1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 中国北方化学研究院集团有限公司，北京 100089
拉曼光谱能够反映生物组织的分子结构变化，可用于舌鳞癌组织检测。然而，现有方法仅能够鉴别舌鳞癌组织属性，判断组织是否发生癌变，无法定位舌鳞癌组织拉曼光谱的重要谱带区域。因此，提出一种基于深度学习的舌鳞癌组织拉曼光谱重要谱带区域分割方法。首先，利用光纤拉曼光谱采集设备采集22位病人44块肿瘤组织的拉曼光谱数据，对数据进行预处理、标注，并分为训练集和测试集；然后，建立谱带区域深度卷积神经网络模型，该模型包括三个基本模块，即拉曼光谱特征提取网络、重要谱带推荐网络以及重要谱带回归网络。其中拉曼光谱特征提取网络用于提取舌鳞癌组织光谱特征，重要谱带推荐网络和重要谱带回归网络用于分割舌鳞癌组织光谱的重要谱带区域。实验结果显示，在交并比为0.7的判断标准下，所提方法对舌鳞癌组织重要谱带分割的平均精度为99%。
拉曼光谱 舌鳞癌 卷积神经网络 光谱分割 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0230001
1 北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
研究了一种基于深度学习的光纤光栅混叠FBG光谱解调方法。利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)模型处理混叠光谱非线性序列模型问题，通过一维卷积神经网络预测识别混叠光谱中心波长，并搭建了并联结构的混叠光谱数据自动采集实验系统，验证了混叠光谱的中心波长高精度解调。实验分析了训练样本、迭代次数对训练时间、测试时间、解调精度的影响，并对训练完成后的模型进行了解调时间测试。分别与其他解调算法进行了解调精度和测试时间对比，同时对同一组光谱数据使用解调模型算法及最高点寻峰算法进行中心波长值的对比并进行误差分析。实验结果表明：解调模型均方根误差结果为0.082 58 pm，使用Intel(R) Core(TM) i7-8550U CPU （Central Processing Unit）的解调计算时间为0.338 s。研究结果表明：采用卷积神经网络模型对于混叠光谱中心波长解调结果的准确性具有合理性，与其他算法相比，文中的解调算法在解调精度和时间上具有优势，模型大小在400 kB以下，所需算力较小，可部署在小型嵌入式设备中，在大规模机载传感网络，结构健康监测中有良好的应用前景。
光纤光栅 混叠光谱 光谱数据采集系统 卷积神经网络 fiber grating overlapped spectrum spectrum data acquisition system convolutional neural networks 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210419
北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
提出了一种基于10.6 μm波长的小型化非线性全光衍射深度神经网络建模方法。采用波长为10.6 μm的二氧化碳(CO2)激光光源,其对应的神经网络物理尺寸为1 mm×1 mm,依据相关的光学物理参数特性,构建了基于10.6 μm波长的非线性全光衍射深度神经网络模型框架,使用网格搜索法确定最优的神经网络模型超参数,并选择交叉熵损失函数和Adam优化器对神经网络进行了优化。分别在MNIST手写数字数据集和Fashion-MNIST数据集上对该方法进行了测试,其分类结果分别达到了0.9630和0.8743。所提方法为制备小型化的全光衍射光栅提供了理论参考。
光计算 非线性全光衍射深度神经网络 激活函数 10.6 μm; 深度学习 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0820001
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构, 实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸, 使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm, 拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25 ?滋m, 可以与50 ?滋m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合, 也可使用50 ?滋m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。
拉曼光谱 光学设计 激光 共孔径 Raman spectroscopy optical system design laser common aperture 红外与激光工程
2018, 47(4): 0418004
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100101
3 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
4 中北大学 电气与控制工程学院, 山西 太原030051
为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题, 研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型, 分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减; 实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号, 观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化; 分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系; 通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明: 激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测, 在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。
核工业 粘接结构 脱粘 激光超声 无损检测 nuclear industry bonding structure debonding laser ultrasonic nondestructive testing 红外与激光工程
2018, 47(1): 0117006
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
为了实现光纤布喇格光栅的快速退火, 采用高温电弧等离子体热处理光纤光栅的方法, 设计了相关实验进行验证。由实验可知, 透射谱深度23dB、中心波长1552.09nm、3dB带宽0.2784nm的光纤光栅, 经电弧等离子体放电扫描后, 光纤光栅的透射谱深度减小, 3dB带宽变窄, 中心波长蓝移; 随着重复扫描次数的增加, 各参量变化趋势减缓, 最终透射谱深度减小13dB、中心波长蓝移0.84nm、3dB带宽变窄0.1013nm; 将电弧等离子体处理后的光纤光栅放入高温炉24h退火后, 透射谱深度、中心波长、3dB带宽均不再发生变化。结果表明, 将电弧等离子体用于光纤布喇格光栅的退火处理是可行的, 并且具有周期短、涂覆层无损伤的优点。
光栅 退火 电弧等离子体 光谱特性 gratings annealing arc plasma spectral characteristics
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
为了实现远距离物质的识别检测, 设计和建立了脉冲门控非接触式的拉曼光谱探测系统, 利用强脉冲激光的高能量密度(～106 W)增强被探测物质的拉曼散射信号, 通过大口径透镜系统提高拉曼光收集效率, 同时采用同步延时系统控制ICCD的开启和积分时间, 有效地去除背景光和荧光的干扰, 提高信噪比, 从而显著增加拉曼光谱探测距离。初步研究了不同通光口径对探测能力的影响, 以及在950 mm的探测距离上获得了清晰的硫元素和纯净水的拉曼光谱信号。
拉曼光谱 光谱探测 脉冲激光 Raman spectroscopy spectrum detection pulsed laser 红外与激光工程
2016, 45(11): 1103001
