1 之江实验室，浙江 杭州 311121
2 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
作为工业数字图像质量评价在应用领域的重要延伸，光学显微图像定量评价主要通过对图像特征和属性进行分析计算，针对性地量化评估图像的质量。近年来，随着各类光学显微成像技术的蓬勃发展，图像定量化评价的重要性日益凸显，在总体图像处理中具有指导性作用。对现有的光学显微图像定量评价指标及相关算法进行总结，对各个算法的模型结构和性能表现进行讨论说明，阐述显微图像定量评价的应用和发展趋势，并对该领域目前所存在的问题和难点进行分析和展望。
光学显微图像 定量评价 分辨率 信噪比 结构相似度 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618013
南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京 210000
为了进一步提高系统的能量利用率, 设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统。系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式, 实现对远端富余的能量快速存储和合理利用, 并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控。实验结果表明: 所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率, 从而保证供能系统的安全工作; 当光供能不足时, 所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能。
光纤供能 光伏电池 电源管理 最大功率跟踪 充电控制 fiber optic power supply, photovoltaic cell, power
南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
面向数字图像识别，使用光学器件构建基于快速傅里叶变换（FFT）的光学神经网络（ONN），其中的线性光学处理单元由马赫-曾德尔干涉仪（MZI）实现。这些MZI以网格状布局连接，对通过的光信号进行调制，实现乘法和加法，从而实现对图像的分类识别。针对该ONN对手写数字图像进行识别出现的问题，研究训练算法中的主要超参数即动量系数和学习率对网络性能的影响。首先比较不同学习率下随机梯度下降（SGD）、均方根传递（RMSprop）、适应性矩估计（Adam）和自适应梯度（Adagrad）4种训练算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数后，ONN在识别手写数字图像上的表现。实验结果显示：在学习率从0.5变化到5×10-5、RMSprop训练算法下，具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的FFT型ONN具有最高的识别精确度，达97.4%。此外，着重分析在具有不同动量系数的SGD算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数时ONN对手写数字图像识别的准确率、运行内存和训练时间的影响。进一步，在学习率为0.05和0.005时，比较了SGD、RMSprop训练算法以及各自在引入动量后的网络识别性能。实验结果显示：动量系数为0时，采用SGD算法训练的具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的ONN的识别精度为96%，动量系数为0.9时，ONN的识别精度提高到96.9%；而加入动量的RMSprop算法会导致网络识别准确率不收敛或收敛较慢。
光学神经网络 马赫-曾德尔干涉仪 训练算法 动量 学习率 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2220001
大族激光科技产业集团股份有限公司，广东 深圳 518057
对SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺进行研究，在不同摆动振幅、频率、焊接速度、激光功率、离焦量下测试激光摆动焊接焊缝成形，并对比不同摆动方式下不锈钢搭接接头的焊缝成形及机械性能。结果表明: 当垂直振幅≥0.15 mm时，可以获得成形较好的矩形焊缝；摆动频率过低容易出现“齿状”焊缝，过高则容易产生咬边，当频率为300～400 Hz时，可以获得成形良好的焊缝；摆动频率与焊接速度的比值不小于10时，有助于消除“齿状”；激光功率、离焦量主要影响焊缝的深度与宽度。相对于不摆动焊接，摆动焊接获得的接头强度更高，激光摆动焊接1 mm厚不锈钢搭接接头，焊缝宽度约1 mm时，接头抗拉强度达698 MPa，约为母材的1.34倍。
不锈钢焊接 激光摆动焊接 矩形焊缝 welding of stainless steel laser-weaving welding rectangular weld
1 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学应用气象学院, 江苏 南京 210044
为研究大豆叶片呼吸与植被指数和叶片性状的关系, 设置田间试验, 观测不同生长阶段的大豆顶1叶、 顶2叶、 顶3叶叶片呼吸及呼吸系数, 并观测归一化植被指数(NDVI)、 差值植被指数(DVI)、 比值植被指数(RVI)、 增强植被指数(EVI)、 光化学植被指数(PRI)、 红边叶绿素指数(RECI)6种高光谱植被指数以及叶绿素相对含量(SPAD)值、 叶片鲜重、 叶片干重、 含水量、 叶面积、 比叶面积、 氮含量。 结果表明: 大豆单片叶片呼吸及呼吸系数存在明显的季节变化规律, 顶1叶、 顶2叶、 顶3叶单片叶片呼吸季节平均值分别为(0.157±0.019), (0.162±0.014)和(0.142±0.010) mg·d-1, 其呼吸系数季节平均值分别为(0.638±0.072), (0.678±0.082)和(0.642±0.076) mg·g-1·d-1, 顶1叶、 顶2叶、 顶3叶季节平均单片叶片呼吸及呼吸系数均无显著(p>0.05)差异。 不同植被指数的季节动态之间存在差异, RVI, EVI, PRI和RECI在生长季中期的数值相对更大, RVI, EVI, PRI和RECI表现为单峰曲线的变化规律。 除大豆生长初期外, 随着叶片位置下降, SPAD值、 鲜重、 干重、 叶面积均逐渐下降。 叶片含水量随着叶片生长呈现出下降的规律。 单片叶片呼吸与气温、 PRI存在极显著(p<0.01)相关关系, 与RECI、 氮含量存在显著(p<0.05)相关关系, 基于这4个因子的模型可模拟单片叶片呼吸60.4%的季节变异。 呼吸系数与干重、 比叶面积存在极显著(p<0.01)相关关系, 与气温、 SPAD值存在显著(p<0.05)相关关系, 基于这4个因子的模型可模拟叶片呼吸系数72.4%的季节变异。 本研究显示, 大豆叶片呼吸与高光谱植被指数和叶片性状存在内在联系, 采用高光谱植被指数可有效模拟不同位置叶片呼吸及呼吸系数的季节变异。
大豆 叶片呼吸 呼吸系数 植被指数 叶片性状 Soybean Leaf respiration Respiration coefficient Vegetation indexes Leaf characteristics 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1607
1 超高压输电公司 检修试验中心, 广州 510000
2 南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京210000
为给反射式全光纤电流互感器(光CT)出现测量偏差问题提供理论依据, 研究反射式光CT系统的主要光学器件对系统响应的影响机理, 分析光CT各主要光学器件非理想性对电流测量准确性的影响。首先, 采用琼斯矩阵描述了该系统各主要器件和数学模型, 并给出系统输出光的表达式和解调检测后系统的注入电流测量值；然后, 基于系统数学模型, 分别分析了传感光纤的线性双折射、圆双折射的偏差和保偏光纤的线性双折射对光CT的注入电流测量值的影响。研究结果表明: 传感光纤的线性双折射偏差对光CT注入电流测量准确度的影响最为突出；传感光纤的圆双折射的存在可以有效地抑制传感光纤线性双折射对光CT注入电流测量准确度的影响。
全光纤电流传感器 法拉第效应 琼斯矩阵 双折射 all-optical current transformer, faraday effect, J
1 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
2 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071
采用修正的伽马分布，结合米氏散射理论，分析了水云粒子的光散射特性，建立了4种常见水云粒子含水量与消光系数的关系。对于光量子的偏振态，研究了水云粒子背景下量子干涉雷达（QIR）探测光子的偏振变化规律，建立了水云粒子影响QIR探测光子的传输距离、分辨率、误码率以及生存性能的数学模型。理论分析和实验仿真结果表明：随着水云中含水量的增加，消光系数呈线性增加，导致衰减系数增加，从而使得探测光子的能量耗散量增大，探测光子的传输距离下降；当发射光子数目一定时，QIR的分辨率随水云粒子光学厚度的增加而降低；当水云粒子浓度一定时，随着退偏比的增大，系统的误码率呈减小趋势；当目标的可探测点数一定时，水云对QIR系统的干扰强度越大，雷达的生存性能越低。由此可见，在QIR的设计、调试和使用过程中，需根据水云的相关参数，自适应地调整QIR系统的各个指标参数，从而提升系统的探测性能。
大气光学 对流层水云 量子干涉雷达 分辨率 传输距离 雷达生存性能 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0501001
大族激光科技产业集团股份有限公司，广东 深圳 518000
鉴于激光修调系统对电源输出电压精度及纹波的需求，提出了一种正负输出电压同步调节的电路方案，设计了镜像电流源控制的调压电路并研制出了电源样机进行调试。该电源结构简单，实现了高精度电压调整功能，具备了低纹波特性，满足了激光修调系统对电源电压低纹波、高稳定性的使用要求。试验结果表明，设计的电源实现了高精度可调并具有5 mV以下的低纹波输出，符合激光修调系统对电源的需求。
高精度 低纹波 同步调节 镜像电流 high precision low ripple synchronous adjustment mirror current
大族激光科技产业集团股份有限公司，广东 深圳 518000
利用场效应管和精密运算放大器组合，改变半导体激光器电流控制输出光功率变化的特性，研发了一种半导体激光器电源控制系统，电源实时数据采集，多路电流输出，反馈调节稳定。采用主动控温策略设计，实时采集温度，与设定温度比较控制风扇转速，保证温度恒定，进一步保证激光器输出光功率稳定。试验表明，电源控制系统电流在0~20 A精密可调，调制频率达50 kHz，输出激光功率误差控制在±2%，具有高频调制性能好、输出稳定、主动控温等优点。
电流控制 主动控温 多路输出 高频调制 current control active temperature control multi-channel output high-frequency modulation
大族激光科技产业集团股份有限公司,广东 深圳 518000
从准连续光纤激光器电源设计原理出发,分析了准连续光纤激光器的电源能量需求。根据能量守恒,通过控制储能电容能量的变化量,提出并分析了激光二极管电源驱动解决方案。基于先Boost升压、后Buck恒流的二级电路拓扑结构,研制出了一款高功率密度、高效率、低纹波的准连续光纤激光器电源系统。试验及整机批量的生产验证表明,电源系统满足了瞬间大电流输出的稳定、可靠要求,实现了输出激光能量的精确可控,对后续大功率准连续（QCW）光纤激光器的开发应用具有现实的借鉴和参考意义。
Buck恒流 电流闭环 准连续 Boost Boost Buck adjusted current current closed loop QCW
