Author Affiliations
Abstract
1 Duke University, Durham, North Carolina, United States
2 Friedrich-Alexander University, Erlangen, Germany
3 UC San Diego, La Jolla, California, United States
4 Yonsei University, Seoul, Republic of Korea
5 UC Berkeley, Berkeley, California, United States
6 Duke University Medical Center, Durham, North Carolina, United States
We report tensorial tomographic Fourier ptychography (T2oFu), a nonscanning label-free tomographic microscopy method for simultaneous imaging of quantitative phase and anisotropic specimen information in 3D. Built upon Fourier ptychography, a quantitative phase imaging technique, T2oFu additionally highlights the vectorial nature of light. The imaging setup consists of a standard microscope equipped with an LED matrix, a polarization generator, and a polarization-sensitive camera. Permittivity tensors of anisotropic samples are computationally recovered from polarized intensity measurements across three dimensions. We demonstrate T2oFu’s efficiency through volumetric reconstructions of refractive index, birefringence, and orientation for various validation samples, as well as tissue samples from muscle fibers and diseased heart tissue. Our reconstructions of healthy muscle fibers reveal their 3D fine-filament structures with consistent orientations. Additionally, we demonstrate reconstructions of a heart tissue sample that carries important polarization information for detecting cardiac amyloidosis.
computational imaging three-dimensional imaging phase retrieval microscopy polarization-sensitive imaging label-free imaging 
Advanced Photonics
2024, 6(2): 026004
作者单位
摘要
1 中国人民公安大学侦查学院, 北京 100038 刑事科学技术北京市重点实验室, 北京 100038
2 中国人民公安大学信息网络安全学院, 北京 100038
3 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所, 安徽 合肥 230031
高危阿片类毒品海洛因的泛滥, 对国家安定、 社会经济和人民生命财产安全带来了巨大的危害。 高效、 准确的海洛因及其代谢物的检测鉴定方法在打击毒品犯罪, 处理涉毒案件以及公安禁毒工作中具有十分重要的意义。 表面增强拉曼光谱(SERS)兼具检测速度快、 操作简便、 灵敏度高、 指纹识别及无损检测等优点, 能够实现对毒品的高效、 便携检测。 若结合模式识别技术, 可提高数据处理效率、 避免人为错判的发生, 进而实现自动精确分类识别的目的。 针对溶液中微/痕量海洛因及其代谢物, 提出了基于Au/SiO2复合纳米球阵列(Au/SiO2 NSA)的SERS检测与模式识别相结合的方法, 实现对它们的灵敏检测与高效鉴别。 首先, 采用气-液界面自组装和磁控溅射沉积的方法制备了具有良好SERS活性和结构一致性的Au/SiO2 NSA, 以此为SERS基底(芯片), 结合便携式拉曼光谱仪, 成功实现了对水溶液中海洛因及其主要活性代谢物(6-单乙酰吗啡(6-MAM)和吗啡)的灵敏检测, 检测限低至10-4 mg·mL-1。 然后, 利用模式识别技术中的系统聚类分析(HCA)、 主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)对所获得的谱图数据进行定性/定量分类识别。 结果表明, 在HCA和PCA均能准确分类的基础上, 采用基于径向核函数、 线性核函数、 多项式核函数、 S型核函数中任意一种建立的PCA-SVM模型, 均能够100%地对海洛因、 6-MAM和吗啡进行定性识别; 选取基于径向核函数的SVM模型, 对不同浓度海洛因定量区分的准确率可达90.1%; 而通过基于线性核函数的SVM模型, 对不同浓度6-MAM和吗啡的判别准确率分别为84.8%、 70.2%。 这项工作不仅为基于SERS的灵敏检测与精准鉴别提供了一种具有实用价值的高质量基底(芯片), 也为对海洛因及其代谢物进行准确的分类及识别给出了可行的方案。
表面增强拉曼光谱 Au/SiO2复合纳米球阵列 模式识别 海洛因及其代谢物 灵敏检测 精准鉴别 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au/SiO2 composite nanosphere array Pattern recognition Heroin and its metabolites Sensitive detection Accurate identification 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3150
Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, School of Physics, Frontiers Science Center for Nano-Optoelectronics, and State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, Beijing, China
2 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
3 Peking University, Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong, China
4 Peking University, National Biomedical Imaging Center, Beijing, China
The article comments on a recent advance for wavelength tuning of laser particles, through a new photoelectrochemical etching method.
Advanced Photonics
2023, 5(5): 050502
Yuheng Zeng 1,2,3,*†Zetao Ding 1,2,3†Zunke Liu 1,2,3Wei Liu 1,3[ ... ]Jichun Ye 1,2,3,***
Author Affiliations
Abstract
1 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Zhejiang Engineering Research Center for Energy Optoelectronic Materials and Devices, Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, CAS, Ningbo 315201, China
4 Zhejiang Energy Group R & D, Hangzhou 310003, China
In this work, we developed a simple and direct circuit model with a dual two-diode model that can be solved by a SPICE numerical simulation to comprehensively describe the monolithic perovskite/crystalline silicon (PVS/c-Si) tandem solar cells. We are able to reveal the effects of different efficiency-loss mechanisms based on the illuminated current density-voltage (J-V), semi-log dark J-V, and local ideality factor (m-V) curves. The effects of the individual efficiency-loss mechanism on the tandem cell’s efficiency are discussed, including the exp(V/VT) and exp(V/2VT) recombination, the whole cell’s and subcell’s shunts, and the Ohmic-contact or Schottky-contact of the intermediate junction. We can also fit a practical J-V curve and find a specific group of parameters by the trial-and-error method. Although the fitted parameters are not a unique solution, they are valuable clues for identifying the efficiency loss with the aid of the cell’s structure and experimental processes. This method can also serve as an open platform for analyzing other tandem solar cells by substituting the corresponding circuit models. In summary, we developed a simple and effective methodology to diagnose the efficiency-loss source of a monolithic PVS/c-Si tandem cell, which is helpful to researchers who wish to adopt the proper approaches to improve their solar cells.
monolithic perovskite/silicon tandem solar cell efficiency-loss analysis dual two-diode model SPICE numerical simulation 
Journal of Semiconductors
2023, 44(8): 082702
刘宁 1,2,3周谷禹 4杨夕 1,2,3徐纪鹏 1,2,3[ ... ]朱志宏 1,2,3
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
4 中国卫星海上测控部,江苏 江阴 214400
高性能的片上纳米激光器对通信、传感以及量子等领域的发展有着至关重要的意义。纳米激光器中高的光学限制因子可以保证更大的模式增益,实现更低的激光器阈值。首先阐明了借助物理气相沉积和原子层沉积制备Si3N4/WS2/Al2O3三明治型纳米激光器阵列的工艺流程;构建了该纳米激光器的仿真模型,在仿真模型中对实际结构进行了简化并分析了Al2O3覆盖层厚度T、Si3N4微盘直径D和厚度H对光学限制因子的影响。光学限制因子随着Al2O3覆盖层T以及Si3N4微盘直径D的增加有先增加后减小的趋势,Si3N4微盘厚度H的减小也可以显著增加激光器的光学限制因子;最后展示了器件的荧光以及扫描电子显微镜的表征结果。该工作为集成光学芯片中可规模制备的高性能纳米激光器打下了良好基础。
纳米光子学 纳米激光器 结构仿真 微纳加工 二维材料 物理气相沉积 nanophotonics nanolaser structural simulation micro-nano processing two-dimensional material physical vapor deposition 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230196
张志荣 1,2,3,4夏滑 1,*孙鹏帅 1余润磬 1,3[ ... ]徐启铭 10
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光机所 光子器件与材料安徽省重点实验室,合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光机所 中国科学院环境光学与技术重点实验室,合肥 230031
3 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院,合肥 230026
4 国防科技大学 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230026
5 合肥师范学院 物理与材料工程学院,合肥 230601
6 蚌埠学院 电子与电气工程学院,蚌埠 233030
7 国家管网集团科学技术研究总院分公司,廊坊 065000
8 苏黎世联邦理工大学,量子电子学研究所,瑞士 苏黎世CH-8093
9 思克莱德大学,电气与电子工程系,英国 格拉斯哥G11XW
10 台湾云林科技大学 环境与安全卫生工程系,云林64002
稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用。相对于传统的稳定同位素分析方法,基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术,作为一种较新的同位素丰度测量方法,具有选择性好、精度高、体积小、无需样品预处理、可以实时原位同时测量气体浓度及同位素丰度等众多优点,得到了极大的关注和使用。本文主要以目前同位素测量的可调谐半导体激光吸收光谱技术、积分腔吸收光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术三种激光吸收光谱方法为例,阐述了其基本原理、谱线选择、温压影响因素及其控制、系统组成结构以及部分应用测试结果。通过对测量系统的压力与温度的稳定控制的前提下,选取了合适的同位素测量谱线对,实现了大气CO2气体的13C测量精度为0.3‰,煤层气CH4气体的13CH4测量精度为1.25‰,冰川水H2O中18O、17O和2H的测量精度分别为0.3‰、0.2‰和0.5‰,以及呼吸气体中的13CO2判识“金标准”。通过分析验证了激光吸收光谱技术在同位素测量方面的可行性和可靠性,也充分说明了基于激光吸收光谱技术的测量方法具有非常好的技术优势,将是光谱研究领域关注的重点内容,并在后续的科学研究中占据举足轻重的作用。
气态同位素 可调谐半导体激光吸收光谱技术 积分腔吸收光谱技术 腔衰荡吸收光谱技术 Gas isotope Tunable diode laser absorption spectroscopy Integrated cavity output spectroscopy Cavity ring-down absorption spectroscopy 
光子学报
2023, 52(3): 0352108
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Instrument Science and Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Department of Electrical Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu 610041, China
This paper investigates the combination of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and deep convolutional neural networks (CNNs) to classify copper concentrate samples using pretrained CNN models through transfer learning. Four pretrained CNN models were compared. The LIBS profiles were augmented into 2D matrices. Three transfer learning methods were tried. All the models got a high classification accuracy of >92%, with the highest at 96.2% for VGG16. These results suggested that the knowledge learned from machine vision by the CNN models can accelerate the training process and reduce the risk of overfitting. The results showed that deep CNN and transfer learning have great potential for the classification of copper concentrates by portable LIBS.
laser-induced breakdown spectroscopy convolutional neural networks classification flotation concentrate transfer learning 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 043001
作者单位
摘要
1 中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471009
2 航空制导武器航空科技重点实验室,河南 洛阳 471009
3 西北工业大学 航天学院,陕西 西安 710072
复杂空战背景下的抗红外诱饵干扰技术是红外空空导弹的核心技术之一。针对传统静态贝叶斯网络不能表达序列图像中特征变量在时序上动态变化关系,提出了一种符合人类视觉推理识别过程的时空关联推理网络抗干扰识别算法。首先,提出的时空关联推理网络在考虑特征空间约束关系的基础上,引入了特征变量时间约束的先验知识,建立表达特征时空关联的目标推理网络识别模型,从而增强了序列图像目标识别的稳定性;其次,通过仿真数据构建样本集,离线训练学习时空关联推理网络结构及特征跳转概率参数,确定概率推理网络识别离线模型;最后,依据测试数据,结合推理识别网络模型进行概率推理,实现对目标的识别分类。实验结果表明,在伴随红外诱饵干扰投放的条件下,基于时空关联推理网络的抗干扰识别率达到94%,比静态贝叶斯网络抗干扰识别算法高3%,有效提升了目标识别的稳定性。
红外空空导弹 抗干扰 目标识别 时空关联 推理网络 infrared air-to-air missile anti-interference target recognition space-time correlation inference network 
红外与激光工程
2022, 51(7): 20210614
作者单位
摘要
西北大学 物理学院,西安 710069
提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器,并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成,形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配,容易激发高阶模式,被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播,然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小,模式间发生干涉,传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤,并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时,将周期性地改变周围液体的折射率,基于锥形光纤的倏逝场效应,调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。
光纤传感 光纤超声波传感器 倏逝场 微纳光纤 七芯光纤 Fiber sensor Ultrasonic fiber sensor Microfiber Seven-core fiber Evanescent field 
光子学报
2022, 51(3): 0306006
作者单位
摘要
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
3 遂昌县文物管理委员会办公室, 浙江遂昌 323300
4 杭州市文物考古研究所, 浙江 杭州 310007
目前现代测试技术发展较快, 为古代玉器的加工技术、 产源研究提供了无损研究手段。 利用红外光谱和能量色散X射线荧光光谱技术(EDXRF), 对浙江省遂昌县好川墓地中M52号墓出土的五件绿松石珠进行无损测试, 期望判断其可能的产地来源。 红外谱学特征显示, 3 468和3 514 cm-1处可见红外吸收锐谱带, 是由于ν(OH)伸缩振动所致; 3 058 cm-1附近可见ν(MFe, Cu—H2O)伸缩振动, 1 014, 1 066和1 134 cm-1处为ν3(PO4)伸缩振动。 与标准绿松石红外谱相比, 缺少1 637 cm-1处峰, 此处为δ(H2O)弯曲振动, 可能与样品在地下埋藏时间过久有关。 除天然绿松石吸收峰外, 在2 890和2 838 cm-1处出现吸收峰, 分属亚甲基(—CH2) 的不对称伸缩振动峰和对称振动峰, 在1 452 cm-1附近也可以观察到其变形振动峰, 此外在1 552 cm-1附近可见ν(C=C)伸缩振动。 这两处有机物吸收峰结合出土位置于红色漆痕处推断, 可能存在微量生漆残留。 两处基团峰与生漆漆酚的红外谱学特征基本相符, 存在样品埋藏时间过久, 漆器在土中腐朽后沾染到样品表面的可能性。 EDXRF数据中显示五件样品主量元素含量与理论值相比稍低, 硅含量稍高, 存在含硅杂质矿物, 微量元素中锌和钡的含量较高, Zn含量均在1 151~1 540 mg·kg-1, Ba含量均在1 910~3 570 mg·kg-1, 对比前人文献与湖北十堰及周边地区出产绿松石的元素数量级更为接近, 可作为判断五件绿松石珠玉料来源的一个证据。 通过显微照相对五件绿松石珠制作工艺进行观察, 可见五件样品均存在定向的抛磨痕迹, 且可见明显的一定数量的抛磨小面, 边缘可见线切割痕迹, 证明当时的好川文化先民已经具有加工打磨长宽不大于1 cm珠的能力; 加工珠形的方式是将不规则玉料原料分多个小面打磨直至成为桶珠形状, 而非直接进行弧面打磨; 钻孔周边可见明显平面, 孔形状较规整, 近圆形, 有抛磨痕迹, 说明好川墓地先民当时已具有钻孔工艺。 研究表明, 好川地区绿松石可能来自于湖北十堰及其周边地区的矿带, 浙西南地区自好川文化开始就使用较纯净的绿松石作为漆器镶嵌装饰, 埋藏过程中黏附漆类物质对绿松石表面造成一定污染, 镶嵌玉石漆器的制作工艺自良渚文化后有所传承, 且好川墓地先民已具备了一定程度的绿松石加工能力。 这对接下来进一步研究好川文化玉料来源问题奠定基础, 对考古学中好川及周边地区文化起源与交流探讨也有一定参考意义。
绿松石 红外光谱 X射线荧光光谱 好川墓地 矿源产地特征 Turquoise Infrared spectroscopy X-ray fluorescence spectroscopy Haochuan cemetery Characteristics of mineral origin 
光谱学与光谱分析
2022, 42(2): 568

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