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基于可拉伸反射基底介质超光栅的太赫兹增强吸收谱

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光子学报 2024年第9期53卷 81-92页

作者：聂禄李向军王梓灏孙文骁孙杰中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室杭州310018 中国计量大学信息工程学院太赫兹研究所杭州310018 浙江省计量科学研究院信息与电磁计量研究所杭州310018

提出了一种利用纳米银浆作为反射层的可拉伸介质超光栅的亚波长增强结构,在指纹谱检测时可以有效提升待测物周围的局域场而实现超宽带太赫兹吸收谱信号增强。当太赫兹波以一定角度照射到可拉伸弹性衬底介质超光栅上表面时,对衬底进行一... 详细信息

提出了一种利用纳米银浆作为反射层的可拉伸介质超光栅的亚波长增强结构,在指纹谱检测时可以有效提升待测物周围的局域场而实现超宽带太赫兹吸收谱信号增强。当太赫兹波以一定角度照射到可拉伸弹性衬底介质超光栅上表面时,对衬底进行一系列拉伸,不同的拉伸因子激发出一系列导模共振,对应的介质超光栅响应曲线上的谐振峰频率覆盖0.46~0.61 THz。选择0.2~1.0μmα-乳糖薄膜作为待测微量分析物时,各拉伸因子对应的谐振峰幅度随待测物的吸收谱大幅度改变,其包络线组成的吸收谱峰值比没有介质超光栅周期结构时,最多增强111倍。该基于金属基底的可拉伸微结构为微量分析物的太赫兹高灵敏度检测提供了一种新的有效方法。

关键词：太赫兹波指纹谱动态拉伸介质超光栅纳米银反射

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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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基于LSMR算法的火焰三维温度场重建

化工进展 2024年第2期43卷 659-666页

作者：单良仰文淇洪波周荣幸孔明中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

光场成像技术可以同时记录入射光线的空间分布信息和传播方向信息,结合相关反演算法,可以进行火焰三维温度场的重建。最小二乘QR分解算法(least squares via QR factorization,LSQR)可以有效求解基于大型稀疏矩阵的线性问题,但是在对火... 详细信息

光场成像技术可以同时记录入射光线的空间分布信息和传播方向信息,结合相关反演算法,可以进行火焰三维温度场的重建。最小二乘QR分解算法(least squares via QR factorization,LSQR)可以有效求解基于大型稀疏矩阵的线性问题,但是在对火焰辐射强度求解的过程中,难以保证求解的非负性和准确性。非负最小二乘算法(non-negative least squares,NNLS)可以保证求解的非负性,但是计算效率太低。本文提出将最小二乘残差方法(least square minimal residual,LSMR)用于火焰光场成像三维温度场重建,并研究其重建精度、计算效率、抗噪性能等指标。仿真实验表明,LSMR和NNLS算法可以在不同噪声水平下保证求解火焰辐射强度的非负性。在噪声为5%、10%、15%和20%的情况下,LSMR和NNLS算法对辐射强度的求解精度均比LSQR提高了10%以上,且LSMR算法的求解时间比LSQR和NNLS分别降低了一个数量级和四个数量级。可见,LSMR算法可以在保证求解精度的情况下大幅提高运算效率。最后用LSMR算法对模拟光场火焰进行温度场重建,在不同噪声水平下,平均相对误差都保持在1.2%以内,验证了LSMR算法在重建时的准确性和可靠性。

关键词：光场成像火焰 LSMR算法三维温度场重建

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面向光场火焰温度场重建的特征提取优化方法

化工进展 2024年第2期43卷 823-829页

作者：单良华夏杰牛玉风赵腾飞洪波孔明中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

近年来,利用深度学习的方法从光场火焰图像中重建三维温度分布已成为辐射测温研究领域的一个新方向。传统的温度场重建网络仍沿用平面图像的特征提取方法,不仅忽略了光场图像中记录的三维光线信息,而且没有充分考虑追迹光线的分类问题,... 详细信息

近年来,利用深度学习的方法从光场火焰图像中重建三维温度分布已成为辐射测温研究领域的一个新方向。传统的温度场重建网络仍沿用平面图像的特征提取方法,不仅忽略了光场图像中记录的三维光线信息,而且没有充分考虑追迹光线的分类问题,致使先验信息的缺失和不同类型特征的杂糅,对温度场的重建精度产生负面影响。本文对网络中的特征提取过程进行了优化,首先将子孔径图像的视角信息添加到网络输入端,然后使用双分支卷积方法分别提取光场的空间特征和角度特征,最后利用注意力机制对特征在不同尺度上的重要性进行建模。本文通过正交实验验证了上述因素对重建精度的影响。仿真结果表明,与传统网络相比,优化方法重建的温度场平均相对误差降低了44.82%,最大相对误差降低了34.76%。

关键词：温度场重建优化神经网络数值分析

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基于云的矢量网络分析仪在线系统软件设计

电子测量与仪器学报 2024年

作者：沈嘉诚裘国华袁勤文中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量重点实验室

矢量网络分析仪是射频与微波检测领域中不可或缺的现代电子测量设备。传统的矢量网络分析仪检测方法主要依靠工作人员驻守在仪器旁操作控制，这种方法效率低且灵活性不强，无法满足现代电子测量所需要的智能化与便捷性需求。针对传统矢... 详细信息

矢量网络分析仪是射频与微波检测领域中不可或缺的现代电子测量设备。传统的矢量网络分析仪检测方法主要依靠工作人员驻守在仪器旁操作控制，这种方法效率低且灵活性不强，无法满足现代电子测量所需要的智能化与便捷性需求。针对传统矢量网络分析仪检测中的难题，设计了一种基于云服务器的矢量网络分析仪在线软件系统。系统通过SCPI协议实现矢量网络分析仪与本地电脑进行连接，本地电脑通过SSH协议上传矢量网络分析仪检测到的S参数以频率点、实部与虚部的数据格式至云服务器的MySQL数据库中，使用Django开发的网站可以使用户通过任意设备登陆网站实时获取S参数的可视化数据，包括频域、时域和驻波比等相关波形图。将系统应用于矢量网络分析仪E5071C对矩形不锈钢管10GHz至12GHz的双端口S参数检测中进行试验，结果表明检测数据在仪器与本地电脑短时间内多次传输中无数据损失，相关S参数数据与仪器检测结果的误差小于0.01%，用户可通过多个设备同时访问网站获取实时S参数波形图，证明了该系统的实用性，为矢量网络分析仪的检测提供了新的可靠方案。

关键词：矢量网络分析仪在线检测系统 SCPI协议云服务器

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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

基于光子学的线性调频微波信号产生技术进展(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 507-521页

作者：邵帅杨四刚陈宏伟陈明华清华大学电子工程系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

线性调频(LFM)信号以其具备大时间带宽积的优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈,传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下,微波光子技术以其具有大可用带宽、低损耗、高灵活度等... 详细信息

线性调频(LFM)信号以其具备大时间带宽积的优势已成为现代雷达系统中最为常用的波形之一。因受限于电子瓶颈,传统电学器件在产生高频、大带宽的信号方面已面临诸多挑战。相比之下,微波光子技术以其具有大可用带宽、低损耗、高灵活度等优势现已成为最为可行的替代方案之一。本文首先综述了现有基于微波光子技术产生线性调频微波信号的方案,之后介绍了本课题组提出的一种基于锁相同步光源的信号产生方案。通过构建同步锁相环路实现了直流光源与扫频光源的实时锁定,拍频后实现了低相位噪声和高相参的信号产生。此外,本课题组所提出的信号产生方案还可实现中心频率、带宽和周期的灵活调节,产生的信号可以分别覆盖L至Ka波段。

关键词：微波光子学线性调频信号半导体激光器光锁相环

基于参数标准化的单样本定标方法在微波等离子体炬水泥快速分析中的应用

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高等学校化学学报 2024年第8期45卷 60-69页

作者：邵益波俞登捷李雅瑞魏好泽金伟于丙文浙江大学控制科学与工程学院智能系统与控制研究所分析仪器研究中心杭州310058 浙江大学湖州研究院分析仪器与智能系统研究中心湖州313002

流程工业颗粒物成分的在线检测具有低延时、安全可靠及低成本等要求,目前没有适合的技术手段.微波等离子炬(Microwave plasma torch,MPT)原子发射光谱法具有直接进样、成本低及装置安全可靠等优点,有潜力成为工业在线检测的重要手段.本... 详细信息

流程工业颗粒物成分的在线检测具有低延时、安全可靠及低成本等要求,目前没有适合的技术手段.微波等离子炬(Microwave plasma torch,MPT)原子发射光谱法具有直接进样、成本低及装置安全可靠等优点,有潜力成为工业在线检测的重要手段.本文基于MPT装置对水泥样品进行直接进样分析,并针对工业应用场景中标准样品受限的问题,采用单样本定标技术(Single sample calibration,SSC)进行定量分析.SSC法中的线性假设容易受到等离子体参数波动的影响,导致精度下降.为此,提出了一种基于参数标准化的SSC算法PS-SSC(SSC based on parameter standardization),通过激发温度和电子数密度对谱线强度进行修正以提高SSC的定量精度.为了评估MPT和PS-SSC方法联用在水泥成分快速分析中的有效性,将GSB 08-2985-2013标准水泥粉末气溶胶直接引入MPT中进行定量分析,并将PS-SSC与现有定量方法进行比较.与传统SSC方法相比,PS-SSC方法的决定系数R2由‒0.81~0.81提高到0.39~0.88,平均相对误差由4.39%~10.33%提高到1.55%~5.83%,平均相对标准偏差由2.89%~9.40%提高到2.28%~6.50%,展现了该方法在工业在线成分检测中的应用潜力.

关键词：微波等离子体炬颗粒物直接进样单样本定标参数标准化

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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