电子科技大学材料与能源学院,四川 成都 611731
光谱探测器是用来分析光线各个波长组分强度的仪器,在基础科研、工业生产和日常生活中应用广泛。常用的基于色散元件的光谱探测器通常有难以进一步优化的尺寸和质量,并且色散元件精密,不能满足微型化、低成本的发展趋势。利用旋涂法制备一系列具备不同可见光吸收特性的Cs0.1MA0.9PbX3(X为Cl、Br、I)钙钛矿薄膜,将其组合成滤光片阵列,结合互补金属氧化物半导体传感器构造计算重构型光谱探测器;针对光谱探测器滤光片阵列响应特点,利用非负Tikhonov正则化约束法对光谱进行重建;最后对设计的光谱探测器进行测试验证。所提光谱探测器在500 nm波长处具备27 nm的分辨率,在可见光范围内实现了一定的光谱分辨能力。
光谱探测器 微型化 钙钛矿 Tikhonov正则化约束 滤光片阵列 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504002
1 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
2 东海实验室,浙江 舟山 316021
3 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心,浙江 嘉兴 314000
4 浙江大学杭州国际科创中心,浙江 杭州 311200
5 浙江大学地球科学学院浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室,浙江 杭州 310027
提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法,通过引入模式半径范围作为先验约束,并对差异最小值附近的解进行平均,以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真,测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20%随机高斯噪声的影响下,90%以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33%、±45%和±50%范围内。误差统计结果表明,所提算法基于多波长的气溶胶光学特性,可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。
大气光学 多波长激光雷达 正则化方法 气溶胶粒径分布 微物理特性
强激光与粒子束
2023, 35(9): 099002
中国民航大学电子信息与自动化学院,天津 300300
电阻抗层析成像(EIT)为碳纤维增强复合材料(CFRP)结构健康检测提供了一种可视化检测的手段。针对EIT图像重建的欠定性和病态性,提出了一种基于L1/L2稀疏正则化的EIT图像重建算法。该算法通过构建L1/L2正则化项的目标泛函,在求解过程中加入正则化参数对解向量进行修正,并在迭代过程中加入约束区间使解向量更加贴近真实分布。仿真和实验结果表明,与共轭梯度(CGLS)算法、Tikhonov算法、L1正则化算法相比,所提L1/L2正则化算法重构的损伤位置和大小更接近真实损伤模型,损伤的辨识度更高,电极伪影得到明显改善,为EIT应用于CFRP层压板损伤检测提供了新方法。
测量 碳纤维增强复合材料 电阻抗层析成像 L1/L2 稀疏正则化 交替方向乘子法 损伤检测 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0212001
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
以干涉高光谱成像模型为基础,提出一种结合先验约束的空谱信息同步复原模型,通过非负低秩特性和全变分(TV)正则项分别约束复原高光谱图像的谱间强相关性和空间分段平滑特性,并采用L1范数和Frobenius范数分别对干涉数据中的稀疏性噪声和高斯噪声进行建模。模拟和真实干涉数据的对比实验验证了所提方法的有效性。相比于传统的干涉数据复原方法,所提方法在准确复原目标光谱信息的同时,能够有效地消除干涉图混合噪声的退化影响,从而提高复原高光谱图像的数据质量。
光谱学 干涉成像光谱仪 光谱复原 低秩 全变分 正则化 光学学报
2022, 42(24): 2430001
光子学报
2022, 51(11): 1101002
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
贵金属纳米颗粒具有局域表面等离子体共振特性而引起了广泛的关注, 其中Au-Ag合金纳米颗粒具有良好的结构稳定性、 光热性能以及潜在的抗癌功效而得到普遍研究。 在众多应用中的特性与其粒径和浓度密切相关, 然而目前常用的电子显微镜观察法和动态光散射法不能同时获得粒径和浓度信息, 因此采取有效手段测量颗粒粒径和浓度信息至关重要。 基于光谱消光法, 利用非负的Tikhonov正则化方法解决反演问题, 并根据Mie理论计算消光矩阵。 针对噪声问题, 采取两种情况研究多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度的反演问题。 未添加噪声情况下, 颗粒系Ⅰ的反演相对误差小于颗粒系Ⅱ, 在波长范围300~500 nm之间的反演相对误差最小, 对应平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度的反演相对误差分别为0%,-0.03%和0%。 添加随机噪声情况下, 将0.5%和1.0%的随机噪声添加进颗粒系Ⅰ中的消光谱, 经过数据比较发现在波长范围200~600 nm之间的反演相对误差最小。 当添加0.5%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为79.76~80.15 nm, 5.60~6.61 nm和0.995 8×1010~1.005 9×1010个·cm-3; 当添加1.0%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为78.87~80.27 nm, 5.36~9.00 nm和0.992 4×1010~1.027 7×1010个·cm-3。 反演结果随着随机噪声的增大, 变化范围也明显增大即反演相对误差增大, 并且每次添加相同随机噪声后的反演结果不同。 为了减少随机噪声导致的不稳定性, 对100次反演结果进行平均得到平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度。 当随机噪声从0.5%增大至1.0%时, 其反演结果的相对误差均增大, 但是反演得到的粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度相对误差均小于6%, 这说明通过反演算法得到的反演结果具有较好的稳定性。 研究表明, 光谱消光法为反演多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度提供了一种简单、 快速的表征手段, 也对研究非球形纳米颗粒有启示作用。
消光法 光谱分析 复合纳米材料 局域表面等离子体共振 Mie理论 Tikhonov正则化 Light extinction Spectroscopic analysis Nanocomposites Localized surface plasmon resonance Mie theory Tikhonov regularization 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3039
光学 精密工程
2022, 30(17): 2119