1 西南交通大学医学院(生物医学工程研究院)，成都 610031
2 西南交通大学材料科学与工程学院，材料先进技术教育部重点实验室，成都 610031
天然骨组织无机成分以磷酸钙为主，也含有多种维持生命活动所必需的其他元素，以保障骨组织正常生长发育。在磷酸钙生物材料制备中，元素掺杂能够有效调控磷酸钙形貌，并赋予其抗菌性、免疫调控、血管生成和骨诱导性等多种生物学功能。本文重点综述Mg、Zn、Sr、Cu、Ag、Co、Mn、稀土元素等金属元素和Se、Si、F等非金属元素单掺杂或共掺杂对多种磷酸钙形貌和生物学功能的调控效应，最后对磷酸钙生物材料的未来研究提出展望，以期为新型组织工程支架的研究提供参考。
磷酸钙 元素掺杂 形貌 生物学功能 calcium phosphate elemental doping morphology biological function
北京理工大学光电学院颜色科学与工程国家专业实验室, 北京 100081
光谱成像可以记录拍摄场景的光谱信息, 从而实现颜色的高保真复现, 图像的光谱信息通常同时混合了物体的光谱信息和光源信息, 所以现有的光谱成像颜色还原需要通过提前放置的标定板或已知光谱特性的物体获取拍摄环境的光源信息, 再进行图像的颜色恒常性校正。 但光谱相机在实际使用过程中, 通常难以满足上述条件, 从而对图像高保真颜色还原提出挑战。 针对此问题, 提出一种光谱成像的图像颜色恒常性计算方法, 将光谱成像系统获得光谱数据转换到XYZ颜色空间, 并将图像分区域进行统计得到图像的统计点, 通过大量常见光源的分布规律, 给统计点施加位置权重和色温权重, 同时设置亮度权重去除图像中过暗和过饱和的统计点, 利用加权平均获得环境光的色度参数, 根据需求将图像的XYZ颜色空间数据转换到RGB颜色空间, 根据环境光的色度参数计算图像不同通道的增益, 从而完成光谱图像的颜色恒常性计算。 为了验证所提出算法的有效性, 对140张光谱图像进行处理, 计算算法得到的环境光色度参数和真实光源色度之间的再现角误差, 对校正结果进行评价, 结果表明提出的算法明显优于光谱图像不做处理和灰度世界法。 为进一步分析算法校正结果与人眼感知之间的联系, 设计颜色心理物理学实验中的分度实验, 18名视觉正常的观察者参与实验, 所有观察者对算法校正结果打分的平均值介于良好和优秀之间, 可以满足实际使用需求； 沿着平均色温线的方向, 观察者所允许的光源色度差异较其它方向稍大； 在图像中包含大面积记忆色时, 当光源色度差异向使记忆色饱和度增大的方向偏移时, 此时观察者所容忍的色度差异变大。 由客观和心理物理学实验结果可知, 所提出的算法可以在拍摄光源未知, 且没有标板的情况下, 较好的对光谱成像中的图像颜色恒常性进行处理, 为光谱图像的颜色高保真再现打下基础。
光谱成像 相机 颜色复现 颜色恒常性 Spectral imaging Camera Color reproduction Color constancy 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1004
1 湖北大学物理与电子科学学院 湖北省铁电压电材料实验室，湖北 武汉 430062
2 湖北大学 有机功能分子合成与应用教育部重点实验室，湖北 武汉 430062
卤化铅钙钛矿具有高光吸收系数、长载流子扩散长度和高荧光量子效率等优异光电特性，成为当下光电探测器（PDs）研究领域的热点。但卤化铅钙钛矿的高生物毒性和低环境稳定性制约了该类器件的发展和应用，因此寻找低毒稳定的材料尤为重要。到目前为止，Sn、Ge、Sb、Bi等材料都已得到研究，其中铋基钙钛矿因其稳定、无毒和宽带隙等特性成为候选材料之一。影响PDs性能的因素很多，其中抑制暗电流是提升器件性能的重要手段之一。本文通过溶液旋涂无机化合物CuSCN取代传统PEDOT∶PSS作为空穴传输层（HTL），制备了结构为ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag的p‐i‐n型光电探测器。CuSCN最低未占分子轨道（LUMO）能级为 -1.5 eV，与ITO电子注入势垒高达3.3 eV，远高于PEDOT∶PSS与ITO的电子注入势垒（1.8 eV），反向偏压下工作更能有效阻挡电子从ITO电极的注入，因此降低了探测器的暗电流。器件在自供电条件425 nm单色光照射下光电流达6.87×10-6 A，暗电流低至3.52×10-11 A，开关比超过105，相比于基于PEDOT∶PSS空穴传输层的探测器提升了2个数量级。此外，该探测器的上升和下降时间都小于0.12 s，均优于基于PEDOT∶PSS空穴传输层的探测器，这可归因于CuSCN比PEDOT∶PSS具有更高的载流子传输迁移率。结果表明，ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag结构的光电探测器具有自供电、高开关比、稳定、无毒等优点，为实现商业化提供了一种可行策略。
无铅钙钛矿 光电探测器 空穴传输层 暗电流 lead-free perovskite photodetector hole transport layer dark current
1 1.西南交通大学 医学院, 成都610031
2 2.西南交通大学 材料科学与工程学院, 材料先进技术重点实验室, 成都610031
3 3.西南医科大学附属医院 病理科, 泸州 646000
4 4.西南医科大学附属医院 骨与关节外科, 四川省骨科置入器械研发及应用技术工程实验室, 泸州 646000
微量元素掺杂是赋予羟基磷灰石材料更多生物学功能的一条有效途径, 但不同元素的掺杂行为尚待进一步揭示。本研究使用并行水热合成方式, 制备分别含有锌、硅、镁、铁、锰、铜、锶、硒、钴的9种羟基磷灰石粒子, 并对其物理化学特性进行研究。结果表明, 元素掺杂显著改变了羟基磷灰石粒子的形貌和晶体生长方向, 但不改变其物相组成和官能团。晶体的(211)和(112)晶面衍射峰的强度均降低, 结晶度下降。元素实际掺杂效率分析结果显示锰>锌>镁>铁(三价)>锶>钴>铜>硒>硅, 与元素的离子半径大小相关。锰、锌、镁三种元素掺杂量较高, 因其离子半径与其替代的钙离子接近。铜元素掺杂效率较低是由于其在合成溶液中与氨产生络合作用, 硅元素和硒元素则因几何结构和电荷(SiO32-、SeO32-/PO43-)差异导致掺杂率低。本研究揭示了掺杂行为与离子特性之间的联系, 为功能化羟基磷灰石的设计和开发提供有益的参考基础。
羟基磷灰石 元素掺杂 水热合成 掺杂行为 hydroxyapatite element doping hydrothermal synthesis doping behavior
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
针对交通标志只在图像中占极小的区域且难以准确识别的问题,提出一种基于注意力模型的无锚框交通标志识别算法,利用密集连接网络DenseNet-121作为骨干网络并对特征进行提取。为了解决小型交通标志准确率低的问题,在骨干网络中加入注意力模型,可以对特征图进行空间和通道上的自适应调整,通过加强或抑制特征图中元素的权重可以提升对小型交通标志的识别性能。为了减小编码路径与解码路径间的语义鸿沟,引入残差网络的连接方式并提出一种语义连接路径。为了解决锚框中正负样本不均衡的问题,采用无锚框的检测方式可以定位交通标志的中心点、回归边界框的位置与尺寸信息。对所提算法在TT100K数据集上进行验证,实验结果证明所提算法具有优越性。
图像处理 深度学习 交通标志识别 注意力模型 无锚框 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1610020
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心, 上海 201204
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
4 中国科学院大学, 北京 100049
5 上海科技大学, 上海 201210
多层膜光栅具有优异的衍射性能,能够成为同步辐射软X射线波段重要的色散元件。为了测量多层膜光栅的衍射效率,在上海同步辐射光源上设计并搭建了小型化的衍射效率检测装置,实现在现有谱学显微实验腔体中对光栅衍射效率的快速检测。在480~730 eV的光子能量范围内,测得多层膜光栅的0级衍射效率峰值为1.11%,+1级次的衍射效率峰值为0.52%,并分析影响多层膜光栅衍射效率的因素。使用微分理论数值计算多层膜光栅的衍射效率,验证了实验方案的正确性。衍射效率的测量和模拟计算为多层膜光栅的制备和应用提供了重要依据。
光学学报
2021, 41(14): 1405001
广东工业大学 物理与光电工程学院， 广东 广州 510006
发展绿色、环保、可持续的化学过程是当今环境、能源、化学学科面临的重大挑战。太阳能驱动光催化实现化学燃料制备、降解环境污染物、高附加值产物转化是解决目前面临的能源和环境问题的一条有效途径。近年来，金属卤化物钙钛矿材料作为一种新型高效的光催化材料受到了广泛关注。本文系统地阐述了金属卤化物钙钛矿材料在光催化析氢、光催化CO2还原和光催化有机物转化中的研究进展，讨论了金属卤化物钙钛矿的光催化作用机理和面临的困难，最后对金属卤化物钙钛矿光催化材料的发展方向进行了分析和展望。
金属卤化物钙钛矿 光生载流子 光催化析氢 光催化CO2还原 光催化有机物转化 metal halide perovskites photocarriers photocatalytic hydrogen evolution photocatalytic CO2 reduction photocatalytic organic transformation
1 上海航天控制技术研究所 光电探测与制导事业部, 上海 201109
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心, 上海 201100
3 长春理工大学 生命科学学院, 吉林 长春 130022
4 火箭军装备部驻天津地区军事代表室, 天津 300308
提出一种在发酵罐外部架设显微系统进行非接触式细胞观测的光电检测方案。现有倒置生物显微镜工作距不足, 并且其自身光源发散角大、能量低不足以照亮细胞, 而工作距足够的工业显微镜分辨率最小只能达到10μm, 所培育的动植物细胞大小为10~20μm, 无法获得清晰的细胞图像。为满足系统指标, 设计了一种非接触式、折反射结合的长工作距可变焦光电检测系统。系统采用卡塞格林系统和李斯特物镜结合的设计思路, 解决了折射式结构像差大的缺点。光学系统放大倍率为3~5倍, 工作距为40mm, 物方数值孔径0.18~0.3, 分辨率可达到1.17~1.96μm, 其轴上点在CCD截止频率133lp/mm处均大于0.1, 大于人眼极限分辨阈值0.05。
光电检测 光学设计 卡塞格林系统 李斯特物镜 photoelectric detection optical design cassegrain system lister objective lens
1 北京理工大学光电学院, 北京100081
2 北京理工大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
物体的反射光谱数据能够反映其表面情况和光谱吸收特性, 利用该数据可辨别人眼难以直观发现和识别的伪装目标, 并定量表示不同的目标船只与海洋背景的差异。从色度学角度出发, 提出了基于颜色和光谱特性的两个特征评价参数, 即色差和光谱匹配系数, 以这两个评价参数作为评价伪装系统效能的参考指标, 对目标船只和我国东海南部海域的海洋背景进行相应的颜色特征提取, 并分析比较目标船只与海洋背景的反射光谱分布, 对目标进行伪装效果评估。结果表明, 通过景物的反射光谱数据, 以色差和光谱匹配系数为评价指标, 为海面船只隐身效果评估提供了新的技术途径。同时, 初步提出了目标识别概率公式, 给出了相应的实验结果, 为更加准确的隐身效果定量评价提供了参考。
色度学 反射光谱特性 色差 光谱匹配系数 目标识别 隐身效果评估 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 093301
1 医学光电科学与技术教育部重点实验室（福建师范大学）, 福建 福州 350007
2 福建中医药大学中西医结合学院， 福建 福州 350122
3 福建医科大学附属肿瘤医院， 福建 福州 350014
表面增强拉曼光谱（SERS）技术是一种快速、 有效、 无损的光学诊断方法， 能提供生物分子成分和结构的指纹特征。 人的唾液包含多种能反应人体健康状况的生物标志物。 采用纳米银溶胶为增强基底的SERS技术， 从46位鼻咽癌患者、 30位鼻炎患者和48位健康人的唾液样本中采集了208条高质量的SERS。 研究结果表明鼻咽癌患者、 鼻炎患者和健康人的唾液SERS之间存在明显差异。 利用主成分分析结合线性判别分析(PCA-LDA)对采集的唾液SERS进行诊断研究， 获得灵敏度分别为89.5%， 93.0%和100%， 特异性分别为94.6%， 96.7%和97.7%。 研究结果表明： 唾液SERS技术结合PCA-LDA分析方法可能快速、 有效区分鼻咽癌、 鼻炎患者与正常人的唾液样本， 具有鼻咽癌无损检测和临床筛查的潜能。
唾液 鼻咽癌 鼻炎 表面增强拉曼光谱 筛查 Surface enhanced Raman spectroscopy Saliva Nasopharyngeal carcinoma Rhinitis screening 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2430
