Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 School of Computer and Electronic Information / School of Artificial Intelligence, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
3 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In this paper, a cost-effective and miniaturized instrument is proposed, which is based on a tunable modulated grating Y-branch (MG-Y) laser for rapid temperature measurement using a Fabry-Perot interferometer (FPI) sensor. The FPI sensor with a 1 463-μm cavity length is a short segment of a capillary tube sandwiched by two sections of single-mode fibers (SMFs). This system has a broad tunable range (1 527 nm–1 567 nm) with a wavelength interval of 8 pm and a tuning rate of 100 Hz. Temperature sensing experiments are carried out to investigate the performance of the system by demodulating the absolute cavity length of the FPI sensor using a cross-correlation algorithm. Experimental results show that the sensor can reach the response time as short as 94 ms with the sensitivity of 802 pm/℃. Benefiting from the homemade and integrated essential electrical circuits, the entire system has the small size, low cost, and practical application potential to be used in the harsh environment for rapid temperature measurement.
MG-Y laser interrogator rapid temperature measurement cross-correlation algorithm 
Photonic Sensors
2024, 14(1): 240125
张之栋 1谢品华 2,3李昂 4秦敏 4[ ... ]胡峰 1
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026 中国科学院安徽光学与精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 张之栋
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026 中国科学院安徽光学与精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学院城市环境研究所中科院城市大气环境卓越中心, 福建 厦门 361021
4 中国科学院安徽光学与精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
5 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230039
二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)作为大气中重要的一次排放物, 人为活动造成SO2, NOx的过度排放会对生态环境和人体健康产生巨大危害, 2018年环境保护部就规定了“2+26”城市需要执行大气污染物的特别排放限值, 如: 燃煤锅炉排放限值规定的二氧化硫、 氮氧化物均为200 μg·m-3, 因此了解这些城市中SO2和NOx的分布与排放对大气污染防控管制具有重要意义。 唐山市作为“2+26”城市中大气污染最为严重的重工业城市之一, 近年来实施了多项大气污染防治措施, 但空气质量问题仍然严峻。 2021年2月26至3月1日, 使用基于车载差分吸收光谱技术的移动污染气体监测系统对于唐山市区开展了走航观测实验, 获取了走航路径上NOx和SO2的空间立体分布以及走航区域的排放通量。 实验结果表明唐山市一环存在多处NO2高值区域, 均位于车辆较为集中的立交和路口处。 工业园的走航中部分企业存在高NO2、 SO2的排放, 且获取的NO2和SO2VCD均值较高, 分别是一环的1.75~1.99倍和2.21~3.44倍。 结合垂直柱浓度SO2/NO2的比值以及近地面浓度CO/NO2的比值, 并用Pearson相关系数确定SO2和NO2柱浓度以及NO2近地面浓度和柱浓度之间的相关性, 进一步分析不同区域的主要污染源, 结果表明, 一环走航获取的SO2/NO2最低为0.42, CO/NO2最高为10.88, NO2地表与柱浓度之间的相关性r达到0.56, 3月1日丰南工业园区走航中, 获取的SO2/NO2最高为0.81, CO/NO2最低为7.13, SO2与NO2VCD之间有良好的相关性r为0.787, 唐山市一环区域大气污染物以车辆交通尾气排放为主, 丰南工业园区大气污染物来源以工业生产过程中高架点源(烟囱)释放的大量NO2和SO2为主。
空间分布 排放通量 污染源 走航观测 差分吸收光谱 Distribution Emission flux Pollution source Cruise observation Differential optical absorption spectroscopy 
光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1651
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics, Ministry of Education, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
2 United Microelectronics Center, Chongqing, 40030, China
3 School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009, China
There has been a rapidly growing demand for low-cost, integrated single-shot spectrometers to be embedded in portable intelligent devices. Even though significant progress has been made in this area, two major problems are still remaining, namely the high temperature sensitivity and poor bandwidth-resolution ratio (BRR) that can’t meet the requirement of most applications. In this work, we present an integrated single-shot spectrometer relying on a silicon photonic circuit that has a footprint less than 3mm2, but could achieve broad operation bandwidth about 100 nm and high resolution up to 0.1 nm (with a BRR ~ 1000). Moreover, for the first time, we demonstrate an integrated spectrometer that could operate within a wide temperature range (between 10 and 70 degrees Celsius) without additional power consumption for temperature management.
PhotoniX
2023, 4(1): 29
潘屹峰 1田鑫 1,2谢品华 2,3,4,*李昂 2[ ... ]王子杰 1
作者单位
摘要
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽省信息材料与智能传感实验室,安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心,福建 厦门 361021
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
提出一种基于卷积神经网络(CNN)和支持向量回归机(SVR)的多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)对流层NO2垂直分布预测方法。将2019年南京站点采集的原始MAX-DOAS数据通过QDOAS软件拟合获取O4和NO2差分斜柱浓度,结合基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法——PriAM算法反演了对流层NO2廓线,并将其作为预测模型的输出。此外,通过平均影响值方法进行预测模型输入变量的选择,确定了MAX-DOAS数据、温度、气溶胶光学厚度和低云覆盖率为模型的最佳输入变量。通过实验优化网络结构和参数,最终建立预测模型在测试集与PriAM的平均百分比误差仅为9.14%,与单独建立的CNN、SVR、反向传播模型相比,平均百分比误差分别降低了8.22%、6.00%、32.28%。因此,CNN-SVR能够利用MAX-DOAS数据对对流层NO2廓线进行有效预测。
大气光学 卷积神经网络 支持向量回归机 多轴差分吸收光谱 对流层NO2廓线 
光学学报
2022, 42(24): 2401001
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
提出了一种严格的非线性成像测量大数值孔径(NA=0.55)变倍率极紫外光刻(EUVL)投影物镜偏振像差的方法。首先在变倍率极紫外(EUV)严格矢量成像模型基础上,通过建立偏振像差与空间像频谱的非线性关系,得到非线性超定方程组,并提出一种同步旋转测量的方法,通过构建和训练深度神经网络算法求解严格非线性超定方程组,实现了EUV投影物镜偏振像差琼斯光瞳的高精度快速测量。仿真结果表明,测量精度达到了10-4λλ为波长)量级,该技术将支撑3~7 nm技术节点EUVL质量的在线监控。
测量 极紫外光刻 光刻成像理论 像差测量 成像测量技术 偏振像差 
光学学报
2022, 42(23): 2312001
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
5 中国环境监测总站, 国家环境保护环境监测质量控制重点实验室, 北京 100012
大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低, 然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。 多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动光学遥感技术, 可以同时反演气溶胶、 多种痕量气体(如NO2, SO2, HCHO, HONO等)以及水汽, 常用于区域大气立体分布及输送监测, 具有成本低、 时间分辨率高、 稳定、 可实时监测等特点。 水汽是一种重要的温室气体, 在紫外波段反演一些痕量气体时水汽的吸收经常不被考虑, 可能对紫外波段痕量气体的反演造成影响, 从而产生系统误差。 介绍了基于MAX-DOAS对紫外波段大气水汽的反演, 于2020年6月1日—9月24日在西安乾县进行观测, 通过选取最优反演波段, 并将反演结果与可见蓝光波段的水汽进行对比, 证实了紫外波段存在水汽吸收, 评估了紫外水汽的吸收对同波段痕量气体反演的影响。 首先, 根据不同拟合波段反演的水汽均方根误差(RMS)以及水汽和O4的吸收截面情况, 选取紫外和可见蓝光波段水汽的最优反演波段分别为351~370和434~455 nm。 其次, 通过DOAS拟合得到紫外和可见蓝光波段O4和H2O的对流层差分斜柱浓度(DSCD), 分别将紫外和可见波段的O4 DSCD和H2O DSCD做相关性分析, 两个波段O4 DSCD的相关系数r=0.85, H2O DSCD的相关系数r=0.80。 为消除不同波段的辐射传输差异, 将同波段的H2O DSCD和O4DSCD作比值, 两个波段H2O DSCD/O4DSCD的相关系数r=0.89。 紫外和可见蓝光波段H2O DSCD/O4DSCD的高相关系数表明, 即使在相对沿海城市水汽浓度较低的西安市, 在363 nm附近的紫外波段同样存在水汽吸收, 这将会对采用DOAS技术在紫外波段反演其他痕量气体造成影响。 最后, 分别对可能受紫外波段水汽吸收影响的气体(O4, HONO和HCHO)进行DOAS反演误差评估, 紫外波段水汽的吸收将使O4 DSCD, HONO DSCD以及HCHO DSCD在DOAS拟合过程中增加, 分别对应于+1.16%, +8.55%和+9.04%的变化。
多轴差分吸收光谱 紫外波段 水汽 误差评估 MAX-DOAS Ultraviolet band Water vapor Error evaluation 
光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3314
Author Affiliations
Abstract
1 School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, P. R. China
2 Biomedical Engineering Lab, The University of Aizu, Aizu-Wakamatsu, Fukushima 965-8580, Japan
We propose a high-speed all-optic dual-modal system that integrates spectral-domain optical coherence tomography and photoacoustic microscopy (PAM). A 3 × 3 coupler-based interferometer is used to remotely detect the surface vibration caused by photoacoustic (PA) waves. Three outputs of the interferometer are acquired simultaneously with a multi-channel data acquisition card. One channel data with the highest PA signal detection sensitivity is selected for sensitivity compensation. Experiment on the phantom demonstrates that the proposed method can successfully compensate for the loss of intensity caused by sensitivity variation. The imaging speed of the PAM is improved compared to our previous system. The total time to image a sample with 256-256 pixels is -20 s. Using the proposed system, the microvasculature in the mouse auricle is visualized and the blood flow state is accessed.
Photoacoustic microscopy optical coherence tomography angiography dual-modal imaging sensitivity compensation noncontact detection 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2022, 15(4): 2250023
作者单位
摘要
1 海军工程大学 核科学技术学院,武汉 430033
2 海军装备部,西安 710054
与传统的棒状燃料采用单一UO2陶瓷芯体不同,弥散型板状燃料元件是将燃料微球混合在金属基体中,燃料球与基体间微观上还存在体积的非均匀性。如果不能有效处理弥散燃料的局部空间,自屏效应将对物理特性参数计算带来一定偏差。但传统确定论程序的填卡方式忽略了弥散型燃料具有双重非均匀性的特点。针对板状弥散型燃料栅元,基于SuperMC程序编写随机介质程序,分别建立体积均匀模型和颗粒模型来验证分析弥散型燃料中由空间自屏效应引起的非均匀性。结果表明,该随机介质程序用于SuperMC中,可以解决具有双重非均匀性的弥散型燃料的粒子输运数值模拟问题,再通过建立传统RPT等效模型修正燃料和基体间非均匀性带来的计算偏差。
弥散型燃料 随机介质程序 SuperMC 双重非均匀性 particle-dispersed fuel random media program SuperMC double-heterogeneity 
强激光与粒子束
2022, 34(2): 026013
作者单位
摘要
1 南京理工大学紫金学院,南京 210000
2 南京邮电大学通信学院,南京 210000
**目标识别是目标检测领域中的一大研究方向,这对于提前侦测敌情和精准打击目标具有重要的意义,目前,主流的**目标识别算法主要是运用YOLO,Fast RCNN等非监督深度学习网络模型,这些方式都是通过将手动标注的数据集输入到网络中,经过处理输出结果,但是数据集数量总是有限的,在精度上有所欠缺,泛化能力也不足。针对这种问题,提出了基于非监督网络的**目标识别算法,可以通过生成式对抗网络(GAN)有效地解决数据集不足以及精度不够的问题。
**目标识别 目标检测 非监督网络 深度学习 military target recognition target detection YOLO YOLO unsupervised network deep learning 
电光与控制
2021, 28(10): 36
季红程 1,2谢品华 1,2,3,4,*徐晋 1,**李昂 1[ ... ]任红梅 1
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心中国科学院城市环境研究所, 福建 厦门 361021
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
针对准确、快速、便携测量大气中CO2、CH4等温室气体的需要,本文介绍了一种基于可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)传感器的多波长温室气体测量系统。将FPI作为波长选择元件,利用干涉滤波片实现了在3100~4400 nm(波数范围为3226~2273 cm -1)波段内的连续测量。通过将测量的吸收光谱和CO2的吸收截面拟合获得相关系数,进而计算得到CO2的气体浓度。为了校正仪器分辨率低带来的非线性吸收效应,采用迭代算法优化CO2的吸收截面。 结果显示,相比于直接拟和计算,CO2浓度为4.08×10 -4时测量误差降低了18%。对系统的干扰优化、仪器精度、探测限等参数进行了验证,实验结果表明,气室内残留的CO2浓度小于1×10 -6,仪器精度为±1.32×10 -6,当时间分辨率为10 min时,系统的探测限为1.13×10 -6(2σ,2倍标准偏差)。此外,利用该系统在合肥市科学岛进行了一个星期的室外测量,获得了CO2浓度的日变化结果及昼夜特性,验证了系统的稳定性和可靠性。
测量 红外光谱 二氧化碳 可调谐法布里-珀罗干涉仪 光学气体传感器 
光学学报
2021, 41(18): 1812004

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