于超声技术,这样接触式的信号探测方式增加了交叉感染的风险,不利于临床应用。采用纯光学技术的光声成像可提升检测精度和临床舒适度,具有较强的临床应用价值。设计了采用调Q Nd∶YAG脉冲激光器作为激励源的... 详细信息

光声信号的传统检测方法是基于超声技术,这样接触式的信号探测方式增加了交叉感染的风险,不利于临床应用。采用纯光学技术的光声成像可提升检测精度和临床舒适度,具有较强的临床应用价值。设计了采用调Q Nd∶YAG脉冲激光器作为激励源的光声信号激发系统,选用双频He-Ne激光器作为探测源采集光声信号,搭建的外差干涉系统产生携带光声信号特征的拍频信号,利用I/Q正交法解调出光声信号。首先通过超声换能器模拟振动信号验证系统性能,实验结果表明光声信号探测系统能较好地还原出超声振动信号,且与水浸探头相比,振动频率的相对测量误差只有0.04%,绝对差值为0.2 kHz。然后以碳棒和离体生物组织作为样品,利用短脉冲光激励诱导光声信号,采用本系统和超声探头进行信号探测,对比分析结果显示所搭建的外差系统在检测带宽内可以实现光声表面振动波的非接触、高精度探测。

关键词：生物光学外差干涉光声信号 I/Q正交法非接触式探测

基于邻域向量主成分分析图像增强的旁瓣弱光信号检测方法

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中国激光 2024年第6期51卷 109-123页

作者：王拯洲王力段亚轩李刚魏际同中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器研究室陕西西安710119

针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题,笔者提出了基于邻域向量主成分分析(NVPCA)图像增强的旁瓣弱光信号区域波峰参数检测方法。采取的主要优化措施为:首先,将旁瓣图像中的每个像素... 详细信息

针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题,笔者提出了基于邻域向量主成分分析(NVPCA)图像增强的旁瓣弱光信号区域波峰参数检测方法。采取的主要优化措施为:首先,将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量,构建一个9维数据立方体,选择主成分分析变换后的第1维数据为NVPCA图像;其次,通过角度变换转化检测对象,检测所有方向上一维旁瓣曲线的各个波峰参数,获得旁瓣弱光信号区域能量的量化分布;然后,搜索每个旁瓣波峰在所有方向上的极大值位置点,连接对应位置点生成每个旁瓣波峰的极大值圆环,计算各极大值圆环的灰度均值;最后,选择大于局域对比度方法(LCM)目标分离阈值且最小的极大值圆环的灰度均值作为整个旁瓣光束的最小可测信号。实验结果表明,采用基于NVPCA图像增强的旁瓣弱光信号检测方法能够从旁瓣图像的第5波峰环分离和提取最小可测信号,动态范围比值提升至原来的1.528倍,各旁瓣波峰参数满足精度要求,为未来大型激光装置强激光远场的精确测量奠定了基础。

关键词：远场测量邻域向量主成分分析旁瓣光束衍射反演角度变换旁瓣波峰参数检测

基于NVPCA图像增强的旁瓣弱光信号检测方法

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中国激光 2024年

作者：王拯洲王力段亚轩李刚魏际同中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器室

针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题，本文提出了基于邻域向量主成分分析图像增强的旁瓣弱信号区域波峰参数检测方法。主要优化措施：首先，将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像... 详细信息

针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题，本文提出了基于邻域向量主成分分析图像增强的旁瓣弱信号区域波峰参数检测方法。主要优化措施：首先，将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量构建一个9维的数据立方体，选择PCA变换后第一维数据为NVPCA图像；其次，通过角度变换转化检测对象，检测所有方向一维旁瓣曲线的各个波峰参数，获得旁瓣弱信号区域能量的量化分布；然后，搜索每个旁瓣波峰在所有方向上的极大值位置点，连接对应位置点生成每个旁瓣波峰的极大值圆环，计算各极大值圆环的灰度均值；最后，选择大于LCM目标分离阈值且最小的极大值圆环的灰度均值为整个旁瓣光束的最小可测信号。实验结果表明，通过基于NVPCA图像增强的旁瓣弱信号检测方法，能够从旁瓣图像第五波峰环分离和提取最小可测信号，动态范围比值提升至1.528倍，各旁瓣波峰参数满足精度要求，为将来大型激光装置强激光远场的精确测量奠定基础。

关键词：远场测量邻域向量主成分分析旁瓣光束衍射反演角度变换旁瓣波峰参数检测

激光脉冲啁啾影响双色激光场诱导气体产生太赫兹辐射特性的理论研究

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物理学报 2024年第6期73卷 140-150页

作者：李翰楠彭滟上海理工大学太赫兹技术创新研究院上海市现代光学系统重点实验室光学仪器与系统教育部工程中心太赫兹光谱与影像技术协同创新中心上海200093

随着太赫兹波研究的深入,研究者们对可调控太赫兹源的需求不断增加.如何获取可调控的太赫兹波一直是太赫兹科学领域的研究热点和关键问题之一.本文通过建立双色激光诱导气体电离光丝产生太赫兹波及其后续传播过程的三维理论模型,详细研... 详细信息

随着太赫兹波研究的深入,研究者们对可调控太赫兹源的需求不断增加.如何获取可调控的太赫兹波一直是太赫兹科学领域的研究热点和关键问题之一.本文通过建立双色激光诱导气体电离光丝产生太赫兹波及其后续传播过程的三维理论模型,详细研究了双色泵浦激光的啁啾参数对飞秒激光场辐射产生太赫兹波的影响.研究结果表明,在激光脉宽为飞秒量级时,以40 fs的情况为例,当啁啾参数在与激光脉宽处于相同的飞秒量级尺度上时,其对太赫兹波的振幅与频谱都产生显著影响.在双色飞秒激光场中,基频波和倍频波的啁啾各自起到不同的作用:基频波的啁啾主要影响太赫兹波的时域波形,而倍频波的啁啾则决定了太赫兹辐射的振幅大小、中心频率与频谱宽度.研究表明,激光啁啾作为一种可控的参数,对所辐射的太赫兹波属性具有多重调制效果,且相关啁啾的作用规律随双色激光的初始相位也呈现规律性变化.这些结果为研究太赫兹辐射的产生与调控提供了新的思路与依据.

关键词：太赫兹辐射双色激光脉冲啁啾调控

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基于振频逆解算的高抗振移相干涉仪系统设计

图像与信号处理 2024年第3期13卷 281-288页

作者：胡俞喆上海星庆光学仪器有限公司上海

本文设计并研制了一款具有高抗振性功能的移相式激光面型干涉仪系统。该系统通过快速获取连续非线性移相后获取样件干涉图组,并对其进行振频逆解算分析,自动判断干涉条纹图受振动干扰情况,筛选出受振动干扰相对较小的高质量干涉图组,可... 详细信息

本文设计并研制了一款具有高抗振性功能的移相式激光面型干涉仪系统。该系统通过快速获取连续非线性移相后获取样件干涉图组,并对其进行振频逆解算分析,自动判断干涉条纹图受振动干扰情况,筛选出受振动干扰相对较小的高质量干涉图组,可得到高抗振的稳定测量结果,从而实现激光移相干涉仪系统的抗振能力增强,极大改善干涉仪测量准确度与效率。

关键词：移相干涉仪振频逆解算高抗振

基于改进MobileNetV2的中耳炎影像分类诊断模型

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建模与仿真 2024年第2期13卷 1814-1829页

作者：胡江婧张学典上海理工大学医用光学技术集仪器教育部重点实验室上海

中耳炎诊断是有效防止耳道疾病进一步恶化的重要前提,针对现有中耳炎相关研究中存在的数据集量少、网络参数量大、模型识别精度低等问题,提出一种基于改进MobileNetV2模型的中耳炎分类方法。首先,在MobileNetV2网络的倒置残差结构中嵌... 详细信息

中耳炎诊断是有效防止耳道疾病进一步恶化的重要前提,针对现有中耳炎相关研究中存在的数据集量少、网络参数量大、模型识别精度低等问题,提出一种基于改进MobileNetV2模型的中耳炎分类方法。首先,在MobileNetV2网络的倒置残差结构中嵌入坐标注意力机制,增强网络对中耳炎影像特征细化能力;其次,设计改进注意特征融合模块替换原始特征简单相加过程,加强模型在跨通道背景下对不同尺度特征的提取能力;同时采用HardSwish激活函数替换原始ReLU6函数,提升模型鲁棒性;最后,减少模型瓶颈层通道数,简化模型结构。实验结果表明,所提出CIH-MobileNetV2模型在中耳炎数据集上的识别准确率和F1 Score达到91.05%和89.06%,相较于原始MobileNetV2模型,分别提高了2.31%和3.69%,参数量较初始模型减少了43%。与经典网络AlexNet、GoogleNet、VGG16、ResNet50、MobileNetV3、ShuffleNetV2等网络相比,有更高的识别准确率和F1值,因此,该研究所提出模型能够较好对中耳炎类型进行分类,为中耳炎诊断提供有效帮助。

关键词：中耳炎分类 MobileNetV2 坐标注意力特征融合 HardSwish

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超长空间激光传输数值模拟研究进展

光电工程 2024年第2期51卷 23-32页

作者：华喆怿徐兆锐彭韶婧刘烨刘崇吴兰刘东浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

文章主要围绕空间引力波探测中超长空间链路传输部分进行介绍,概述了目前国内外星间传输仿真时采用的计算方法,以及指向抖动引起的相位噪声分析方法。相较于地基引力波探测,空间引力波探测可以有效降低噪声,增加干涉臂长度,从而实现更... 详细信息

文章主要围绕空间引力波探测中超长空间链路传输部分进行介绍,概述了目前国内外星间传输仿真时采用的计算方法,以及指向抖动引起的相位噪声分析方法。相较于地基引力波探测,空间引力波探测可以有效降低噪声,增加干涉臂长度,从而实现更高精度、更低频率的探测。在长达数百万公里的传输距离,以及皮米量级数值模拟的精度要求下,需要考虑指向角变化引起的相位噪声。研究表明,在2.5×10~9 m的传输距离下,离焦和像散是影响指向抖动噪声的主要像差。通常情况下,相位驻点位置与原点位置存在一定偏离,需要对望远镜角度进行调整,才能使相位噪声最小化。在相位驻点位置进行引力波探测,可以有效降低相位噪声,并降低望远镜出瞳波前的质量要求。而大的离焦像差与小的彗差可以使相位驻点接近光轴,提高接收到的激光功率。

关键词：空间引力波探测空间链路传输指向抖动噪声相位驻点

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基于Sobel滤波的光存储图像检测算法

激光与光电子学进展 2024年

作者：王梓权张博王卓邱建荣现代光学仪器国家重点实验室浙江大学光电工程学院

随着人工智能、5G通信等新一代信息技术的蓬勃发展，对于大规模数据的高效低能耗保存是大势所趋，光存储因其存储容量大、寿命长等优势被广泛关注。作为数据保存的重要环节之一，数据提取所用算法直接影响读取误码率和数据识别速度。为... 详细信息

随着人工智能、5G通信等新一代信息技术的蓬勃发展，对于大规模数据的高效低能耗保存是大势所趋，光存储因其存储容量大、寿命长等优势被广泛关注。作为数据保存的重要环节之一，数据提取所用算法直接影响读取误码率和数据识别速度。为了进一步提高光存储数据读取准确率和速度，本文提出一种基于Sobel滤波的多维光存储数据读取的图像检测算法。该方法通过Sobel滤波和二维滤波对照片进行预处理，抑制多维光存储中相邻数据层的层间串扰，利用连通区域和归类算法绘制点阵网格，通过分析单个网格的复数图像特征识别数据。经实验验证，该方法能够将多维光存储误码率降低至0.3%，提高数据读取准确率和识别速度，在光存储和图像识别领域具有重要的应用价值。

关键词：多维光存储数据读取 Sobel滤波图像检测

单片集成25 Gb/s电吸收调制器的O波段可调谐V型腔激光器

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光学学报 2024年第11期44卷 144-149页

作者：夏诒民孟剑俊李乔力何建军浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310012 杭州兰特普光电子技术有限公司浙江杭州310058

本文实现了O波段可调谐的25 Gb/s电吸收调制激光器(EML)光发射器芯片和封装器件,该EML芯片单片集成了大范围可调谐V型腔激光器和电吸收调制器,并采用了相同的外延层方案。在O波段,该器件实现了20个信道、100 GHz间隔的波长调谐,边模抑... 详细信息

本文实现了O波段可调谐的25 Gb/s电吸收调制激光器(EML)光发射器芯片和封装器件,该EML芯片单片集成了大范围可调谐V型腔激光器和电吸收调制器,并采用了相同的外延层方案。在O波段,该器件实现了20个信道、100 GHz间隔的波长调谐,边模抑制比超过37 dB。当驱动电压峰峰值固定为2 V时,所有信道在25 Gb/s的速率下显示出清晰的眼图,动态消光比均超过5 dB。误码率测量表明,当通过25 km的标准单模光纤传输后,器件的所有信道都没有色散代价。

关键词：激光器电吸收调制器可调谐激光器单片集成