与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场,并选择合适的偶极子天线长度,就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明,创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致,球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活,可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑,这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
Author Affiliations
Abstract
1 Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, Sichuan 621900, People’s Republic of China
2 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100094, People’s Republic of China
In an experiment performed on the Shenguang-III prototype laser facility, collective Thomson scattering (TS) is used to study the spatial growth of stimulated Brillouin scattering (SBS) in a gas-filled hohlraum by detecting the SBS-driven ion acoustic wave. High-quality time-resolved SBS and TS spectra are obtained simultaneously in the experiment, and these are analyzed by a steady-state code based on the ray-tracing model. The analysis indicates that ion–ion collisions may play an important role in suppressing SBS growth in the Au plasma; as a result, the SBS excited in the filled gas region is dominant. In the early phase of the laser pulse, SBS originates primarily from the high-density plasma at the edges of the interaction beam channel, which is piled up by the heating of the interaction beam. Throughout the duration of the laser pulse, the presence of the TS probe beam might mitigate SBS by perturbing the density distribution around the region overlapping with the interaction beam.
Matter and Radiation at Extremes
2024, 9(2): 027601
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院,宁夏银川75002
2 宁夏医科大学 医学信息工程学院,宁夏银川750004
3 北方民族大学 图像图形智能处理国家民委重点实验室,宁夏银川750021
基于生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)的医学图像融合是计算机辅助诊断领域的研究热点之一,但是现有基于GAN的融合方法存在训练不稳定,提取图像的局部和全局上下文语义信息能力不足,交互融合程度不够等问题。针对上述问题,本文提出了双耦合交互式融合GAN (Dual-Coupled Interactive Fusion GAN, DCIF-GAN)。首先,设计了双生成器双鉴别器GAN,通过权值共享机制实现生成器之间和鉴别器之间的耦合,通过全局自注意力机制实现交互式融合;第二,设计耦合CNN-Transformer的特征提取模块(Coupled CNN-Transformer Feature Extraction Module, CC-TFEM)和特征重构模块(CNN-Transformer Feature Reconstruction Module, C-TFRM),提升了对同一模态图像内部的局部和全局特征信息提取能力;第三,设计跨模态交互式融合模块(Cross Model Intermodal Fusion Module, CMIFM),通过跨模态自注意力机制,进一步整合不同模态间的全局交互信息。为了验证本文模型的有效性,在肺部肿瘤PET/CT医学图像数据集上进行实验,该文方法在平均梯度,空间频率,结构相似度,标准差,峰值信噪比,信息熵等上与其他四种方法中最优方法相比,分别提高了1.38%,0.39%,29.05%,30.23%,0.18%,4.63%。模型能够突出病变区域信息,融合图像结构清晰且纹理细节丰富。
医学图像 图像融合 PET/CT 耦合生成对抗网络 Swin Transformer medical image image fusion PET/CT coupled generative adversarial network swin transformer
1 河北工业大学电子信息工程学院,天津 300401
2 河北工业大学机械工程学院,天津 300401
3 郑州大学电气与信息工程学院,河南 郑州 450001
减速型有限能量Airy脉冲振荡拖尾形状和频谱受多个参数的影响,分别分析减速型有限能量Airy脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始啁啾、截断系数和分布因子变化对异常波产生以及超连续谱的相干性和稳定性的影响。研究结果表明,减速型有限能量Airy脉冲参数变化能够对超连续谱中异常波起到调控作用并影响超连续谱的相干性和稳定性。此外,利用多目标粒子群算法对5个脉冲参数同时进行优化,将500次模拟输出孤子峰值功率平均值两倍作为判断异常波产生的标准,将产生异常波的个数及500次模拟输出孤子峰值功率分布作为优化目标,得到减速型有限能量Airy脉冲促进或抑制异常波产生的最佳脉冲参数,实现超连续谱中异常波的可控产生。
超连续谱产生 Airy脉冲 异常波 多目标粒子群算法 目标优化 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0319001
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230129
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
我国鼻内窥镜受加工, 装调等因素的影响, 内窥镜在实际使用时的分辨率及像差情况要明显差于设计水平, 论文经过公差分析, 得出偏心公差对结果影响巨大, 基于以上问题, 文章在设计的一款视场角为80°, 入瞳直径为0.2mm的鼻窦物镜基础上, 模拟装调误差, 提出在不改变装调后鼻窦物镜机械结构的前提下, 在物镜保护玻璃前方加入掩膜相位板补偿装调误差导致的成像质量下降; 从设计结果可知, 添加掩膜相位板后系统传函图从在空间频率30lp/mm等于0提升到170lp/mm大于0.2; 用N3鉴别率板检测系统分辨率, 物方可分辨18组左右, 物方分辨率为15μm。由此可知在补偿掩膜相位板的设计中, 在不改变原设计基础上, 可明显提高像质。
鼻窦物镜 偏心误差 掩膜相位板 像质分析 nose sinus objective lens eccentricity error phase plate image quality analysis
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院, 宁夏银川75002
2 北方民族大学图像图形智能处理国家民委重点实验室, 宁夏银川75001
3 宁夏医科大学 医学信息工程学院, 宁夏银川750004
多模态医学图像融合在医学临床应用中起着至关重要的作用,为了解决现有方法大多数侧重于局部特征的提取,对全局依赖关系的探索不足,忽略了全局和局部信息交互,导致难以有效解决周围组织与病灶区域之间的模式复杂性和强度相似性问题。该文提出面向PET和CT医学图像融合的LL-GG-LG Net模型。首先,提出了局部-局部融合模块(Local-Local Fusion Module,LL Module),该模块采用双层注意力机制更好地关注局部细节信息特征;其次,设计了全局-全局融合模块(Global-Global Fusion Module,GG Module),该模块通过在Swin Transformer中加入残差连接机制将局部信息引入全局信息中,提高了Transformer对局部信息的关注程度;然后,提出一种基于可微分神经架构搜索自适应的密集融合网络的局部-全局融合模块(Local-Global Fusion Module,LG Module),充分捕获全局关系并保留局部线索,有效解决背景和病灶区域相似度高问题;使用临床多模态肺部医学图像数据集验证模型的有效性,实验结果表明,该文方法在平均梯度,边缘强度,QAB/F,空间频率,标准差,信息熵等感知图像融合质量评价指标上与其他七种方法中最优的方法相比,分别平均提高了21.5%,11%,4%,13%,9%,3%。模型能够突出病变区域信息,融合图像结构清晰且纹理细节丰富。
医学图像融合 深度学习 注意力机制 可微分架构搜索 密集网 medical image fusion deep learning attention mechanism differentiable architecture search dense network 光学 精密工程
2023, 31(20): 3050
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100094, China
2 Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, Sichuan 621900, China
3 HEDPS, Center for Applied Physics and Technology, and College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
The first laser–plasma interaction experiment using lasers of eight beams grouped into one octad has been conducted on the Shenguang Octopus facility. Although each beam intensity is below its individual threshold for stimulated Brillouin backscattering (SBS), collective behaviors are excited to enhance the octad SBS. In particular, when two-color/cone lasers with wavelength separation 0.3 nm are used, the backward SBS reflectivities show novel behavior in which beams of longer wavelength achieve higher SBS gain. This property of SBS can be attributed to the rotation of the wave vectors of common ion acoustic waves due to the competition of detunings between geometrical angle and wavelength separation. This mechanism is confirmed using massively parallel supercomputer simulations with the three-dimensional laser–plasma interaction code LAP3D.
Matter and Radiation at Extremes
2023, 8(5): 055602