1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西 西安 710055
2 陕西省文物保护研究院，陕西 西安 710075
3 西安博物院，陕西 西安 710074
针对传统城墙病害检测采用人工勘测方法，检测效率较低且易受到主观因素干扰等问题，提出一种基于卷积神经网络的城墙多光谱成像病害无损检测方法，利用最小噪声分离方法对城墙多光谱成像数据进行预处理，降低数据维度的同时保留原始数据特征，减少数据噪声；为解决城墙不同病害类型的像素混杂多样造成分类准确率较低的问题，利用卷积操作对城墙病害进行特征提取，保留最重要的特征并去除无关特征，稀疏网络模型；通过全连接层对提取到的特征进行整合梳理和分类，并加入两次dropout防止过拟合问题的出现。最后在城墙多光谱数据集上，使用训练后的卷积神经网络分类模型对城墙病害进行像素级分类检测，并将预测结果进行可视化展示。实验结果表明：总体精度和Kappa系数分别为93.28%和0.91，表明所提方法是有效的，该方法对提高城墙病害检测准确率、掌握城墙病害分布具有重要意义。
光谱学 卷积神经网络 多光谱成像 像素级分类 城墙病害 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437006
光子学报
2023, 52(10): 1052403
1 福州大学 先进制造学院,福建 晋江 362200
2 中国科学院半导体研究所,北京 100083
利用前后向有限差分算法，对锑化物带间级联激光器有源区结构InAs/GaSb/AlSb的电子态进行了理论计算与分析。研究了哈密顿量算符序、有效质量参数修正、内界面态对结构能态及波函数的影响。分析表明，导带有效质量参数取正值可以在两种算符序下有效抑制伪解产生，Burt-Foreman算符序下的跃迁能量更为合理。对于内界面采用缓变假设后，其跃迁能量计算值略高于陡变界面下的计算结果，二者的波函数在界面附近差异不明显。
带间级联激光器 8带包络函数模型 有限差分算法 算符序 界面 inter-band cascade lasers eight band envelope-function model finite difference method operator order interface
1 中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
2 浙江大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310058
3 中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221116
为了提升铯铅溴（CsPbBr3）量子点（QDs）的稳定性，提出了一种新方法：在CsPbBr3量子点表面原位包覆二乙基锌，使用高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯进行封装，将表面与二乙基锌配位的量子点嵌入聚甲基丙烯酸甲酯中，并放入空气中将二乙基锌氧化为ZnO，获得性能稳定的氧化锌包覆CsPbBr3量子点的聚甲基丙烯酸甲酯膜。所制备的量子点薄膜具有较好的水稳定性和光学特性，光致发光量子产率（PLQY）高达82.2%；在水中浸泡7 d后，荧光强度保持初始值的55.4%。随后，将所制备的绿光量子点薄膜与红色荧光粉和蓝光二极管进行集成，制备了白光发光器件，其显示白光色坐标为（0.32，0.34），色域覆盖度为127.18%的NTSC和色域覆盖度为94.96%的Rec.2020色域。
量子光学 钙钛矿 量子点 包覆 聚甲基丙烯酸甲酯 二乙基锌 光学学报
2023, 43(22): 2227001
1 浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室，杭州 310027
2 中国建筑第四工程局有限公司， 广州 510665
随着机器学习技术的不断发展和玻璃材料数据的逐步积累，基于数据驱动的组分设计方法已成为玻璃新材料开发的一种有力手段。本文采用随机森林回归算法构建了包含56种氧化物的玻璃组分与性能预测模型，并采用SHAP分析等方法进行了可解释性研究，实现了在高维组分空间对线膨胀系数、密度及弹性模量的准确预测。利用该预测模型在Si-Al-B-Ca-Mg-Na六元氧化物组分空间中对约118万个玻璃配方进行快速预测，并对优选的4组硼硅酸盐玻璃样品进行测试。结果表明，样品的线膨胀系数分布在(5200~5800)×10-7℃-1，密度分布在234~239 g/cm3，弹性模量分布在6700~74.00 GPa，与模型预测结果相符，且优于相关规范要求。
机器学习 数据驱动 幕墙玻璃 硼硅酸盐氧化物玻璃 组分设计 machine learning data driving glass curtain wall borosilicate oxide glass composition design
1 重庆大学 光电技术与系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 重庆市妇幼保健院 超声科，重庆 401147
3 重庆大学附属肿瘤医院 影像科，重庆 40000
高光谱成像技术的飞速发展给非侵入式医学成像带来新的契机，但高光谱医学图像具有高维度、高冗余以及“图谱合一”的特点，亟需针对上述特点设计智能诊断算法。近年来，Transformer已经在高光谱医学图像处理领域得到广泛应用。然而，不同仪器设备、不同采集操作所获得的高光谱医学图像差异较大，这给现有Transformer诊断模型的实际应用带来了巨大挑战。针对上述问题，本文提出了一种空-谱自注意力Transformer （S3AT），自适应挖掘像素与像素间、波段与波段间的内蕴联系，并在分类阶段融合多个视野下的预测结果。首先，在Transformer编码器中，设计一种空-谱自注意力机制，获取不同视野下高光谱图像上的关键空间信息和重要波段，并将不同视野下所获得的空-谱自注意力进行融合。其次，在模型分类阶段，将不同视野下的预测结果根据可学习权重进行加权融合，对图像进行综合预测。在 In-vivo Human Brain 和 BloodCell HSI 两个数据集上，本文算法总体分类精度分别达到82.25%和91.74%。实验结果表明，所提出的算法有效改善高光谱医学图像分类性能。
高光谱医学图像 Transformer 空-谱自注意力 预测融合 medical hyperspectral images transformer spatial-spectral self-attention predictions fusion 光学 精密工程
2023, 31(18): 2752
强激光与粒子束
2023, 35(6): 064001
中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
激光在气体介质中传输时，气体吸收激光能量导致折射率变化，形成气体热效应，降低光束质量。针对这一问题，介绍了光‐流‐热耦合效应理论，建立了椭圆形高斯激光束的合束传输热耦合效应仿真模型。通过数值仿真分析了长方体封闭空间中由激光加热诱导的自然对流现象及流场对光束传输影响的变化过程，研究了热效应的影响因素。结果表明，气体对激光能量的吸收会导致光轴偏转，光束质量下降，远场光斑形态发生改变；封闭空间内热效应自然对流导致的光束质量下降呈先增加再减少后稳定的趋势；通过改善介质吸收和流场分布，可以有效改善气体热效应对光束质量的不利影响；合束过程中的流场分布和光束质量变化比单束光路情况下复杂。
激光光学 激光合束 光束传输 热效应 光束质量 中国激光
2023, 50(13): 1305002
1 中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
2 湖北开放大学, 湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430073
悬浮力学振子是近年来发展起来的新型高灵敏的力学探测手段, 相比于固态力学振子, 悬浮系统由于和外部环境完全没有物理接触, 有着非常高的品质因子, 在弱力测量, 波函数塌缩测量等方面非常具有潜力。讨论了反馈冷却的机制, 利用NdFeB永磁体对乙二醇600液滴实现了抗磁悬浮, 并且用一个微线圈对其两个振动模式进行了反馈冷却, 在常温300 K和真空环境10-5 mbar中达到了实现了几百mK量级的冷却。实验结果与理论预测的最低有效温度吻合, 为将来深入研究宏观量子现象提供了一个良好的平台。
悬浮力学振子 抗磁悬浮 反馈冷却 有效温度 高真空 宏观量子现象 levitated mechanical resonator diamagnetic levitation feedback cooling effective temperature high vacuum macro quantum phenomena
1 成都信息工程大学计算机学院, 四川 成都 610225
2 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066000
3 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066000
海面上存在的溢油, 主要包括未乳化与乳化两种。 对海面溢油进行科学的探测评估, 有助于溢油污染的回收处理和应急方案的制定。 未乳化溢油, 主要以油膜形式存在, 其厚度成为溢油量的重要评估指标; 乳化溢油, 主要以油包水或水包油形式存在, 其油水比可作为评估依据。 激光诱导荧光（LIF）技术被认为是目前有效的海面溢油探测手段之一。 基于LIF探测技术的油膜厚度反演已有相关的算法, 但关于海面乳化溢油还没有相应的溢油量化方法, 而海面乳化溢油会给海洋环境带来更大危害。 所以对海面乳化溢油信息的分析和研究成为海洋激光荧光探测的迫切任务。 基于此, 从LIF系统探测机理出发, 提出一种针对油包水型乳化溢油的等效估算模型, 并推导出等效估算公式; 首先将油包水中连续相的溢油看作具有相同光学性质的油膜, 而所有分散相的水滴看成一个整体, 将其等效为薄水层, 为了将等效模型和实际乳化液存在的外部环境保持一致, 在薄水层上面再覆盖一个油面, 从而把油包水型乳化溢油的溢油量估算问题转换成等效油膜的厚度计算问题; 其次根据光的辐射传输过程, 建立系统接收的荧光信息的方程, 并整理出油膜厚度的计算公式, 即已知油种的前提下, 将系统测得的荧光强度值代入就可求得对应的厚度值, 进而实现溢油量的估算。 通过实例对等效模型产生的误差进行了具体分析, 验证等效模型估算方法的适用性和有效性: 即油包水乳化液的含油率和厚度均在一定范围时, 实际溢油厚度与等效油膜厚度具有较小误差。 该等效处理方法可为海面乳化溢油量的估算提供一种新的办法, 具有重要的指导意义和一定的创新价值。
油包水 激光诱导荧光 等效模型 乳化溢油油水比 溢油量 Water in oil Laser induced fluorescence Equivalent model Oil/water ratio of emulsion spillage Oil spill
