Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 School of Computer and Electronic Information / School of Artificial Intelligence, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
3 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In this paper, a cost-effective and miniaturized instrument is proposed, which is based on a tunable modulated grating Y-branch (MG-Y) laser for rapid temperature measurement using a Fabry-Perot interferometer (FPI) sensor. The FPI sensor with a 1 463-μm cavity length is a short segment of a capillary tube sandwiched by two sections of single-mode fibers (SMFs). This system has a broad tunable range (1 527 nm–1 567 nm) with a wavelength interval of 8 pm and a tuning rate of 100 Hz. Temperature sensing experiments are carried out to investigate the performance of the system by demodulating the absolute cavity length of the FPI sensor using a cross-correlation algorithm. Experimental results show that the sensor can reach the response time as short as 94 ms with the sensitivity of 802 pm/℃. Benefiting from the homemade and integrated essential electrical circuits, the entire system has the small size, low cost, and practical application potential to be used in the harsh environment for rapid temperature measurement.
MG-Y laser interrogator rapid temperature measurement cross-correlation algorithm Photonic Sensors
2024, 14(1): 240125
1 弱光非线性光子学教育部重点实验室，南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，天津 300071
2 药物化学生物学全国重点实验室，南开大学生命科学学院，细胞应答交叉科学中心，天津 300071
3 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
4 极端光学协同创新中心，山西大学，山西 太原 030006
随机光学重建显微术（STORM）基于免疫荧光标记技术，具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点，一直受到科研工作者的青睐，但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记，“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题，生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响，基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系，对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像，对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果，结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步，分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像，结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略，助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。
超分辨成像 随机光学重建显微术 免疫荧光 红细胞膜骨架 互相关分析 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618008
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
针对模拟信号进行时延估计时相比解调过的信号更易受到噪声影响，导致出现误判点增多、正确峰值被掩盖等问题。本文提出采用奇异谱分解结合改进的广义相关法，降低高斯噪声对时延估计结果的影响。Simulink仿真实验表明，相比于解调信号时延估计法，该方法可在更低发射频率需求下得到同量级精度的故障类型和距离信息。在5 dB高斯噪声环境下多次实验验证可得，相比二次相关法结果主峰值旁瓣比绝对值增加了0.6756 dB以上，误判峰值与故障点峰值比减少了0.2710以上，其他条件下亦有不同程度提升。
光纤光学与光通信 时延估计 奇异谱分解 广义互相关 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506008
1 五邑大学智能制造学部, 广东江门 529020
2 五邑大学智能制造学部, 广东江门 529020北京航空航天大学杭州创新研究院, 浙江杭州 310051
3 北京航空航天大学杭州创新研究院, 浙江杭州 310051
随着线性调频连续波(FMCW)车载雷达的广泛应用, 同一个场景下若干个雷达的相互干扰可能导致传感器灵敏度降低, 甚至虚警。针对该问题, 提出一种基于量子遗传和中心值匹配相结合的干扰抑制方法。该方法首先将发射波形和干扰信号的互相关函数作为目标函数, 通过量子遗传算法进行波形参数优化, 在约束范围内得到互相关最小的工作参数, 然后基于这个参数生成发射波形, 最后根据干扰信号的参数, 通过中心值匹配的方法选择合适的工作雷达参数, 实现自适应干扰抑制。仿真结果表明, 该方法可以以较低的计算量达到良好的干扰抑制结果。
调频连续波雷达 干扰抑制 智能算法 中心值匹配 量子遗传 互相关函数 Frequency Modulated Continuous Wave radar interference suppression intelligent algorithm center value matching Quantum Genetic Algorithm cross correlation function 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1230
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。
傅里叶光学 信号处理 频谱分析 相共轭 互相关 电光调制器 光学学报
2023, 43(23): 2307001
1 中国科学院合肥物质科学研究院合肥 230031
2 中国科学技术大学合肥 230026
3 中国科学技术大学第一附属医院合肥 230001
Gamma（γ）分析是剂量验证、剂量分布比较最重要的手段，由于不同剂量分布的坐标系定义/方向，基准点设置不一致，进行γ分析时往往要对待比较的剂量分布进行对齐，而目前常用的γ分析软件的对齐手段简单，在处理大照射野剂量分布时有显著错误，严重影响了剂量分析比较的准确性。二维剂量分布对齐的要求是在只进行平移、旋转等空间变换，从而达到两张剂量图上相应剂量点的空间位置一致。因为不同点之间的距离在对齐过程中必须是不变的，所以，本研究将对齐问题转化为刚性配准问题。本文采用基于归一化互相关的刚性配准方法，将治疗计划系统计算的剂量分布图与实际测量的剂量分布图进行配准，并输出配准后相应的平移量。选取36组计划系统和实测中心点一致的pinnacle3治疗计划系统设计的静态调强质量保证数据，其中，18组为小照射野，另18组为大照射野，使用PTW VeriSoft软件分别计算其在3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm通过标准下γ通过率。对于小照射野，直接计算与VeriSoft对齐后和刚性配准后的不同标准γ通过率结果均基本相当，其中在3%/3 mm通过标准下，VeriSoft对准后和刚性配准后与直接计算的γ通过率平均差异分别为0.5%和0.3%。对于大照射野，与直接计算的γ通过率结果相比，18组病例在VeriSoft对齐后于3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm通过标准下的γ通过率平均差异分别为17.1%、23.3%和28.3%，均呈现较大差异。而刚性配准后与直接计算在3%/3 mm、3%/2 mm和2%/2 mm标准下γ通过率的平均差异分别为0.4%、1.1%和2.3%，平均差异均较小。刚性配准解决了VeriSoft在处理大照射野剂量分布时存在显著错误的问题，其可以作为放射治疗计划剂量验证时一种适用于不同照射野剂量分布对齐的方法。
γ分析 归一化互相关 VeriSoft 刚性配准 剂量分布比较 Gamma analysis Normalized cross-correlation VeriSoft Rigid registration Dose distribution comparison 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(4): 040303
1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海2000
2 上海西虹桥导航技术有限公司，上海01100
3 上海卫星工程研究所，上海201700
激光三角光斑定位通常受到像点光斑偏态的影响，为提高激光三角位移传感器的测量精度和物面适应性，在分析激光三角光斑的偏态特征的基础上，针对偏态特性提出了一种基于互相关和非均匀有理B样条插值的光斑定位算法。对光斑信号采取时域和空域相结合的滤波处理方法，降低外部噪声干扰。引入邻域标定光斑进行互相关运算，充分利用光斑偏态分布的灰度和位置相似性约束，确定像素级相关系数分布。最后，对相关系数序列进行三次非均匀有理B样条插值细分，实现亚像素级光斑质心定位。在激光三角位移传感器中验证算法，实验结果表明：该算法通过结合互相关和非均匀有理B样条插值细分，将测量重复性误差降低至0.4 μm，精度相对于传统定位算法显著提高；同时，在互相关算法中采用的邻域标定光斑模板不仅容易获取，几何相似度更高，而且对不同物面特性的适应性更强。本文方法精度高、适应性强，为有效提升激光三角位移传感器的性能提供了新的技术路径。
激光三角法 光斑中心 定位误差 互相关 非均匀有理B样条 laser triangulation spot center positioning error cross-correlation non-uniform rational B-spline 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220574
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验院，山西 太原 030024
将混沌激光作为激光光源，利用混沌互相关信号具有类delta函数的特性，结合等角型扇形光束扫描技术实现了对组织仿体中异质物的尺寸、位置、光学特性和结构重建。等角型扇形束扫描系统包含1个准直混沌光源和2个光电探测器。准直后的混沌激光穿过组织仿体被光电探测器接收，通过混沌光源和光电探测器同步旋转，获取不同角度下出射光的时域信息；对出射光与参考光进行互相关运算，提取互相关峰值，得到光在组织仿体内的衰减信息，通过异质物与仿体背景衰减系数的对比，实现对组织仿体内异质物的检测。根据光在仿体中散射和吸收引起的衰减规律，建立了混沌信号互相关峰值作为投影数据的理论模型，采用滤波反投影算法实现图像重建。结果表明，基于混沌激光的等角型扇形束扫描成像方法有较高的检测精度，能够区分不同衰减系数的异质物。
光学检测 互相关 混沌激光 扫描成像 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611005
