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“红外光电探测器前沿技术”专栏$光场调控的雪崩放大红外单光子探测器
摘要
光的传输与调控是光子集成器件发展的重要基础,光子晶体作为一种新型的光学功能材料,在光操控上有着巨大的潜力。与传统的基于实空间光场叠加原理和倒空间固体能带色散理论的光场调控思想不同,受凝聚态物理中拓扑相概念启发,通过在光子晶体的能带系统研究中引入拓扑相能够提供新颖的光场调控机制和丰富的输运以及光操控性质,如高维度的光场调控等。文中分别从非厄米光子体系和拓扑光子学体系两个方面综述了近年来笔者所在的课题组所取得的研究成果。首先,回顾了光学拓扑研究和光学非厄米研究的背景;其次,介绍了在高阶光子拓扑绝缘体、高阶量子自旋霍尔效应、光子晶体的拓扑场局域以及非厄米体系拓扑光传输等领域的研究进展;最后,对研究结果在相关领域如光量子计算、光通信等的应用发展趋势进行了总结与展望。
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211001
生物医学光子学与激光医学
摘要
皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。
中国激光
2021, 48(3): 0307002
余 晓  杨 帆  丁雪菲  
收起
摘要
太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、 皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测, 通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量。 目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性, 这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化, 从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性。 随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展, 需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律。 采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量, 然后对不同时刻时域波形的峰峰值、 半波脉宽等13个特征量进行了分析。 结果表明: 时域信号和传递函数的峰峰值、 最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减; 传递函数的最大值与最小值时间差、 最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加; 时域波形的半峰全宽、 对数频谱等保持不变。 然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2~1 THz频段的介电常数, 采用遗传算法和Levenberg-Marquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数, 结果表明: ε∞和εs均随着时间呈指数上升, 5 min内增幅分别达到了27.8%和12.5%; ε2、 弛豫时间常数τ1和τ2基本保持不变。 将皮肤组织视为多层媒质结构, 基于Bruggeman有效介质模型, 将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数, 再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律。 结果表明: 随着阻塞时间的增加, 皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加, 5 min的阻塞时间即可增加23.8%。 因此, 在进行临床应用和研究时, 必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化。 该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用。
光谱学与光谱分析
2021, 41(3): 835
仪器,测量与计量
摘要
飞机蒙皮表面平缓、光滑、特征少,在使用迭代最近点进行数模配准时会产生错位、局部最小值等问题,因此提出了一种基于轮廓约束的蒙皮点云配准方法。首先定义一种新的三维轮廓Cκ特征点描述方法,并基于距离约束对初始Cκ特征点进行聚类和过滤,实现对蒙皮点云特征的精确描述。其次,基于距离的快速点特征直方图(FPFH-d)特征相似度约束,寻找点云和数模特征点的对应点对,实现蒙皮轮廓的初始配准。最终基于迭代最近点算法,融合Cκ特征描述的轮廓约束,实现蒙皮的精配准。利用斯坦福公共数据库点云对算法的速度和精度进行测试,与点快速直方图算法(FPFH-SAC-IA)相比,初始配准精度分别提高了48.47%和77.29%,速度分别提高了70.35%和97.08%,证明了Cκ特征点提取算法的普适性和有效性。基于以上算法,对飞机蒙皮测量数据进行实验验证,配准准确度达到了100%,在12 m 3范围内全局误差优于3.5 mm。该方法有效解决了蒙皮配准时的错位和局部最小值问题。
光学学报
2021, 41(3): 0312001
图像处理
摘要
肤色检测在人脸检测、手势识别、敏感图像过滤、医疗诊断、图像增强等计算机视觉和图像处理领域具有广泛的应用。由于人体肤色容易受光照条件、种族等因素的影响, 难以在非限制性场景中达到理想的肤色检测效果, 所以自适应肤色检测方法应运而生。本文较全面地对自适应肤色检测方法进行了综述, 重点分析了基于参数动态调整和基于高层语义特征的自适应肤色检测方法, 讨论了它们各自的优势和不足, 并在此基础之上展望了未来的发展趋势, 为相关研究人员提供参考。
液晶与显示
2021, 36(2): 293
Fiber Optics and Optical Communications
摘要
A novel physical layer data encryption scheme using two-level constellation masking in three-dimensional (3D) carrier-less amplitude and phase modulation (CAP) passive optical network (PON) is proposed in this Letter. The chaotic sequence generated by Chua’s circuit model realizes two-level encryption of displacement masking and constellation rotation for 3D constellations. We successfully conduct an experiment demonstrating 8.7 Gb/s 3D-CAP-8 data transmission over 25 km standard single-mode fiber. With two-level constellation masking, a key space size of 2.1 × 1085 is achieved to bring about high security and good encryption performance, suggesting broad application prospects in future short-range secure communications.
Chinese Optics Letters
2021, 19(1): 010601
摘要
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2021, 14(2): 2050026
红外技术及应用
摘要
高真空羽流指空间目标上火箭发动机在高真空环境工作时产生的燃气射流迅速膨胀扩散流动状态。这种急剧膨胀的羽流会对空间目标产生冲击、侵蚀, 其产生的辐射特性已应用于空间目标的探测、识别。基于无碰撞的自由分子流理论模型对高真空羽流的流场进行了快速预测分析方法研究, 获得了高真空羽流的膨胀、扩散分布特性, 得到了符合认识的流动规律结果, 在计算得到高真空羽流流动参数的基础上, 采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽, 结合逐线积分法+视在光线法计算得到高真空羽流的辐射特性。研究结果表明: 高真空羽流的轮廓特性及扩散分布是由喷管出口的点源强度所决定的, 点源强度越强, 羽流扩散的越厉害, 同时轴线上无量纲的密度、温度越高; 喷管出口温度相同时, 高真空羽流辐射强度随点源增加而增强;出口速度相同时, 羽流辐射强度随点源增加而减小;在点源强度相同时, 羽流辐射强度与推力正相关。
红外与激光工程
2020, 49(1): 104003
科研论文
刘敬璇  樊金宇  汪权  史国华  
收起
摘要
扫频源光学相干层析血管成像 (SS-OCTA)是一种基于分频幅去相关血管造影法 (SSADA)的新型血管成像技术, 在肿瘤等疾病的早期诊断方面拥有较大前景。本文在 5.12 mm×5.12 mm成像视场、标准图像最大信噪比 34.3 dB的 SS-OCTA成像平台, 对黑色素瘤 C57BL6小鼠进行皮肤结构和血管成像采集。结果表明在皮肤科疾病的早期诊断方面, 利用 SS-OCTA系统进行血管成像优于结构成像。
光电工程
2020, 47(2): 190239
摘要
光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1984
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