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内窥环境下多光谱血氧饱和度检测

光学学报 2024年第2期44卷 246-253页

作者：章昶威邹鸿博齐伟明朱文武王立强袁波浙江大学光电信息科学与工程学院浙江杭州310027 浙江省医疗器械审评中心浙江杭州310009 之江实验室类人感知研究中心浙江杭州311100

采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 ... 详细信息

采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 nm 4个成像波段。基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证。在血管仿体组织上的实验结果表明,在95%的置信水平下,血氧饱和度的检测偏差为1.24%。研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性。

关键词：医用光学多光谱成像内窥镜血氧饱和度蒙特卡罗仿真

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硅基光交换器件研究进展(特邀)

光学学报 2024年第15期44卷 245-272页

作者：唐伟杰储涛浙江大学信息与电子工程学院浙江杭州310027 之江实验室前沿基础研究中心浙江杭州311121

大数据、人工智能等驱动下的数据量快速增长,推动数据中心向更大规模发展。解耦架构的普遍使用进一步增加了数据中心内部互连节点的数量和数据交换量。高功耗、高延迟的电交换已经成为数据中心规模扩展的瓶颈。光交换代替电交换是未来... 详细信息

大数据、人工智能等驱动下的数据量快速增长,推动数据中心向更大规模发展。解耦架构的普遍使用进一步增加了数据中心内部互连节点的数量和数据交换量。高功耗、高延迟的电交换已经成为数据中心规模扩展的瓶颈。光交换代替电交换是未来实现大规模、低功耗数据中心的关键途径。硅基光电子芯片集成技术以与CMOS工艺兼容、高集成度、高性价比、大带宽以及成熟的器件生态等优势,被认为是最可行的技术途径。回顾了片上集成光交换器件的技术发展,重点展示了硅基光交换器件的研究进展。从网络选择、单元器件优化、损耗补偿、单元校准以及光电混合封装等多个方面,探讨了构建大规模光开关器件的技术方案以及存在的挑战。

关键词：光交换集成光子器件硅光子数据中心

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基于U-Net的压缩光场显示图案生成方法

光学学报 2024年第10期44卷 366-384页

作者：高晨谭小地李海峰刘旭福建师范大学光电与信息工程学院福建福州350117 福建省光子技术重点实验室福建福州350117 医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350117 福建省光电传感应用工程技术研究中心福建福州350117 福建师范大学信息光子学研究中心福建福州350117 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027

压缩光场显示具有结构简单紧凑、显示空间分辨率高的优点,但求解压缩光场显示图案的迭代算法存在计算量大的问题。随着人工智能技术的发展,基于深度学习的图像生成算法也被应用到三维显示中。提出一种将计算机视觉中执行图像分割任务的U... 详细信息

压缩光场显示具有结构简单紧凑、显示空间分辨率高的优点,但求解压缩光场显示图案的迭代算法存在计算量大的问题。随着人工智能技术的发展,基于深度学习的图像生成算法也被应用到三维显示中。提出一种将计算机视觉中执行图像分割任务的U-Net作为优化压缩光场显示图案的网络模型。根据给定的观看角度生成几组经过数据增强的目标光场数据集作为U-Net的训练集;在U-Net收敛后,将训练完成的U-Net用于生成重建测试目标光场的显示图案。训练和测试结果表明,相比基于堆叠CNN和迭代算法的方法,所提出的基于U-Net的压缩光场显示图案生成方法具有重建质量更高、计算资源少的优势。

关键词：物理光学成像系统压缩光场显示光场渲染深度学习

超96%近红外光隔热率的高性能半透明有机太阳能电池

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高分子学报 2024年第9期55卷 1134-1144页

作者：李耀凯关诗陶李水兴左立见陈红征浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室、高分子科学与工程学系杭州310027 浙江大学杭州国际科创中心信息与功能材料研究院杭州311200

半透明光伏是一种广受关注的太阳能光电转换技术,在吸光供能的同时,还可以保留一定的透光性.但半透明有机太阳能电池(semitransparent organic solar cells,STOPV)要想实现应用,必须解决能量转换效率(power conversion efficiency,PCE)... 详细信息

半透明光伏是一种广受关注的太阳能光电转换技术,在吸光供能的同时,还可以保留一定的透光性.但半透明有机太阳能电池(semitransparent organic solar cells,STOPV)要想实现应用,必须解决能量转换效率(power conversion efficiency,PCE)、可见光透过率(average photopic transmittance,APT)与近红外光隔热率(infrared-light rejection rate,IRR)有机统一的问题.不同于传统的单一优化策略,本文工作通过采用高性能三元策略和多层光学调控层的方法来协同改善STOPV的性能.材料层面,通过结合宽带隙给体和2个吸收相似但对称性不同的近红外受体分子,将单结三元不透明有机太阳能电池的效率优化至18.66%.器件层面,提出三重光学调控方案,同时引入减反射层(anti-reflection layer,ARC),二氧化碲(tellurium dioxide,TeO_(2))光学层和带通滤光片(bandpass filter,BF),来优化器件的透光性.最终制备的最佳STOPV,其PCE和APT分别达到了12.82%和35.70%,对应的光利用效率(light utilization efficiency,LUE)为4.6%,并且近红外光隔热率达到96.8%,实现了PCE、APT和IRR的均衡提升.本文提出了一种开发设计高性能STOPV的有效方案,有利于进一步推动STOPV的商业化应用进展.

关键词：半透明有机太阳能电池光学调控二氧化碲近红外光阻隔光电建筑集成

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氧化物神经元器件及其神经网络应用

无机材料学报 2024年第4期39卷 345-358页

作者：李宗晓胡令祥王敬蕊诸葛飞中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 宁波工程学院电子与信息工程学院宁波315211 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100029 浙江大学温州研究院温州325006

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计... 详细信息

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。

关键词：氧化物神经元器件类脑计算神经形态计算人工神经网络综述

Ronchi剪切干涉仪高精度相位提取及误差分析

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中国激光 2024年第11期51卷 537-549页

作者：常春超李中梁卢云君王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310058

双光栅Ronchi剪切干涉是一种基于瞳面测量的波像差检测技术,该技术具有无需参考面、共光路测量以及结构简单、易于集成等优点,适用于光刻投影物镜波像差的在线检测。相位提取是采用该技术进行波像差检测的重要步骤,直接影响最终的测量... 详细信息

双光栅Ronchi剪切干涉是一种基于瞳面测量的波像差检测技术,该技术具有无需参考面、共光路测量以及结构简单、易于集成等优点,适用于光刻投影物镜波像差的在线检测。相位提取是采用该技术进行波像差检测的重要步骤,直接影响最终的测量精度。针对双光栅Ronchi剪切干涉仪高阶衍射光影响相位提取精度的问题,提出了一种高精度的相位提取算法,可消除剪切干涉场中±1级衍射光重叠区域内高阶衍射光的干扰,提高剪切相位提取精度。仿真结果表明,该算法的剪切相位提取误差仅存在高频拟合残差,验证了该算法可有效抑制高阶衍射光的干扰。利用剪切率为0.058的双光栅Ronchi剪切干涉系统进行了实验,并与基于双光纤的点衍射干涉仪的测量结果进行对比,两种方法的测量结果具有相同的波像差分布,验证了所提剪切相位提取算法的有效性。

关键词：干涉测量 Ronchi剪切干涉相位提取波像差检测光刻投影物镜剪切率

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基于聚类和自适应滤波的成像式心率检测方法

光学学报 2024年第9期44卷 200-210页

作者：黄漫萍彭力韩鹏骆开庆刘冬梅陈淼邱健华南师范大学电子与信息工程学院广东佛山528225 广东省光电检测工程技术研究中心广东佛山528225

提出了应用于成像式光电容积描记(IPPG)的凹透镜变形算法和肤色像素聚类的感兴趣区域(ROI)动态选取方法,以及针对脉搏波(BVP)信号的自适应归一化最小均方误差(NLMS)滤波算法来解决IPPG心率检测方法在头部运动及光照变化干扰等运动场景... 详细信息

提出了应用于成像式光电容积描记(IPPG)的凹透镜变形算法和肤色像素聚类的感兴趣区域(ROI)动态选取方法,以及针对脉搏波(BVP)信号的自适应归一化最小均方误差(NLMS)滤波算法来解决IPPG心率检测方法在头部运动及光照变化干扰等运动场景下存在的测量结果准确度低和波动性大等问题。首先,利用凹透镜变形算法将面部肤色区域进行图像扭曲和膨胀。其次,通过K-means++聚类方法进行皮肤区域像素选取。然后,应用CHROM算法对BVP信号进行预降噪处理。上述处理方法构成了ROI动态选取方法,可解决头部运动带来的影响。最后,采用提出的自适应NLMS算法对BVP信号进行光照变化干扰的自适应滤波后,完成心率的计算。实验结果表明,所提出的心率检测方法在运动场景下的平均绝对误差(MAE)达到0.92次/min,即使在光照剧烈变化的条件下MAE也能达到2.20次/min。该方法能够有效解决IPPG技术中ROI定位不准、选取困难以及受光照变化影响严重等不足。

关键词：生物技术成像式光电容积描记凹透镜变形 K-means++聚类归一化最小均方误差算法

基于人工智能高效近场扫描的瞬态强电磁干扰传导耦合路径可视化

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电子科技大学学报 2024年第4期53卷 495-502页

作者：杨振中谢雨婷许潘邓帅荣中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心成都610200 中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621000 浙江大学信息与电子工程学院杭州310058

在高压电子系统中,瞬态强电磁干扰会通过空间辐射、传导耦合等方式影响低压控制区的正常工作,在该工况下系统的电磁兼容问题较为突出。该文在时域电流测试与近场扫描结合的基础上,提出了一种改进的人工智能近场扫描算法,可实现强瞬态电... 详细信息

在高压电子系统中,瞬态强电磁干扰会通过空间辐射、传导耦合等方式影响低压控制区的正常工作,在该工况下系统的电磁兼容问题较为突出。该文在时域电流测试与近场扫描结合的基础上,提出了一种改进的人工智能近场扫描算法,可实现强瞬态电磁干扰下传导耦合路径的高效可视化,据此采取了相应的整改措施并解决了系统中的电磁干扰问题。与传统近场扫描方法相比,该文提出的人工智能算法可大幅度提高测试效率。此外,还分析了不同参数的选择对该人工智能算法稳定性的影响,提出了一种自动停止扫描的判决标准,该判决标准使人工智能近场扫描算法不需要人为干预,从而具有更高的智能化与鲁棒性。

关键词：高压电子系统瞬态强电磁干扰近场扫描耦合路径人工智能近场扫描算法

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飞秒激光直写光波导放大器与激光器(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 70-90页

作者：孙翔宇陈智王宇莹陈道远刘小峰马志军钟理京邱建荣之江实验室浙江杭州311100 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027 宁波大学信息科学与工程学院光+X交叉科学与技术研究院浙江宁波315211

飞秒激光直写技术因其精度高、效率高、脉冲持续时间短、峰值功率高且能在多种材料中加工的优点,已被广泛应用于制备各种集成光电器件、光学传感器件。近几年,飞秒激光直写光波导放大器与激光器已经被越来越多的人关注。本文主要介绍飞... 详细信息

飞秒激光直写技术因其精度高、效率高、脉冲持续时间短、峰值功率高且能在多种材料中加工的优点,已被广泛应用于制备各种集成光电器件、光学传感器件。近几年,飞秒激光直写光波导放大器与激光器已经被越来越多的人关注。本文主要介绍飞秒激光直写光波导放大器和激光器的最新研究进展,包括:Type-Ⅰ型、Type-Ⅱ型、脊型和可变截面光波导放大器和激光器的波导传输和插入损耗、光放大增益特性,以及波导激光输出特性。最后,对该技术及其相关研究进展进行总结、分析、归纳,并展望该领域未来研究、应用和发展方向。

关键词：飞秒激光直写光波导波导放大器波导激光器