1 北京工业大学信息学部计算智能与智能系统北京市重点实验室，北京 100124
2 先进信息网络北京实验室，北京 100876
近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性，弥补传统乳腺影像学检查方法的不足，具有无创无辐射、高特异性等特性，在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用起着重要的作用。然而，近红外光谱断层成像系统的空间分辨率低，限制了其在乳腺成像中的应用。将连续波模式与频域或时域测量模式相结合，并融合临床用的数字乳腺断层摄影、超声或核磁共振成像等技术有助于解决上述问题。先对近红外光谱断层成像系统的测量模式、多模态系统和多模态融合技术进行梳理、对比，然后介绍了该技术在乳腺成像中的最新应用，进一步讨论了乳腺近红外光谱断层成像系统未来的发展方向。
成像系统 生物光学 近红外光谱断层成像 乳腺成像 多模态
1 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150006
本文针对光纤传感技术中相敏光时域反射仪（Φ-OTDR）数据采集受限的问题，提出了一种基于条件对抗生成网络（CGAN）的数据增强方法，用于在少量数据基础上生成大量训练样本。实验中采用Φ-OTDR完成数据采集，将采集到的真实数据作为CGAN的输入，网络通过自动提取信号特征，并在输入条件的帮助下生成逼真的信号数据。将生成数据和原始数据分别输入决策树、支持向量机、卷积神经网络等模型进行分类，实验结果显示，生成数据在各个分类器中的检测结果都得到了显著提升，有效提高了分类器模型的检测能力和性能，实现了Φ-OTDR模式的目标识别，并解决了数据采集困难的问题。本文研究为小样本检测提供了新的思路和方法，对其他光纤传感技术的应用具有借鉴意义。
光纤传感 相敏光时域反射仪 数据增强 深度学习 条件对抗生成网络
1 上海大学 微电子学院，上海 201800
2 中科院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
针对集成光子滤波器在3～5μm大气窗口波段的应用，文章提出了一种基于切趾光栅辅助反向耦合器（contra-DC）的中红外上下话路滤波器。采用互补光栅错位的方法进行相位调制，实现光谱旁瓣抑制，同时消除了传统光栅错位调制方法造成的光谱变形。仿真结果表明，文章所提器件可以实现22 dB的高旁瓣抑制比（SLSR），并且带通滤波谱顶部平坦，滤波谱线接近箱形。器件具有较低的插入损耗，直通端口插入损耗约为0.4 dB，下载端口插入损耗约为0.45 dB。
大气窗口 中红外 切趾 反向耦合器 旁瓣抑制比 atmospheric window mid infrared apodized contra-DC SLSR
1 北京工业大学信息学部计算智能与智能系统北京市重点实验室，北京 100124
2 先进信息网络北京实验室，北京 100124
Cherenkov激发的荧光扫描成像（CELSI）是一种新型的光学成像技术，为监测体内恶性肿瘤的生物学特性提供了一种手段。为提高CELSI图像重建质量，本文提出了一种基于迭代优化展开的深度学习图像重建算法——ADMM-Net。在该算法中，交替方向乘子法（ADMM）与卷积神经网络（CNN）相结合组成一个深度网络，网络中的所有参数通过端到端训练进行学习。实验结果表明：该算法可以有效提升重建图像的质量。当网络层数为5时，该算法重建的单荧光目标图像的平均峰值信噪比和结构相似性值分别可达到33.75 dB和0.86。该算法不仅可以分辨出边沿距离最小为2 mm的双荧光目标，而且在多荧光目标和不同荧光量子产额比率下表现出了良好的泛化能力。
医用光学 生物技术 Cherenkov激发的荧光扫描成像 图像重建技术 交替方向乘子法 深度学习 优化展开 中国激光
2023, 50(15): 1507106
1 上海大学 微电子学院, 上海 201800
2 上海微技术工业研究院, 上海 201800
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
在新型掺钪(Sc)氮化铝(Al1-xScxN)集成光学平台上设计了插入损耗低、传输通道谱线平坦的O波段四通道波分(解)复用器, 并提出了优化方法。所设计的器件结构基于级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器, 结合弯曲波导结构的定向耦合器改善波长敏感度。针对粗波分复用(CWDM)应用的特性, 文章使用粒子群算法(PSO)提升器件性能优化的效率, 通过调整器件结构的设计参数对四路通道的传输谱线质量进行优化。针对0%, 9%, 23%的掺Sc浓度, 设计的解复用器表现出宽达约15.6nm的1-dB带宽和小于0.1dB的插入损耗, 传输谱线呈“盒状”响应, 各通道间串扰均优于-30.6dB。
硅光子学 波分复用 马赫-曾德尔干涉仪 掺钪氮化铝 silicon photonics WDM MZI scandium-doped aluminum nitride
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 东北大学计算机科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
提出单边带直接检测数字滤波多址无源光网络（DFMA-PON）系统，抑制光纤色散引起的频率选择性衰落现象。同时，为消除直接检测时平方律特性引起的信号与信号间的拍频干扰（SSBI），在接收端设计了适用于DFMA-PON系统的Kramers-Kronig（KK）算法。该算法通过从接收信号的幅度信息中重构出相位信息来恢复原始信号，进而消除SSBI对接收信号的影响，提高接收机灵敏度。仿真结果表明，在不采用其他色散补偿算法的情况下，单边带传输系统较双边带传输系统的性能有显著提升。与接收端不采用KK算法的单边带系统相比，所提方案在经过25 km标准单模光纤传输后，接收机灵敏度最高可提高约5.0 dB。
光通信 色散 数字滤波多址-无源光网络 单边带 Kramers-Kronig算法 光学学报
2022, 42(14): 1406002
超构表面是由亚波长结构单元组成，它可以利用微纳制造工艺在平面上制造出来。通过改变超构单元的形貌以及排列方式可以实现对光的精确控制，从而使超构表面实现多种光学器件的功能。超构表面平面光学器件具有超薄、超轻、可芯片级集成、易于大规模量产等优点，近些年来成为了微纳光子学里最热门的研究领域之一。基于紫外光刻工艺的晶圆级加工技术是未来实现超构表面光学器件大规模量产最可行的路线之一。本文综述了近些年来基于紫外光刻技术的晶圆级超构表面光学所取得的进展。这些研究工作在不同尺寸和材料的晶圆上实现了超透镜、偏振带通滤波器、半波片、完美吸收体、光束偏转器等光学器件。
超构表面 光学 CMOS 纳米光子学 晶圆加工 Metasurface Optics CMOS Nanophotonics Wafer processing 光子学报
2021, 50(10): 1024002
1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430074
第5代移动通信技术（5G）前传是承载网络的重要组成部分，高精度时间同步以及海量连接的需求对接入网有了更高的要求。为了解决前传哑资源管理及光纤资源问题，中国移动提出了中等波分复用（MWDM）前传方案。针对MWDM方案的需求和5G前传推行需要降低成本的问题，文章提出了一款应用于MWDM光模块的25 Gbit/s 光发射组件（TOSA），采用低成本的同轴气密封装，并内置半导体制冷器来支持室外场景的严苛条件。文章主要介绍了TOSA的关键设计和封装形式，并从设计和工艺上对其控温能力进行了优化，最后对样品的光电性能、控温能力以及传输性能进行了测试。测试结果表明，器件性能优良，且满足SFP28封装形式和IEEE 802.3协议标准。关键词：
中等波分复用 5G前传 半导体制冷器 MWDM 5G fronthaul thermo electric cooler
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Microelectronics, A*STAR (Agency for Science, Technology and Research), Singapore 138634, Singapore
2 Current Address: School of Microelectronics Science and Technology, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China
Optical color filters are widely applied in many areas including display, imaging, sensing, holography, energy harvest, and measurement. Traditional dye-based color filters have drawbacks such as environmental hazards and instability under high temperature and ultraviolet radiation. With advances in nanotechnology, structural color filters, which are based on the interaction of light with designed nanostructures, are able to overcome the drawbacks. Also, it is possible to fabricate structural color filters using standard complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) fabrication facilities with low cost and high volume. In this work, metasurface-based subtractive color filters (SCFs) are demonstrated on 12-inch (300-mm) glass wafers using a CMOS-compatible fabrication process. In order to make the transmissive-type SCF on a transparent glass wafer, an in-house developed layer transfer process is used to solve the glass wafer handling issue in fabrication tools. Three different heights of embedded silicon nanopillars (110, 170, and 230 nm) are found to support magnetic dipole resonances. With pillar height and pitch variation, SCFs with different displayed colors are achieved. Based on the resonance wavelength, the displayed color of the metasurface is verified within the red-yellow-blue color wheel. The simulation and measurement results are compared and discussed. The work provides an alternative design for high efficiency color filters on a CMOS-compatible platform, and paves the way towards mass-producible large-area metasurfaces.
Photonics Research
2021, 9(1): 01000013
