Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Engineering Research Applied Optic, ITMO University, Saint Petersburg 197101, Russia
2 Chongqing Key Laboratory of Autonomous Navigation and Microsystem, Chongqing University of Post and Telecommunications, Chongqing 400065, China
Railway departments in various countries are looking for a technology with convenient operation, low price, excellent measurement performance and stability for spatial position measurement of railway track. Therefore, we design an optic-electronics stereo system based on the principle of optical stereo measurement. The experimental verification in the real railway environment shows that the performance of the system is that the longitudinal relative displacement measurement range is 200—10 000 mm, the relative distance measurement range is 4 500 mm and the measured root mean square (RMS) error value is less than 1.1 mm in the whole process. Therefore, it meets the relevant needs of the Russian Ministry of railways.
光电子快报（英文版）
2022, 18(7): 434
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Applied Optic, ITMO University, 49 Kronverkskiy Prospect, Saint Petersburg 197101, Russia
2 Chongqing Engineering Research Center of Intelligent Sensing Technology and Microsystem, Chongqing University of Post and Telecommunications, Chongqing 400065, China
3 School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065, China
A photoelectric autocollimator with high accuracy and extended measurement range based on the quadrangular pyramid is proposed, and the corresponding algorithms are also deduced. A new image processing algorithm has been proposed to improve the accuracy, and the corresponding errors are also estimated, the error does not exceed half a pixel when the distance between the marks more than two radii. The experimental results have verified that the measurement range of the proposed two-dimensional (2D) quadrangular pyramid photoelectric autocollimator can be increased 2 times than that of the flat mirror photoelectric autocollimator from 10′ to 15′. The accuracy is better than 1″ when the deflection is less than 15′.
光电子快报（英文版）
2021, 17(8): 468
本文以第一性原理计算为基础, 研究了Er掺杂后金刚石的电子结构、能级跃迁及N、B原子共掺杂对金刚石Er相关缺陷的影响。首先对Er掺杂后金刚石的形成能与结合能进行计算, 结果表明掺杂后的稳定结构为Er原子周围存在1个空位的结构, 稳定价态为+3价。然后预测零点跃迁能(ZPL)是0.807 eV, 对应激发的光子波长为1 536.289 nm。最后对N、B原子共掺杂计算, 结果表明N、B原子的掺入可以使形成能降低, 增加结构稳定性。Er掺杂金刚石使其在近红外光谱发光, 为Er金刚石色心的应用提供了理论依据。
Er掺杂 金刚石缺陷 第一性原理 电子结构 能级跃迁 形成能 Er doping diamond defect first-principle electronic structure energy level transition formation energy
针对目前应用Savitzky-Golay(SG)滤波器进行高光谱图像滤波过程中空间信息无法利用, 造成小麦赤霉病高光谱分类识别模型精度仅能达到87.088 9%的问题, 提出高光谱图像空-谱维联合SG滤波(TSG滤波)的方法, 使模型精度相比采用SG滤波提升了12.066 7%。 该算法将一维的SG卷积核按四个方向扩展成二维的SG卷积核, 根据卷积定理利用快速傅里叶变换对高光谱图像数据进行空间及光谱维联合快速滤波。 设置TSG滤波核窗口系数m=2~4, 阶数n=3~5, 滤波后图像信噪比提升了10%以上、 峰值信噪比高于30 db、 结构相似度大于96%, TSG滤波能保持原图特征并显著提升图像信噪比。 对比Pavia University高光谱图像经TSG滤波(m=3, n=4)、 SG滤波(m=7, n=3)后的灰度图像与光谱图, 可以看出TSG滤波后图像条带噪声得到了抑制、 特征峰相对峰值高度最高提升31.68%、 特征波段平均强度提升41.83%, 而SG滤波后图像条带噪声依然清晰且特征峰相对峰值高度至少降低了13.40%。 构建基于TSG-PCA-SVM算法的小麦赤霉病高光谱分类识别模型, 训练集包含500个样本点, 测试集包含4500个样本点, 模型测试集分类精度高达99.155 6%、 卡帕系数0.983 613, 对于小麦高光谱数据集中全部116 880个样本点的总分类精度高达99.206 0%。 经TSG滤波后分类模型精度高、 一致性好, 分类精度相较于SG滤波后的87.088 9%获得了显著提升。 综上所述, 该研究为高光谱图像滤波提供了一种新的思路, 为小麦赤霉病高光谱识别系统构建提供了参考与依据。
SG滤波器 高光谱图像 主成分分析 支持向量机 分类识别 Savitzky-Golay filter Hyperspectrum image Principal components analysis Support vector machine Recognition 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3699
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Application Specific Integrated Circuit (ASIC), Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
Ga2O3 metal–oxide–semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) with high-breakdown characteristics were fabricated on a homoepitaxial n-typed β-Ga2O3 film, which was grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on an Fe-doped semi-insulating (010) Ga2O3 substrate. The structure consisted of a 400 nm unintentionally doped (UID) Ga2O3 buffer layer and an 80 nm Si-doped channel layer. A high k HfO2 gate dielectric film formed by atomic layer deposition was employed to reduce the gate leakage. Moreover, a source-connected field plate was introduced to enhance the breakdown characteristics. The drain saturation current density of the fabricated device reached 101 mA/mm at Vgs of 3 V. The off-state current was as low as 7.1 × 10-11 A/mm, and the drain current ION/IOFF ratio reached 109. The transistors exhibited three-terminal off-state breakdown voltages of 450 and 550 V, corresponding to gate-to-drain spacing of 4 and 8 μm, respectively.
Journal of Semiconductors
2019, 40(1): 012803
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 中国科学院上海技术物理研究所杭州大江东空间信息技术研究院, 浙江 杭州 311222
赤霉病是小麦的一种主要病害, 它会导致小麦减产甚至绝收, 严重影响小麦种子质量, 此外小麦受侵染分泌的真菌毒素危害人类身体健康。 因此, 小麦赤霉病籽粒的识别具有非常重要的意义。 起初普遍采用色谱法和酶联免疫法进行赤霉病检测, 这些方法设备昂贵、 检测速度慢、 准确性低。 近年来, 高光谱成像技术被广泛应用于农作物的识别与检测中, 但是在小麦赤霉病检测的应用研究中, 大多采用抽样检测的方法, 图像采集完成后需要通过ENVI软件手动选取感兴趣区域。 前期准备工作冗杂, 而且容易发生漏检, 漏检的小麦籽粒在存储运输过程中向周边籽粒快速侵染, 难以保障小麦安全健康。 鉴于此, 利用高光谱成像系统结合机器学习提出了一种用于对大量小麦赤霉病籽粒样本快速可视化识别的算法, 以降低漏检率并提升检测效率。 实验分别采集健康小麦和染病小麦469～1 082 nm波段的高光谱图像, 通过直方图线性拉伸结合图像分割的方法获取小麦样本的掩膜图像信息。 利用Savitzky-Golay平滑去噪法与标准正态变量变换法(SNV)进行数据预处理, 通过主成分分析法(PCA)和连续投影法(SPA)进行特征变量提取, 筛选特征变量个数分别为4个和8个。 在掩膜图像位置采集健康小麦样本与染病小麦样本各400份, 其中75%用于建模集, 25%用于测试集。 采用十折交叉验证法结合线性判别分析法(LDA) 、 K-近邻算法(KNN)、 支持向量机(SVM)分别建立分类模型, 测试集准确率都达到90%以上。 随后比较了网格法(GRID)、 粒子群算法(PSO)、 遗传算法(GA)三种核参数寻优方法对SVM模型的影响, 其中, SG-SPA-SVM(PSO)模型分类效果最优, 建模集准确率为95.5%, 均方根误差为0.212 1, 测试集准确率为98%, 均方根误差为0.141 4。 基于样本点预测的基础之上, 对掩膜获得所有小麦样本的光谱曲线进行预测并将识别结果反馈回掩膜中再进行伪彩色显示, 实现染病籽粒可视化识别。 结果表明, 高光谱成像结合SG-SPA-SVM(PSO)算法建立的分类模型可以高效快速、 准确无损、 可视化的实现小麦赤霉病籽粒识别, 为研制小麦赤霉病自动识别设备提供了算法基础。
高光谱成像 小麦 赤霉病 主成分分析 连续投影法 支持向量机 Hyperspectral Wheat Fusarium head blight Principal component analysis Successive projections algorithm Support vector machine 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3540
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在使用电铸方法制作金属光栅时, 采用传统的计时电铸方法常常不能保证金属栅条具有精确的沉积厚度。为了能够实时监测光栅栅条的沉积厚度, 以实现电铸截止时刻的精确判断, 建立了基于衍射效率判断金属沉积厚度的在线监测系统。采用严格耦合波理论计算了Au在光刻胶沟槽中进行沉积时, 衍射效率随Au沉积厚度的变化规律, 并讨论了光刻胶占宽比、电铸电流密度对衍射效率的影响; 计算了电铸池、镀液对监测激光能量造成的损耗。实验得到的效率曲线与仿真结果相一致; 电铸池、镀液对光能的损耗达9488%。实验结果表明, 采用在线监测方法实时判断金属沉积厚度是合理有效的; 光刻胶占宽比对在线监测影响不大; 电铸电流密度对在线监测有影响, 且电流密度越高越有利于截止点的判断。
金属光栅 在线监测 严格耦合波理论 占宽比 电流密度 能量损耗 metallic grating in-situ monitoring RCWA duty cycle current density energy loss
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of ASIC, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
Ultraviolet (UV) detectors with large photosensitive areas are more advantageous in low-level UV detection applications. In this Letter, high-performance 4H-SiC p-i-n avalanche photodiodes (APDs) with large active area (800 μm diameter) are reported. With the optimized epitaxial structure and device fabrication process, a high multiplication gain of 1.4 × 106 is obtained for the devices at room temperature, and the dark current is as low as ～10 pA at low reverse voltages. In addition, record external quantum efficiency of 85.5% at 274 nm is achieved, which is the highest value for the reported SiC APDs. Furthermore, the rejection ratio of UV to visible light reaches about 104. The excellent performance of our devices indicates a tremendous improvement for large-area SiC APD-based UV detectors. Finally, the UV imaging performance of our fabricated 4H-SiC p-i-n APDs is also demonstrated for system-level applications.
040.1345 Avalanche photodiodes (APDs) 040.7190 Ultraviolet 040.6070 Solid state detectors 230.5160 Photodetectors Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 090401
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所国家光栅制造与应用工程技术研究中心, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了分步寻优的基于粒子位置调整惯性权重的粒子群算法(PDW-PSO),通过调用严格耦合波方法(RCWA)计算衍射效率,进行了光栅结构参数的优化。将PDW-PSO与惯性权重不变的粒子群算法(PSO)和基于迭代次数调整惯性权重的粒子群算法(IDW-PSO)进行对比,结果表明PDW-PSO具有更快的收敛速度,相比于PSO和IDW-PSO,PDW-PSO的平均迭代次数分别从89.83和74减少至21.2,调用RCWA的次数分别从3144.05和2590下降至224。分析了波段匹配数对算法的影响, PSO和IDW-PSO的RCWA调用次数与波段匹配数呈等倍率增加,而PDW-PSO的RCWA调用次数的增加倍率小于波段匹配数的增加倍率。进行了算法准确度实验,在30次运行中,PDW-PSO与PSO、IDW-PSO正确收敛到最优值的次数相近,误差值不超过6.6%;随着粒子数的增加,三种方法的准确度都有所提高,粒子数达到27后基本都可以保证收敛到最优。
光栅 亚波长角向偏振金属光栅 粒子群优化算法 基于粒子位置调整惯性权重 收敛速度
