1 之江实验室，浙江 杭州 311121
2 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，浙江 杭州 310027
作为工业数字图像质量评价在应用领域的重要延伸，光学显微图像定量评价主要通过对图像特征和属性进行分析计算，针对性地量化评估图像的质量。近年来，随着各类光学显微成像技术的蓬勃发展，图像定量化评价的重要性日益凸显，在总体图像处理中具有指导性作用。对现有的光学显微图像定量评价指标及相关算法进行总结，对各个算法的模型结构和性能表现进行讨论说明，阐述显微图像定量评价的应用和发展趋势，并对该领域目前所存在的问题和难点进行分析和展望。
光学显微图像 定量评价 分辨率 信噪比 结构相似度 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618013
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
3 东北大学秦皇岛分校河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北 秦皇岛 066004
提出了一种双柄空心微瓶腔结构，利用微纳光纤耦合激发出了回音壁模式（WGM）谐振，通过控制轴向拉伸应变，实现了回音壁模式的谐振波长和品质因子Q的调谐，通过非对称拉锥的方式改变微腔结构，增大了双柄微腔结构轴向拉伸对腔长和壁厚的改变量，从而使谐振波长的调谐范围达到了0.66 nm。所提结构在激光器、滤波器和传感检测等应用方面具有实际意义。实验中进一步探究了非对称双柄回音壁模式微腔的应变传感特性，结果表明，WGM谐振峰对轴向拉伸应变的灵敏度可达0.795 pm/µε，分辨率小于25 µε，线性度达0.999。由于回音壁模式谐振腔具有极窄的谐振峰，该传感方法能够实现更高的传感分辨率，为高分辨率应变传感提供了新思路。
集成光学 回音壁模式 空心微瓶腔 谐振峰调谐 应变传感
1 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
2 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
3 北京湜沅科技有限公司，北京 102400
4 南京法艾博光电科技有限公司，江苏 南京 211135
为了解决水资源时空分布不均匀的困境，我国目前正在兴建一系列大规模引调水工程。预应力钢筒混凝土管（PCCP）因其强度高、抗震好、防渗漏等优点，被广泛应用在长距离输水管道的建设中。但是随着服役年限的增加，PCCP管道存在预应力钢丝断裂的现象，积累到一定程度便有可能诱发爆管事故，因而迫切需要对PCCP断丝进行实时在线监测。相比于传统手段，基于分布式光纤声场传感（DAS）的PCCP断丝监测技术在传感器布设的便捷性和事件识别的准确性方面具有明显优势。本文分析了PCCP断丝成因，对比了现有的各种PCCP断丝监测方法，并介绍了近年来出现的基于融合式DAS原理的PCCP断丝实时在线监测解决方案，同时对其发展趋势进行了展望。
预应力钢筒混凝土管 断丝监测 分布式光纤声场传感 融合型系统
南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京 210000
为了进一步提高系统的能量利用率, 设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统。系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式, 实现对远端富余的能量快速存储和合理利用, 并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控。实验结果表明: 所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率, 从而保证供能系统的安全工作; 当光供能不足时, 所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能。
光纤供能 光伏电池 电源管理 最大功率跟踪 充电控制 fiber optic power supply, photovoltaic cell, power
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工信部重点实验室，江苏 南京 210094
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
提出一种基于短光纤延时自外差法的可见光波段单频激光线宽测量方法，利用短延时光纤减小可见光在石英光纤中的损耗并降低系统低频噪声，通过频谱信号平滑方法极大地提高频谱数据的信噪比，通过非线性最小二乘法拟合还原原始信号频谱，并最终计算出可见光波段激光线宽。构建可见光波段的延时自外差测量系统，搭建127 m和500 m延时光纤的可见光波段延时自外差测量装置，测得635 nm单频外腔半导体激光器线宽为29.4 kHz，与两个相同型号激光器互拍的测量结果接近，证明了基于短光纤延时自外差方法测量可见光单频激光器线宽的可行性。
测量 线宽测量 延时自外差法 可见光激光器 光学系统 光学学报
2023, 43(21): 2112006
南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
面向数字图像识别，使用光学器件构建基于快速傅里叶变换（FFT）的光学神经网络（ONN），其中的线性光学处理单元由马赫-曾德尔干涉仪（MZI）实现。这些MZI以网格状布局连接，对通过的光信号进行调制，实现乘法和加法，从而实现对图像的分类识别。针对该ONN对手写数字图像进行识别出现的问题，研究训练算法中的主要超参数即动量系数和学习率对网络性能的影响。首先比较不同学习率下随机梯度下降（SGD）、均方根传递（RMSprop）、适应性矩估计（Adam）和自适应梯度（Adagrad）4种训练算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数后，ONN在识别手写数字图像上的表现。实验结果显示：在学习率从0.5变化到5×10-5、RMSprop训练算法下，具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的FFT型ONN具有最高的识别精确度，达97.4%。此外，着重分析在具有不同动量系数的SGD算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数时ONN对手写数字图像识别的准确率、运行内存和训练时间的影响。进一步，在学习率为0.05和0.005时，比较了SGD、RMSprop训练算法以及各自在引入动量后的网络识别性能。实验结果显示：动量系数为0时，采用SGD算法训练的具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的ONN的识别精度为96%，动量系数为0.9时，ONN的识别精度提高到96.9%；而加入动量的RMSprop算法会导致网络识别准确率不收敛或收敛较慢。
光学神经网络 马赫-曾德尔干涉仪 训练算法 动量 学习率 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2220001
1 西南交通大学物理科学与技术学院, 成都 610031
2 西南交通大学超导与新能源研究开发中心, 成都 610031
MnBi2Te4是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体, 具有重要的研究意义。本文通过在MnBi2Te4晶体中进行稀土元素掺杂, 合成了Er掺杂MnBi2Te4晶体, Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中, 考虑到目前晶体制备工艺周期较长, 生成物存在Bi2Te3助熔剂等杂质的问题, 对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明, 利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi2Te4晶体结晶性能良好, 不含杂质相。磁电输运测量结果显示, 少量Er掺杂MnBi2Te4晶体的磁性增强, 掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi2Te4晶体层间距进行了研究, 发现层间距为单层MnBi2Te4的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi2Te4晶体声子振动模式, 结果表明, Er掺杂是调节MnBi2Te4磁性的一种可行方法。
反铁磁拓扑绝缘体 Er掺杂 结晶性 磁性 声子振动模式 MnBi2Te4 MnBi2Te4 antiferromagnetic topological insulator Er doping crystallinity magnetic property phonon vibration mode
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Advanced Measurement Science, National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
2 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
4 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
5 CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
6 e-mail: panyijie@nim.ac.cn
7 e-mail: qujf@nim.ac.cn
Whispering gallery mode resonators (WGMRs) have proven their advantages in terms of sensitivity and precision in various sensing applications. However, when high precision is pursued, the WGMR demands a high-quality factor usually at the cost of its free spectral range (FSR) and corresponding measurement range. In this article, we propose a high-resolution and wide-range temperature sensor based on chip-scale WGMRs, which utilizes a ring resonator as the sensing element and a -based microcomb as a broadband frequency reference. By measuring the beatnote signal of the WGM and microcomb, the ultra-high resolution of 58 micro-Kelvin (μK) was obtained. To ensure high resolution and broad range simultaneously, we propose an ambiguity-resolving method based on the gradient of feedback voltage and combine it with a frequency-locking technique. In a proof-of-concept experiment, a wide measurement range of 45 K was demonstrated. Our soliton comb-assisted temperature measurement method offers high-resolution and wide-range capabilities, with promising advancements in various sensing applications.
Photonics Research
2023, 11(10): A44
