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基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

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中国激光 2024年第2期51卷 162-170页

作者：南雪莹刘会刚刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态... 详细信息

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU^(-1),优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^(-1)和42.71 pm·℃^(-1)。

关键词：传感器 Fano共振全介质超表面折射率传感温度传感

二维材料体系激子上转换发光研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第3期 198-219页

作者：刘海毅齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室

上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程，可以有效实现能量重整与转化，在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料，二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无... 详细信息

上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程，可以有效实现能量重整与转化，在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料，二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低、束缚能高等优势，为实现室温高效激子上转换发光创造了有利条件，近年来吸引了研究者的广泛兴趣。本文首先介绍实现光子上转换的发光机制，包括声子辅助、双光子吸收、俄歇复合等途径，进而梳理基于六方氮化硼、单层过渡金属二硫化物、二维钙钛矿等典型二维材料体系的上转换发光效应研究，同时针对上转换发光效率低的问题，讨论对二维材料上转换发光的调控和增强方式，最后展望二维材料体系激子上转换发光效应的应用前景。

关键词：上转换发光材料二维材料激子非线性光学

二维TMDs激子光电特性的主动调控研究进展

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中国激光 2024年

作者：钱文启刘海毅高腾腾王雪盈刘芳汛林思涵齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室

二维过渡金属硫化物（TMDs）作为后摩尔时代战略性新材料，以其激子偶极矩强度大、线宽窄、低无序性和高束缚能等特性，在克服处理速度与集成度瓶颈的光电信息融合领域中呈现巨大潜力，因此室温低维激子物理与器件被广泛关注。本文深入... 详细信息

二维过渡金属硫化物（TMDs）作为后摩尔时代战略性新材料，以其激子偶极矩强度大、线宽窄、低无序性和高束缚能等特性，在克服处理速度与集成度瓶颈的光电信息融合领域中呈现巨大潜力，因此室温低维激子物理与器件被广泛关注。本文深入探讨了多种主动调控TMDs激子光致发光的方法，研究表明通过声表面波（SAW）、粒子辐照、探针诱导及相变调控等技术优化激子动力学，可以显著提升器件光电性能。同时讨论二维激子主动调控在光电子学和光传感等领域的应用，展望激子器件未来发展方向及挑战。

关键词：二维材料激子过渡金属硫化物主动调控

基于准连续域束缚态的全介质超构表面双参数传感器

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物理学报 2024年第4期73卷 272-284页

作者：刘会刚张翔宇南雪莹赵二刚刘海涛南开大学薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院电子信息实验教学中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、... 详细信息

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、品质因子、偏振依赖等表现出不同的特性.模拟计算表明,通过测量两个QBIC的谐振波长,能够实现折射率和温度的双参数传感;通过调节不对称参数,利用QBIC的品质因子依赖于不对称参数的二次方反比关系,理论上能够提高品质因子到任意的数值,从而实现传感性能的提升和调节.该超构表面的折射率传感灵敏度、品质因子和优值分别达到194.7 nm/RIU,45829和8197,其温度传感灵敏度达到24 pm/℃.

关键词：超构表面准连续域束缚态对称破缺折射率传感温度传感

基于局部信噪比阈值调节的分光谱去相关光学相干断层扫描血管造影方法

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光学学报 2024年第5期44卷 143-152页

作者：王露桐汪毅徐玉帅娄世良蔡怀宇陈晓冬天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的... 详细信息

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的成像质量。本文提出了一种基于局部信噪比动态阈值调节的分光谱振幅去相关方法,首先探讨了图像局部信噪比与静态体素去相关值的关系及影响因素,并以分频谱处理数据的方式削弱轴向运动伪影并加强血流信息,然后依据图像局部信噪比与静态体素去相关的关系调整设定阈值,用以判定区分动静态体素,阈值以下的去相关值视为静态体素,结合Sigmoid函数予以抑制。采用该算法在高信噪比的皮肤数据和低信噪比的视网膜数据处理中均能取得较好的效果:皮肤enface图像信噪比提升约4 dB;视网膜enface图像的对比度相较其他算法优势明显,相比于未进行静态抑制的分频谱振幅去相关造影(SSADA)方法,enface图像的对比度提升了0.0182。可见该方法能够有效地抑制微血管图像中的静态体素噪声,提升图像对比度和血管可视性,有利于疾病的诊断和评估。

关键词：光学相干层析血管造影分频谱相关映射法信噪比引导

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格式塔感知规律在SAR图像中的有效性初探

雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 345-358页

作者：尤瑞希钱昱彤徐丰电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

合成孔径雷达(SAR)图像是当前微波视觉研究领域的重要数据源。计算机视觉以光学视觉规律为理论基础,无法有效解译SAR图像。因此,借鉴人类视觉感知规律和计算机视觉技术,并融合电磁物理规律的微波视觉成为当前微波遥感领域的一个重要研... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)图像是当前微波视觉研究领域的重要数据源。计算机视觉以光学视觉规律为理论基础,无法有效解译SAR图像。因此,借鉴人类视觉感知规律和计算机视觉技术,并融合电磁物理规律的微波视觉成为当前微波遥感领域的一个重要研究方向。探索微波视觉的认知基础对于完善微波视觉理论体系至关重要。该文旨在探讨光学感知规律在微波视觉中的有效性,作为完善微波视觉理论的基础尝试。格式塔感知规律是一类经典的视觉理论,常用于描述人类视觉系统对外部光学世界的感知规律,是计算机视觉的认知理论基础之一。在此背景下,该文以SAR图像为研究对象,借鉴认知心理学实验的设计流程,对格式塔感知规律中的感知组合律和感知不变律在SAR图像中的有效性进行初步研究,探索微波视觉的认知基础。实验结果表明,格式塔感知规律不能够直接应用到SAR图像的算法设计中,人类视觉系统从光学世界中总结出的知识概念、视觉规律在SAR图像中表现不佳,未来需要针对SAR图像等微波图像的特点总结相应的微波视觉认知规律。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 微波视觉认知科学视觉感知格式塔感知规律

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融合可微分渲染的SAR多视角样本增广

雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 457-470页

作者：贾赫成蒲欣洋王燕妮符士磊徐丰电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

合成孔径雷达(SAR)因其全天候、全天时的监测能力在民用和军事领域得到广泛应用。近年来,深度学习已被广泛应用于SAR图像自动解译。然而,由于卫星轨道和观测角度的限制,SAR目标样本面临视角覆盖率不全的问题,这为学习型SAR目标检测识别... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)因其全天候、全天时的监测能力在民用和军事领域得到广泛应用。近年来,深度学习已被广泛应用于SAR图像自动解译。然而,由于卫星轨道和观测角度的限制,SAR目标样本面临视角覆盖率不全的问题,这为学习型SAR目标检测识别算法带来了挑战。该文提出一种融合可微分渲染的SAR多视角样本生成方法,结合逆向三维重建和正向渲染技术,通过卷积神经网络(CNN)从少量SAR视角图像中反演目标三维表征,然后利用可微分SAR渲染器(DSR)渲染出更多视角样本,实现样本在角度维的插值。另外,方法的训练过程使用DSR构建目标函数,无需三维真值监督。根据仿真数据的实验结果,该方法能够有效地增加多视角SAR目标图像,并提高小样本条件下典型SAR目标识别率。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 可微分SAR渲染器(DSR) 卷积神经网络(CNN) 三维重建多视角样本生成

基于物理启发机器学习的属性散射中心提取方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2036-2047页

作者：岳子瑜徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督... 详细信息

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督学习的端到端框架用于从SAR图像反演ASC参数。首先,利用自编码式网络结构有效提取目标图像特征,缓解由于优化空间复杂非凸导致的直接求解困难,解决初值敏感问题;其次,通过嵌入ASC模型作为物理解码器以将编码器输出约束为正确的ASC参数;最后,通过端到端的模型架构进行学习和推理,达到降低算法复杂度及提高估计速度的目的。通过在仿真和实测数据上进行测试,实验结果表明在0.15 m分辨率测试集SAR图像上取得低于0.1 m的估计误差,反演单个散射中心平均耗时0.06 s,验证了该文所提方法的有效性、高效性与鲁棒性。

关键词：属性散射中心模型参数估计基于物理知识的机器学习

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微波视觉与SAR图像智能解译

雷达学报（中英文） 2024年第2期13卷 285-306页

作者：徐丰金亚秋电磁波信息科学教育部重点实验室复旦大学上海200433

高分辨率雷达成像技术和人工智能、大数据技术的快速发展,有力促进了雷达图像智能解译技术的进步。由于雷达传感器本身的特殊性和电磁散射成像物理的复杂性,雷达图像的解译缺乏光学图像的直观性,准确迅速识别分类的需求对雷达图像解译... 详细信息

高分辨率雷达成像技术和人工智能、大数据技术的快速发展,有力促进了雷达图像智能解译技术的进步。由于雷达传感器本身的特殊性和电磁散射成像物理的复杂性,雷达图像的解译缺乏光学图像的直观性,准确迅速识别分类的需求对雷达图像解译提出了迫切的挑战。在借鉴人脑光视觉感知机理和计算机视觉图像处理相关技术基础上,进一步融合电磁散射物理规律及其雷达成像机理,我们提出发展微波域雷达图像解译的“微波视觉”的新交叉领域研究。该文介绍微波视觉的概念与内涵,提出微波视觉认知模型,阐述其基础理论问题与技术路线,最后介绍了作者团队在相关问题上的初步研究进展。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 雷达成像电磁散射目标识别微波视觉语义电磁散射建模物理智能逆问题视觉感知