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表面增强拉曼光谱技术在流行性病毒检测领域的研究进展

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中国激光 2024年第9期51卷 86-113页

作者：刘艺王楠何绍华张竣冯尚源林多福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007

近几年新型冠状病毒COVID-19的迅速传播,引起了全球对传染病防控和快速病毒检测技术的高度关注。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种光学分析技术,凭借其独特的分子指纹特性和高检测灵敏度的特点,成为生物医学检测领域的有力工具,对可能大... 详细信息

近几年新型冠状病毒COVID-19的迅速传播,引起了全球对传染病防控和快速病毒检测技术的高度关注。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种光学分析技术,凭借其独特的分子指纹特性和高检测灵敏度的特点,成为生物医学检测领域的有力工具,对可能大规模暴发的流行性病毒灵敏迅速的检测以及监控提供新颖、高效的光学解决方案。本文对从2021年以来开展的DNA、RNA病毒,尤其是威胁人类生命健康的流行性病毒检测工作当中使用的标记、非标记SERS技术进行梳理,从SERS基底结构建构及功能化修饰,分子探针的设计,高速响应、高灵敏度检测模型构建,生物技术、机器学习方法的联合使用等方面,特别是基于便携式、手持式拉曼光谱仪的研究,对SERS技术在病毒检测领域的应用进展进行了总结和展望。

关键词：医用光学表面增强拉曼光谱病毒检测生物传感器纳米光子学纳米医学

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一种2k分辨率内窥镜光学系统设计

应用光学 2024年第2期45卷 276-281页

作者：何旭舟林峰谢忠鑫陈威王康生林丽瑜林俊杰福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室福建福州350007

随着光学技术以及现代医学的发展,人们对基于内窥镜的微创手术接受度日益提高,医生通过观察由内窥镜获取的病变组织图像进行诊断,因此其光学系统的成像质量至关重要。目前市场上大多数内窥镜图像清晰但细节不够锐利,该文基于Zemax设计... 详细信息

随着光学技术以及现代医学的发展,人们对基于内窥镜的微创手术接受度日益提高,医生通过观察由内窥镜获取的病变组织图像进行诊断,因此其光学系统的成像质量至关重要。目前市场上大多数内窥镜图像清晰但细节不够锐利,该文基于Zemax设计了一款分辨率达到2k的内窥镜光学系统,使得最终成像质量更佳。通过提高物镜的相对孔径,并提供一种新的中继硬管棒镜模块及与之匹配的转接光学模块,其入瞳直径为0.6 mm,总长为388.7 mm,视场角为±37.5°,物距为26 mm时物方分辨率为32 lp/mm,物方角分辨力为17/c/(°)。考虑加工以及装配误差,进行公差分析后可知,设计的系统满足实际使用要求。

关键词：光学设计内窥镜 Zemax 角分辨力

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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

基于柔性基底的表面增强拉曼光谱应用研究进展

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中国激光 2024年

作者：王楠刘艺张竣何绍华侯仕宏冯尚源林多福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种基于局域表面等离子共振的超灵敏光谱分析技术，在生物医学、食品安全、环境监测等应用方面均展现出广泛的应用潜力。近年来，柔性SERS基底的发展受到了极大的关注。柔性材料具有较好的柔韧性和可塑性，... 详细信息

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种基于局域表面等离子共振的超灵敏光谱分析技术，在生物医学、食品安全、环境监测等应用方面均展现出广泛的应用潜力。近年来，柔性SERS基底的发展受到了极大的关注。柔性材料具有较好的柔韧性和可塑性，在面对各种复杂形状和不规则表面的应用场景时可以按需被切割设计成任何所需的形状和尺寸，结合具有高灵敏度的SERS技术，在非破坏性和原位检测方面具有极大的优势。本文综述了近年来基于柔性基底的SERS技术研究进展，从不同柔性材料构造SERS基底的常用方法，到柔性SERS基底在生物医学方面、食品安全方面、环境监测方面的最新应用，并对柔性SERS基底的发展进行了总结与展望。

关键词：表面增强拉曼光谱柔性SERS基底生物医学食品安全环境监测

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经宫腔镜观察通道的脉冲激光耦合方案的设计

激光技术 2024年第5期48卷 651-656页

作者：王金瑞戈传辉邹观送王飞扬章小曼吴淑莲李晖福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福州350007 福建师范大学光电与信息工程学院福建省光子技术重点实验室福州350007

为了提高脉冲激光通过宫腔镜的能量,采用相关软件设计了3种透镜耦合方案来提高耦合效率,进行了理论分析和实验验证。结果表明,耦合效率约提高了14%,脉冲激光通过该耦合模块后能取得较好的光声成像效果。该方法可作为辅助工具应用于临床... 详细信息

为了提高脉冲激光通过宫腔镜的能量,采用相关软件设计了3种透镜耦合方案来提高耦合效率,进行了理论分析和实验验证。结果表明,耦合效率约提高了14%,脉冲激光通过该耦合模块后能取得较好的光声成像效果。该方法可作为辅助工具应用于临床中子宫内膜等疾病的检测,有望提高光声成像技术在子宫内膜的应用。

关键词：医用光学与生物技术脉冲激光透镜耦合宫腔镜

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基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 305-313页

作者：张普刘金清肖金超熊俊峰冯天伟王忠泽福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007 福建省光子技术重点实验室福建福州350007 福建省光电传感应用工程技术研究中心福建福州350007 广州工业智能研究院广东广州511458

环境感知是无人驾驶的关键技术,针对相机缺乏深度信息无法定位检测目标以及目标跟踪精度较差的问题,提出一种基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪算法。该算法通过图像检测框内的激光雷达点云簇在像素平面的面积比例大小获得检测目... 详细信息

环境感知是无人驾驶的关键技术,针对相机缺乏深度信息无法定位检测目标以及目标跟踪精度较差的问题,提出一种基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪算法。该算法通过图像检测框内的激光雷达点云簇在像素平面的面积比例大小获得检测目标的定位信息,然后根据检测目标的轮廓点云在像素坐标系下的横向移动速度和纵向移动速度融合图像检测框中心坐标提高目标跟踪精度。实验结果表明:所提目标定位算法正确率为88.5417%,且平均每帧处理时间仅为0.03 s,满足实时性要求;图像检测框中心横坐标的平均误差为4.49 pixel,纵坐标的平均误差为1.80 pixel,平均区域重叠率为87.42%。

关键词：传感器融合机器视觉 3D激光雷达目标定位目标跟踪

基于Tm:YAG激光腔内泵浦的12.1 W,2129 nm Ho:YAP激光器

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中国激光 2024年

作者：李楠黄海洲史斐翁文李锦辉刘华刚林文雄中国科学院大学福建学院福建师范大学化学与材料学院中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室中国福建光电信息科学与技术创新实验室福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室

本文提出基于YAG/Tm:YAG板条激光腔内泵浦的高效率室温Ho:YAP激光器。采用c轴切割的Ho:YAP激光晶体，获得最高12.07 W的2129 nm Ho激光输出（E//b），斜率效率为32.2%，光-光转换效率为28.7%。同时，观察到Ho:YAP晶体在平行于c轴方向上... 详细信息

本文提出基于YAG/Tm:YAG板条激光腔内泵浦的高效率室温Ho:YAP激光器。采用c轴切割的Ho:YAP激光晶体，获得最高12.07 W的2129 nm Ho激光输出（E//b），斜率效率为32.2%，光-光转换效率为28.7%。同时，观察到Ho:YAP晶体在平行于c轴方向上存在针对激光波长的再吸收峰。这导致采用a轴切割的Ho:YAP晶体时最高Ho激光功率下降到9.48 W，斜率效率为26.1%，光-光转换效率为23%，中心波长2118.5 nm(E//c)。上述结果为从常规LD直接泵浦的紧凑谐振腔中获得高效率、线偏振室温Ho激光输出提供了一套有效的参考方案。

关键词： 2.1μm激光器腔内泵浦 Tm:YAG板条 Ho:YAP Tm激光

饮用水中的微塑料及其拉曼光谱检测技术研究进展

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激光生物学报 2024年第1期33卷 14-23页

作者：崔胜东李永增彭伟金柯城张先增王敏黄正福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室福州350007

塑料的发明和应用已逾百年,给日常生活带来了极大的便利。塑料制品及成分经过破碎降解后形成微塑料(MPs),环境中的MPs可进入饮用水,其污染和潜在的健康危害逐渐受到重视。MPs的定性和定量检测仍处于发展阶段,拉曼光谱(RS)是目前较常用... 详细信息

塑料的发明和应用已逾百年,给日常生活带来了极大的便利。塑料制品及成分经过破碎降解后形成微塑料(MPs),环境中的MPs可进入饮用水,其污染和潜在的健康危害逐渐受到重视。MPs的定性和定量检测仍处于发展阶段,拉曼光谱(RS)是目前较常用的一种较灵敏的非破坏性的无损光学分析技术。本文重点介绍了饮用水中MPs的来源、潜在危害以及RS检测的研究进展,旨在提高对饮用水中MPs污染的认知和对研发MPs检测技术的重视。

关键词：微塑料饮用水危害拉曼光谱检测

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准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 58-66页

作者：佘凯谢鹏建周鹏斐魏勇许珊李丙轩张戈福州大学化学学院福建福州350108 中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室福建福州350002 中国科学院大学福建学院福建福州350002 福建师范大学化学与材料学院福建福州350117 湖南理工学院物理与电子科学学院湖南岳阳414006 湖北文理学院低维光电材料与器件湖北省重点实验室湖北襄阳441053 福建省光电信息科技创新实验室福建福州350108

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μ... 详细信息

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

关键词：固体激光器偏振调控 c切Er Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4) 准连续泵浦光束轮廓