1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所，北京 100029
3 国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准），北京 100029
4 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统，该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光，并将其注入到一段正色散高非线性光纤中，产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器，产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源，功率被放大到36.07 W，压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
光子学报
2023, 52(12): 1210002
1 湖北中医药大学药学院, 湖北 武汉 430065
2 湖北省中药保健食品工程技术研究中心, 湖北 武汉 430065
3 北京理工大学光电学院, 北京 100081
4 咸宁市中心医院、 湖北科技学院附属第一医院药学部, 湖北 咸宁 437100
5 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
6 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
7 武汉邮电科学研究院, 湖北 武汉 430074
山药为薯蓣科植物薯蓣的根茎, 其中的多糖、 多酚、 皂苷、 黏蛋白和维生素C等成分使山药具有抗肿瘤、 抗氧化、 抗炎症、 降血糖和降血脂等作用。 不同产地的山药由于生长条件存在差异, 致使药用成分含量显著不同, 结合独特的炮制工艺, 进而导致市场价格差别大, 所以山药饮片的产地识别至关重要。 为对山药饮片进行产地溯源, 本文基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术提出多元散射矫正-改进遗传算法-支持向量机(MSC-IGA-SVM)模型对山药产地进行精确识别。 使用八个不同产地的山药饮片进行LIBS实验, 八种产地的山药饮片磨粉过筛后制成粉末压片, 通过采集山药饮片的LIBS光谱, 分别使用单一分类器与使用光谱预处理、 特征提取及模式识别算法的模型对光谱的识别结果进行对比。 将光谱信号按2∶1的比例划分为训练集和测试集, 使用5次交叉验证K-邻近算法(KNN)模型的测试集准确率作为预处理参数优化的评价指标。 各类药材的平均光谱整体趋势一致, 所含谱峰基本相同, 但因产地不同导致峰值强度各不相同, 道地山药对一些金属元素(K, Na, Ca, Mg, Al)的富集能力大于非道地产区山药, 其中, K元素特征谱线(769.90 nm)的峰值最高, 即山药饮片中K元素含量最多, 相关研究表明山药根茎对K元素的富集能力最强。 选取35条关键谱线进行分析, 在识别种类多、 识别难度大的情况下, 改进遗传算法(IGA)比主成分分析(PCA)更能清楚辨别光谱中的非线性关系, 同时受噪声的影响更小。 MSC-IGA-SVM模型的产地溯源效果最好。 MSC-IGA-SVM模型的交叉验证集准确率为96.9%, 测试集的准确率为97.32%, 与直接使用原信号建立的最好模型支持向量机(SVM)(96.43%)相比, 测试集准确率提高了0.87%。 同时, MSC-IGA-SVM模型将输入变量的维度减少了99.93%。 结果表明, LIBS技术结合MSC-IGA-SVM模型能够快速、 准确对山药饮片进行产地溯源。
激光诱导击穿光谱 光谱预处理 特征提取 模式识别 山药 Laser-induced breakdown spectroscopy Spectral preprocessing Feature extraction Pattern recognition Rhizoma Dioscoreae
Author Affiliations
Abstract
1 Ultrafast Laser Laboratory, Key Laboratory of Opto-electronic Information Science and Technology of Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Georgia Tech Shenzhen Institute (GTSI), Tianjin University, Shenzhen 518067, China
We report an experimental generation of few-cycle pulses at 53 MHz repetition rate. Femtosecond pulses with pulse duration of 181 fs are firstly generated from an optical parametric oscillator (OPO). Then, the pulses are compressed to sub-three-cycle with a hybrid compressor composed of a commercial single-mode fiber and a pair of prisms, taking advantage of the tunability of the OPO and the numerical simulating of the nonlinear compression system. Our compressed optical pulses possess an ultrabroadband spectrum covering over 470 nm bandwidth (at ), and the output intensity fluctuation of our system is less than 0.8%. These results show that our system can effectively generate few-cycle pulses at a repetition rate of tens of megahertz with excellent long-term stability, which could benefit future possible applications.
nonlinear compression few cycle pulse optical parametric oscillator Chinese Optics Letters
2022, 20(5): 051901
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210857
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 波谱与原子分子物理国家重点实验室 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频率标准重点实验室 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学 北京 100049
高精度光钟被认为是广义相对论验证, 相对论测地学以及暗物质探测的重要工具。镱原子光钟是目前国际上稳定度最好的光钟, 通过36 h的平均可以进入10－19的量级。控制系统是镱原子光钟的重要组成部分, 它主要负责光钟系统的时序控制。本文提出一种基于Python语言支持的现场可编程门阵列(FPGA)控制系统, 通过编译和调用Python程序包在FPGA上运行, 用来产生光钟运行过程所需的各种控制信号, 以及对镱原子光钟工作过程中获取的数据进行存储和后期处理。研究结果表明: 基于FPGA控制系统的数据处理可以完全匹配传统Matlab和Origin软件的数据处理方法, 获取K量级冷原子的温度和Hz量级的钟跃迁谱线宽; 另外,对复杂钟跃迁谱线实现高斯基函数的多峰拟合, 通过与早期实验过程中噪声分析建立的数据库进行比对, 用来作为光钟运行的过程分析和故障诊断, 有助于未来将机器学习引入高精度原子光钟的数据处理用来实现引力波以及暗物质的探测。
镱原子光钟 FPGA控制系统 数据处理 机器学习 ytterbium atomic clock FPGA control unit data processing machine learning
采用激光冲击(LP)的方法对铝锂合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接区域进行改性强化,对于促进搅拌摩擦焊接工艺在航空航天等领域的应用具有重要意义。以航空铝锂合金为加工对象,对搅拌摩擦焊与激光冲击强化复合工艺下焊板的残余应力场进行了有限元仿真模拟。通过与文献中的试验结果进行对比,验证了所建仿真模型的准确性。模拟了搅拌摩擦焊、激光冲击及两者复合的工艺过程,对比了经不同工艺处理的焊板上的残余应力分布,并研究了应力波的传递规律。仿真结果表明:激光冲击能有效减小搅拌摩擦焊在铝锂合金表面及亚表面引入的残余拉应力;搅拌摩擦焊引入的残余应力越大,激光冲击对残余应力的减小效果越明显;复合工艺处理引起的应力波衰减率略大于仅激光冲击处理引起的应力波衰减率,从而使得复合工艺中的激光冲击引起的残余应力减小量大于仅激光冲击引起的残余应力减小量。
激光技术 铝锂合金 搅拌摩擦焊 激光冲击 残余应力 有限元仿真 中国激光
2021, 48(18): 1802008
1 三峡大学机械与动力学院, 湖北 宜昌 443002
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
利用熔融沉积成形技术快速制备了石墨烯/聚乳酸单组元复合试样和石墨烯/纳米Fe3O4/聚乳酸双组元复合试样,并研究了石墨烯含量对上述试样吸波性能的影响。结果表明:当石墨烯质量分数为8%时,单组元复合试样的吸波性能较佳;在双组元复合试样中,当纳米Fe3O4含量一定时,提高石墨烯含量能明显改善试样的吸波性能;双组元复合试样的吸波性能优于单组元复合试样;石墨烯包覆在基体表面形成的褶皱会增加电磁波多重反射的次数,但石墨烯含量过多时,石墨烯因团聚产生的电子散射会影响吸波效果;相比单组元复合试样,双组元复合试样在石墨烯及纳米Fe3O4的双重作用下形成的微观界面种类更多,使得电磁波的传播路径更为复杂,电磁波能量消耗得更多,因此将不同损耗类型的吸波剂进行复合可以有效提高材料的吸波性能。
激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231601
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速,有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始,介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分析了如何从动力学调控上实现更窄脉宽、更远波长的技术方案;系统介绍了中红外光纤放大器中啁啾脉冲放大和非线性放大技术。综合来看,中红外超快光纤激光器正处在高速发展阶段,未来具有极高的应用价值。
激光器 锁模光纤激光器 中红外波段 放大器 啁啾脉冲放大 非线性放大
南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094
为满足自动驾驶、人机交互等任务对语义分割算法准确度和实时性的要求,提出一种基于特征融合技术的实时语义分割算法。首先,利用卷积神经网络自动学习图像深层特征的功能,设计一个浅而宽的空间信息网络输出低级别的空间信息,以保持原始空间信息完整性,从而生成高分辨率特征;接着,设计一个语境信息网络来输出深层次、高级别的语境信息,并引入注意力优化机制来代替上采样,优化网络的输出;最后,将两路输出特征图进行多尺度融合,再上采样得到与原始输入尺寸相等的分割图像。两路网络并行计算,提高了算法的实时性。在Cityscapes、CamVid数据集上对该网络框架进行一系列实验。其中,在Cityscapes数据集上取得了68.43%的均交并比(MIOU)。对于640×480的图像输入,在一块NVIDIA 1050T显卡上的速度为14.14 frame/s。本文算法在准确度上大幅超越现有实时分割算法,基本满足人机交互类任务对实时性的要求。
图像处理 语义分割 卷积神经网络 特征融合 注意力机制 轻量化模型 并行计算 激光与光电子学进展
2020, 57(2): 021011
