Author Affiliations
Abstract
1 School of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
2 Department of Engineering Science, University of Oxford, Parks Road, Oxford OX1 3PJ, UK
3 School of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
4 Department of Physics, City University of Hong Kong, Kowloon, Hong Kong 999077, SAR, China
5 School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore
Mode-locked microcombs with flat spectral profiles provide the high signal-to-noise ratio and are in high demand for wavelength division multiplexing (WDM)-based applications, particularly in future high-capacity communication and parallel optical computing. Here, we present two solutions to generate local relatively flat spectral profiles. One microcavity with ultra-flat integrated dispersion is pumped to generate one relatively flat single soliton source spanning over 150 nm. Besides, one extraordinary soliton crystal with single vacancy demonstrates the local relatively flat microcomb lines when the inner soliton spacings are slightly irregular. Our work paves a new way for soliton-based applications owing to the relatively flat spectral characteristics.
ultra-flat integrated dispersion flat spectral profile soliton microcomb Opto-Electronic Science
2023, 2(12): 230024
1 国网新疆电力有限公司，新疆乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司喀什供电公司，新疆乌鲁木齐 830000
3 国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆乌鲁木齐 830000
4 北京物联感知科技有限公司，北京 101100
针对光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW)输电线监测中温度变化、杆塔倾斜同时存在等问题，设计了基于光纤光栅的波分复用多参数监测阵列。从理论模型出发推导了光栅应变与温度及倾斜的数学关系，然后将杆塔模型导入到 CMOSOLMultiphysics进行定性分析，最后进行温度及倾斜试验。试验结果表明基于光纤光栅的杆塔温度监测分辨率可达 0.1℃，倾角传感器的倾角相关系数 K值为 0.0501nm/°，证明所提出监测阵列具有良好的电力行业监测应用前景。
光纤光栅 光纤复合架空地线 温度监测 倾斜监测 波分复用 fiber Bragg grating optical fiber composite overhead ground wire temperature monitoring slope monitoring wavelength division multiplex
中山大学地球科学与工程学院, 广东 广州 510275
硒(Se)是人体必需的微量元素之一。 人主要通过食用农产品来获取硒, 而农产品中的硒主要来自土壤。 因此, 研究土壤中硒的含量和分布, 对人体健康和农作物生产具有重要的意义。 高光谱遥感技术的发展, 使得高效、 低成本、 大范围估测土壤中硒的含量和分布成为可能。 但是, 土壤中硒的含量对光谱的敏感性较弱, 严重影响了高光谱硒含量定量反演精度。 该研究以广东连州地区富硒土壤为研究对象, 系统采集研究区土壤样品50份, 分析土壤样本硒含量, 同步采集土壤反射光谱数据; 利用 Savitzky-Golay卷积平滑算法、 多元散射校正(MSC)、 对数一阶微分(lg(R)-FD)、 标准正态变量校正(SNV)、 多元散射校正一阶微分(MSC-FD)对原始光谱进行增强处理; 应用稳定竞争自适应重加权采样(sCARS)算法结合皮尔逊相关性分析(PCC)进行特征波段选择; 对比分析偏最小二乘(PLS)、 支持向量机(SVM)和粒子群优化支持向量(PSO-SVM)模型土壤硒含量高光谱定量反演效果。 结果表明： 将sCARS算法应用于光谱增强后的回归模型, 并结合皮尔逊相关性(PCC)选择与土壤硒含量敏感性较大的特征波段, 不仅可以降低土壤硒含量高光谱预测模型复杂度并有效避免大量有用信息的损失, 还能提高高光谱回归模型的反演效率; 对比不同回归模型训练集和预测集的决定系数R2和均方根误差RMSE, 发现支持向量(SVM)模型比偏最小二乘(PLSR)模型预测效果更好, 模型稳定性更高, 且非线性模型更适用于土壤硒含量的预测; 通过粒子群(PSO)算法优化SVM的核函数和正则化参数, SVM模型的反演精度和稳定性都有所提升; MSC-PSO-SVM模型(R2=0.53、 RMSE=0.34)和MSC-FD模型(R2=0.50、 RMSE=0.04)预测效果较为突出。 综上所述： 利用sCARS结合PSO-SVM算法建立土壤硒含量的高光谱定量反演模型, 能够为土壤硒含量的高光谱大面积估测提供新的途径。
高光谱 土壤Se含量 Hyperspectral Soil Se Content sCARS sCARS PSO-SVM PSO-SVM 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3599
中山大学地球科学与工程学院，广东 广州 510275
针对土壤硒含量光谱数据冗余、模型复杂度较高等问题，本研究系统采集含硒土壤若干份，并获取样本硒含量和光谱信息，对原始光谱进行平滑多元散射校正一阶微分（SG-MSC-FD）光谱增强处理，利用稳定性竞争自适应重加权采样（sCARS）等特征提取算法筛选特征波长，建立土壤硒含量的偏最小二乘（PLSR）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、海鸥优化随机森林（SOA-RF）预测模型，通过对比不同特征筛选下模型的决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和相对分析误差（RPD），寻找最佳的组合模型。结果表明：不同特征筛选下的模型精度均有较大提升，其中变量组合集群分析法结合遗传算法（VCPA-GA）精度最高，sCARS算法提取的变量数最少，仅占全波段的0.49%；RF较SVM和PLSR模型有更好的鲁棒性，SOA-RF模型的参数最佳，极大地提升了模型的反演精度。综上，经VCPA-GA特征提取下的SOA-RF模型是最佳的预测模型（R2=0.92、RMSE为0.08、RPD为2.911），该模型能够实现对土壤硒含量快速、高效反演。
土壤硒 高光谱 特征筛选 海鸥优化算法 随机森林 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1730001
1 国网新疆电力有限公司电力科学研究院, 乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司, 乌鲁木齐 830000
3 北京物联感知科技有限公司, 北京 101100
基于光栅传感的分布式光纤复合架空地线(OPGW)健康监测得到了广泛研究。针对OPGW光缆舞动事件, 提出一种基于三次样条函数拟合的舞动波长预测方法。首先, 通过理论推导, 建立光栅传感相位变化量与舞动波长的数学联系; 然后, 利用仿真分析理想舞动情况下信号三次样条函数拟合前后的相移信号结果, 初步证明了所提方法的有效性; 最后, 将其应用在某220kV线路, 对比分析典型弱风环境及强风环境下的舞动监测强度图。实际监测结果表明, 所选取方法能够有效改善强度图信号特征, 可得出强风条件下档距内舞动波长约为200m, 弱风条件下档距内舞动波长约50m。该方法为舞动事件的图像识别智能监测提供技术参考, 具有较好的应用前景。
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
针对某1 m分辨率、200 km幅宽的大尺度空间相机框架支撑结构轻质量、高刚度的设计要求，设计了一种轻型分体支撑结构。首先从大型空间离轴三反相机研制需求出发，综合比刚度、热稳定性及加工工艺等因素选择了性能良好的高体份SiCp/Al复合材料；然后以结构质量分数为约束条件，建立以基频为目标函数的拓扑优化数学模型，得到了拓扑结果清晰的各分体结构最优传力路径；进一步对主支撑结构各部分尺寸进行二次优化，得到了各分体结构的最佳构型和最优设计尺寸。设计后的分体支撑结构总重为227.8 kg，轻量化率达到93.9%，满足了高轻量化和高刚度要求。有限元分析结果及力学样机试验结果表明：分体支撑结构满足遥感相机整机基频大于50 Hz的刚度要求，在升温5 ℃工况下反射镜变形在公差范围之内，完全符合卫星平台对光学载荷的要求；力学样机在振动实验前后反射镜组件相对偏移角度均不超过22″，具有较好的稳定性，证明了拓扑优化和尺寸优化方法的合理性和可行性。本文提出的分体支撑结构设计对大型空间离轴相机支撑设计具有较高的工程实践价值。
大型空间相机 拓扑优化 分体支撑 轻量 尺寸优化 large size space camera topology optimization split support lightweight size optimization 
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所/畜产品质量安全研究室, 北京 100193
熟度是指牛排烹煮到可食用的程度, 是影响牛排的适口性和消费者满意度的重要因素。 肌原纤维蛋白是肌肉中一类重要的盐溶性结构蛋白群, 其热凝胶特性与肉品品质密切相关。 加热是使生肉变熟的关键工艺, 近年来, 国内外在加热过程对肌原纤维蛋白凝胶特性及其结构变化影响方面开展了广泛的研究, 但在熟度对牛肉蛋白结构影响研究方面却鲜有报道。 为了探究熟度对肌原纤维蛋白结构影响及其变化机理, 在现代红外光谱分析的基础上, 将ATR-FTIR技术与二维相关光谱相结合, 利用红外光谱、 二阶导数光谱和二维相关光谱动态跟踪熟制过程蛋白结构变化规律, 说明蛋白在烹饪过程的主要变化, 为揭示熟度引起的蛋白构象变化机理和西餐牛排烹饪工艺优化提供理论依据。 结果表明, 在1 700~1 500 cm-1波数范围内, 熟度对肌原纤维蛋白特征吸收峰强度影响显著, 从特征峰强度变化趋势可见, 肌原纤维蛋白特征峰强度呈阶段性变化: 第一阶段, 从对照组到一分熟, 特征峰强度下降, 属于加热初期; 第二阶段, 从一分熟到五分熟, 特征峰强度无显著变化, 属于加热中期; 第三阶段, 从五分熟到过熟, 特征峰强度继续减弱, 属于加热后期; 同步谱分析结果表明, 在1 650, 1 640, 1 556和1 540 cm-1附近出现自相关峰, 且自相关峰两两之间的交叉峰均为正交叉峰, 说明这些自相关峰对于熟度变化较为敏感, 且峰强度与蛋白烹饪熟度之间呈正相关; 由自相关峰光谱强度顺序可以看出, 五分熟是蛋白温度敏感区变化的转折点, 在从对照组到五分熟的烹饪过程中, 肌原纤维蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅱ带, 而在从五分熟到过熟的烹饪过程中, 蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅰ带的α-螺旋结构。 得到的这些由熟度变化引起的肌原纤维蛋白分子结构动态变化的微观信息, 可为西餐牛排烹饪工艺过程控制和优化提供理论依据。
熟度 肌原纤维蛋白 衰减全反射傅里叶变换红外光谱 二维红外相关光谱 Degree of doneness Myofibrillar proteins Attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy Two-dimensional infrared correlation spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2082
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), Xi’an 710119, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Physics and Materials Science, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
4 e-mail: wwq@opt.ac.cn
5 e-mail: wfuzhang@opt.ac.cn
Soliton microcombs (SMCs) are spontaneously formed in a coherently pumped high-quality microresonator, which provides a new tool for use as an on-chip frequency comb for applications of high-precision metrology and spectroscopy. However, generation of SMCs seriously relies on advanced experimental techniques from professional scientists. Here, we experimentally demonstrate a program-controlled single SMC source where the intracavity thermal effect is timely balanced using an auxiliary laser during single SMC generation. The microcomb power is adopted as the criteria for microcomb states discrimination and a forward and backward thermal tuning technique is employed for the deterministic single SMC generation. Further, based on a closed-loop control system, the repetition rate stability of the SMC source improved more than 20 times and the pump frequency can be continuously tuned by simply changing the operation temperature. The reliability of the SMC source is verified by consecutive 200 generation trials and maintaining over 10 h. We believe the proposed SMC source will have significant promising influences in future SMC-based application development.
Photonics Research
2021, 9(1): 01000066
1 新疆大学信息科学与工程学院信号检测与处理新疆维吾尔自治区重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 中国移动通信研究院, 北京 100053
3 清华大学电子工程系北京信息科学与技术国家研究中心, 北京 100084
4 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
5 国网新疆电力有限公司电力科学研究院电网技术中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
综述了面向无人机(UAV)领域光无线通信(OWC)的主要研究进展,分别阐述了借助光无线技术在无人机与陆上终端间、无人机与无人机之间以及无人机与卫星之间,实现稳健、宽带通信链路的诸多研究进展与关键使能技术。重点阐述了不同无人机光无线链路配置下的链路建模、参数优化、实验测试。同时,也初步讨论了高速、高可靠无人机机载光无线通信技术在模块化实现、高空平台应用等方面的发展趋势。
光通信 无人机 自由空间光 可见光通信 光通信链路 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230003
李中宇 1,2,3,*章羚璇 1,2,3曾超 1,2,3杜书剑 1,2,3[ ... ]张文富 1,2,3
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院西安光学精密机械研究所 中英联合微纳光子学研究中心, 西安 710119
基于硅基光学相控阵, 提出一种结合了相位控制和不同周期光栅发射器的点阵扫描法, 以实现大范围的二维光束扫描.对光束扫描装置进行仿真计算, 结果表明, 仅使用单波长的光源即可实现120°×100°的扫描范围和超过16×400个可分辨点.此光束扫描装置在应用时, 同一时刻仅需要一部分有源器件工作, 降低了相调所需的电能耗.所提方法为实现大范围、低成本和低功耗的二维光束扫描装置提供了一种可能的解决方案, 尤其适用于低成本的固态激光雷达.
光电子学 光学相控阵 光栅 绝缘体上硅 光束扫描 激光雷达 Optoelectronics Optical phased array Grating Silicon-on-insulator Beam steering LiDAR 
