赖溥祥 1,2,3,4,*赵麒 1,2周颖颖 1,2程圣福 1,2[ ... ]仲天庭 1,2,**
作者单位
摘要
1 香港理工大学生物医学工程系,香港 九龙999077
2 香港理工大学深圳研究院,广东 深圳 518055
3 香港理工大学光子技术研究院,香港 九龙999077
4 香港理工大学体育科技研究院,香港 九龙999077

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色,其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究,包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的,光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响,故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”;高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层,当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来,为解决这一问题,研究者提出了不同的方法,例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数,在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号,逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变,或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘,从光在生物组织中的传播特性出发,梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索,以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足,但随着硬件设备的更新和计算技术的发展,在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中,新方法和新能力将不断激发新的应用灵感,为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。

生物光学 光学成像 生物医学光子学 深层组织 光学波前整形 光声成像 
中国激光
2024, 51(1): 0107003
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 成都 610041
为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
激光技术 平顶光束 大口径光束整形 均匀性 非球面镜组 laser technique flat-top beam large-aperture beam shaping energy uniformity aspheric lens 
激光技术
2023, 47(3): 340
作者单位
摘要
盐城师范学院 物理与电子工程学院,江苏省智能光电器件与测控工程研究中心,盐城江苏224007
基于扩展标量衍射理论,建立了衍射光学元件的微结构高度与周期宽度和入射角度的理论关系模型,提出了不同入射角度时,利用带宽积分平均衍射效率最大化实现设计波长和微结构高度等结构参数的优化设计方法。以工作在近红外波段的衍射光学元件为例进行分析。结果表明:周期宽度一定时,入射角度的改变会引起基于带宽积分平均衍射效率最大化所确定的结构参数发生变化。该设计方法和结论可以用于指导衍射光学元件的设计。
衍射光学 入射角度 衍射效率 微结构高度 diffractive optics incident angle diffraction efficiency microstructure height 
光电子技术
2023, 43(1): 62
Huanhao Li 1,2†Zhipeng Yu 1,2†Qi Zhao 1,2†Yunqi Luo 3[ ... ]Puxiang Lai 1,2,6,9,*
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Biomedical Engineering, Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
2 Hong Kong Polytechnic University Shenzhen Research Institute, Shenzhen 518063, China
3 School of Electrical and Electronics Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore
4 Key Laboratory for Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
5 Caltech Optical Imaging Laboratory, Andrew and Peggy Cherng Department of Medical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, USA
6 Photonics Research Institute, Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
7 e-mail: LVW@caltech.edu
8 e-mail: yjzheng@ntu.edu.sg
9 e-mail: puxiang.lai@polyu.edu.hk
Information retrieval from visually random optical speckle patterns is desired in many scenarios yet considered challenging. It requires accurate understanding or mapping of the multiple scattering process, or reliable capability to reverse or compensate for the scattering-induced phase distortions. In whatever situation, effective resolving and digitization of speckle patterns are necessary. Nevertheless, on some occasions, to increase the acquisition speed and/or signal-to-noise ratio (SNR), speckles captured by cameras are inevitably sampled in the sub-Nyquist domain via pixel binning (one camera pixel contains multiple speckle grains) due to finite size or limited bandwidth of photosensors. Such a down-sampling process is irreversible; it undermines the fine structures of speckle grains and hence the encoded information, preventing successful information extraction. To retrace the lost information, super-resolution interpolation for such sub-Nyquist sampled speckles is needed. In this work, a deep neural network, namely SpkSRNet, is proposed to effectively up sample speckles that are sampled below 1/10 of the Nyquist criterion to well-resolved ones that not only resemble the comprehensive morphology of original speckles (decompose multiple speckle grains from one camera pixel) but also recover the lost complex information (human face in this study) with high fidelity under normal- and low-light conditions, which is impossible with classic interpolation methods. These successful speckle super-resolution interpolation demonstrations are essentially enabled by the strong implicit correlation among speckle grains, which is non-quantifiable but could be discovered by the well-trained network. With further engineering, the proposed learning platform may benefit many scenarios that are physically inaccessible, enabling fast acquisition of speckles with sufficient SNR and opening up new avenues for seeing big and seeing clearly simultaneously in complex scenarios.
Photonics Research
2023, 11(4): 631
作者单位
摘要
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401331
提出了一种自适应时间常数匹配Gm-C电感电流采样方法。该方法通过比较Buck变换器SW点电压的过零时间与Gm-C滤波采样电压的过零时间,判断Gm-C时间常数是否与DCR时间常数匹配。使用鉴频鉴相器检测二者过零时间差,并控制双向计数器,实现对电容阵列等效容值的调制,最终实现自适应时间常数匹配Gm-C电感电流采样。与前序工作相比,该校准过程平滑,并且可以在DC-DC变换器正常工作情况下进行在线调制,能有效适应DC-DC变换器工作中温度、电压、电流等外部条件的变化。
自适应时间常数匹配 Gm-C电感电流采样 Buck变换器 adaptive time constant matching Gm-C inductor current sensing buck converter 
微电子学
2022, 52(5): 810
作者单位
摘要
1 天津大学电气自动化与信息工程学院,天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116024
背景去除是从单幅条纹投影图中恢复相位的重要问题之一,提出了一种改进的模糊c均值(FCM)聚类算法来移除单幅条纹投影图中的背景。该方法使用改进的FCM算法将条纹分为黑、白条纹,并通过改进的FCM目标函数得到背景,从而从条纹投影图中去除背景。将该方法应用在两张模拟图和一张实验图上,并与傅里叶变换方法、基于形态学操作的二维经验模态分解方法、变分分解TV-Hilbert-L2模型进行了比较。实验结果表明,该方法提高了背景去除的能力和相位提取的精度。
成像系统 图像处理 条纹投影图 模糊c均值聚类 傅里叶变换 
激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2411002
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学自动化学院, 南京 211000
2 四川航天系统工程研究所, 成都 610000
针对无人机编队控制中无人机智能化程度不足、缺乏自主学习能力等问题, 基于深度强化学习中DDQN算法设计无人机编队控制器, 该控制器可同时控制速度与航向通道, 使僚机能够自学习跟踪长机并保持编队, 提高无人机智能化程度。为验证设计控制器的有效性, 通过仿真将设计的DDQN控制器与传统PID控制器进行对比。对比结果表明, 该控制器可有效形成无人机编队并满足编队要求, 对无人机编队智能化控制进行了有效探索。
无人机 编队控制 深度强化学习 UAV formation control deep reinforcement learning DDQN DDQN 
电光与控制
2022, 29(10): 29
徐文轩 1,2裴丽 1,2,*王建帅 1,2李祉祺 1,2[ ... ]钟力 3
作者单位
摘要
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室,北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所,北京 100044
3 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室,湖北 武汉 430073
中心折射率凹陷型少模掺铒光纤(FM-EDF)可以改变传输模式的数量和截止顺序,在模场调控和增益均衡方面具有良好的性能。利用等效折射率理论描述光纤模式截止特性,研究了由传统阶跃折射率光纤向环芯光纤转变过程中的模式变化。结果表明,当中心凹陷大于0.012时,光纤仅支持LPn1模式传输,且使得LP01模场能量向远离中心区域方向偏移。此外,当光纤用于信号放大领域中,且折射率凹陷数值大小与掺杂区域半径之间符合相应的线性关系时,模式增益差可保持在2 dB以下。采用自制的中心凹陷型FM-EDF对LPn1模式的增益特性进行了实验测试。实验结果表明,各信号模式增益均大于18 dB,模式增益差为1.3 dB。
光通信 光纤通信 少模掺铒光纤 中心凹陷 模式增益均衡 环芯光纤 
光学学报
2022, 42(21): 2106002
作者单位
摘要
1 神华北电胜利能源有限公司储运中心,内蒙古 锡林浩特 026015
2 安徽大学 互联网学院,安徽 合肥 230039
3 合肥小步智能科技有限公司,安徽 合肥 230093
相移轮廓术是一种广泛使用的光学三维测量方法,其精度不仅受相位展开算法本身的影响,也受测量系统中投影仪和摄像机的非线性影响。理论上,投射更多的相移条纹可减弱非线性误差的影响,但是增加了测量时间。为了提高误差校正的效率,提出了一种基于梯形正弦相移的测量方法。该方法需要两组改进的梯形相移条纹和一幅正弦条纹。梯形条纹提供图像强度信息和条纹级次信息,图像强度信息用来求取系统的非线性响应曲线,进一步消除系统的非线性。正弦条纹经过希尔伯特变换可求得额外的条纹图像,用来计算截断相位信息。经过校正的截断相位信息,可进一步获取精度较高的三维信息。相较于先前的梯形与正弦误差校正方法,该方法的测量效率提高了28%。
相移轮廓术 非线性 梯形正弦相移 希尔伯特变换 phase shifting profilometry nonlinearity trapezoidal plus sinusoidal phase shifting Hilbert transform 
应用光学
2022, 43(2): 304
Qi Zhao 1,2Li Pei 1,2,*Zuliang Ruan 1,2Jingjing Zheng 1,2[ ... ]Tigang Ning 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
2 Key Laboratory of All Optical Network and Advanced Telecommunication Network of Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
A tunable multi-wavelength erbium-doped fiber laser with precise wavelength interval control is reported theoretically and experimentally in this paper. It is made up of a Mach–Zehnder interferometer (MZI) filter and a Sagnac filter and supplemented by the four-wave-mixing effect. Compared with other filters, the proposed MZI filter based on the fused taper technology can change the wavelength interval more flexibly. The experiment result shows that wavelength tuning can be achieved, and the tuning range can reach 15 nm. Moreover, the variation in the number of wavelengths is also realized. The maximum side-mode suppression ratio can reach 39 dB.
erbium-doped fiber laser fused taper technology wavelength interval 
Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011402

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