Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 Nanophotonics Research Centre, Institute of Microscale Optoelectronics & State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Cell identification and sorting have been hot topics recently. However, most conventional approaches can only predict the category of a single target, and lack the ability to perform multitarget tasks to provide coordinate information of the targets. This limits the development of high-throughput cell screening technologies. Fortunately, artificial intelligence (AI) systems based on deep-learning algorithms provide the possibility to extract hidden features of cells from original image information. Here, we demonstrate an AI-assisted multitarget processing system for cell identification and sorting. With this system, each target cell can be swiftly and accurately identified in a mixture by extracting cell morphological features, whereafter accurate cell sorting is achieved through noninvasive manipulation by optical tweezers. The AI-assisted model shows promise in guiding the precise manipulation and intelligent detection of high-flux cells, thereby realizing semi-automatic cell research.
AI algorithm cell identification and sorting optical tweezers microfluidic chip Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110009
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 河南工业大学粮油食品学院, 河南 郑州 450001
3 广东星创众谱仪器有限公司, 广东 广州 510000
在近红外光谱分析过程中, 单台仪器在不同时间的波长变化及多台仪器间的波长一致与否会对化学计量学定标模型的校正及传递效果产生影响, 上述问题可以统一为波长漂移对定标模型的影响。 以分析小麦粉中粗蛋白含量为例, 首先结合不同谱区光谱数据, 利用偏最小二乘回归(PLSR)方法建立了两个定标模型。 再由计算机生成不同类型、 不同幅度的波长漂移信息, 并叠加至验证集样品光谱中, 使新光谱相对于定标集光谱产生波长漂移信息。 通过考察原定标模型对新光谱的预测与校正情况, 研究了波长漂移对PLSR定标模型的影响。 结果表明: 相对于定标集样品光谱, 验证集光谱中无波长漂移信息时, 模型的预测标准差(RMSEP)不超过0.3%, 预测相关系数不小于0.98; 验证集样品光谱在不同波长处的波长漂移信息为一恒定值时, 模型的RMSEP会随波长漂移幅度的增大而增大, 波长漂移量为-32 cm-1时对应RMSEP为3.69%, 预测相关系数变化不大; 当验证集样品光谱在不同波长处的波长漂移信息随机变化时, 基于长波区光谱所得原始模型的预测结果几乎不受影响; 当含有不同波长漂移信息的一系列样品光谱加入到定标集对长波区PLSR分析模型进行校正时, 校正后模型的RMSEP为0.3%, 几乎不受波长漂移信息的影响, 但模型的回归因子数从3显著增大到8, 其稳健性变弱; 总的来说, 当仪器存在波长漂移且幅度不大时, 模型预测相关系数几乎不受影响, 可通过对预测结果的校正来改善RMSEP, 以保证分析结果的准确性。 该研究为确定仪器设计参数及分析方法的操作规程, 提高近红外光谱分析结果的可靠性提供了实验依据。
近红外光谱 波长漂移 小麦粉 偏最小二乘回归 Near-infrared spectroscopy Wavelength drift Wheat flour Partial least square regression
1 海军大连舰艇学院,a.信息系统系
2 海军大连舰艇学院,b.导弹与舰炮系
3 海军大连舰艇学院,c.教保处, 辽宁 大连 116018
准确性和实时性是影响目标检测性能的两项重要指标。为了在多种复杂场景中进行快速精准的目标检测, 提出了一种融合超复杂傅里叶变换(HFT)显著性计算、高效子窗口搜索(ESS)和大津法(OTSU)的精准目标检测算法。该算法首先将输入图像进行HFT显著性计算, 得到显著图, 然后在显著图的基础上通过高效子窗口进行全局搜索并初步定位目标, 最后利用大津法分割子窗口范围内的图像, 并根据子窗口边界的像素值优化子窗口的位置, 实现精准的目标检测。实验结果表明, 新算法在保证运算速度的同时, 显著提高了检测精度。
目标检测 超复杂傅里叶变换 高效子窗口搜索 大津法 LOG算子边缘提取 target detection hypercomplex Fourier transform efficient sub-window search OTSU LOG edge extraction
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于双直角分束器设计了一种反射式静态傅里叶变换光谱仪光学系统,并搭建了样机。该光谱仪光学系统的分光装置采用双直角分束器,其他光路全部采用反射式结构,有效折叠光路,与透射式静态傅里叶光谱仪相比,系统体积减小一半以上。用汞灯作为静态傅里叶光谱仪光源时,得到了404.7,435.8,546.1,577.0 nm的峰值谱线,实验结果很好地复原了汞灯实际光谱;用波长为650 nm的激光进行实验,光谱分辨率约为5.93 nm,与理论计算结果基本相符。该光学系统具有结构紧凑、体积小、重量轻、抗震性强等诸多优点,可为小型化、便携式静态傅里叶光谱仪器的研制提供技术支持。
测量 静态傅里叶光谱仪 双直角分束器 光谱分辨率 结构紧凑 measurement static Fourier spectrometer double right-angle beam splitter spectral resolution compact structure
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
针对极紫外(EUV)光刻机工作过程中，多层膜反射镜表面沉积碳污染造成的反射率下降问题展开研究，讨论了多层膜反射镜表面碳污染清洗方法。首先描述了在EUV曝光过程中多层膜表面的碳污染形成过程，简单阐述了碳污染对多层膜反射镜的危害。然后从清洗机理、速率以及效果等方面详细描述了多种EUV多层膜表面碳污染清洗方法，分析对比了各清洗技术在清洗速率和效果等方面的优缺点。分析表明: 离子体氧和活化氧清洗速率相差不多，可达到2 nm/min，但清洗过程中容易造成表面氧化; 等离子体氢和原子氢的清洗速率相对较慢，一般在0.37 nm/min左右，但清洗过程中不易产生氧化。最后针对不同方法应用于在线清洗EUV多层膜反射镜过程中将遇到的问题和难点进行了讨论。
极紫外光刻机 碳污染 清洗 技术 多层膜反射镜 extreme ultraviolet lithography carbon contamination cleaning technologies multilayers 光学 精密工程
2017, 25(11): 2835
1 中国科学院 上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
研制了光发射电子显微镜(PEEM )高精度微聚焦系统，以实现上海光源软X射线PEEM光束线的高质量聚焦。根据上海光源PEEM光束线的概况，给出微聚焦系统光学元件的基本参数。基于Kirkpatrick-Baez(KB镜)两镜方案，设计了PEEM线微聚焦系统。介绍了KB镜姿态调整机构的设计方案，即利用三垂直线性驱动装置和两水平线性驱动装置相结合来实现五维调节，分析了姿态调节机构的原理与工作过程，给出了微聚焦系统的整体设计方案。测试了KB镜系统的机械性能，给出水平调节机构以及第一面镜子Pitch运动的测试结果，结果显示: 水平调节机构分辨率为0.6 μm，重复精度为0.85 μm，Pitch角度分辨率为0.4″，重复精度为0.5″，优于指标要求。其它参数的测试结果亦均优于指标要求。实验表明，微聚焦系统机械指标的实现保证了PEEM线光斑的高质量聚焦。
同步辐射 光发射电子显微镜(PEEM) X射线显微镜 KB镜 结构设计 synchrotron radiation Photo-emission Electron Microscope(PEEM) X-ray microscopy KB mirror structure design 光学 精密工程
2017, 25(11): 2810
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点，被广泛应用于各科研领域，并且随着相关领域研究的不断深入，迫切需要提高其光谱分辨率，以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器，结合上海同步辐射光源光束线，重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析，设计冷却系统，降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明，根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式，达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后，单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由81 μrad降到31 μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×104的转角精度检测方法，检测精度可达0026″。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。
极高分辨 变包含角 软X射线 同步辐射 平面光栅单色器 ultra-high resolution variable-included-angle soft X-ray synchrotron radiation plane grating monochromator
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥230031
大气中CO2主要的源和汇都集中在对流层, 精确地获取对流层CO2浓度廓线分布, 对研究CO2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。 基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)高分辨、 高灵敏度和快速响应等特点, 研制了采用直接吸收技术的小型化CO2探测系统, 选取位于2 004.02 nm处的R(16), ν1+ν3吸收谱线, 避免了附近H2O分子的吸收干扰, 对CO2浓度廓线进行了球载测量, 获取了10 km以下对流层中CO2的分子数密度分布。 受限于球载测量环境, 系统采用紧凑型设计, 在单块电路板上实现激光器驱动、 弱信号调理, 光谱数据采集及浓度计算等功能, 受嵌入式微处理器的运算能力和硬件资源限制, 对浓度反演算法进行了优化, 避免冗余计算, 降低了算法耗时。 和采用波长调制技术的TDLAS传统仪器相比, 借助光程20 m的开放式Herriott多次反射池, 采用直接吸收技术, 避免了浓度标定步骤, 提高了对测量环境的适应性, 通用性的硬件和软件结构可适用于测量不同气体, 只需更换激光器和调整算法关键参数。 小型化的设计思想降低功耗, 减小体积, 兼顾了响应速度和测量精度, 室温条件下功耗小于1.5 W, 单板体积120 mm×100 mm×25 mm, 1.5 s时间响应下的测量精度为±0.6×10-6, 经验证, 该系统可在对流层内实现CO2 15 m垂直空间分辨的高精度检测, 是一种可行的气体廓线球载探测手段。
可调谐半导体激光光谱技术 球载探测 CO2浓度廓线 紧凑型传感器 TDLAS Balloon-borne measurements CO2 concentration profile Compact sensor 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2787
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）具有高灵敏度和高分辨率等特点，被广泛应用在痕量气体的快速检测中。研制了基于TDLAS 的开放式长光程CO 和CH4实时检测系统，采用直接吸收的方法，避免了波长调制技术中必需的浓度标定，结构简单。利用STM32进行数据采集处理，获取气体浓度值和光强变化值，通过串口屏实现浓度和光强值的在线显示以及浓度和光强随时间变化的曲线显示，并将浓度数据存储在SD 卡中，取代上位机操作，实现检测系统小型化。利用中心波长在2333 nm 附近的激光器结合直接吸收的方法，在往返750 m 的长光程上，对合肥市科学岛的大气CO 和CH4 进行同时检测实验。检测结果表明，大气中CO 浓度值整体低于CH4 值。对该系统进行长时间的测试，验证系统稳定性，CO 系统检测限为0.205 mg/m3，CH4为0.181 mg/m3。
光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 直接吸收 实时检测 spectroscopy tunable diode laser absorption spectroscopy direct absorption real-time measurement
