1 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
2 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳 110819
3 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北 秦皇岛 066004
将光纤法布里-珀罗（法珀）微腔与微波导相结合，提出一种光纤法珀微波导腔高灵敏度折射率传感器。光纤法珀微腔可以将光场限制在微米量级的区域内，并对腔内的微波导结构起支撑保护作用；微波导在保证结构良好导光能力的同时，基于其强倏逝场特性，进一步提升整体结构的折射率灵敏度。此外，基于飞秒激光双光子聚合高精度3D打印技术，可实现波导直径仅为2 μm的光纤法珀微波导腔，并保证良好的制备重复性。实验结果表明：随着光纤法珀微波导腔传感器腔内液体折射率的增加，传感器的干涉光谱发生蓝移，在1.3346~1.3764折射率范围内灵敏度可达525.81 nm/RIU，与仿真获得折射率灵敏度（555.14 nm/RIU）结果接近；该传感器还展现了优良的线性响应特性，线性拟合系数可达0.9948；相比于传统无微波导的光纤法珀微腔结构，干涉光谱峰值提升了8.2 dB，折射率灵敏度提升了近4倍。
光纤传感器 光纤法珀微波导腔 微波导 双光子聚合3D打印 折射率
1 中原工学院电子信息学院，河南郑州 450007
2 郑州大学计算机与人工智能学院，河南郑州 450001
红外与可见光图像融合可以生成包含更多信息的图像，比原始图像更符合人类视觉感知也有利于下游任务的进行。传统的基于信号处理的图像融合方法存在泛化能力不强、处理复杂图片融合性能下降等问题。深度学习有很强的特征提取能力，其生成的结果较好，但结果中存在纹理细节信息保存少、图像模糊的问题。针对这一问题，文中提出一种基于多尺度 Swin-transformer和注意力机制的红外与可见光图像融合网络模型。Swin-transformer可以在多尺度视角下提取长距离语义信息，注意力机制可以将所提特征中的不重要特征弱化，保留主要信息。此外本文提出了一种新的混合特征聚合模块，针对红外和可见光图像各自的特点分别设计了亮度增强模块和细节保留模块，有效保留更多的纹理细节和红外目标信息。该融合方法包括编码器、特征聚合和解码器三部分。首先，将源图像输入编码器，提取多尺度深度特征；然后，设计特征聚合融合每个尺度的深度特征；最后，采用基于嵌套连接的解码器重构融合后的图像。在公开数据集上的实验结果表明本文提出的方法对比其他先进的方法具有更好的融合性能。其中在客观评价指标中 EI、AG、QP、EN、SD指标达到最优。从主观感受上，所提红外和可见光图像融合方法能够使结果中保留更多的边缘细节。
图像融合 红外和可见光图像 特征聚合 注意力机制 image fusion, infrared and visible light images, S Swin-transformer
1 中国信息通信科技集团有限公司 a.光通信技术和网络全国重点实验室；b.国家信息光电子创新中心，武汉 430074
2 鹏城实验室，广东 深圳 518000
超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层，其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖，表现出独特的电磁学特性。过去10年来，超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物，超表面更易于被制造和集成到器件中，可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等，但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维（3D）打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造，具有加工便捷和灵活的优点，以及大面积制造的潜力，被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法，然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势，随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作，最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。
超表面 双光子聚合 三维打印 光器件 表面等离激元 metasurface two-photon polymerization 3D printing optical device surface plasmons
1 1.东华大学 材料科学与工程学院 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 2.同济大学 材料科学与工程学院 车用新能源研究院, 上海 201804
锂金属具有理论比容量高、还原电位低及储量高等优势, 是高能量密度锂离子电池的理想负极材料之一。然而, 传统的液态电解质与锂金属的不相容性极大地限制了其应用。本研究采用原位聚合的方法, 开发了一种与锂金属负极相容性良好的凝胶复合电解质(Gel Complex Electrolyte, GCE)。向该电解质中引入的双锂盐体系可与聚合物组分共同作用, 拓宽了电解质的电化学窗口(5.26 V, 商用电解液的电化学窗口为3.92 V), 并能够获得较高的离子电导率(30 ℃, 1×10-3 S·cm-1)。锂金属负极表面的形貌表征及元素分析结果显示, 在双锂盐体系的作用下, GCE表现出对锂金属明显的保护效果, 锂金属负极的体积效应及枝晶生长得到了明显抑制。同时, 匹配商业磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料组装的锂金属全电池也展现出优异的循环稳定性和良好的倍率性能, 在25 ℃下以0.2C(1C=0.67 mA·cm-2)的恒定电流循环200圈后, 容量保持率可以达到92.95%。研究表明, 该GCE能有效提高锂金属电池的安全稳定性以及综合的电化学性能, 有望提供一种普适化的准固态电解质设计策略。
锂金属 原位聚合 凝胶复合电解质 metallic Li in-situ polymerization gel complex electrolyte
1 新疆理工学院能源化工工程学院, 阿克苏 843000
2 湖南现代环境科技股份有限公司, 长沙 410114
近年来, 重金属离子的去除是复杂环境中水处理面临的难点问题之一, 静电纺丝制备的三维SiO2纳米纤维棉具有耐高温、耐强酸的特点, 是复杂环境中水处理的理想前驱体材料。以三维SiO2纳米纤维棉作为基底, 在引发剂偶氮二异丁腈作用下催化乙烯苯磺酸和乙二苯单体发生原位聚合, 实现聚乙烯苯磺酸在SiO2纳米纤维棉表面均质包覆, 制备SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉。通过SEM、FT-IR等表征方法揭示了该纳米纤维棉的形貌和化学组成, 采用热重分析仪对其进行热稳定性测试, 并研究了该纳米纤维棉在高温、酸性条件下的吸附再生性能。结果表明: SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+有很高的吸附容量, 当pH值为5.5和初始离子浓度为100 mg/L时, 吸附容量分别为73.0、91.0、161.0 mg/g, 当温度为80 ℃时吸附容量仍可达81.0、64.0、123.0 mg/g; 吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附, 具有较强的再生性能, 经10次离子脱附-吸附循环, Cu2+、Cd2+和Pb2+的容量保持率分别为83.5%、81.1%、77.6%。
原位聚合包覆 SiO2纳米纤维棉 静电纺丝 水处理 重金属 吸附 in situ polymerization coating SiO2 nanofiber cotton electrospinning water treatment heavy metal adsorption
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室 & 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
微螺旋结构在微机器人、手性超材料中有重要应用，不同的应用对螺旋结构有着不一样的要求。基于飞秒激光双光子聚合技术可以直写任意三维微结构，然而，单焦点逐点直写的效率较低。基于结构光场的单步曝光方案能够实现高效制备，但目前受限于复杂而专业的光场调控技术，仅能制备较有限的微螺旋结构。针对微尺度多螺旋结构，本文提出了一种基于动态多焦点的制备方案。该方案将光斑的螺旋运动轨迹分解为由动态全息图控制的圆周运动和由z轴位移台控制的线性扫描，最终成功制备了直径、螺线数、螺距与手性等特征灵活可控的多重微螺旋结构。所提微螺旋结构制备方案兼具经济性及高效灵活的优势，对于微机器人、手性超材料和生物工程等领域的相关研究具有较大的参考价值。
激光技术 微螺旋 双光子聚合 多焦点 空间光调制器 中国激光
2023, 50(24): 2402402
河北工程大学 数理科学与工程学院,邯郸 056107
为了解决目前水果识别检测方法效率低、误检率高、通用性低、实时性差等问题, 提出了一种基于改进的你只用看一遍(YOLO)统一框架的实时目标检测YOLOv4算法的水果识别检测方法。首先在主干网络的基础上增加高效通道注意力机制, 增强网络提取图像语义信息能力; 其次用内卷算子替换主干网络中跨级局部模块连接处卷积层, 减小了模型大小, 增强了网络预测性能; 最后在路径聚合网络基础上添加残差模块, 加快网络收敛速度的同时防止了网络梯度爆炸。数据集选取生活中常见的火龙果、橙子、葡萄、青芒等10种水果, 拍摄共获得6670张图片。结果表明, 本文中的方法均值平均精度(MAP)为99.1%, 准确率为95.62%, 传输帧数为41.67/s; MAP相比YOLOv4提升了15.3%。该研究满足高检测精度和检测速度要求, 对水果识别精度的提高具有重要的参考价值。
图像处理 水果识别 YOLOv4算法 内卷算子 路径聚合网络 高效通道注意网络 image processing fruit recognition YOLOv4 algorithm involution path aggregation network efficient channel attention network
1 中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室，有机纳米光子学实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 101407
双光子聚合加工技术是基于双光子吸收效应的一种新型的微纳制造技术，已被广泛应用于微纳光子学、微机电系统、组织工程等领域。采用双光子聚合加工技术制备的3D水凝胶微结构形貌可控，而且具有高精度、适当的刚度以及良好的生物相容性等优势，可以更好地在体外模拟体内微环境，因而在生物医学领域展现出了巨大的应用潜力。本文简要介绍了双光子聚合加工技术的原理，综述了水溶性光引发剂的研究进展，着重介绍了双光子聚合加工技术制备水凝胶的研究现状及其在仿生学、生物医学等领域的应用。
材料 双光子聚合 水凝胶 生物相容性 微结构 细胞支架 组织工程 中国激光
2023, 50(21): 2107401
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 桂林航天工业学院生物医学与人工智能实验室，广西 桂林 541004
3 江门市中心医院医学影像智能计算及应用实验室，广东 江门 529030
针对目前医学影像面临多中心数据存在数据孤岛以及非独立同分布的问题（Non-IID），提出了一种基于自适应聚合权重的联邦学习算法（FedAaw）。在全局模型聚合过程中，提出准确率阈值来筛选出本地模型，并由中心服务器采用筛选后模型的准确率计算相应的聚合权重，从而对全局模型进行聚合，使得分类性能较佳的模型参与全局模型的构建，以达到缓解多中心数据Non-IID的问题。同时，为提高模型挖掘图像长短距离信息之间的能力，在本地和全局模型中引入多头自注意力（MHSA）机制。此外，为缓解端对端的冗余特征造成的模型过拟合问题，提取全局模型中卷积核的特征，并采用基于L1范数的稀疏贝叶斯极限学习机（SBELML1）的集成学习方法完成各中心数据的特征分类。最后，通过多次打乱不同中心的数据分布来验证FedAaw算法的抗干扰能力。5个中心的测试集AUC变化范围为中心1（0.7947~0.8037）、中心2（0.8105~0.8405）、中心3（0.6768~0.7758）、中心4（0.8496~0.9063）、中心5（0.8913~0.9348），该结果表明：FedAaw在多中心数据上具有良好的分类性能且抗干扰能力较强。
自适应聚合权重 联邦学习 多头自注意力 L1范数的极限学习机 对抗验证 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210003
