与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同，本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处，通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场，并选择合适的偶极子天线长度，就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明，创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致，球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活，可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑，这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院，宁夏银川75002
2 宁夏医科大学 医学信息工程学院，宁夏银川750004
3 北方民族大学 图像图形智能处理国家民委重点实验室，宁夏银川750021
基于生成对抗网络（Generative Adversarial Network，GAN）的医学图像融合是计算机辅助诊断领域的研究热点之一，但是现有基于GAN的融合方法存在训练不稳定，提取图像的局部和全局上下文语义信息能力不足，交互融合程度不够等问题。针对上述问题，本文提出了双耦合交互式融合GAN （Dual-Coupled Interactive Fusion GAN， DCIF-GAN）。首先，设计了双生成器双鉴别器GAN，通过权值共享机制实现生成器之间和鉴别器之间的耦合，通过全局自注意力机制实现交互式融合；第二，设计耦合CNN-Transformer的特征提取模块（Coupled CNN-Transformer Feature Extraction Module， CC-TFEM）和特征重构模块（CNN-Transformer Feature Reconstruction Module， C-TFRM），提升了对同一模态图像内部的局部和全局特征信息提取能力；第三，设计跨模态交互式融合模块（Cross Model Intermodal Fusion Module， CMIFM），通过跨模态自注意力机制，进一步整合不同模态间的全局交互信息。为了验证本文模型的有效性，在肺部肿瘤PET/CT医学图像数据集上进行实验，该文方法在平均梯度，空间频率，结构相似度，标准差，峰值信噪比，信息熵等上与其他四种方法中最优方法相比，分别提高了1.38%，0.39%，29.05%，30.23%，0.18%，4.63%。模型能够突出病变区域信息，融合图像结构清晰且纹理细节丰富。
医学图像 图像融合 PET/CT 耦合生成对抗网络 Swin Transformer medical image image fusion PET/CT coupled generative adversarial network swin transformer
1 河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401
2 河北工业大学机械工程学院，天津 300401
3 郑州大学电气与信息工程学院，河南 郑州 450001
减速型有限能量Airy脉冲振荡拖尾形状和频谱受多个参数的影响，分别分析减速型有限能量Airy脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始啁啾、截断系数和分布因子变化对异常波产生以及超连续谱的相干性和稳定性的影响。研究结果表明，减速型有限能量Airy脉冲参数变化能够对超连续谱中异常波起到调控作用并影响超连续谱的相干性和稳定性。此外，利用多目标粒子群算法对5个脉冲参数同时进行优化，将500次模拟输出孤子峰值功率平均值两倍作为判断异常波产生的标准，将产生异常波的个数及500次模拟输出孤子峰值功率分布作为优化目标，得到减速型有限能量Airy脉冲促进或抑制异常波产生的最佳脉冲参数，实现超连续谱中异常波的可控产生。
超连续谱产生 Airy脉冲 异常波 多目标粒子群算法 目标优化 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0319001
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
我国鼻内窥镜受加工, 装调等因素的影响, 内窥镜在实际使用时的分辨率及像差情况要明显差于设计水平, 论文经过公差分析, 得出偏心公差对结果影响巨大, 基于以上问题, 文章在设计的一款视场角为80°, 入瞳直径为0.2mm的鼻窦物镜基础上, 模拟装调误差, 提出在不改变装调后鼻窦物镜机械结构的前提下, 在物镜保护玻璃前方加入掩膜相位板补偿装调误差导致的成像质量下降; 从设计结果可知, 添加掩膜相位板后系统传函图从在空间频率30lp/mm等于0提升到170lp/mm大于0.2; 用N3鉴别率板检测系统分辨率, 物方可分辨18组左右, 物方分辨率为15μm。由此可知在补偿掩膜相位板的设计中, 在不改变原设计基础上, 可明显提高像质。
鼻窦物镜 偏心误差 掩膜相位板 像质分析 nose sinus objective lens eccentricity error phase plate image quality analysis
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院， 宁夏银川75002
2 北方民族大学图像图形智能处理国家民委重点实验室， 宁夏银川75001
3 宁夏医科大学 医学信息工程学院， 宁夏银川750004
多模态医学图像融合在医学临床应用中起着至关重要的作用，为了解决现有方法大多数侧重于局部特征的提取，对全局依赖关系的探索不足，忽略了全局和局部信息交互，导致难以有效解决周围组织与病灶区域之间的模式复杂性和强度相似性问题。该文提出面向PET和CT医学图像融合的LL-GG-LG Net模型。首先，提出了局部-局部融合模块（Local-Local Fusion Module，LL Module），该模块采用双层注意力机制更好地关注局部细节信息特征；其次，设计了全局-全局融合模块（Global-Global Fusion Module，GG Module），该模块通过在Swin Transformer中加入残差连接机制将局部信息引入全局信息中，提高了Transformer对局部信息的关注程度；然后，提出一种基于可微分神经架构搜索自适应的密集融合网络的局部-全局融合模块（Local-Global Fusion Module，LG Module），充分捕获全局关系并保留局部线索，有效解决背景和病灶区域相似度高问题；使用临床多模态肺部医学图像数据集验证模型的有效性，实验结果表明，该文方法在平均梯度，边缘强度，QAB/F，空间频率，标准差，信息熵等感知图像融合质量评价指标上与其他七种方法中最优的方法相比，分别平均提高了21.5%，11%，4%，13%，9%，3%。模型能够突出病变区域信息，融合图像结构清晰且纹理细节丰富。
医学图像融合 深度学习 注意力机制 可微分架构搜索 密集网 medical image fusion deep learning attention mechanism differentiable architecture search dense network 光学 精密工程
2023, 31(20): 3050
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
由于太赫兹面阵探测器像元数少，且目标像素数较少，全息图的衍射效应明显，因此其重建较可见光全息图重建困难。研究两种将深度学习用于二维连续太赫兹同轴数字全息振幅重建的方法，并与传统的角谱法（ASM）和带切趾的振幅约束相位恢复算法（APRA）进行对比。第一种是端对端的U-net网络重建方法（H-UnetM），即网络输入图像为全息图；第二种是角谱法加U-net网络重建方法（AS-UnetM）。仿真研究表明，对于记录距离15~20 mm、分辨率0.3~0.5 mm目标的2.52 THz全息图，AS-UnetM重建优于APRA，而H-UnetM仅优于ASM但不如APRA。最后通过真实实验加以验证，结果表明H-UnetM能够重建目标，但部分背景噪声也被突出，而采用AS-UnetM在目标附近的重建效果最佳。
全息 太赫兹成像 同轴数字全息 振幅重建 深度学习 中国激光
2023, 50(19): 1914001
1 微光夜视技术重点实验室, 陕西 西安 710065
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
3 空装成都局驻昆明地区军代表室, 云南 昆明 650223
为研究三代微光像增强器亮度增益对像质的影响, 提出对不同增益条件下荧光屏输出图像的像质进行对比分析, 以提高三代微光像增强器的成像质量。首先, 在三代微光像增强器的理论基础上, 论证了亮度增益会直接影响像增强器的成像质量。然后, 通过图像质量评价的两个重要参数信噪比和分辨力, 建立像质评价系统并搭建实验装置。最后, 通过实验结果表明, 在无月夜天光照度条件下, 当亮度增益取得最佳值时, 输出图像在视场明亮清晰的同时分辨力由 32 lp/mm提升至 40.3 lp/mm。证明该研究对夜间环境中, 如何通过合理设置亮度增益值使微光夜视仪获得最佳成像质量具有指导意义。
微光像增强器 亮度增益 图像质量 信噪比 分辨力 low-light-level image intensifier, luminance gain,
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
为了提高通信速率, 扩展信道容量, 提出了一种采用宽度调制(WM)谐振腔和纳米线波导将电光调制模块和模分复用器模块进行耦合的集成器件, 详细介绍了电光调制器模块和模分复用器模块的原理、结构设计和性能, 并采用Lumerical软件对该集成器件进行了仿真和容差分析。仿真结果表明: 该集成器件在工作波长为1550 nm时可以先进行电光调制, 再进行TE0模与TE1模复用; 2种模式的插入损耗分别为0.186 dB和0.18 dB, 消光比分别为29.6 dB和24.5 dB, 信道串扰分别为-49.57 dB和-49.12 dB, 调制深度均为0.999。
宽度调制 电光调制 模分复用 光子晶体 纳米线波导 width modulation electron-optic modulation, mode d
北京理工大学 光电学院 光学测量实验室, 北京 100081
针对大批量球面光学元件曲率半径的快速、高精度、非接触测量难题, 提出一种基于差动共焦技术的批量元件曲率半径快速测量方法。先将一已知曲率半径的样件S0在其共焦位置进行扫描定焦, 获取其差动共焦曲线和线性段方程; 依次装卡同批次被测元件S1-Sn并无扫描地获得其离焦量; 根据样件曲率半径和被测件离焦量换算出被测样品曲率半径。仿真和实验表明, 精度可达12.2ppm, 同时测量速度比传统式差动共焦曲率半径扫描系统提高59倍。方法仅需1次扫描和N次快速装卡即可实现N件球面元件曲率半径的快速、高精度、非接触式检测, 为大批量球面元件的高效率、高精度加工检测提供全新途径。
差动共焦 曲率半径 快速测量 differential confocal radius of curvature high precision high efficiency0 引 言
针对非光滑器件/电路的非光滑特性，提出了一种基于标准数学规划问题的建模及仿真。首先将非光滑器件建模为具有可能发生状态跳变的分段线性函数；其次给出了由这些非光滑器件构成的电路的非光滑线性特性的动态系统方程；然后对这些非光滑动态系统方程进行时间离散化得到各种类型的一步非光滑问题，如(线性)互补问题或具有等式 -不等式约束的非线性 (或二次)规划，进而进行数值求解。仿真实验结果表明，本文所提出的数值建模方法对于具有大量事件的非光滑系统是有效的，对于模型参数的变化具有鲁棒性。
非光滑器件/电路 非光滑特性 分段线性 标准数学规划 互补问题 动态系统方程 鲁棒性 non-smooth device/circuit non-smooth characteristics Piecewise Linear(PWL) standard mathematical programming complementary problem dynamic system equation robustness 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(8): 849
