1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院, 合肥 230601
2 安徽建筑大学 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心, 合肥 230601
3 北京航空航天大学 无人机系统研究院, 北京 100191
4 淮南师范学院 电子工程学院, 淮南 232038
为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布, 利用高光谱激光雷达, 采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据, 设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型, 采用光谱自适应阈值选择方法实现植株点云中叶片正反面的分类, 并根据类别标签选择模型计算叶绿素含量, 重建植株的叶绿素3维分布。结果表明, 该方法得到的植株叶绿素3维分布更接近真实值, 决定系数达到0.69, 均方根误差为4.97。这一结果可为植物表型研究提供新的数据基础和理论方法。
遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 叶绿素含量 3维重建 remote sensing hyperspectral LiDAR partial least squares regression chlorophyll content 3-D reconstruction
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院, 合肥 230601
2 安徽建筑大学 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心, 合肥 230601
为了快速无损地检测评估木材的霉变及含水量, 利用高光谱激光雷达系统主动获取木材的高光谱数据, 设计了一种分析霉变特征并建立含水量预测模型的方法。首先选取白松为样本, 进行时长为4个月的间隔性测量, 分析其霉变发生发展过程(正常、潮湿和霉变状态)的光谱特征变化; 然后在分析样本不同含水量光谱特性的基础上, 采用竞争性自适应重加权采样算法、连续投影算法及竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法提取特征波长; 最后分别建立偏最小二乘回归预测模型。结果表明, 正常状态的光谱反射率最高而霉变状态最低;当霉变状态稳定时, 光谱反射率随时间变化缓慢并趋于稳定; 基于竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法建立的模型预测性能最佳, 预测集的相关系数和均方根误差分别为0.9073和0.7564。利用高光谱激光雷达主动获取的高光谱信息可以评估木材的霉变并实现含水量预测, 为木质建筑的快速无损检测提供了新思路。
遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 木材 霉变 含水量 remote sensing hyperspectral LiDAR partial least squares regression timber mildew moisture content
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
2 北京航空航天大学 无人系统研究院，北京 100191
3 芬兰地球空间研究所，芬兰 马萨拉 02430
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心，安徽 合肥 230601
为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息，研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息，用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AOTF)作为发射单元，实现550~1050 nm的连续光谱波长范围内101个光谱通道采样，并利用5 GHz/s高速采集卡完成主波和回波全波形数据采集。设计了静态单点测试和zigzag单点扫描相结合的双模式分步扫描方案，保证三维空间和光谱信息的准确获取。在实验室环境下，对HSL系统反射率稳定性、信噪比以及扫描精度进行了分析测试。利用三维空间和超连续的高光谱信息对古建筑构件样本建模进行验证，并采用随机森林(RF)多分类方法实现不同古建筑构件木种材料的分类。结果表明，HSL系统能够同时获得空间三维信息和连续光谱信息，满足古建筑空间和状态特征建模的信息采集的需求。
古建筑 高光谱激光雷达 全波形 分类 ancient architecture hyperspectral LiDAR full waveform classification 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210786
1 安徽建筑大学电子与信息工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 合肥学院先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
水源性病原菌污染会引发多种疾病, 严重危害人类健康和公共卫生安全。 水源性病原菌检测对人类医疗保健、 水安全保障和疾病诊断等具有重要的意义。 常规水源性病原菌检测技术, 如人工培养法、 分子生物法和免疫学法, 其测量结果准确、 有效, 但样品预处理繁琐且费时, 不利于病原菌实时在线检测。 光谱检测技术以非侵入式获取病原菌发射、 散射或吸收光谱特征, 能够确定病原菌性质、 结构和含量等信息。 由于该技术具有易于操作、 快速、 便携、 无损和便于实时监测等优点, 在环境监测、 生物分析中具有广泛的应用前景。 文章介绍了现有水源性病原菌检测技术及其优缺点, 指出开展病原菌快速、 高效检测的必要性; 讨论了光谱检测技术原理及数据分析方法, 重点综述了紫外可见光谱、 荧光光谱、 红外光谱、 拉曼光谱和太赫兹光谱在水源性病原菌检测的工作原理和研究进展; 最后总结了各技术的优缺点。 提出了光谱技术在病原菌检测的实际应用中面临的挑战及应对策略, 为进一步发展基于光谱技术的水源性病原菌的快速检测提供参考。
水源性病原菌 光谱分析 快速检测 紫外可见光谱 荧光光谱 水安全 Waterborne pathogen Spectral Analysis Rapid detection UV/Vis spectroscopy Fluorescence spectroscopy Water security 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2672
1 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心, 陕西 西安 710071
3 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
4 安徽大学 信号与信息处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
5 西安电子科技大学 技术物理学院, 陕西 西安 710071
以往对于超短脉冲与二能级原子系统的研究大多基于一些近似方法(慢变包络近似和旋转波近似等), 从而求得解析的近似解。但是, 由于忽略掉一些有用的光场中的信息, 就会造成光场导数项所产生的非线性性质的缺失。本文基于FDTD算法和预测-校正法相结合, 建立了预测-校正FDTD算法, 用于研究超短脉冲与二能级原子系统的相互作用, 以准确地描述光场与原子系统相互作用的特征, 验证了面积定理的部分规律；进一步构建了能够实现完全反转原子系统上下能级粒子的短脉冲。相关研究可为目标的特征分析提供参考。
超短脉冲 二能级原子系统 FDTD算法 预测-校正法 面积定理 ultrashort pulse two-level atom system FDTD algorithm prediction-correction method area theorem
1 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心, 陕西 西安 710071
3 中国电子科技集团公司 第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
4 安徽大学 信号与信息处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
5 西安电子科技大学 技术物理学院, 陕西 西安 710071
增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注, 然而, 激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量, 极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程, 并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制, 提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明, 本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。
增益媒质 时域有限差分方法 异常光学传输 gain material finite-difference time-domain(FDTD) method extraordinary optical transmission
1 中国科学院,大连化学物理研究所,辽宁,大连,116023
2 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130021
随着氧碘化学激光器(COIL)输出功率的不断提高,传统的膜系设计已不能满足要求.在倍频膜系的设计基础上,优化设计出了激光45°入射时对1 315 nm和632.8 nm双波长高反(HR)并在1 315 nm处具有90°位相延迟的高反射镜,其基底材料为融石英,高折射率材料为ZrO2,低折射率材料为SiO2.然后,采用电子束蒸发手段制备了口径为200mm的高反射位相延迟镜.最后对该延迟镜的性能进行了测试,结果表明:对632.8 nm波长的反射率大于等于95.0%,对1 315 nm波长的反射率大于等于99.8%,位相延迟在90.235°～95.586°范围内.
氧碘化学激光器 位相延迟 倍频膜系 COIL Phase retardance Multiple frequency film stacks
1 东南大学纳米科学与技术中心分子与生物分子电子学教育部重点实验室, 南京 210096
2 合肥市疾病预防控制中心,合肥 230061
基于虹吸原理,设计了一种动态化学腐蚀法的简易装置,用于制备近场光学显微镜光纤探针。在一般化学腐蚀法的基础上,通过改变虹吸管中水的流向和流速来有效地控制探针锥角和锥长,制备出多种形貌的光纤探针。与传统的静态化学腐蚀法相比,该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、制备的探针表面光滑等优点。利用该装置,成功地制备出针尖尺寸50～300 nm,针尖锥角在16°～65°之间可调的光纤探针。同时,选择适当的液位差,通过一步腐蚀法制备出针尖尺寸小于50 nm,针尖锥角125°的双锥角光纤探针。并对可能的腐蚀机理进行了探讨。
仪器 近场光学显微镜 光纤探针制备 虹吸原理 动态化学腐蚀法
1 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室,大连 116023
2 中国科学院大连化学物理研究所863短波长化学激光国家重点实验室,大连 116023
提要 介绍了利用光腔衰荡光谱技术高精度地检测高反镜的反射率的实验方法。利用直型和折叠型衰荡光腔结合,可以高精度地测定高反镜的反射率。实验结果表明这一方法可以精确地测定各种反射角度、镜片基底和尺寸的高反镜的反射率,而且还可以检测实际工作气氛下高反镜的反射率。
光腔衰荡光谱 反射率 高功率激光
