太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
在激光雷达的水下目标探测中, 浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用, 使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射, 提高目标回波信号的信噪比。文章将布尔混沌信号作为载波调制信号, 基于其内禀高频强度调制特性, 构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统, 并在实验室水箱环境下, 对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究, 对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。
激光雷达 布尔混沌 载波调制 水下目标 三维成像 LiDAR Boolean chaos carrier modulation underwater target 3D imaging
Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin Key Laboratory of Imaging and Sensing Microelectronic Technology, School of Microelectronics, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
3 State Key Laboratory of Millimeter Waves, School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
4 Key Laboratory of High Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
5 Huawei Technologies Company Ltd., Shanghai 518129, China
6 Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London, London WC1E7JE, UK
7 Key Laboratory of Micro-Nano Electronic Devices and Smart Systems of Zhejiang Province, College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
Plasmonics could provide compact and powerful solutions for manipulating light in deep-subwavelength dimensions, which is promising for a great range of nanophotonic technologies such as plasmonic rulers and sensors. However, the effective area of enhanced localized field induced by surface plasmon polaritons is typically restricted to the structural boundaries. In this work, we propose a method to generate high quality-factor extended electromagnetic fields via hybridizing the super-radiant state and the quasi bound state in the continuum of graphene metasurfaces. The coupling interaction involved operates as a three-level system with multiple sharp resonances immune to the polarization, which holds great promise for developing nanodevices with high sensing capacity in two dimensions.
plasmon hybridization quasi bound state in the continuum high-Q sensing Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 042201
1 天津大学测试计量技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 天津大学天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
太赫兹扫描成像中，由于激光器功率波动和仪器振动等原因，导致图像对比度较低，成像质量有待提高，且目前针对太赫兹图像的处理还停留在传统算法阶段。本文结合深度学习思想，提出了一种基于生成式对抗网络的图像增强方法。通过对训练集图像引入模糊和噪声，学习低质量图像和高质量图像之间的映射关系，并将其应用在真实太赫兹图像中。实验结果表明，与双边滤波、非局部均值滤波等传统算法相比，本文方法可在改善图像细节的基础上显著提高图像对比度，且视觉体验良好，这为太赫兹图像增强提供了新思路。
太赫兹图像 神经网络 图像增强 图像对比度 terahertz image, neural network, image enhancement
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了克服噪声导致的相位展开不连续现象,用Canny边缘检测算法获取重建模型的真实边缘,结合二阶差分函数计算边缘可靠性,并根据可靠性的大小逐区域展开相位,以达到稳定展开模型全局相位的目的。提取传统算法和本算法相位展开后任意行(或列)的数据点,得到两种算法相对原始数据点的标准差分别为0.0562和0.0121。同时,本算法可以解决枝切法中因噪声过大导致的相位展开稳定性低以及最小二乘法在重建模型中断层的问题,能很好地克服噪声并进行三维重建。
图像处理 相位展开 Canny边缘检测算法 二阶差分 区域展开 三维重建 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241020
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 上海航天设备制造总厂有限公司, 上海 200245
航空发动机叶片长期工作在高温高压的涵道中,容易发生断裂、划道、形变等损伤。损伤叶片增材修复的关键是对其进行三维数字建模,模型的精度直接影响到熔覆制造的质量。基于航空发动机叶片的空间扭转特征,提出了一种非接触式的激光交叠式三维重建方法。利用扫描策略中线激光测头与叶片相对位置的特征矩阵初始化点云配准参数,通过分配权值缩小源点云规模,对迭代最近点算法进行优化。最后对点云数据进行精简、网格化,建立了损伤叶片的三维模型。在配准过程中,分析了点云块的交叠率对模型精度的影响。实验结果表明,当交叠率为50%时,采集时间短、信息完整度高,通过标准量块阶梯验证了模型的测量精度为10 μm,满足损伤叶片重建模型的精度要求。
航空发动机叶片 激光检测 点云处理 迭代最近点 逆向工程 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161504
理论模拟并实验制作了一种基于波长调制的高灵敏度的锥型光纤探头表面等离子体共振传感器。理论上研究了锥型探头的锥度比(TR)与传感器灵敏度和检测精度的关系，结果表明，随着锥度比的增加，传感器灵敏度上升，精确度下降。综合考虑这两个指标，当TR在1.2至1.8之间时，传感器有较高的性能。在理论设计的基础上，实验制作了锥型探头，并且搭建了实验系统，实验结果显示，传感器灵敏度达到3.94 μm/RIU(RIU表示折射率单位)，与理论模拟值(3.90 μm/RIU)符合得很好。
传感器 表面等离子体共振 光纤传感器 锥型探头 灵敏度
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621907
采用溶胶凝胶法制备纳米级WO3, 掺杂不同含量的氯铂酸并混合搅拌均匀, 再进行热处理, 将所得粉体均匀涂覆在光纤光栅周围, 制备出具有氢敏特性的光纤光栅传感器.实验中, 通过改变氯铂酸掺杂量和热处理温度并进行XRD物相分析得：随着Pt∶W的降低以及热处理温度的升高, WO3的结晶度不断提高；通入不同浓度的氢气对传感器进行氢敏性能测试发现, 经过300℃热处理, Pt∶W为1∶9时, 对4%浓度的氢气能达到15 s的响应速度, 最高有140 pm的中心波长变化, 多次重复通氢气, 重复性良好；当热处理温度达到500℃时, 材料对氢气已经不敏感.
离子交换 晶体结构 光纤光栅 氢敏 Ion exchange Pt/WO3 Pt/WO3 Crystal structure FBG Hydrogen sensitivity
1 中央民族大学理学院， 北京 100081
2 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室， 北京 100044
3 北京交通大学光波技术研究所， 北京 100044
采用模拟退火算法设计了0.2~2.0 THz和0.2~3.0 THz两个波段下的消色差复合太赫兹λ/4波片，在0.2~2.0 THz波段内实现了波片相位延迟偏差小于2%，在0.2~3.0 THz波段内波片相位延迟偏差小于4%。系统分析了不同石英玻片个数对消色差复合太赫兹波片的消色差性能以及厚度和损耗等关键参量的影响。分析表明，随着石英玻片个数的增加，波片的消色差性能也会变好，在相应太赫兹波段相位延迟失谐量也随之减小；但同时，波片的厚度也随之增加，导致对太赫兹波的损耗增加。在0.2~2.0 THz和0.2~3.0 THz范围内，太赫兹λ/4波片采用5个玻片为最佳，此时可以获得较好的消色差性能，同时波片的厚度和损耗也在可实际应用范围内。
光纤光学 太赫兹技术 模拟退火算法 消色差波片
1 武汉理工大学 光纤传感技术中心，武汉 430070
2 中国工程物理研究院 表面物理与化学重点实验室，四川 绵阳 621907
采用磁控溅射方法在侧边抛磨的光纤光栅（D型光纤光栅）上溅射40 nm WO3Pd复合薄膜，制作了D型光纤光栅氢气传感器.40 nm WO3Pd复合薄膜是由5 nm的WO3、5 nm的WO3/Pd混合膜和30 nm的Pd 薄膜组成.实验中,首先采用射频溅射技术向D型光纤光栅溅射5 nm WO3薄膜，再利用共溅射技术溅射5 nm WO3/Pd混合膜，最后用直流溅射技术溅射30 nm的Pd薄膜.SEM结果显示在多次通氢气后WO3Pd薄膜仍然具有较好的表面形貌，这说明WO3Pd复合薄膜具有较好的机械性能.实验结果表明:该氢气传感器具有较好的重复性，同镀有同样氢气敏感膜的普通FBG相比，D型光纤光栅的灵敏度提高了200%;在氢气体积浓度为6%时，D型光纤光栅传感器的波长变化为15pm.
D型光纤光栅 磁控溅射 WO3 Pd复合膜 氢气传感器 Dshaped fiber Bragg grating Magnetron sputtering WO3Pd composite film Hydrogen sensor
电路仿真对于电信网向分组交换网的平稳过渡有着重要意义。文章根据相关标准提出并实现了一种电路仿真专用芯片的设计方案，并对其中主要功能模块和关键算法作出了详细说明，包括一种全数字的自适应时钟恢复方法、动态深度缓冲算法等。目前该设计已经通过了验证和在实际网络环境中的测试。
电路仿真 时钟恢复 动态深度缓冲 circuit emulation clock recovery dynamic depth buffering
