1 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
2 上海在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
3 桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西 桂林 541004
提出了一种结合深度学习的空间相位解包裹方法，采用基于改进U-Net网络的编码器-解码器架构，同时加入包含双向长短期记忆网络（BILSTM）的CBiLSTM模块，并且结合注意力机制，避免了典型卷积神经网络学习全局空间依赖关系的固有缺陷的同时增强了深度学习模型对相位解包裹任务中的关键信息的关注能力。通过大量的模拟数据，验证了文中方法在严重噪声(SNR=0)、不连续条件和混叠条件下的鲁棒性，在以上三种情况下，同其他深度学习网络模型进行对比，文中所提出的网络模型的归一化均方根误差（NRMSE）分别为0.75%、1.81%和1.68%；结构相似性指数（SSIM）分别为0.98、0.92和0.94；峰值信噪比(PSNR)分别为40.87、32.56、37.38；同时计算时间显著减少，适合应用到需要快速准确的空间相位解包裹任务中去。通过实际测量数据，验证了文中提出网络模型的可行性。该研究将双向长短期记忆网络（BILSTM）和注意力机制同时引入光学相位解包裹问题中，为解决复杂相位场的解包裹提供了新的思路和方案。
相位解包裹 深度学习 注意力机制 长短期记忆网络 卷积神经网络 phase unwrapping deep learning attention mechanism long short-term memory network convolutional neural network 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230564
1 合肥学院 先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
针对普通卷积神经网络在遥感图像分割中林地边界区域识别不完整、小片林地分割精度低的问题,提出一种基于transformer与注意力机制的DeeplabV3+网络改进方法。在编码阶段引入transformer机制,将原池化金字塔部分中的空洞卷积操作替换为可获取更多上下文信息的transformer操作,从而提高网络对林地边界信息的提取能力; 将注意力机制引入到网络的解码部分,提升模型对小片林地的检测能力。实验表明,采用改进后的方法平均交并比(MIou)可达到81.83%,对比原DeepLabV3+网络模型提升了1.25%。该方法充分考虑了卫星遥感图像分割中林地边缘信息的提取以及对小目标的关注度,提出的改进方法可提升遥感图像中对林地提取的精度。
遥感图像 注意力机制 语义分割 remote sensing image DeepLabV3+ DeepLabV3+ Transformer transformer attention mechanism semantic segmentation
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220551
1 中国科学院半导体研究所传感技术联合国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
光纤传感器因具有测量分辨率高、耐极端环境等优点，成为了纳应变量级静态地壳应变观测领域的研究热点。提出了时分复用与椭圆拟合参考补偿技术，用于高分辨率多路复用的光纤静态应变传感。采用光纤迈克耳孙干涉仪作为传感器，每个传感干涉仪附加一个参考干涉仪。实验结果表明，所提出的高分辨率光纤时分复用静态应变传感技术能够实现四通道的高分辨率静态应变测量，各通道的静态应变分辨率均优于0.26 nε，在高分辨率地壳应变观测传感网络中具有很好的应用前景。
光纤光学 光纤传感 地壳应变观测 静态应变 时分复用
1 武汉科技大学冶金装备与控制技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学湖北省机械传动与制造工程重点实验室，湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学精密制造研究院，湖北 武汉 430081
4 广西师范大学物理科学与技术学院，广西 桂林 541004
5 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
太赫兹(THz)具有低能性、 瞬态性、 波谱分析能力强的优点, 在物质鉴别方面具有广阔的应用前景。 现有的基于THz的物质鉴别方法, 虽然取得了一定的效果, 但是存在容易陷入局部最优的问题, 从而导致识别精度不高。 均匀流形逼近与投影(UMAP)作为一种非线性降维方法, 其假设数据均匀分布在黎曼流形上, 可以对具有模糊拓扑结构的流形进行建模。 UMAP降维的过程是通过最小化两个拓扑表示之间的交叉熵, 从而实现低维空间中数据表示的布局优化。 传统的模糊C聚类方法(FCM)在聚类时, 初始聚类中心往往随机给定, 当初始聚类中心选择不恰当时, 容易导致错误的聚类。 为此, 提出一种基于UMAP辅助的模糊C聚类算法, 首先运用UMAP对输入的THz样本矩阵进行降维; 再根据类与类之间距离最大化的原则, 选择合适的初始聚类中心; 最后利用模糊C均值聚类的方法进行聚类。 所提出的方法不仅能够解决聚类过程中类与类之间过度拥挤的现象, 而且能够反映出类别间的距离信息以便于给样本选择合适的初始聚类中心。 为了验证提出的聚类方法的可靠性, 运用太赫兹时域光谱技术对鲁棉研28、 鲁棉研29、 鲁棉研36、 中棉28四种不同类型的转基因棉花种子进行了探测, 利用基于UMAP辅助的模糊C聚类算法对转基因棉花种子的吸光度光谱数据进行聚类分析, 成功地将四种不同类型的转基因棉花种子区分开, 得到了总正确率为0.983 3的聚类效果, 说明提出的基于UMAP辅助的模糊C聚类算法在物质太赫兹光谱识别方面具有良好的应用前景。
太赫兹时域光谱 物质鉴别 转基因棉花种子 降维 模糊C聚类 Terahertz time-domain spectroscopy Substance identification Transgenic cotton seeds UMAP Dimensionality reduction Fuzzy C-clustering method UMAP 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2694
1 徐州工程学院物理与新能源学院，江苏 徐州 221018
2 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
提出了由四个不同旋转方向的氧化铟锡（ITO）螺旋子单元组成的周期性中红外宽带手性结构。模拟结果显示，通过优化子单元螺旋的圈数、螺旋半径、螺距和螺旋线半径，该结构在中红外波段实现了良好的宽带圆二向色性（CD）。与两种非旋转螺旋结构比较发现，ITO旋转螺旋结构的CD带宽更宽。在波长7.95 μm处，ITO旋转螺旋结构获得CD的最大值为0.454，CD的半峰全宽为7.5 μm，波长范围从4.1到11.6 μm。产生宽带CD的原因是四个不同旋转方向的ITO螺旋子单元之间存在较强的耦合。模拟结果还显示，在中红外波段，与金属（金和银）旋转螺旋结构相比，该ITO旋转螺旋结构表现出了良好的宽带CD，这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
光学材料 氧化铟锡 旋转螺旋结构 中红外波段 手性超材料 圆二向色性 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0516002
为研究不同治疗剂量的红光对Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部急性创面的愈合效果, 对大鼠采取腹腔注射链脲佐菌素(60 mg/kg)溶液, 2周后测外周血, 血糖浓度≥16.7 mmol/L时认为Ⅰ型糖尿病模型造模成功。将60只糖尿病大鼠随机分成5组, 分别为对照组(L0, 不治疗)、治疗组一(L1, 12 J/cm2)、治疗组二(L2, 24 J/cm2)、治疗组三(L3, 48 J/cm2)、治疗组四(L4, 96 J/cm2)。用8 mm直径打孔器在大鼠背部中线两侧对称地制造2个急性创面。1 d后用633 nm±10 nm波长红光按各分组的不同能量密度照射创面。创面后第0、3、7、10天行创面拍照, 第3、7、10天分别随机取4只大鼠行创面取材。石蜡包埋后做HE染色、Masson染色、CD31免疫组化学染色、CD68免疫荧光染色。试验结果显示: 创面愈合率显示治疗组愈合加快, 其中L3组作用效果显著; HE显示治疗组的创面再上皮化加快, 第7天时L3促进作用明显; CD31免疫组织化学染色显示治疗组能促进创面下血管生成, L3和L4最为突出; CD68免疫荧光显示治疗组能减弱第10天时创面炎症浸润程度, 其中L2、L3阳性率最低。试验总结: 在试验的能量密度范围内, 红光能促进Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部创面愈合, 且当能量密度为48 J/cm2时(L3), 其促进效果最为显著。
红光 大鼠 糖尿病 创面愈合 red light rat diabetes mellitus wound healing
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and New Energy, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018, China
2 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
We proposed a periodic mid-infrared broadband chiral structure. Its unit cell consists of four indium tin oxide (ITO) helix subunits with different radii. The simulation results show that the flat-topped broadband circular dichroism (CD) can be achieved in the mid-infrared band by optimizing the parameters of helix structures. The simulation results also show that compared with the metallic (Ag and Au) helix structures, the ITO helix structure proposed exhibits evidently better broadband CD and optical activity, which provides a new idea for the design of broadband polarization state control devices in the mid-infrared band.
mid-infrared flat-topped broadband chiral helix metamaterial Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 111601
兰州空间技术物理研究所，真空技术与物理重点实验室，兰州 730000
为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响，建立了束流引出模型，并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算，最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示：束流正常聚焦时，在3 kW和5 kW两种工作模式下，加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10?15 kg/s及(1.22～1.26)×10?17 kg/s。在5 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到4.03×1017 m?3时，束流出现欠聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10?15 kg/s和4.02×10?15 kg/s；在3 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到0.22×1017 m?3时，束流出现过聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10?15 kg/s和5.01×10?15 kg/s。寿命试验结果表明，加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小，而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击，导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为，对屏栅小孔采用变孔径设计，是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下，CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率，并提升推力器工作寿命的有效措施。
离子推力器 栅极腐蚀 束流 聚焦状态 ion thruster grid erosion ion beam perveance condition 强激光与粒子束
2021, 33(2): 024005
Author Affiliations
Abstract
1 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
2 Optoelectronic System Laboratory, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
A full-open-cavity wavelength-tunable random fiber laser (WT-RFL) with compact structure and hundreds of picometers tuning range is proposed and demonstrated. A fiber Bragg grating (FBG) is used in the WT-RFL as a filter to select lasing wavelengths. The two random Bragg grating arrays (RBGAs) and a section of high gain erbium-doped fiber result in a low lasing threshold and high stability. A numerical model to analyze the tunable characteristics is developed. The results show that the laser threshold is 22 mW, and the maximum peak-power fluctuation is 0.55 dB. To the best of our knowledge, it is the first time that a compact and full-open-cavity WT-RFL with two RBGAs and a is proposed.
tunable random fiber laser random Bragg grating array full-open cavity Chinese Optics Letters
2021, 19(9): 091203
