1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
自适应光学（AO）技术是一种能够补偿大气湍流的有效手段，但由于存在系统固有时延，变形镜（DM）上的补偿波前滞后于实测畸变波前，导致AO技术对高时间频率大气湍流的校正效果明显下降。因此，开展大气湍流前向预测研究对于抵消AO系统固有时延、提升系统校正带宽具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了一种基于注意力机制的AO波前时空预测网络，该网络同时考虑了大气湍流的时间与空间特征，可通过连续6帧先验波前斜率信息预测未来第2帧的波前斜率。在具有两帧延迟的AO系统仿真中，所提预测网络使得波前校正残差均方根（RMS）下降了约40%，并且在不同的大气湍流强度下均表现出稳定的预测精度，预测残差RMS仅为真实畸变波前RMS的5.00%。最后使用1 km激光大气传输系统采集的实验数据进行了测试，验证了开环斜率预测网络的有效性。
自适应光学 时延误差 注意力机制 波前预测
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
4 中国科学院大学，北京 100049
为提高自适应光学（AO）系统中倾斜镜（TTM）的控制性能，提出了一种基于滤波的线性自抗扰预估控制（FLADRC-Smith）方法。该方法利用Smith预估器提升了系统误差抑制带宽，同时设计滤波环节修正TTM控制量，保证系统对高频扰动信号的抑制性能。仿真建立AO倾斜校正模型对该方法进行验证，结果表明，所提方法能有效提高系统带宽和TTM动态响应性能。在纯时滞系统中，该方法相较于比例-积分（PI）控制将系统的误差抑制带宽提升了4.56倍；在同等误差抑制带宽条件下，将该方法在纯时滞系统和二阶振荡时滞系统中与比例积分预估（PI-Smith）控制方法对比，系统抑制内外部扰动能力更强，TTM的动态响应性能提升了20%以上。
自适应光学 倾斜镜 时滞系统 自抗扰 中国激光
2023, 50(13): 1305001
中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所，北京 100029
针对激光干涉法高强度聚焦超声（HIFU）声压测量中干涉系统带宽解算依赖线性声场条件，导致解算结果与实际有较大差异的问题，首先通过理论分析，建立了HIFU声压测量中干涉信号的数理模型；针对非线性声场条件下干涉信号无法进行函数展开的情况，利用数值仿真的方法对干涉信号的频域进行分析；通过对比具有相同声压峰峰值和基频的线性和非线性声场条件下的干涉信号频谱，发现了非线性声场对激光干涉信号带宽的展宽作用，证明了现有线性声场条件下干涉系统带宽的估算方法不适用于HIFU声压测量；利用实测HIFU声压数据，通过仿真分析，发现在非线性声场条件下，激光干涉系统带宽随被测声压峰峰值呈二次方规律变化，而不是线性声场条件下的线性变化规律。
测量 高强度聚焦超声 声压测量 激光干涉系统带宽 非线性声场 中国激光
2023, 50(13): 1304002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A real-time wavefront sensing method for arbitrary targets is proposed, which provides an effective way for diversified wavefront sensing application scenarios. By using a distorted grating, the positive and negative defocus images are simultaneously acquired on a single detector. A fine feature, which is independent of the target itself but corresponding to the wavefront aberration, is defined. A lightweight and efficient network combined with an attention mechanism (AM-EffNet) is proposed to establish an accurate mapping between the features and the incident wavefronts. Comparison results show that the proposed method has superior performance compared to other methods and can achieve high-accuracy wavefront sensing in varied target scenes only by using the point target dataset to train the network well.
wavefront sensing distorted grating fine feature Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060101
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
高功率激光是自适应光学的重要应用领域，通过控制高功率激光系统实现高光束质量的激光输出是激光自适应光学技术的一项重要目标。自适应光学主要是利用波前传感器和波前校正器来完成对激光畸变波前的探测与校正。近年来，人工智能的发展为自适应光学技术特别是应用于激光领域的自适应光学技术在波前复原、波前预测以及波前校正方面提供了新的思路和工具。梳理了当前自适应光学的智能化发展概况，介绍了机器学习方法在波前复原、波前预测、相位反演和波前控制四个方面取得的研究进展，并对当前研究方法在高功率激光领域中的应用潜力与面临的挑战进行了讨论。
激光光学 自适应光学 高功率激光 机器学习 中国激光
2023, 50(11): 1101008
1 南昌大学食品科学与技术国家重点实验室, 江西 南昌 330047
2 江西省农业科学院农产品加工研究所, 江西 南昌 330200
糖基化反应能诱导食品中蛋白质的结构发生改变； Ara h2是花生中的主要蛋白组分之一, 可以作为一种模式蛋白研究花生蛋白糖基化产物的结构变化。 不同还原糖对Ara h2糖基化反应的影响目前未见相关报道。 以花生蛋白Ara h2为研究对象, 通过SDS-PAGE、 内源荧光、 同步荧光、 紫外、 圆二色谱、 红外等光谱技术研究Ara h2糖基化前后分子量、 二级、 三级结构以及官能团的变化, 分析六种还原糖(核糖、 木糖、 半乳糖、 葡萄糖、 果糖、 乳糖)对花生蛋白Ara h2糖基化产物结构的影响, 阐明经不同还原糖修饰后花生蛋白Ara h2的结构变化。 SDS-PAGE电泳表明木糖和核糖修饰的花生蛋白Ara h2电泳条带明显上移, 糖基化程度最大； 紫外光谱分析表明糖基化反应会改变花生蛋白Ara h2的吸收峰强度。 五碳糖修饰的花生蛋白Ara h2具有最强的吸收强度, 其中五碳糖中木糖的吸收峰强度最大； 内源荧光、 同步荧光和三维光谱实验结果表明, 糖基化修饰会使花生蛋白Ara h2的荧光强度降低, 且五碳糖修饰的Ara h2荧光强度最低。 分析认为由于糖基化修饰使花生蛋白Ara h2的结构展开, 导致芳香族氨基酸暴露在水环境中, 从而引起荧光猝灭； 圆二色谱分析表明不同还原糖修饰的Ara h2糖基化产物α-螺旋含量都增加, 其中木糖修饰的α-螺旋含量最大(15.6%)； 红外光谱分析表明木糖和核糖修饰的花生蛋白Ara h2的吸收峰分别从3 327.41 cm-1红移至3 318.43和3 321.09 cm-1, 1 700～1 600 cm-1处木糖和核糖修饰的花生蛋白Ara h2吸收峰强度略高于其他还原糖修饰的该蛋白。 不同还原糖对Ara h2糖基化反应后的糖基化产物结构的影响不同, 还原糖的碳链越短、 空间位阻越小, 糖基化反应程度越高, 对Ara h2的结构影响越大。
糖基化 光谱技术 还原糖 Glycation Ara h2 Ara h2 Spectroscopic techniques Reducing sugar 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1291
田中州 1,2,3何星 1,2,3,*王帅 1,2,3杨平 1,2,3许冰 1,2,3,**
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
针对目前腔失调参数与腔损耗之间的映射关系并不明确，调腔过程中腔相对失调量亦不明晰等问题，提出一种基于腔失调参数扫描的腔损耗寻优调腔方法。该方法通过腔镜倾斜调节量的扫描寻优，以光腔衰荡时间为判据寻找初始腔和测试腔相对失调优化的腔状态。实验结果表明：通过该方法，对同一高反射率待测样片6次实验测量结果的测量重复性精度相比传统方法由1.26×10-4提高到约9.83×10-6，测量重复性峰谷值由3.25×10-4提高到2.7×10-5，测量结果更稳定，表明该方法能获得腔参数相对失调更小的调腔状态，为在初始腔反射率较低的光腔衰荡测量系统中抑制衰荡腔相对失调提供了一种解决方案。
测量 光腔衰荡 高反射率测量 腔损耗寻优 基横模 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712002
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
4 电子科技大学医学院附属肿瘤医院/四川省肿瘤医院，四川 成都 610209
5 西华大学航空航天学院，四川 成都 610209
现有图像增强算法在处理肺部计算机断层扫描(CT)图像时，易产生不自然的外观，引入不必要的人工伪影，并会产生洗去效应。针对此问题，本团队提出了一种基于图像分割和全变分模型的图像增强算法。该算法将图像分割为前景和背景，先对前景肺实质图像的直方图进行修改，然后根据修改的直方图对图像进行伽马拉伸，得到对比度增强的前景图像，再将其与背景图像融合作为全变分模型的输入；然后通过全变分能量泛函将图像分解为纹理层和结构层，对纹理层进行小波阈值去噪，将去噪后的纹理层与结构层进行融合得到增强图像。实验结果的主观分析和客观评价指标均表明，该算法不仅可以有效抑制图像中的伪影噪声，解决现有算法过度增强肺CT图像的问题，还可以充分提高图像的对比度，并保留图像的自然外观显示、纹理细节和边缘特征等信息。
医用光学 图像增强 图像分割 伽马变换 全变分模型 小波变换 中国激光
2022, 49(20): 2007210
声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在海洋学中应用广泛, 是目前最主要的流速流量测量设备, 其关键部件是压电换能器, 用以发射和接收声学信号。该文结合ADCP仪器自身的发展, 梳理了ADCP压电换能器及其阵列的研究进展, 并对压电换能器及ADCP的校准方法进行简要概述。
声学多普勒流速剖面仪 压电换能器 阵列 校准 综述 acoustic doppler current profiler piezoelectric transducer array calibration review
