作者单位
摘要
福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350108
为减少浮选气泡合并、破碎等变化对泡沫表面流动特征提取的影响,提出了一种非下采样剪切波变换(Nonsubsampled Shearlet Transform,NSST)域红外目标分割及改进加速鲁棒特征(Speeded Up Robust Features,SURF)匹配的泡沫表面流速检测方法。首先,对相邻两帧泡沫红外图像 NSST分解,在多尺度域构建图割能量函数的边界、亮度、显著性约束项实现对合并、破碎气泡的分割;然后,对分割后的背景区域进行 SURF特征点检测,通过统计扇形区域内的尺度相关系数确定特征点主方向,采用特征点邻域的多方向高频系数构造特征描述符;最后,对相邻两帧泡沫红外图像进行特征点匹配,根据匹配结果计算泡沫流速的大小、方向、加速度、无序度。实验结果表明,本文方法能有效分割出合并、破碎的气泡,具有较高的分割精度,提升了 SURF算法的匹配精度,流速检测受气泡合并、破碎的影响小,检测精度和效率较现有方法有一定提升,能准确地表征不同工况下泡沫表面的流动特性,为后续的工况识别奠定基础。
泡沫红外图像 流速检测 非下采样剪切波变换 红外目标分割 SURF匹配 foam infrared images, flow velocity detection, non 
红外技术
2023, 45(5): 463
作者单位
摘要
福州大学物理与信息工程学院,福建 福州 350108
针对低照度图像存在识别度不高、亮度低、信噪比低和细节模糊等问题,提出了一种非下采样剪切波变换(NSST)域结合生成对抗网络(GAN)的低照度图像增强方法。首先,收集弱光图像和正常光图像数据集,将图像进行RGB颜色空间到HSV颜色空间的变换处理,保持色度、饱和度分量不变,对亮度分量进行NSST多尺度分解,利用分解得到的低通子带图像构建训练集;其次,构建基于GAN的低频子带图像增强模型,并利用低频子带图像训练集对模型进行训练;然后,对待处理的低照度图像进行NSST分解,利用训练的模型增强低频子带图像,利用尺度相关系数去除各高频方向子带噪声,并通过非线性增益函数增强边缘系数;最后,将增强处理后的低频、高频子带图像进行NSST重构,并将重构图像恢复至RGB颜色空间。所提方法与常见的方法相比,就低照度图像增强而言,结构相似度平均提升了3.89%,均方误差平均降低了1.03%,且在对噪声图像增强时,峰值信噪比和连续边缘像素比保持在21 dB和88%以上。实验结果表明,所提方法不论从视觉效果还是图像质量客观评价指标上较常见方法都有较大提升,能有效改善低照度图像的低质问题,为后续的图像处理分析奠定基础。
低照度图像增强 非下采样剪切波变换 生成对抗网络 图像去噪 图像边缘增强 
激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2410007
作者单位
摘要
1 枣庄学院 光电工程学院,山东 枣庄 277100
2 枣庄学院 信息科学与工程学院,山东 枣庄 277100
提出一种石墨烯-金属超材料复合太赫兹传感器,充分利用石墨烯能带Dirac点附近费米能级对样品的灵敏响应结合超材料表面强局域电场实现了对谷氨酸溶液浓度的多维超灵敏传感。实验结果表明,传感器在频率f =0.58 THz处存在一个明显的透射峰,且该透射峰幅值随谷氨酸溶液浓度的增加先升高后降低。若以透射峰幅值作为传感指标,器件能够探测到的最低浓度在10−1 fg/mL量级。另外,从传感器的透射波相位差-频率关系曲线中提取的斜率与浓度具有类线性关联,这意味着相位差信息也可以作为有效的传感指标。结合透射幅值和相位差两个传感指标,器件可以实现对谷氨酸溶液浓度的超灵敏精确检测。文中提出的器件为发展基于太赫兹超材料的超灵敏氨基酸传感器提供了帮助。
太赫兹超材料 传感器 石墨烯 多维超灵敏 terahertz metamaterials sensors graphene multi-dimension and ultra-sensitivity 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230045
作者单位
摘要
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
提出一种具有同心圆形应力区的熊猫型保偏少模光纤结构,该结构可以稳定支持10个传输模式。通过引入低折射率应力区,高阶模式之间的有效折射率差提升了近一个数量级,相邻模式之间的最小有效折射率差在1550 nm处达到2×10-4,在C波段不低于1.8×10-4。模式色散不高于|-55.0219| ps/(nm·km),最大弯曲损耗在10-7 dB/m量级(弯曲半径≥9.5 cm)。该研究成果为短距离大容量的光纤设计提供了思路。
光纤光学 少模光纤 空分复用 保偏 简并模 
光学学报
2023, 43(20): 2006001
Haiyun Yao 1Zhaoqing Sun 1,2,6,*Lanju Liang 1,7,*Xin Yan 1,3,8,*[ ... ]Jianquan Yao 5
Author Affiliations
Abstract
1 School of Opto-electronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
2 Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
3 School of Information Science and Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
4 School of Electrical and Optoelectronic Engineering, West Anhui University, Lu’an 237000, China
5 College of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
6 e-mail: zqsun1990@163.com
7 e-mail: lianglanju123@163.com
8 e-mail: yxllj68@126.com
9 e-mail: wyr66439@163.com
Integrating novel materials is critical for the ultrasensitive, multi-dimensional detection of biomolecules in the terahertz (THz) range. Few studies on THz biosensors have used semiconductive active layers with tunable energy band structures. In this study, we demonstrate three THz biosensors for detecting casein molecules based on the hybridization of the metasurface with graphitic carbon nitride, graphene, and heterojunction. We achieved low-concentration detection of casein molecules with a 3.54 ng/mL limit and multi-dimensional sensing by observing three degrees of variations (frequency shift, transmission difference, and phase difference). The favorable effect of casein on the conductivity of the semiconductive active layer can be used to explain the internal sensing mechanism. The incorporation of protein molecules changes the carrier concentration on the surface of the semiconductor active layer via the electrostatic doping effect as the concentration of positively charged casein grows, which alters the energy band structure and the conductivity of the active layer. The measured results indicate that any casein concentration can be distinguished directly by observing variations in resonance frequency, transmission value, and phase difference. With the heterojunction, the biosensor showed the highest response to the protein among the three biosensors. The Silvaco Atlas package was used to simulate the three samples’ energy band structure and carrier transport to demonstrate the benefits of the heterojunction for the sensor. The simulation results validated our proposed theoretical mechanism model. Our proposed biosensors could provide a novel approach for THz metasurface-based ultrasensitive biosensing technologies.
Photonics Research
2023, 11(5): 858
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information and Automation Engineering, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250353, China
2 State Key Laboratory of Dynamic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China
3 School of Opto-electronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
4 Precision Optical Manufacturing and Testing Centre, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
5 School of Electrical and Optoelectronic Engineering, West Anhui University, Lu’an 237000, China
6 e-mail:
7 e-mail:
8 e-mail:
Active control of the electromagnetically induced transparency (EIT) analog is desirable in photonics development. Here, we theoretically and experimentally proposed a novel terahertz (THz) asymmetric metasurface structure that can possess high-sensitivity modulation under extremely low power density by integrating perovskite or graphene. Using the novel metasurface structure with the perovskite coating, the maximum amplitude modulation depth (AMD) of this perovskite-based device reached 490.53% at a low power density of 12.8037 mW/cm2. In addition, after the novel THz metasurface structure was combined with graphene, this graphene-based device also achieved high AMD with the maximum AMD being 180.56% at 16.312 mW/cm2, and its transmission amplitude could be electrically driven at a low bias voltage. The physical origin of this modulation was explained using a two-oscillator EIT model. This work provides a promising platform for developing high-sensitivity THz sensors, light modulators, and switches.
Photonics Research
2022, 10(10): 2317
作者单位
摘要
东北大学信息科学与工程学院流程工业综合自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110819
稀土离子掺杂碲酸盐玻璃及光纤具有荧光特性、良好的抗结晶热稳定性、低转变温度、高非线性、高折射率以及强穿透性等显著优势。随着人们对碲酸盐玻璃研究的不断深入,基于稀土离子掺杂碲酸盐玻璃及光纤制成的荧光传感器因响应速度快、抗电磁干扰能力强、分辨率高和稳定性好等特性在传感领域备受关注。综述了稀土离子掺杂碲酸盐玻璃及光纤的制备方法、特性、工作原理及其在传感领域的应用,从温度传感、压力传感、浓度传感三个方面展开介绍并对其传感应用前景进行了展望。
材料 稀土离子掺杂碲酸盐玻璃 光纤 荧光特性 低转变温度 温度传感 
激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516017
作者单位
摘要
1 福州大学至诚学院,福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108
3 福州大学 物理与信息工程学院,福州 350108
针对传统图形化工艺复杂且图形未经精细设计,导致电场分布不均匀的问题,通过ANSYS Maxwell 16.0仿真软件研究电子运动轨迹规律,提出图形化发射体阵列有效发射尺寸和最佳阵列间距阴极结构的新思路,改善场发射性能。仿真结果表明,当阵列间距为200 μm时,图形化阵列中心区域的电场分布平坦,阵列四周突变上升。这是由于阵列边缘部分相比于阵列中心区域部分更表现出针尖的特性,当阵列间距越小时,单元阵列之间的边缘区域场强叠加,出现场强叠加区。当阵列间距逐渐增大时,场强边缘叠加效应削弱,同时电场屏蔽效应也削弱。因此,阵列边长越大,为400 μm时,阴极表面场强趋于平坦,场强边缘叠加效应和电场屏蔽效应达到平衡。而阵列间距增大到600 μm时,会导致单元阵列平面中心位置相对较远,单元阵列场发射相对独立,电子发射出现空档区域。因此,阵列间距选取适中数值时,阵列边缘场强叠加效应削弱,四周电场也不会出现盲区,电场基本达到均匀分布。根据仿真结果,通过喷墨打印图形化种子层实现图案化发射体阵列精准定位,再水热生长ZnO纳米棒阴极阵列。场致发射实验结果表明,随着间距的增加,开启场强Eon从200 μm时的2.95 V/μm降低到400 μm时的0.57 V/μm,并进一步变为600 μm时的2.26 V/μm;而场增强因子β随阵列间距从200 μm增加到600 μm,先增大后减小。这与仿真结果吻合,即在ZnO阴极阵列有效发射尺寸为200 μm情况下,当阵列间距为400 μm时,场发射性能最优,其开启场强为0.57 V/μm,场发射增强因子为32 179。通过调控图形化阵列电子发射轨迹,从而减小场叠加和场屏蔽效应可以改善场发射性能。结合图形化设计和喷墨打印的高效性,有望实现高性能场致发射电子源。
电子源 场致发射 喷墨打印 ZnO纳米棒 图形化阵列 水热生长 Electron source Field emission Inkjet printing ZnO nanorods Patterned array Hydrothermal growth 
光子学报
2022, 51(5): 0525001
作者单位
摘要
北京无限电测量研究所,北京 100854
基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的滤波器频率温度系数为(-30~-25)×10-6/℃,其电学性能受环境温度影响较大,将降低滤波器在全温工作的性能,限制其应用环境,尤其是对滤波器通带插损与矩形系数要求高的应用场合。该文在常规FBAR滤波器中引入正温度系数的SiO2材料层,通过对滤波器的层叠位置设计及加工工艺等技术的研究,研制出S波段温补型FBAR滤波器器件,其工作频率为3, 1 GHz,插入损耗为2, 0 dB,带外抑制不小于30 dB,频率温度系数为-0, 02×10-6/℃。
薄膜体声波谐振器(FBAR) 滤波器 温补层 频率温度系数。 thin film bulk acoustic wave resonator(FBAR) filter temperature compensation layer SiO2 SiO2 temperature coefficient of frequency 
压电与声光
2022, 44(2): 242
谭小波 1闫欣 2易涛 3何凯 2[ ... ]庄钊文 1,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 电子科学学院,长沙 410073
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室,西安 710119
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
利用高能量纳秒激光轰击Al靶材产生的X射线作为信号源,对光折变X射线半导体响应芯片的空间性能进行实验研究。结果表明,低温生长AlGaAs芯片具备在X射线入射能量120∶1的动态范围内进行高空间分辨的大画幅成像能力,最优空间分辨率≥35 lp/mm @MTF=0.1,成像画幅可达6.7 mm×6.7 mm。该研究对于光折变X射线超快成像系统的研制具有参考意义。
光折变效应 X射线成像 超快成像 空间分辨率 动态范围 Photorefractive effect X-ray imaging Ultrafast imaging Spatial resolution Dynamic range 
光子学报
2022, 51(2): 0251215

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