1 湖北江城实验室，湖北 武汉 430205
2 武汉大学物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
3 武汉大学微电子学院，湖北 武汉 430072
4 武汉大纳米科学与技术研究中心，人工微结构教育部重点实验室，湖北 武汉 430072
光热电效应是近年来涌现的一种新型的光电探测机制，具有可零偏压工作、宽谱响应、不受带隙限制的优点，在红外和太赫兹波段具有广阔的应用前景。随着纳米材料中热载流子的高效利用以及对室温长波探测需求的增加，光热电效应研究近年来发展迅速，涌现出一系列新材料和新型器件设计方法。在近年来已发表的光热电效应综述文章的基础上，本文重点对光热电效应的机理、仿真、材料相关参数测量方法、器件设计，以及探测性能近三年的进展进行了梳理和总结，希望能给相关领域的研究人员提供有益参考。
探测器 光热电效应 热载流子 塞贝克效应 多物理场模型
1 南京船舶雷达研究所，南京 211106
2 河海大学 物联网工程学院，江苏 常州 213002
针对高能闪光X射线图像线性重建结果受系统模糊影响的问题，提出一种随机扰动优化和多模型融合的非线性重建算法。构建非线性正向模型并推导相应的雅可比矩阵形式，结合贝叶斯理论考虑该反演问题的求解及不确定量化，引入基于弱信息先验的超参数构建非线性分层贝叶斯模型。通过加速求解随机扰动的优化问题对条件分布进行采样，结合雅可比矩阵投影约束该优化问题的求解，并设计目标参数的提议分布以减小样本统计偏差。此外，提出一种多模型融合策略，在最小方差准则下融合线性与非线性贝叶斯模型的样本值，提高样本估计效率的同时确保重建结果呈现清晰的边缘和较高的精度。实验结果表明，该算法可以有效抑制系统模糊及噪声的影响，相比于线性重建算法可以得到更加准确的重建结果。
高能闪光X射线照相 非线性重建 随机扰动优化 多模型融合 不确定度量化 High energy flash X-radiography Nonlinear reconstruction Randomly perturbed optimization Multi-models fusion Uncertainty quantification
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 齐鲁工业大学(山东科学院)海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
荧光猝灭法是快速测量污水、 地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一, 氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心, 高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、 特异性强、 信噪比高的优点, 检测结果更为准确。 高效率是优选氧敏感膜的依据, 也是溶解氧检测元器件、 检测电路和检测光路优化设计的关键。 现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法, 基于对已有传感器探头光路和电路的研究, 该研究分析了全波段的荧光发射效率, 选用大功率氙灯作为激发光源, 基于连续单波长逐级扫描进行单色分光, 构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置, 然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱, 提出并建立了荧光发射效率计算方法, 提出的方法能客观地评估荧光发射能力, 准确寻找最佳激发波长。 为验证该方法的可行性, 对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定, 测试结果表明: 单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化, 呈多峰分布, 同一型号的样品荧光效率曲线相似, 但荧光发射效率差异较大, 同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%, 三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同, 分别为: 401, 543和435 nm, 但发射峰值波长均为650 nm; 不同型号的氧敏感膜相比较, 最大荧光发射效率可相差1~2个数量级; 实测传感器中使用的激发波长, 其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长, 其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2, 表明传感器光源可以进一步优化选型。 综上所述, 本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统, 提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法, 并开展了相关实验测定。 本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、 工艺的研究及传感器优化设计与制造。
氧敏感膜 激发光谱 发射光谱 荧光发射效率 质量评估 Sensitive membrane Excitation spectrum Emission spectrum Fluorescence efficiency Quality assessment 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3486
1 武汉大学物理科学与技术学院, 湖北 武汉 430072
2 武汉大学人工微结构教育部重点实验室, 湖北 武汉 430072
3 武汉大学高等研究院, 湖北 武汉 430072
二维半导体具有独特的二维材料属性、新奇的谷电子能带结构和丰富的调控自由度,为凝聚态物理、光学等领域的研究带来了机遇。然而,这些研究依然存在许多根本问题,例如光的利用效率低、量子特性易受环境扰动等。将二维半导体和精密微纳光腔进行耦合不仅为这些问题的解决提供了合适的方案,还展现了前所未有的新颖光学效应,从而为二维半导体的基础物理研究和光电应用开拓了新的研究方向。对近10年来微纳光腔中二维半导体中的光与物质耦合的研究进展进行梳理,重点讨论了二维半导体的光学特性,以及二维半导体与微纳光腔的不同耦合区域的研究进展、调控机制及其在纳米激光光源、谷电子学、量子光学等方面的潜在应用,并对未来的发展方向和机遇进行展望。
光学器件 微纳光腔 二维半导体 强耦合 弱耦合 激子极化激元
南京理工大学 近程高速目标探测国防重点学科实验室,南京 210094
从模式识别的角度出发将图像分为运动区域和非运动区域,采用基于噪音分布模型的运动检测技术与基于概率松弛法的运动区域标号技术相结合对这两种区域进行具体划分,对分类后的图像采用时域IIR滤波,不同区域采用不同的影响因子,以期达到最终的运动补偿.仿真结果表明该方法有效抑制了噪音,同时并未引起明显的运动模糊,图像的视觉效果得到了极大改善.
时域滤波 相位延时 运动模糊 运动检测 概率松弛法 IIR滤波 Time domain filter Phase delay Blur Motion detection ProbabilityRelaxation IIR Filter
南京理工大学 近程高速目标探测技术国防重点实验室,江苏 南京 210094
根据红外面阵探测器的成像特点,提出了一种面阵扫描型警戒系统,该系统的新颖之处在于面阵的旋转会带来目标探测有效像元数目的增加,并使得目标探测信噪比得到提高。描述了使用面阵探测器扫描型警戒系统的系统参数和工作过程,推导了该系统的点扩散模型,分析了目标的成像特点,重点描述和分析了针对本系统特点的目标探测算法,并介绍了其信号处理的硬件结构。实验结果表明,基于面阵探测器的红外搜索系统具有很高目标探测概率,并且能够在强杂波环境中检测弱目标。
红外技术 红外搜索跟踪系统 目标检测 面阵探测器
南京理工大学近程高速目标探测技术国防重点实验室, 江苏 南京 210094
锐化是图像增强中一项关键性的技术, 但如果图像中包含噪声, 噪声也会因为锐化而放大, 最终导致信噪比的降低。探索了一种算法既可以对图像进行锐化滤波, 又不降低图像的信噪比。采用模式识别的相关理论, 基于隶属度和概率松弛技术对红外图像中由真实边缘和由各种噪声引起的亮度数值变化进行区分, 对不同区域采用不同的锐化处理。该算法不同于传统图像锐化算法只基于局部对比度的缺点, 在图像锐化过程中考虑图像边缘和噪声的空间分布的差异, 改善了传统边缘增强算法对噪声放大的缺点。实验数据表明, 该锐化方法未引起信噪比的降低, 具有良好的前景和实用价值。
图像处理 红外图像 锐化 隶属度 概率松弛技术
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
对低帧频、云层背景下,低信噪比的弱点目标探测率降低的问题,提出了光流直方图(OFH)的定义,并且给出了OFH的性质。分析了低帧频下红外图像探测弱点目标时探测率降低的原因,提出了一种基于OFH背景补偿的红外点目标探测算法。利用OFH得到背景的运动矢量,进行运动背景补偿; 然后利用目标与云层运动差异性,得到帧间比较结果,并对比较结果通过Robinson滤波器进一步滤除残留的边缘,达到降低虚警的目的。实验结果表明,该算法可以显著提高在复杂背景下红外点目标检测概率,并且能够探测出信噪比为1的目标。
图像处理 红外技术 目标检测 光流直方图 Robinson滤波器
视频目标跟踪的难点在于快速、准确地在帧与帧之间匹配目标。由于红外图像目标与背景的反差低,图像的边缘模糊并且灰度级动态范围小,使红外目标跟踪难度比可见光更大。本文提出一种针对红外目标跟踪的融合算法,该方法融合直方图和不变矩的特点。首先利用目标的直方图计算简单快速的特点,由均值平移算法快速找到局部最优解,但由于该局部最优解仅为直方图匹配的最优解,缺少目标形状特征,与实际目标位置存在一定的偏差; 其次,利用边缘不变矩作为修正特征修正误差,避免跟踪误差逐渐累计而最终导致跟踪失败,以提高跟踪的稳定性和精度。实验结果表明,该算法能够消除跟踪过程中的漂移现象,提高跟踪精度。
红外目标 目标跟踪 直方图 不变矩 均值平移
南京理工大学电子科学与光电技术学院441教研室, 南京 210094
针对因复杂背景导致低信噪比的弱点目标探测率降低的问题,首先分析了从红外图像中探测弱点目标时,由于复杂和缓变背景下潜在目标探测率不同,而导致目标探测率降低的理论依据;并在该分析的基础上,提出了一种基于背景自适应调整的红外点目标探测算法。该方法利用鲁宾逊(Robinson)保护滤波器从经过预处理的图像中提取潜在目标;通过复杂背景模糊隶属度函数将图像映射到模糊特征平面,并由该特征平面计算背景调整因子,以对提取的潜在目标进行加权调整,从而降低了复杂背景的影响。实验结果表明,该算法可以显著提高复杂背景下红外点目标的检测概率,并且能够探测出信噪比为1的目标。
图像处理 红外技术 目标检测 背景自适应调整 Robinson滤波器
