Author Affiliations
Abstract
1 Department of Automation, Beijing National Research Center for Information Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 School of Electronics and Computer Science, University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, UK
3 e-mail: x.fang@soton.ac.uk
4 e-mail: genghua@tsinghua.edu.cn
Metasurfaces provide an effective technology platform for manipulating electromagnetic waves, and the existing design methods all highlight the importance of creating a gradient in the output phase across light scattering units. However, in the emerging research subfield of meta-waveguides where a metasurface is driven by guided modes, this phase gradient-oriented approach can only provide a very limited emission aperture, significantly affecting the application potential of such meta-waveguides. In this work, we propose a new design approach that exploits the difference between meta-atoms in their light scattering amplitude. By balancing this amplitude gradient in the meta-atoms against the intensity decay in the energy-feeding waveguide, a large effective aperture can be obtained. Based on this new design approach, three different wavefront shaping functionalities are numerically demonstrated here on multiple devices in the terahertz regime. They include beam expanders that radiate a plane wave, where the beam width can increase by more than 900 times as compared to the guided wave. They also include a metalens that generates a Bessel-beam focus with a width 0.59 times the wavelength, and vortex beam generators that emit light with a tunable topological charge that can reach . This amplitude gradient design approach could benefit a variety of off-chip light shaping applications such as remote sensing and 6G wireless communications.
Photonics Research
2023, 11(9): 1542
强激光与粒子束
2023, 35(2): 025006
1 徐州医科大学, 徐州 221000
2 徐州医科大学附属医院肿瘤科, 徐州 221000
内质网应激(ERS)是影响癌症发生发展的重要因素之一。本研究的目的在于通过生物信息学方法探讨内质网应激基因在胃癌(STAD)中的表达及预测预后的价值。从癌症基因组图谱数据库(TCGA)和基因表达综合数据库(GEO)获取STAD样本, “ConsensusClusterPlus”R包用于识别胃癌内质网应激相关分子亚型(C1、C2), Kaplan-Meier分析比较分型间生存差异, 并进行基于GEO队列的外部验证。基因本体论(GO)富集和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析比较其差异基因富集通路差异。使用“limma”R包识别分型间差异基因, 通过LASSO回归分析构建预后模型, 依照风险值中位数将TCGA训练集分为两组, 评估免疫细胞浸润显著差异。生存分析显示, C1的生存结局较C2更好。差异分析确定了6个与分型相关的内质网应激基因, GO富集和KEGG通路分析揭示了亚型间差异基因参与了多种细胞和生物学功能。通过LASSO回归分析构建了一个8基因预后模型, Kaplan-Meier分析表明高风险组患者较低风险组生存时间短, ROC分析验证了预测模型在STAD预后预测中的准确性, 免疫分析揭示了两组之间免疫细胞浸润差异显著。本研究基于内质网应激基因对STAD患者进行分型, 并构建了新的预后模型, 具有预测STAD患者预后的作用, 并可为个性化治疗提供一些参考。
胃癌 内质网应激 分子亚型 免疫细胞浸润 预后模型 stomach cancer endoplasmic reticulum stress molecular subtypes immune cell infiltration prognostic model
1 南京航空航天大学 自动化学院, 南京 211100
2 高速载运设施的无损检测监控技术工业和信息化部重点实验室, 南京 211100
针对高反光表面的三维重建一直是结构光技术中的重点及难点。文章基于多重曝光法及调整投影条纹强度法, 提出了一种曝光时间序列以及条纹亮度序列的选择方法, 利用被测物体在不同投影条件下的表面临过曝像素点数统计直方图, 结合图像中像素点数的不过曝比例, 计算所求的曝光时间及条纹亮度序列, 完善了针对高反光表面的高动态范围技术。实验结果表明, 文章提出方法能够有效地提升高反光表面三维重建的精度, 点云中有效像素点数可以达到96%以上。
投影光栅相位法 高反光表面 高动态范围技术 相位立体匹配 三维重建 fringe projection profilometry highly reflective surface high dynamic range technology phase-based stereo matching 3D reconstruction
1 城市智慧交通与安全运维研究院,广东 深圳 518000
2 深圳市人工智能与机器人研究院,广东 深圳 518000
3 深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518000
4 深圳大学电子与信息工程学院,广东 深圳 518000
城市排水系统是城市公用设施的重要组成部分,排水管道的定期检查和维护对于地下管网的安全运行十分重要。漂流式胶囊机器人具有作业便捷、高效、低成本等特点,可满足地下管网大范围普查需求。然而,高效的作业方式带来了剧增的待处理数据,同时漂流式作业采集的视频数据包含振动、光照等多项干扰因素,传统数据处理方法无法适用,亟需开发新的智能病害识别方法。基于此,提出了一种基于改进残差注意力的病害识别方法。该方法以视频片段为输入,利用卷积神经网络对每一帧进行特征提取,然后将不同层沿特定维度融合后进行分类识别。实验结果表明,所提方法的识别准确率可达89.6%,优于未改进的残差网络,可有效提高漂流式胶囊机器人的识别精度和效率。
机器视觉 注意力机制 下水管道 病害识别 图像处理 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1815001
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
3 3.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
二氧化钒(VO2)作为一种过渡金属氧化物, 能够响应外界温度变化并发生半导体-金属相变, 相变过程中伴随着红外波段透过率的大幅度改变, 在智能窗领域受到广泛关注。近年来, 关于VO2制备方式、相变机理以及改善调光能力等方面的研究颇为丰富。然而, 在实际应用中仍面临技术瓶颈和挑战, 如本征相变温度较高、可见光透过率较低、太阳能调节效率不足、耐候稳定性较差、颜色舒适度较低(呈现棕黄色)等。目前, 关于VO2本身性能改善的研究已有很多, 提升其性能的通用手段如元素掺杂、多层膜结构设计、微结构设计等已被广泛采用。本文总结了VO2通用性能的提升策略, 着重介绍了VO2基智能窗在实际应用中服役性能、低温柔性制备以及颜色调控等方面的最新研究进展, 同时从皮肤舒适性和环境友好性等方面分析和展望了未来的发展。
二氧化钒 热致变色 智能节能窗 应用挑战 综述 vanadium dioxide thermochromic smart window challenges review
1 贵州大学化学与化工学院,贵阳 550025
2 贵州大学,贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室,贵阳 550025
3 贵州民族大学材料科学与工程学院,贵阳 550025
采用液相共沉淀法制备了MeCeOx(Me=In,Zr)双金属氧化物固溶催化剂。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H2-TPR)、程序升温脱附(CO2-TPD、CH3OH-TPD)及漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等手段对催化剂物化性质进行了分析表征。在系统考察不同金属氧化物种类和掺杂量的基础上,对比研究了不同金属氧化物掺杂改性CeO2制得固溶催化剂的结构性质及催化行为。结果表明: 不同金属氧化物掺杂改性制得的MeCeOx(Me=In,Zr)双金属氧化物,由于形成的固溶结构增大了氧空位缺陷浓度; InCeOx具有最大的氧空位缺陷浓度和CO2、CH3OH分子化学吸附量; 在反应压力1.0 MPa、反应温度140 ℃,反应空速(GHSV)3 600 mL/(g·h)、V(CO2)/V(CH3OH)/V(N2)=4∶1∶5条件下,InCeOx表现出优异的催化性能,碳酸二甲酯(DMC)选择性91.3%,CH3OH转化率8.4%,碳酸二甲酯STY(时空产率)达0.11 gDMC·h-1·g-1cat。原位红外分析进一步揭示了氧空位活化CO2及中间体单配位甲氧基的形成是碳酸二甲酯高选择性的关键。
InCeOx催化剂 双金属氧化物 固溶结构 氧空位 碳酸二甲酯 InCeOx catalyst bimetallic oxide solid solution structure oxygen vacancy dimethyl carbonate
1 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学,北京 100049
4 沈阳新松机器人自动化股份有限公司,辽宁 沈阳 110168
针对机器人自适应打磨曲面焊接区域的识别问题,提出了一种基于线结构光的打磨机器人自动识别起始点与终止点的算法和一种深度图像增强算子。增强算子将中心像素与8邻域内像素强度差的绝对值和作为中心像素值,以增强深度图像的可视化特征和打磨区域的纹理特征。首先,对点云数据进行滤波和空洞填充处理;然后,计算每一扫描行点云在高度方向的标准差;最后,对所得特征进行识别,找到一定范围内特征变化较大的位置,从而提取出打磨区域。实验结果表明,该增强算子对深度图像的增强效果极佳,本算法对起始与终止位置的识别精度均值小于1 mm,可达到像素级精度,具有较强的鲁棒性,且对噪声不敏感。在现场打磨测试中也证实了本算法的有效性和可行性。
测量与计量 点云 曲面焊缝 深度图像增强算子 表面特征 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0312005
1 深圳技术大学中德智能制造学院, 广东 深圳 518118
2 浙江工业大学分布式能源与微网研究所, 浙江 杭州 310014
针对传统机械式切割钻石的加工过程中, 切削力四处传播容易造成钻石损坏, 切割的噪音和粉尘也很大, 加工精度不高等问题, 提出采用激光切割钻石的加工新方式。为了减少实验和加工过程中的盲目性, 分析了钻石激光切割的加工机理, 根据加工过程中温度场和热应力分布, 推导出材料加工阈值和裂纹产生阈值公式, 作为钻石切割的上下参考阈值。并且设计了一款基于软件的532 nm激光切割钻石装置, 装置中采用了具有切割、成像和照明三种功能的新型复合镜头, 保证加工装置不仅能切割钻石, 还能动态显示钻石加工效果; 设计的专用夹具可带动钻石自由旋转, 从而便于用户根据杂质情况任意选择加工位置, 提高加工质量, 减少加工中损耗, 从而实现最优加工。
532 nm激光 钻石加工 阈值 复合镜头 专用夹具 532 nm laser processing of diamond the value of threshold compound lens special fixture