作者单位
摘要
广东技术师范大学自动化学院,广东 广州 510665
为了精准掌握污水处理系统活性污泥中微型动物的种类,及时调整污水处理工艺,针对传统机器学习需要人工设计特征、提取特征、设计分类器等复杂过程的弊端,提出一种基于注意力机制和迁移学习相结合的污水活性污泥中微型动物的深度学习识别方法。在迁移学习的基础上,通过对传统的VGG16模型添加注意力模块(SE-Net block),调整输出模块,采用数据增强方法扩充数据集。实验结果表明:相比于改进前的模型,改进后的模型(T-SE-VGG16)能够准确识别不同类型污水活性污泥中的微型动物,测试准确率为98.21%,提高了识别精度,缩短了训练时间,模型收敛速度快,泛化能力强。结果证实了T-SE-VGG16模型对污水活性污泥中的微型动物识别的可行性和可靠性。
深度学习 迁移学习 注意力机制 活性污泥 微型动物识别 
激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0215002
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
相干激光通信具有高速率及传输距离长等优势,在星间激光通信中占有重要的地位。相干光通信系统充分利用了光的强度、相位、频率和偏振等信息,不仅能提高频带利用的效率,同时还能够延长光通信中继距离。四相相移键控(QPSK)调制与解调作为一种多进制调制方式,可以大幅度地提升频谱资源的利用率。本文针对相干光激光通信的QPSK调制与解调响应速率的问题,提出了一种改进型的科斯塔斯(Costas)环,实验验证了完整的QPSK调制与解调系统,同时验证了改进型Costas环的性能可行性。
相干光学与统计光学 现场可编程门阵列 四相相移键控 Costas环 解调 仿真 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0103001
作者单位
摘要
1 北京科技大学 计算机与通信工程学院,北京 100083
2 北京市融合网络与泛在业务工程技术研究中心,北京 100083
提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505~1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505~1585 nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10−4。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。
少模光纤 保偏光纤 弱耦合 模分复用 双折射 few-mode fiber polarization-maintaining fiber weakly coupled mode division-multiplexing birefringence 
强激光与粒子束
2022, 34(11): 111006
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
2 School of Physical Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, School of Physics and Electronic Science, East China Normal University, Shanghai 200241, China
We experimentally demonstrate a method for detection of entanglement via construction of entanglement witnesses from a limited fixed set of local measurements (M). Such a method does not require a priori knowledge about the form of the entanglement witnesses. It is suitable for a scenario where a full state tomography is not available, but the only resource is a limited set of M. We demonstrate the method on pure two-qubit entangled states and mixed two-qubit entangled states, which emerge from photonic implementation of controllable quantum noisy channels. The states we select are motivated by realistic experimental conditions, and we confirm it works well for both cases. Furthermore, possible generalizations to higher-dimensional bipartite systems have been considered, which can potentially detect both decomposable and indecomposable entanglement witnesses. Our experimental results show perfect validity of the method, which indicates that even a limited set of local measurements can be used for quick entanglement detection and further provide a practical test bed for experiments with entanglement witnesses.
Photonics Research
2022, 10(9): 2047
作者单位
摘要
中国科学院重庆绿色智能技术研究院 微纳制造与系统集成中心,重庆 400714
红外探测器在**侦查、遥感、通信、精确制导和航空航天等领域发挥着关键作用,受到世界各国长期关注,具有重要的研究价值和应用前景。微纳结构与传统半导体探测器集成后能够有效提高光子耦合效率和等效光程,突破传统体材料的吸收极限,提高光电器件的量子效率并降低器件的暗电流,为高性能红外探测器的研究提供了全新的技术手段。文中围绕近年来各种不同类型的微纳结构增强型红外探测器的研究展开综述。首先,介绍了微纳结构增强型红外探测器的基本原理,根据微纳结构的材料和功能不同,进行了分类和对比;其次,分别从介质型、表面金属型和三维等离子腔型等方面对微纳结构在红外探测器上的研究进展进行了阐述;最后,对基于微纳结构增强型红外探器的发展趋势进行了总结和展望。
红外探测 微纳结构 光子捕获 局域增强 等离子体激元 infrared detection micro-nano structure light trapping local enhancement plasma plasmon 
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210826
雷晓 1任芳 1,2,*张艺赢 1张金玉 1[ ... ]崔馥洁 1
作者单位
摘要
1 北京科技大学计算机与通信工程学院, 北京 100083
2 北京市融合网络与泛在业务工程技术研究中心, 北京 100083
为了降低相邻线偏振(LP)模式耦合导致的串扰,提出了一种沟槽和纳米孔辅助的双包层弱耦合少模光纤。首先,利用有限元方法分析了光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差(Δneff)的影响。然后,对光纤进行优化,使光纤支持14个LP模式并满足弱耦合条件。最后,分析了光纤的弯曲损耗、有效模场面积、差分模式群时延。仿真结果表明,在纤芯中心位置添加半径为253 nm的纳米孔,可使C+L波段上所有LP模式间的最小Δneff大于6×10 -4;添加的沟槽辅助结构能使弯曲损耗从10 -3 dB/m降低到10 -5 dB/m,具有较好的抗弯曲性能。该光纤具有良好的传输性能,在短距离大容量模分复用系统中具有较大的应用潜力。
光纤光学 光纤通信 少模光纤 模式耦合 纳米孔辅助 
光学学报
2021, 41(23): 2306003
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
2 School of Physics and Optoelectronics Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China
3 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
4 CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, Hefei 230026, China
5 Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
6 e-mail: wyiz@ustc.edu.cn
7 e-mail: sjran@cnu.edu.cn
Quantum machine learning aspires to overcome intractability that currently limits its applicability to practical applications. However, quantum machine learning itself is limited by low effective dimensions achievable in state-of-the-art experiments. Here, we demonstrate highly successful classifications of real-life images using photonic qubits, combining a quantum tensor-network representation of hand-written digits and entanglement-based optimization. Specifically, we focus on binary classification for hand-written zeroes and ones, whose features are cast into the tensor-network representation, further reduced by optimization based on entanglement entropy and encoded into two-qubit photonic states. We then demonstrate image classification with a high success rate exceeding 98%, through successive gate operations and projective measurements. Although we work with photons, our approach is amenable to other physical realizations such as nitrogen-vacancy centers, nuclear spins, and trapped ions, and our scheme can be scaled to efficient multi-qubit encodings of features in the tensor-product representation, thereby setting the stage for quantum-enhanced multi-class classification.
Photonics Research
2021, 9(12): 12002332
肖磊 1,2,3王绍举 1,3,*常琳 1,3周美丽 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春30033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院 天基动态快速光学成像技术重点实验室, 吉林长春100
针对现有算法卫星姿态确定中模型参数估计不准确,系统存在外界干扰下稳定性差和跟踪精度不足的问题,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波算法,对卫星三轴姿态进行估计。首先分析了陀螺和星敏组合定姿的工作原理,然后推导了以误差四元数为状态变量的卫星姿态运动学方程。滤波过程中,该算法引入自适应矩阵,对量测噪声协方差矩阵进行调整;依据滤波发散判别准则,对系统噪声协方差矩阵进行自适应修正,抑制滤波过程中可能的发散情形,获得了良好的自适应性能。实验结果表明,在参数估计不准确时,自适应无迹卡尔曼滤波相比鲁棒自适应UKF算法,三轴估计精度的均方根误差(RMSE)分别提升了30.0%,34.1%,22.4%。该算法基本满足卫星姿态确定的高精度、强鲁棒性等要求。
卫星姿态确定 自适应滤波 误差四元数 鲁棒性 satellite attitude determination adaptive filtering error quaternion robustness 
光学 精密工程
2021, 29(3): 637
作者单位
摘要
北京计算科学研究中心 北京 100084
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration 
量子光学学报
2021, 27(2): 130
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China
2 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
Quantum walks, a counterpart of classical random walks, have many applications due to their neoteric features. Since they were first proposed, quantum walks have been explored in many fields theoretically and have also been demonstrated experimentally in various physical systems. In this paper, we review the experimental realizations of discrete-time quantum walks in photonic systems with different physical structures, such as bulk optics and time-multiplexed framework. Then, some typical applications using quantum walks are introduced. Finally, the advantages and disadvantages of these physical systems are discussed.
quantum walk linear optics integrated photonics time-bin encoding single photon 
Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052701

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