东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江 大庆 163318
针对目前基于点云的三维目标检测算法中小目标检测效果差的问题，提出了基于改进PointPillars模型的三维目标检测方法。首先，改进了PointPillars模型中的pillar特征网络，提出了一个新的pillar编码模块，在编码网络中引入了平均池化和注意力池化，充分考虑了每个pillar模块的局部详细几何信息，提高了每个pillar模块的特征表示能力，从而提升了模型的小目标检测性能。其次，基于ConvNeXt改进了骨干网络中的二维卷积下采样模块，使模型在网络特征提取阶段能够提取丰富的上下文语义信息和全局特征，从而增强了算法的特征提取能力。在公开数据集KITTI上进行验证，实验结果表明，所提方法具有更高的检测精度，相较于原网络，改进后的算法的平均检测精度提升了3.63个百分点，证明了该方法的有效性。
三维目标检测 PointPillars 小目标检测 注意力池化 ConvNeXt 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812007
1 兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学聚光太阳热能产业关键技术与装备省部共建协同创新中心，甘肃 兰州 730070
3 甘肃省太阳能光热产业研究院，甘肃 兰州 730070
线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法，建立了通用计算模型，详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明，柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联，只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近，最大偏差为1.26%，平均偏差为0.38%。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下，当横向入射角大于45°时，系统瞬时光学效率保持在59.46%以上。在聚焦平面的较小范围（相对距离为0.05~0.05）内，能流密度高且均匀性较好，适合布置光伏电池组件。
光学设计 线性菲涅耳 柱面反射镜 光学性能 能流分布
西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西西安 710061
为了更好地突出红外与可见光融合图像中的目标信息，保留更多的纹理细节信息，提出了一种基于非下采样剪切波变换（ non-subsample shearlet transform，NSST）域结合脉冲发放皮层模型（ spiking cortical model，SCM）与改进的模糊 C均值聚类（ fuzzy C-means clustering，FCM）的红外与可见光图像融合算法。首先，用改进的 FCM提取源红外图像中的红外目标信息；然后，将得到的红外图像与可见光图像的目标区域和背景区域进行 NSST分解，得到各自的高低频子带图像；接着，对得到的不同区域采用不同的融合策略，其中，对于高频背景区域采用 SCM模型与改进赋时矩阵进行融合；最后，使用 NSST逆变换，得到最终的融合图像。仿真实验证明，与其他方法相比，本文算法得到的融合图像在主观视觉上红外目标信息突出，纹理细节信息丰富，在客观评价上，其信息熵和边缘保留因子达到最优。
图像融合 非下采样剪切波变换 脉冲发放皮层模型 模糊 C均值聚类 赋时矩阵 image fusion, non-subsampled shearlet transform, s
1 清华大学电子工程系，北京 100084
2 北京国家信息科学技术研究中心，北京 100084
3 北京量子信息科学研究院，北京 100084
基于空间扫描或波长扫描的传统光谱成像设备体积庞大，无法获取动态的光谱信息。利用超表面可以实现丰富的光谱调制函数，结合计算重建和空分复用方法可以实现高光谱分辨率和空间分辨率的实时光谱成像芯片。本文介绍了超表面光谱成像的基本原理，分别阐述了基于规则形状和自由形状的超表面光谱成像芯片的设计方法与性能指标，以及基于神经网络的光谱图像快速重建算法，简述了超表面光谱成像芯片在活体大鼠脑光谱成像、人脸防伪识别、自动驾驶等领域的应用，最后讨论和展望了超表面光谱成像芯片未来的发展趋势和应用前景。
光学器件 超表面 光谱成像 自由形状超原子 神经网络 光学学报
2023, 43(16): 1623004
Author Affiliations
Abstract
1 Frontier Science Center for Quantum Information, Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Electronic Engineering Department, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
The entanglement distribution network connects remote users by sharing entanglement resources, which is essential for realizing quantum internet. We propose a photonic-reconfigurable entanglement distribution network (PR-EDN) based on a silicon quantum photonic chip. The entanglement resources are generated by a quantum light source array based on spontaneous four-wave mixing in silicon waveguides and distributed to different users through time-reversed Hong–Ou–Mandel interference by on-chip Mach–Zehnder interferometers with thermo-optic phase shifters (TOPSs). A chip sample is designed and fabricated, supporting a PR-EDN with 3 subnets and 24 users. The network topology of the PR-EDN could be reconfigured in three network states by controlling the quantum interference through the TOPSs, which is demonstrated experimentally. Furthermore, a reconfigurable entanglement-based quantum key distribution network is realized as an application of the PR-EDN. The reconfigurable network topology makes the PR-EDN suitable for future quantum networks requiring complicated network control and management. Moreover, it is also shown that silicon quantum photonic chips have great potential for large-scale PR-EDN, thanks to their capacities for generating and manipulating plenty of entanglement resources.
Photonics Research
2023, 11(7): 1314
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院 合肥 230031
3 中国科学技术大学 合肥 230026
聚变堆主机关键系统的综合研究设施的磁体性能研究平台（Magnet Performance Research Platform，MPRP）是为先进超导磁体实验建立的大型实验平台，其历史数据在海量存储情况下存在检索速度慢的问题。因此，对系统检索速度进行研究并开发了MPRP数据归档系统（MPRP Data Archiving System，MPDAS）。MPDAS设计了EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System）数据归档插件并采用MongoDB分片和副本集机制搭建高扩展性数据存储架构。为提高数据检索速度，MPDAS借鉴最近最少使用（Least Recently Used，LRU）、使用频率最低（Least Frequently Used，LFU）、先进先出（First In First Out，FIFO）三种传统缓存替换算法核心思想，基于牛顿冷却定律建立数据温度模型并提出一种综合访问时间、访问频率以及存储顺序的多维度特征数据划分算法。根据数据划分算法标识冷热历史数据实现数据分层存储。MPDAS在查询历史数据时优先访问Redis，根据命中结果和数据完整性选择不同的检索策略。系统测试结果表明：MPDAS功能特征满足设计要求，其搭载的冷热数据划分算法相比FIFO、LRU、LFU在热数据库保存1%历史数据量时的Redis命中率分别提升了38.05%、26.91%和11.06%。通过提高热数据命中率能够直接减少数据检索平均响应时间，MPDAS通过量化历史数据热度并进行冷热划分，有效地提升了系统检索响应速度。
历史数据 MongoDB 热数据 PV 分布式集群 Historical data MongoDB Hot data PV Distributed cluster 
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
3 Frontier Science Center for Quantum Information, Beijing 100084, China
4 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
Faint light spectroscopy has many important applications such as fluorescence spectroscopy, lidar, and astronomical observations. However, the long measurement time limits its application to real-time measurement. In this work, a photon counting reconstructive spectrometer combining metasurfaces and superconducting nanowire single-photon detectors is proposed. A prototype device was fabricated on a silicon-on-insulator substrate, and its performance was characterized. Experiment results show that this device supports spectral reconstruction of mono-color lights with a resolution of 2 nm in the wavelength region of 1500–1600 nm. Its detection efficiency is 1.4%–3.2% in this wavelength region. The measurement time required by the photon counting reconstructive spectrometer was also investigated experimentally, showing its potential to be applied in scenarios requiring real-time measurement.
Photonics Research
2023, 11(2): 234
1 江汉大学 省部共建精细爆破国家重点实验室,武汉 430056
2 武汉爆破有限公司，武汉 430056
3 中钢集团 武汉安全环保研究院有限公司，武汉 430081
针对高压输电铁塔爆破振动安全控制标准不明确，难以指导施工的难题，以某在建高速公路隧道工程为依托，设计单循环200 kg工业炸药量级隧道爆破掘进孔网参数，开展临近高压铁塔塔基质点爆破振动现场监测，对振动信号进行统计分析，研究了隧道爆破施工对临近高压铁塔的振动响应特征及振动信号的衰减规律。结果表明：随着爆心距的减小，塔基质点振动峰值合速度呈增大趋势，振动能量集中频带向低频方向发展，振动频率受隧道围岩裂隙发育程度的影响较明显；竖直方向的振速峰值均大于水平方向的振速峰值，要重点关注塔基竖向振动危害，防止塔基面介质的沉降；采用多段别延期起爆网路，严格控制低段别雷管的最大起爆药量，可有效削弱爆破振动对高压铁塔的危害效应。通过数据拟合，得出了本工程条件下隧道爆破质点振动传播衰减公式。本隧道工程将高压铁塔处的爆破振动速度控制在1.0 cm/s以内，确保铁塔安全运营，因此建议电力主管部门和制法机关适当放宽电力设施周边爆破作业的管控范围。
隧道开挖 高压铁塔 爆破振动 振动监测 tunnel excavation high-voltage tower blasting vibration vibration monitoring
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Beijing Innovation Center for Future Chips, Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
3 Frontier Science Center for Quantum Information, Beijing, 100084, China
4 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing, 100193, China
Quantum key distribution (QKD) would play an important role in future information technologies due to its theoretically proven security based on the laws of quantum mechanics. How to realize QKDs among multiple users in an effective and simple way is crucial for its real applications in communication networks. In this work, we propose and demonstrate a fully connected QKD network without trusted node for a large number of users. Using flexible wavelength division multiplexing/demultiplexing and space division multiplexing, entanglement resources generated by a broadband energy-time entangled quantum light source are distributed to 40 users. Any two users share a part of entanglement resources, by which QKD is established between them. As a result, it realizes a fully connected network with 40 users and 780 QKD links. The performance of this network architecture is also discussed theoretically, showing its potential on developing quantum communication networks with large user numbers owing to its simplicity, scalability, and high efficiency.
1 北京信息科技大学, 北京 100000
2 西安邮电大学, 西安 710000
3 北京好扑信息科技有限公司, 北京 100000
为了适应下一代6G网络对光纤传输系统大容量、高速率和低时延的要求, 以石英光纤为传输介质, 利用人工蜂群算法设计了二阶多泵浦拉曼光纤放大器。采用龙格-库塔法和打靶法求解二阶多泵浦拉曼光纤放大器的功率耦合波方程, 再通过人工蜂群算法对4个泵浦光的不同排列结构进行优化分析。通过Matlab仿真, 从14种双向泵浦结构中, 得到了性能最优的双向泵浦结构FFBF, 该结构在100 nm带宽范围内的平均增益高达24.8 dB, 增益平坦度仅为0.78 dB, 为6G网络的拉曼光纤放大器的设计和优化提供了参考。
拉曼光纤放大器 二阶泵浦 人工蜂群算法 拉曼增益 Raman fiber amplifier second-order pump artificial bee colony Raman gain
