作者单位
摘要
南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210006
传统光伏面板缺陷检测任务以人工目视方法为主,存在效率低、精度差、成本高等问题。提出基于深度学习的融合光伏面板可见光图像与红外图像的缺陷检测网络,即多源图像融合网络(Multi-source Fusion Network, MF-Net),实现光伏面板的缺陷检测。 MF-Net以 YOLOv3 tiny为主干结构,并针对光伏面板缺陷特征进行网络结构改进。其中包括:在特征提取模块中增加网络深度并融入密集块结构,使得 MF-Net能够融合更多高层语义信息的同时增强特征的选择;将双尺度检测增加为三尺度检测,以提高网络对不同尺寸缺陷的适用度。此外,提出自适应融合模块,使特征图融合过程中可以根据像素邻域信息自适应分配融合系数。实验结果表明,相比基于 YOLOv3 tiny的融合网络,改进后的融合检测网络 mAP提高 7.41%;自适应融合模块使 mAP进一步提升 2.14%,且自适应融合模块能够有效提高特征的显著性;在与单一图像(仅有可见光图像或红外图像)的检测网络及其他融合图像检测网络的对比实验中,所提出的网络 F1 score最高(F1=0.86)。
光伏面板 图像融合 缺陷检测 可见光图像 红外图像 photovoltaic panel, image fusion, defect detection 
红外技术
2023, 45(5): 488
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Modern Optical Instrumentation, Center for Optical and Electromagnetic Research, International Research Center for Advanced Photonics, Ningbo Research Institute, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, China
2 School of Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China
3 e-mail: jingyechen@zju.edu.cn
An on-chip optical phased array (OPA) is considered as a promising solution for next generation solid-state beam steering. However, most of the reported OPAs suffer from low operating bandwidths, making them limited in many applications. We propose and demonstrate a high-speed 2D scanning OPA based on thin-film lithium niobate phase modulators with traveling-wave electrodes. The measured modulation bandwidth is up to 2.5 GHz. Moreover, an aperiodic array combined with a slab grating antenna is also used to suppress the grating lobes of far-field beams, which enables a large field of view (FOV) as well as small beam width. A 16-channel OPA demonstrates an FOV of 50°×8.6° and a beam width of 0.73°×2.8° in the phase tuning direction and the wavelength scanning direction, respectively.
Photonics Research
2023, 11(11): 1912
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 北京遥测技术研究所,北京 100084
载波调制水下探测激光雷达利用散射光和信号光在频域特性上的差异来抑制杂散光,而不同水质中的散射光的截止频率是载波调制水下探测激光雷达设计中的重要参数。测量散射杂波的频率响应需要将目标回波与散射杂波分开,尤其是前向散射,与目标回波空间上重合,不容易被分开。文中提出了一种在载波强度调制激光雷达中分别测量水下目标和散射杂波的频率响应方法,利用散射光和目标反射的信号光在空间相干性上的差异,在回波光路上使用螺旋相位板将其分开并分别采集,再通过傅里叶变换得到它们的频谱。实验结果表明,前向散射杂波具有低通特性,而目标回波的响应是平坦的。将信号与散射在频谱中调制频率处的幅度之比定义为“信杂比”,并且用其来表示探测的有效性:当信杂比大于1时,认为探测到了目标。在较浑浊的水中,为了获得大于1的信杂比,载波的调制频率需要更高,基于蒙特卡洛方法对光子在海水中的传播进行了仿真模拟,结果与实验相符。测距实验也证明了,提高调制频率可以减小浑浊水中的测距误差。当信杂比小于1时,提高调制频率,测距误差降低明显。
散射杂波 涡旋光 频率响应 载波调制 scattering clutters vortex beam frequency response carrier modulation 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220831
作者单位
摘要
南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210016
针对高精度遥感应用中含云大气波段辐射传输计算成本较高的问题,提出单次散射参量极大相关k分布优选算法(SSP-MCKD)。通过分析不同环境条件下含云大气消光系数、单次反照率和不对称因子等参量在光谱分布上的相关性,将CKD理论从单一吸收系数扩展至多种光谱参量。根据对单次散射源函数的影响程度,优选各条谱线的极大相关光谱参量并进行分组重排,在组间和组内求解平均等效参量和求积权重。实验结果表明:与Δlogk算法和云层属性参数化的相关k分布算法相比,SSP-MCKD适用于吸收、半吸收和透过等各类波段,收敛速度最快;在不同高度云层场景中,辐射亮度平均误差低于2%;在不同类型云层场景中,辐射亮度平均误差低于6%。SSP-MCKD在适用性、稳定性及计算精度方面均具有明显优势。
遥感 含云大气 波段辐射传输 相关k分布 单次散射源函数 极大相关参量 
光学学报
2023, 43(18): 1801001
Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Optical and Electromagnetic Research, State Key Laboratory for Modern Optical Instrumentation, Zhejiang Provincial Key Laboratory for Sensing Technologies, Zhejiang University, Zijingang Campus, Hangzhou 310058, China
2 Imec USA, Nanoelectronics Design Center, Inc., 194 Neocity Way, Kissimmee, FL34744, USA
3 Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China
Chip-scale programmable optical signal processors are often used to flexibly manipulate the optical signals for satisfying the demands in various applications, such as lidar, radar, and artificial intelligence. Silicon photonics has unique advantages of ultra-high integration density as well as CMOS compatibility, and thus makes it possible to develop large-scale programmable optical signal processors. The challenge is the high silicon waveguides propagation losses and the high calibration complexity for all tuning elements due to the random phase errors. In this paper, we propose and demonstrate a programmable silicon photonic processor for the first time by introducing low-loss multimode photonic waveguide spirals and low-random-phase-error Mach-Zehnder switches. The present chip-scale programmable silicon photonic processor comprises a 1×4 variable power splitter based on cascaded Mach-Zehnder couplers (MZCs), four Ge/Si photodetectors, four channels of thermally-tunable optical delaylines. Each channel consists of a continuously-tuning phase shifter based on a waveguide spiral with a micro-heater and a digitally-tuning delayline realized with cascaded waveguide-spiral delaylines and MZSs for 5.68 ps time-delay step. Particularly, these waveguide spirals used here are designed to be as wide as 2 μm, enabling an ultralow propagation loss of 0.28 dB/cm. Meanwhile, these MZCs and MZSs are designed with 2-μm-wide arm waveguides, and thus the random phase errors in the MZC/MZS arms are negligible, in which case the calibration for these MZSs/MZCs becomes easy and furthermore the power consumption for compensating the phase errors can be reduced greatly. Finally, this programmable silicon photonic processor is demonstrated successfully to verify a number of distinctively different functionalities, including tunable time-delay, microwave photonic beamforming, arbitrary optical signal filtering, and arbitrary waveform generation.
silicon photonics programmable photonic integrated circuit waveguide delay lines Mach-Zehnder interferometer 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(3): 220030
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Modern Optical Instrumentation, Center for Optical & Electromagnetic Research, College of Optical Science and Engineering, International Research Center for Advanced Photonics, Zhejiang University, Zijingang Campus, Hangzhou 310058, China
2 ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center, Hangzhou 311200, China
3 Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China
A compact on-chip reconfigurable multichannel amplitude equalizer based on cascaded elliptical microrings is proposed and demonstrated experimentally. With the optimized structure of the elliptical microring with adiabatically varied radii/widths, the average excess loss for each channel in the initialized state is measured to be less than 0.5 dB, while the attenuation dynamic range can be over 20 dB. Flexible tunability through the overlapping of the resonance peaks of adjacent wavelength-channels enables even higher attenuation dynamic ranges up to 50 dB. Leveraging the thermo-optic effect and fine wavelength-tuning linearity, precise tuning of the resonance peak can be implemented, enabling dynamic power equalization of each wavelength-channel in wavelength-division-multiplexing (WDM) systems and optical frequency combs. The proposed architecture exhibits excellent scalability, which can facilitate the development of long-haul optical transport networks and high-capacity neuromorphic computing systems, while improving the overall performance of optical signals in WDM-related systems.
Photonics Research
2023, 11(5): 742
作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院 高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130000
2 香港中文大学(深圳) 理工学院,广东 深圳 518172
石墨烯和其他二维材料凭借其自身独特的物理和化学性能,引起了科学和工程领域的广泛关注。探索新型二维材料体系并扩展其应用范围是研究人员的热点研究内容。其中,第五主族单元素二维烯(二维磷烯、二维砷烯、二维锑烯、二维铋烯)具有较窄的且可调节的能带宽度、高的载流子迁移率、良好的透光性和优异的光电子学性能,成为二维材料及其在光电子应用领域的新的研究对象。鉴于此方面,从基本物理结构、材料的制备方法和在光电子方面的应用深入分析二维铋烯的相关理论以及实验研究的工作进展。在材料的可控制备方面,重点围绕二维铋烯的电化学剥离法展开相应论述。最后讨论了二维铋烯在光电子学应用领域的现状,包括在超快光电子学器件的应用,并且对二维铋烯未来的发展进行了展望。
铋烯 可控制备方法 电化学剥离法 超快光子学器件的应用 bismuthene controllable preparation method electrochemical exfoliation applications of ultrafast optoelectronic devices 
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220371
作者单位
摘要
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院, 江西 景德镇 333403
2 清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
以蓝晶石和Al2O3粉体为原料、PMMA微球为造孔剂、Isobam104为分散胶凝剂, 结合凝胶注模工艺与造孔剂法, 实现了收缩率可控的多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备。研究了烧结温度对相组成的影响以及固相含量对样品微观结构、相组成、收缩率、气孔率及抗压强度的影响。结果表明: 随着固相含量的增加, 样品在1 500 ℃烧结后收缩率先减小后增大, 在固相含量为30%(体积分数)、造孔剂含量为30%(质量分数)时, 样品的总收缩率接近于0, 实现了多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备。多孔莫来石陶瓷呈现出较高的气孔率(60.4%)、较小的平均气孔尺寸(3.75 μm)和较高的抗压强度(8.3 MPa)。利用制备过程中的体积膨胀效应, 可以有效地控制多孔陶瓷制备过程中的收缩率, 实现了多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备, 对制备大尺寸复杂形状多孔陶瓷部件、降低加工成本具有重要参考价值。
多孔莫来石陶瓷 凝胶注模 造孔剂 近净尺寸制备 porous mullite ceramics gelcasting pore forming agent near net size preparation 
硅酸盐学报
2022, 50(3): 698
作者单位
摘要
1 国家电投集团江苏电力有限公司, 江苏 南京 210000
2 南京航空航天大学 机电学院, 江苏 南京 210000
3 国家电投集团江苏新能源有限公司, 江苏 盐城 224000
太阳能光伏发电是国家能源结构性调整的重要组成部分, 近几年随着光伏发电产业规模迅速扩张, 光伏电站的日常运维压力日益增加。针对光伏电站面积大、人工检测效率低等问题, 文章对基于无人机的光伏电站智能巡检技术进行研究, 提出了一个基于无人机的光伏电站智能巡检完整技术路线, 实现了光伏面板图像数据自动化采集与分析, 并对基于计算机视觉的缺陷检测方法进行研究, 采用自适应动态阈值法并结合图像增强技术, 基于红外图像实现了鲁棒的光伏面板缺陷检测, 结合可见光数据实现缺陷类型判别, 进一步根据相机POS数据及相机模型解算缺陷坐标, 实现缺陷定位, 并在实际场景中验证了所提出技术路线的有效性。
无人机 光伏电站 缺陷检测 智能巡检 UAV, photovoltaic power station, defect detection, 
红外技术
2022, 44(5): 537
作者单位
摘要
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
研究了金属Cr作为扩散阻挡层的GaAs欧姆接触技术,设计了Au/Cr/AuGe/Ni和Ti/Cr/Au两种欧姆接触合金系统,并对Cr阻挡层厚度与退火条件进行了优化。研究结果表明:两种合金系统均可在380~480 ℃退火条件下形成欧姆接触,且Au/Cr/AuGe/Ni系统在420 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为2.63×10-6 Ω·cm2,相较于在相同基底上镀制的Au/Ni/AuGe/Ni合金系统比接触电阻率的最低值1.54×10-5 Ω·cm2降低了近一个数量级,且具有更好的表面形貌;Ti/Cr/Au系统在440 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为6.99×10-7 Ω·cm2,且在420~460 ℃相对较宽的温度范围内均可获得低的比接触电阻率。
材料 半导体器件 欧姆接触 扩散阻挡层 合金化 比接触电阻率 
中国激光
2022, 49(11): 1103001

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