Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A polarization-insensitive mode-order converting power splitter using a pixelated region is presented and investigated in this paper. As TE0 and TM0 modes are injected into the input port, they are converted into TE1 and TM1 modes, which evenly come out from the two output ports. The finite-difference time-domain method and direct-binary-search optimization algorithm are utilized to optimize structural parameters of the pixelated region to attain small insertion loss, low crosstalk, wide bandwidth, excellent power uniformity, polarization-insensitive property, and compact size. Experimental results reveal that the insertion loss, crosstalk, and power uniformity of the fabricated device at 1550 nm are 0.57, -19.67, and 0.094 dB in the case of TE polarization, while in the TM polarization, the relevant insertion loss, crosstalk, and power uniformity are 0.57, -19.40, and 0.11 dB. Within a wavelength range from 1520 to 1600 nm, for the fabricated device working at TE polarization, the insertion loss, crosstalk, and power uniformity are lower than 1.39, -17.64, and 0.14 dB. In the case of TM polarization, we achieved an insertion loss, crosstalk, and power uniformity less than 1.23, -17.62, and 0.14 dB.
integrated optics optical waveguide polarization-insensitive property mode-order converting power splitter Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031301
1 上海理工大学 信息化办公室， 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
3 上海理工大学 医疗器械与食品学院， 上海 200093
针对眼镜镜片成像性能评价，根据信息论的概念，对物面与像面图像进行小波变换分解得到多个不同子频带图像，计算分解之后的各个子频带的区域互信息值(RMI)。依据人眼视觉系统对不同频率光学信号敏感度不同的特点，采用小波滤波器和人眼模型的MTF的空间频段积分比反映人眼对不同频率信号的敏感程度，以该积分比作为各频带RMI的权重系数,加权计算得到MRMI值。选取了目前市场上六款不同阿贝数和折射率的镜片进行测量实验，得到每款镜片的成像MRMI值，其定量反映了镜片的成像性能，与人眼视觉主观感知相符。
区域互信息 眼镜镜片 调制传递函数 小波变换 人类视觉系统 regional mutual information optical lens MTF wavelet human visual system
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
在传统焦度计测量中, 由于被测镜片后表面曲率半径变化, 使得镜片后顶点与光阑表面无法完全重合, 造成焦度测量误差随镜片度数增大而增大的情况。针对此传统测量上无法克服的测量误差, 提出了一种利用不同焦度镜片图像提取不同特征的方法, 获得了不同焦度镜片的特征数据集, 并将特征数据集利用机器学习中k-近邻聚类算法(KNN algorithm)进行分类。选取折射率为1.551的-20 ~+20m-1每隔1m-1的单焦点镜片, 折射率为1.56与1.60的-15 ~+8m-1每隔0.5m-1的单焦点镜片进行镜片图像采集。实验结果表明, 所提方法下分类的精准度、召回率与F1评分均为100%, 三个模型均能正确识别其对应的所有测试镜片, 克服此测量误差。
焦度计 测量误差 KNN算法 focimeter measurement error KNN algorithm
1 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
近视防控离焦镜片的光学性能评价的过程中，通常以镜片的屈光度地形图作为分析依据，对成像质量的影响目前研究较少。从像质评价入手，搭建了一套镜片−相机测试系统用于测量离焦镜片的光学传递函数（MTF）。整个系统是由光源、成像模块、镜片夹持工具、棋盘标定板和MTF分析软件系统组成的。实验过程中对相机镜头、国内明月离焦镜片、国外Z品牌离焦镜片的MTF进行了测试和比较。结果显示镜片MTF分布与光焦度分布一致，光焦度和离焦量的设计相关。因此对离焦镜片的像质测试不仅能分析镜片的光学性能还可以分析其离焦量，为离焦镜片设计提供了一种新的评价方式。
离焦镜片 像质评价 光学传递函数 离焦量 defocus lens image quality evaluation optical transfer function defocus amount
1 中国文化遗产研究院, 北京 100029
2 宁波市文化遗产管理研究院, 浙江 宁波 315012
3 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519000
“小白礁Ⅰ号”是一艘沉没于清代道光(1821—1850)年间的远洋木质商船, 其“中西合璧”的船体构造为社会所关注。 脱盐保护处理主要采用10 mmol·L-1 EDTA-2Na为水溶液, NaOH配置成中性后, 静水浸泡和去离子水循环相配合, 周期性更换脱盐溶液的方式进行。 选取浸泡脱盐中的“小白礁Ⅰ号”典型船体构件作为持续监测观察样本, 定期采集脱盐浸泡液样品, 通过连续为期一年的分析检测, 全面监控评估船体构件的脱盐情况。 利用分光测色计检测木材样品表面颜色变化; 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)观察木材样品微观形貌及元素变化; 元素分析仪检测木材样品的硫元素含量、 电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测脱盐溶液的铁元素含量, 评估以硫铁化合物为主的难溶盐脱除效果; 离子色谱分析(IC)检测脱盐溶液中的阴阳离子含量, 评估可溶盐的脱除效果。 分光测色计测试结果表明, “小白礁Ⅰ号”船体构件整体的色差变化趋势较为稳定, 色差变化不明显。 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)测试结果表明, 以球状颗粒形态存在的硫铁化合物明显减少, 难溶盐得到了有效的脱除。 元素分析仪、 电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测试结果表明, 船体构件中硫含量降低到1 Wt%左右, 脱盐溶液内的铁元素含量整体偏低, 波动幅度不明显, 且呈缓慢的下降趋势, 后半段铁元素脱除率明显降低。 离子色谱分析(IC)结果表明脱盐溶液中$SO^{2-}_{4}$含量很低, 变化小。 K+, Mg2+和Ca2+已经基本检测不到。 Cl-和Na+含量相对较高, 是由脱盐试剂中含有这两种离子所致, 停止投放试剂改换纯水浸泡可有效降低含量。 Cl-和Na+含量虽然有所波动, 但在长达一年的时间内总脱盐量变化幅度较小, 大量可溶盐已被脱除。
小白礁Ⅰ号 脱盐 硫铁化合物 离子色谱 Xiaobaijiao Ⅰ Desalination Iron sulfides ICP-MS IC ICP-MS 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3294
合肥工业大学食品与生物工程学院, 安徽 合肥 230009
冻融猪肉作为肉制品加工原料, 被广泛应用于无骨肉制品加工。 该原料中的危害级碎骨(1~2.5 cm)对后期加工及食用安全均有较大风险。 因此, 开展多光谱成像技术(405~970 nm)快速无损识别冻融猪肉中碎骨的可行性研究十分必要。 将195块肉片制备成65个无骨肉样、 65个碎骨表面嵌入式肉样和65个碎骨内部嵌入式肉样, 经冻融处理后采集其多光谱图像; 再利用经典判别分析(CDA)进行图像分割, 获得两类感兴趣区域(ROIs-1和ROIs-2), 并提取相应光谱和图像信息; 最后运用支持向量机(SVM)和神经网络(NN)建立冻融猪肉危害级碎骨识别模型。 结果显示: ROIs-2全光谱比ROIs-1全光谱有更好的识别能力, SVM和NN模型的精度均为100%, 表明区域分割与模型精度密切相关。 基于连续投影算法(SPA)筛选出六个关键波长(505, 590, 700, 850, 890和970 nm), 所提取的ROIs-2特征光谱可实现样品碎骨高精度识别, 准确率为100%, 进一步提升了识别效率。 利用图像信息既能建立优越的SVM和NN碎骨识别模型, 准确率分别为93.8%和93.33%, 又能实现结果可视化, 体现出优良的技术优势, 但精度低于光谱识别模型。 综上所述, 多光谱成像技术可实现冻融猪肉危害级碎骨的高精度识别, 为工业在线检测提供理论基础。
碎骨 冻融猪肉 多光谱成像 计量学 Bone fragment Frozen-thawed pork Multispectral imaging Chemometric 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2892
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为了减少屈光度测量误差，提高精度。本文针对哈特曼法焦度测量建立了较详细的误差模型，着重分析了光源的色散误差、入射光与透镜未垂直、光电探测器中心定位不准、透镜倾斜、光源光线主轴与透镜主轴未重合所引起的屈光度测量误差。结果表明，得出由于光电探测器上中心提取的不准确，会对最终的结果产生较大的误差。并由此提出了双重双线性插值结合拟合法来求取中心的方法，并证明了其有效性和准确性。
哈特曼光阑 焦度测量 误差模型 图像处理 中心定位 Hartmann diaphragm focimeter error model image processing centroid calculation
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
本文利用材料热膨胀系数不同的性质设计了一种可以对小面积热源进行高灵敏检测的温度传感器。该传感器的温度敏感元件是一个上表面镀有金属的氮化硅悬臂梁。由于金属与氮化硅的热膨胀系数不同, 因此当悬臂梁所在的环境温度发生变化时, 悬臂梁会向温度梯度变化快的方向发生弯曲, 并且弯曲量与温度成正相关关系。实验中通过光杠杆测量梁的弯曲量, 用标定的方式建立温度与探测器输出电压之间的关系。结果显示, 该传感器的灵敏度可以达到 4.86 mV/℃, 以及 0.04 ℃的温度分辨力。为验证传感器对小面积热源进行测量的适用性, 我们利用 NaYF4材料受激发热的性质, 对不同面积热源产生的热量进行测量。结果显示, 当发热面积约为 0.07 mm2时依然可以进行准确测量, 实现了对小面积热源温度进行精确测量的目的。
温度传感器 双材料微悬臂梁 热膨胀 temperature sensor bi-material cantilever thermal expansion NaYF4 NaYF4
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海理工大学 医疗器械与食品学院， 上海 200093
提出一种基于多频段区域互信息(MRMI)的光学成像系统性能评价方法。由信息论出发，结合人类视觉系统(HVS)分频感知原理，利用小波变换将物面与像面图像分解为多个频段，分别计算各频段区域互信息(RMI)，再由小波滤波器和MTF的空间频段积分比计算各频段RMI的权重系数,加权综合得到多频段区域互信息(MRMI)。实验分析了具有不同像散度的光学系统点光源成像，最终得到的评价参数MRMI随着光学系统像散度的不断增大而趋于减小，曲线拟合结果表明MRMI值与像散度呈幂函数关系，确定系数达0.981以上。与MTF等传统光学系统性能评价方法相比，MRMI值量化反映了光学系统的成像性能，且与人眼视觉感知相一致。
信息光学 光学成像系统性能评价 区域互信息 小波分解 人类视觉系统 information optics performance evaluation of optical imaging system regional mutual information wavelet decomposition human visual system
