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自适应光学在超分辨显微成像技术中的应用(内封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 11-25页

作者：王韵澎燕静郝翔浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心浙江嘉兴314000

荧光显微镜是研究细胞结构和动态过程的最有力的工具之一,近年来发展的超分辨显微成像技术更是突破了传统衍射极限,能够在观测活体生物样本中达到纳米级的分辨率。但由于生物样品内部折射率变化的复杂性,进行超分辨观测时成像性能往往... 详细信息

荧光显微镜是研究细胞结构和动态过程的最有力的工具之一,近年来发展的超分辨显微成像技术更是突破了传统衍射极限,能够在观测活体生物样本中达到纳米级的分辨率。但由于生物样品内部折射率变化的复杂性,进行超分辨观测时成像性能往往会因样品引起的像差而降低。自适应光学是一种矫正波前误差的技术,在超分辨显微成像技术中引入自适应光学技术可以显著提高超分辨系统的成像分辨率、成像深度、成像速度。为了进一步提高超分辨显微成像系统的成像性能,研究者不断创新自适应光学在超分辨技术的应用方法。介绍了自适应光学技术,阐述了其在显微成像中的应用;详细分析了近年来自适应光学在超分辨显微成像技术的应用,最终进行了总结,并对未来技术发展方向进行了展望。

关键词：超分辨显微成像自适应光学机器学习波前探测

基于GPU高速并行计算实现逆信噪比-复值退相关OCTA实时成像

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中国激光 2024年第9期51卷 170-180页

作者：郭大佑刘开元章慧英林腾翔丁志华李鹏浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心浙江嘉兴324000

在光学相干层析血流造影(OCTA)系统的实际应用中,高质量数据的采集受到多种因素的干扰,如屈光调节、扫描区域移动、动态成像过程中受试对象眼睛状态波动等。笔者构建了一种基于图像处理单元(GPU)的OCTA数据实时处理框架,使用C++和CUDA... 详细信息

在光学相干层析血流造影(OCTA)系统的实际应用中,高质量数据的采集受到多种因素的干扰,如屈光调节、扫描区域移动、动态成像过程中受试对象眼睛状态波动等。笔者构建了一种基于图像处理单元(GPU)的OCTA数据实时处理框架,使用C++和CUDA开发系统软件,实现了逆信噪比-复值退相关光学相干层析血流造影(ID-OCTA)的实时信号处理与图像显示,线处理速度达到了365 kHz。同时,通过闪烁光刺激诱发小鼠视网膜功能性充血实验,证明了本研究实现的OCTA投影图像实时显示功能有助于操作人员调节系统,监测受试对象的状态,从而提高数据采集成功率。

关键词：生物医学成像光学相干层析血流造影实时成像功能性充血

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超构表面:设计原理与应用挑战(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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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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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微纳光纤在超快光学领域的研究进展（英文）

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2024年第9期25卷 1193-1209页

作者：何欣莹李宇航王铸宁片思杰刘旭马耀光浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室先进光子学国际研究中心浙江大学嘉兴研究院智能光学与光子学研究中心杭州国际科创中心清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器全国重点实验室

超快光纤激光器作为超快光学领域至关重要的组成部分，其性能不断推动超快光学的进展。在产生超短脉冲过程中，微纳光纤凭借其高比例倏逝场、灵活可控的色散和高非线性特性，在饱和吸收锁模以及色散和非线性管理方面发挥了积极作用。在... 详细信息

超快光纤激光器作为超快光学领域至关重要的组成部分，其性能不断推动超快光学的进展。在产生超短脉冲过程中，微纳光纤凭借其高比例倏逝场、灵活可控的色散和高非线性特性，在饱和吸收锁模以及色散和非线性管理方面发挥了积极作用。在产生超短脉冲方面，具备高非线性系数的微纳光纤已经成为研究非线性动力学现象的理想平台工具之一，并且也反向促进超快光纤激光器技术的发展。本文首先介绍了微纳光纤模式演化及相关特征，然后全面综述微纳光纤在超快光学领域最新研究进展，包括倏逝场调制与控制、色散与非线性管理以及非线性动力学现象，最后讨论了微纳尺度下未来可能应用于超快光学领域的潜在前景。

关键词：微纳光纤非线性动力学色散超快光学

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基于深度学习的活塞式造波机传递函数获取

海洋工程 2024年

作者：魏唯嘉赵西增谢玉林邓龙赐许诺浙江大学舟山海洋研究中心浙江大学海洋学院

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波... 详细信息

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波机运动速度与造波过程流场变量之间的映射关系，从而拟合出该造波机的传递函数，通过引入流体质量守恒约束项，提高神经网络的物理可解释性；并通过基于OpenFOAM的数值波浪水槽与自主搭建的物理波浪水槽，开展规则波、孤立波与畸形波的造波模拟，验证该传递函数的有效性。结果表明，深度学习能够降低活塞式造波机的传递函数推导难度，并实现不同类型波浪的水槽造波。

关键词：造波机活塞式深度学习传递函数物理约束

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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双线盾构隧道开挖诱发的地层沉降模型研究

工程地质学报 2024年

作者：史盛朱建才祝凤金徐日庆浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江大学平衡建筑研究中心浙江大学建筑设计研究院有限公司

双线盾构隧道开挖将导致地层原有的应力平衡状态受到扰动，诱发隧道顶部的地层产生沉降，对地表建筑和隧道附近的地下管线等工程产生重要的影响。为了建立双线盾构隧道施工引起的地层沉降模型，本文首先根据国内外文献分析了双线隧道盾... 详细信息

双线盾构隧道开挖将导致地层原有的应力平衡状态受到扰动，诱发隧道顶部的地层产生沉降，对地表建筑和隧道附近的地下管线等工程产生重要的影响。为了建立双线盾构隧道施工引起的地层沉降模型，本文首先根据国内外文献分析了双线隧道盾构掘进过程中诱发的地表及地下不同深度处的地层沉降规律，发现后行线隧道开挖引起的地层沉降受先行线的开挖影响较大，后行线诱发的沉降曲线最大值大于先行线，且偏离隧道轴线，偏向先行线一侧；然后基于随机介质理论，通过引入波的传播模型描述隧道上部地层的沉降机理，根据Fourier变换推导了均质地层中单个隧道开挖诱发的地层沉降模型，基于双线隧道诱发的地层沉降特性定义了双线隧道开挖过程中的扰动影响因子，建立了双线隧道的地层沉降模型；最后采用实际工程监测数据对模型的合理性进行了验证，发现当先行线对后行线的影响较大时，地层总沉降曲线表现为单峰“V”型，而且最大沉降值偏向先行线一侧，当距隧道顶部较远时，先行线开挖对后行线的影响减小，总的沉降曲线表现为双峰值“W”型。本文提出的模型参数较少而且易于确定，不但能够对双线隧道开挖引起的地表沉降进行预测，也能对隧道顶部不同深度处的地层沉降传播规律进行描述。

关键词：双线盾构隧道沉降模型地表沉降地下沉降开挖扰动