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光采样示波器软件同步算法研究 光采样示波器软件同步算法研究
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230731
杨爱英 Yang Aiying, 赵喆 Zhao Zhe, 李谦 Li Qian
随着高速光通信信号速率的不断提高，电采样示波器所需的带宽也增加了。现有宽带高性能电采样示波器逐渐达到电子瓶颈决定的带宽极限。为了克服电子瓶颈，研制了基于光域采样技术的光采样示波器样机，其中软件同步算法的复杂度决定了样机测试的实时性。在基于啁啾z变换（CZT）的软件同步算法基础上，提出了基于选带傅里叶变换（ZoomFFT）的软件同步算法，进一步降低软件同步复杂度。与基于CZT的软件同步算法相比，基于ZoomFFT的软件同步算法所需实数乘法个数下降了68.8%。利用研制的光采样示波器样机，分别对不同速率的四电平脉冲幅度调制（PAM4）光信号、正交相移键控（QPSK）光信号进行了测量，并以宽带电采样示波器的测量结果进行对比，验证了光采样示波器能自适应地对不同速率的强度调制信号、相位调制信号进行测量。此外，为了表征光采样示波器本底噪声的影响，通过降低被测光通信信号功率，对Q因子进行了测量，结果表明，Q因子下降3 dB对应的灵敏度约为10 dB。
随着高速光通信信号速率的不断提高，电采样示波器所需的带宽也增加了。现有宽带高性能电采样示波器逐渐达到电子瓶颈决定的带宽极限。为了克服电子瓶颈，研制了基于光域采样技术的光采样示波器样机，其中软件同步算法的复杂度决定了样机测试的实时性。在基于啁啾z变换（CZT）的软件同步算法基础上，提出了基于选带傅里叶变换（ZoomFFT）的软件同步算法，进一步降低软件同步复杂度。与基于CZT的软件同步算法相比，基于ZoomFFT的软件同步算法所需实数乘法个数下降了68.8%。利用研制的光采样示波器样机，分别对不同速率的四电平脉冲幅度调制（PAM4）光信号、正交相移键控（QPSK）光信号进行了测量，并以宽带电采样示波器的测量结果进行对比，验证了光采样示波器能自适应地对不同速率的强度调制信号、相位调制信号进行测量。此外，为了表征光采样示波器本底噪声的影响，通过降低被测光通信信号功率，对Q因子进行了测量，结果表明，Q因子下降3 dB对应的灵敏度约为10 dB。
{"title":"光采样示波器软件同步算法研究","authors":"杨爱英 Yang Aiying, 赵喆 Zhao Zhe, 李谦 Li Qian","doi":"10.3788/aos230731","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230731","url":null,"abstract":"随着高速光通信信号速率的不断提高，电采样示波器所需的带宽也增加了。现有宽带高性能电采样示波器逐渐达到电子瓶颈决定的带宽极限。为了克服电子瓶颈，研制了基于光域采样技术的光采样示波器样机，其中软件同步算法的复杂度决定了样机测试的实时性。在基于啁啾z变换（CZT）的软件同步算法基础上，提出了基于选带傅里叶变换（ZoomFFT）的软件同步算法，进一步降低软件同步复杂度。与基于CZT的软件同步算法相比，基于ZoomFFT的软件同步算法所需实数乘法个数下降了68.8%。利用研制的光采样示波器样机，分别对不同速率的四电平脉冲幅度调制（PAM4）光信号、正交相移键控（QPSK）光信号进行了测量，并以宽带电采样示波器的测量结果进行对比，验证了光采样示波器能自适应地对不同速率的强度调制信号、相位调制信号进行测量。此外，为了表征光采样示波器本底噪声的影响，通过降低被测光通信信号功率，对Q因子进行了测量，结果表明，Q因子下降3 dB对应的灵敏度约为10 dB。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"6 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135156086","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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多谱段复杂红外场景模拟技术 多谱段复杂红外场景模拟技术
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230756
李卓 Li Zhuo, 高彦泽 Gao Yanze, 张金英 Zhang Jinying
多谱段复杂红外场景模拟技术是红外成像制导半实物仿真系统试验的关键技术，其技术特性限制了整个仿真平台的总体性能。实现多谱段复杂红外场景模拟的技术途径主要包括电阻阵列、光热图像转换阵列、数字微镜、液晶空间光调制器、红外发光二极管阵列、相变材料阵列、可调发射率半导体屏、量子点下转换芯片、光致发磷光材料、光子晶体等。本文回顾了多谱段复杂红外场景模拟技术的发展历史，介绍了典型技术的实现原理，讨论了每种技术的相对优点和缺点，并总结了国内外主要研究机构的研究现状。最后，对这些技术的性能参数进行了比较。
多谱段复杂红外场景模拟技术是红外成像制导半实物仿真系统试验的关键技术，其技术特性限制了整个仿真平台的总体性能。实现多谱段复杂红外场景模拟的技术途径主要包括电阻阵列、光热图像转换阵列、数字微镜、液晶空间光调制器、红外发光二极管阵列、相变材料阵列、可调发射率半导体屏、量子点下转换芯片、光致发磷光材料、光子晶体等。本文回顾了多谱段复杂红外场景模拟技术的发展历史，介绍了典型技术的实现原理，讨论了每种技术的相对优点和缺点，并总结了国内外主要研究机构的研究现状。最后，对这些技术的性能参数进行了比较。
{"title":"多谱段复杂红外场景模拟技术","authors":"李卓 Li Zhuo, 高彦泽 Gao Yanze, 张金英 Zhang Jinying","doi":"10.3788/aos230756","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230756","url":null,"abstract":"多谱段复杂红外场景模拟技术是红外成像制导半实物仿真系统试验的关键技术，其技术特性限制了整个仿真平台的总体性能。实现多谱段复杂红外场景模拟的技术途径主要包括电阻阵列、光热图像转换阵列、数字微镜、液晶空间光调制器、红外发光二极管阵列、相变材料阵列、可调发射率半导体屏、量子点下转换芯片、光致发磷光材料、光子晶体等。本文回顾了多谱段复杂红外场景模拟技术的发展历史，介绍了典型技术的实现原理，讨论了每种技术的相对优点和缺点，并总结了国内外主要研究机构的研究现状。最后，对这些技术的性能参数进行了比较。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"26 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135157912","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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多维度超表面光场调控和全息显示技术 多维度超表面光场调控和全息显示技术
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230743
李昕 Li Xin, 张时飞 Zhang Shifei, 张晓彤 Zhang Xiaotong, 杨静育 Yang Jingyu, 郑龙昊 Zheng Longhao, 黄玲玲 Huang Lingling, 王涌天 Wang Yongtian
超表面器件的亚波长单元结构能够与光产生强烈的相互作用。通过对超原子的优化设计，能够对光场的各个参量进行多维度调控，为包括全息显示在内的众多应用光学领域带来全新的解决思路与方案。针对全息显示中核心光电调制器件能力有限的问题，发挥超表面器件超强的光场控制能力，利用多维度的复用调控，实现对信息通道数量的扩展，提升显示质量与效果。随着对超表面光场调控机制与复用技术的深入研究，超表面自身与相关应用领域都得到了长足发展。本文围绕超表面进行论述，着重介绍本课题组在多维度超表面的光场调控及全息显示中的研究进展。
超表面器件的亚波长单元结构能够与光产生强烈的相互作用。通过对超原子的优化设计，能够对光场的各个参量进行多维度调控，为包括全息显示在内的众多应用光学领域带来全新的解决思路与方案。针对全息显示中核心光电调制器件能力有限的问题，发挥超表面器件超强的光场控制能力，利用多维度的复用调控，实现对信息通道数量的扩展，提升显示质量与效果。随着对超表面光场调控机制与复用技术的深入研究，超表面自身与相关应用领域都得到了长足发展。本文围绕超表面进行论述，着重介绍本课题组在多维度超表面的光场调控及全息显示中的研究进展。
{"title":"多维度超表面光场调控和全息显示技术","authors":"李昕 Li Xin, 张时飞 Zhang Shifei, 张晓彤 Zhang Xiaotong, 杨静育 Yang Jingyu, 郑龙昊 Zheng Longhao, 黄玲玲 Huang Lingling, 王涌天 Wang Yongtian","doi":"10.3788/aos230743","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230743","url":null,"abstract":"超表面器件的亚波长单元结构能够与光产生强烈的相互作用。通过对超原子的优化设计，能够对光场的各个参量进行多维度调控，为包括全息显示在内的众多应用光学领域带来全新的解决思路与方案。针对全息显示中核心光电调制器件能力有限的问题，发挥超表面器件超强的光场控制能力，利用多维度的复用调控，实现对信息通道数量的扩展，提升显示质量与效果。随着对超表面光场调控机制与复用技术的深入研究，超表面自身与相关应用领域都得到了长足发展。本文围绕超表面进行论述，着重介绍本课题组在多维度超表面的光场调控及全息显示中的研究进展。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"36 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135159366","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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不同偏置条件下CMOS图像传感器质子辐照损伤效应的实验与分析 不同偏置条件下CMOS图像传感器质子辐照损伤效应的实验与分析
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230592
聂栩 Nie Xu, 王祖军 Wang Zujun, 王百川 Wang Baichuan, 薛院院 Xue Yuanyuan, 黄港 Huang Gang, 赖善坤 Lai Shankun, 唐宁 Tang Ning, 王茂成 Wang Maocheng, 赵铭彤 Zhao Mingtong, 杨馥羽 Yang Fuyu, 王忠明 Wang Zhongming
应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）会受到高能质子辐照损伤，导致性能退化，严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理，本文以0.18 μm工艺CIS为研究对象，利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×1010、5×1010、1×1011 p/cm2的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号（RTS）等敏感参数的退化规律，揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明：对暗信号而言，加偏置条件比未加偏置条件变化显著；质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大；位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生，且随着辐照注量的增大而增多；空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。
应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）会受到高能质子辐照损伤，导致性能退化，严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理，本文以0.18 μm工艺CIS为研究对象，利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×1010、5×1010、1×1011 p/cm2的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号（RTS）等敏感参数的退化规律，揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明：对暗信号而言，加偏置条件比未加偏置条件变化显著；质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大；位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生，且随着辐照注量的增大而增多；空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。
{"title":"不同偏置条件下CMOS图像传感器质子辐照损伤效应的实验与分析","authors":"聂栩 Nie Xu, 王祖军 Wang Zujun, 王百川 Wang Baichuan, 薛院院 Xue Yuanyuan, 黄港 Huang Gang, 赖善坤 Lai Shankun, 唐宁 Tang Ning, 王茂成 Wang Maocheng, 赵铭彤 Zhao Mingtong, 杨馥羽 Yang Fuyu, 王忠明 Wang Zhongming","doi":"10.3788/aos230592","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230592","url":null,"abstract":"应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）会受到高能质子辐照损伤，导致性能退化，严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理，本文以0.18 μm工艺CIS为研究对象，利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×1010、5×1010、1×1011 p/cm2的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号（RTS）等敏感参数的退化规律，揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明：对暗信号而言，加偏置条件比未加偏置条件变化显著；质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大；位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生，且随着辐照注量的增大而增多；空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"143 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659368","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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基于太赫兹光谱的三聚氰胺定量分析 基于太赫兹光谱的三聚氰胺定量分析
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230607
郭以恒 Guo Yiheng, 燕芳 Yan Fang, 赵渺钰 Zhao Miaoyu, 卓炫 Zhuo Xuan
为实现对奶粉中非法食品添加剂三聚氰胺的精确定量检测，使用太赫兹时域光谱系统测定了三聚氰胺（质量分数梯度为0%~20%）与奶粉混合物的太赫兹吸收谱曲线。首先，利用主成分回归、支持向量机回归、偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机回归（LSSVR）对混合物中三聚氰胺质量分数进行预测。结果显示，LSSVR的预测精度最高，预测集相关系数RP为0.99838，预测集均方根误差fRMSEP为0.41%。其次，为进一步提升LSSVR预测的精度，使用粒子群算法、遗传算法、布谷鸟算法、灰狼算法对LSSVR中正则化参数C和已确定核函数为高斯核函数后核参数γ进行参数优化。结果表明，经过4种算法优化后LSSVR预测精度均明显提高，其中经灰狼算法优化后的LSSVR对混合物中三聚氰胺的预测精度最高（RP为0.99925，fRMSEP为0.28%）。该算法可为食品添加剂的定量检测提供新的方法和思路。
为实现对奶粉中非法食品添加剂三聚氰胺的精确定量检测，使用太赫兹时域光谱系统测定了三聚氰胺（质量分数梯度为0%~20%）与奶粉混合物的太赫兹吸收谱曲线。首先，利用主成分回归、支持向量机回归、偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机回归（LSSVR）对混合物中三聚氰胺质量分数进行预测。结果显示，LSSVR的预测精度最高，预测集相关系数RP为0.99838，预测集均方根误差fRMSEP为0.41%。其次，为进一步提升LSSVR预测的精度，使用粒子群算法、遗传算法、布谷鸟算法、灰狼算法对LSSVR中正则化参数C和已确定核函数为高斯核函数后核参数γ进行参数优化。结果表明，经过4种算法优化后LSSVR预测精度均明显提高，其中经灰狼算法优化后的LSSVR对混合物中三聚氰胺的预测精度最高（RP为0.99925，fRMSEP为0.28%）。该算法可为食品添加剂的定量检测提供新的方法和思路。
{"title":"基于太赫兹光谱的三聚氰胺定量分析","authors":"郭以恒 Guo Yiheng, 燕芳 Yan Fang, 赵渺钰 Zhao Miaoyu, 卓炫 Zhuo Xuan","doi":"10.3788/aos230607","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230607","url":null,"abstract":"为实现对奶粉中非法食品添加剂三聚氰胺的精确定量检测，使用太赫兹时域光谱系统测定了三聚氰胺（质量分数梯度为0%~20%）与奶粉混合物的太赫兹吸收谱曲线。首先，利用主成分回归、支持向量机回归、偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机回归（LSSVR）对混合物中三聚氰胺质量分数进行预测。结果显示，LSSVR的预测精度最高，预测集相关系数RP为0.99838，预测集均方根误差fRMSEP为0.41%。其次，为进一步提升LSSVR预测的精度，使用粒子群算法、遗传算法、布谷鸟算法、灰狼算法对LSSVR中正则化参数C和已确定核函数为高斯核函数后核参数γ进行参数优化。结果表明，经过4种算法优化后LSSVR预测精度均明显提高，其中经灰狼算法优化后的LSSVR对混合物中三聚氰胺的预测精度最高（RP为0.99925，fRMSEP为0.28%）。该算法可为食品添加剂的定量检测提供新的方法和思路。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"74 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659391","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器 硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230936
王帅康 Wang Shuaikang, 刘丹璐 Liu Danlu, 陈前宇 Chen Qianyu, 韩冬 Han Dong, 王嘉源 Wang Jiayuan, 徐跃 Xu Yue, 曹平 Cao Ping
基于0.18 μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间（dTOF）探测器。集成的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构，显著提高了对近红外光子的探测概率；采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环，有效减小了器件暗计数噪声。dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器（TDC），获得了高时间分辨率和大动态范围。测试结果表明，SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率（PDP）峰值达到45%，在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%，暗计数率（DCR）小于200 Hz。读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围，差分非线性度（DNL）和积分非线性度（INL）均小于±1 LSB（1 LSB=130 ps）。该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点，可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统。
基于0.18 μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间（dTOF）探测器。集成的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构，显著提高了对近红外光子的探测概率；采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环，有效减小了器件暗计数噪声。dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器（TDC），获得了高时间分辨率和大动态范围。测试结果表明，SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率（PDP）峰值达到45%，在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%，暗计数率（DCR）小于200 Hz。读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围，差分非线性度（DNL）和积分非线性度（INL）均小于±1 LSB（1 LSB=130 ps）。该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点，可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统。
{"title":"硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器","authors":"王帅康 Wang Shuaikang, 刘丹璐 Liu Danlu, 陈前宇 Chen Qianyu, 韩冬 Han Dong, 王嘉源 Wang Jiayuan, 徐跃 Xu Yue, 曹平 Cao Ping","doi":"10.3788/aos230936","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230936","url":null,"abstract":"基于0.18 μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间（dTOF）探测器。集成的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构，显著提高了对近红外光子的探测概率；采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环，有效减小了器件暗计数噪声。dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器（TDC），获得了高时间分辨率和大动态范围。测试结果表明，SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率（PDP）峰值达到45%，在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%，暗计数率（DCR）小于200 Hz。读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围，差分非线性度（DNL）和积分非线性度（INL）均小于±1 LSB（1 LSB=130 ps）。该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点，可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"143 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659399","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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基于频谱集中程度的重参数化在光场去噪中的应用 基于频谱集中程度的重参数化在光场去噪中的应用
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230659
王甜甜 Wang Tiantian, 何迪 He Di, 刘畅 Liu Chang, 邱钧 Qiu Jun
从频谱支集对称程度及夹角两个结构特点出发，分析频谱支集结构变化对于去噪效果的影响，提出光场频谱支集集中程度的概念，并设计相应的度量函数。通过极小化集中程度度量函数，计算合适的光场双平面间距，按照此间距在去噪前对光场数据进行重参数化可以提高滤波去噪效果。HCI模拟光场数据和斯坦福实测光场数据实验结果表明，引入重参数化的光场滤波去噪方法能够优化去噪结果。从视觉上看，在滤除更多噪点的同时保留场景更多的结构和纹理信息；从定量评价上看，峰值信噪比和结构相似度指标也有所提高。
从频谱支集对称程度及夹角两个结构特点出发，分析频谱支集结构变化对于去噪效果的影响，提出光场频谱支集集中程度的概念，并设计相应的度量函数。通过极小化集中程度度量函数，计算合适的光场双平面间距，按照此间距在去噪前对光场数据进行重参数化可以提高滤波去噪效果。HCI模拟光场数据和斯坦福实测光场数据实验结果表明，引入重参数化的光场滤波去噪方法能够优化去噪结果。从视觉上看，在滤除更多噪点的同时保留场景更多的结构和纹理信息；从定量评价上看，峰值信噪比和结构相似度指标也有所提高。
{"title":"基于频谱集中程度的重参数化在光场去噪中的应用","authors":"王甜甜 Wang Tiantian, 何迪 He Di, 刘畅 Liu Chang, 邱钧 Qiu Jun","doi":"10.3788/aos230659","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230659","url":null,"abstract":"从频谱支集对称程度及夹角两个结构特点出发，分析频谱支集结构变化对于去噪效果的影响，提出光场频谱支集集中程度的概念，并设计相应的度量函数。通过极小化集中程度度量函数，计算合适的光场双平面间距，按照此间距在去噪前对光场数据进行重参数化可以提高滤波去噪效果。HCI模拟光场数据和斯坦福实测光场数据实验结果表明，引入重参数化的光场滤波去噪方法能够优化去噪结果。从视觉上看，在滤除更多噪点的同时保留场景更多的结构和纹理信息；从定量评价上看，峰值信噪比和结构相似度指标也有所提高。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"26 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659724","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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基于噪声水平估计的多孔准直X射线荧光CT去噪算法 基于噪声水平估计的多孔准直X射线荧光CT去噪算法
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230679
赵如歌 Zhao Ruge, 冯鹏 Feng Peng, 罗燕 Luo Yan, 张颂 Zhang Song, 何鹏 He Peng, 刘亚楠 Liu Yanan
X射线荧光CT（XFCT）是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式，可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数，在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法，通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律，从而抑制噪声。基于此，提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络（NeCNN）算法，该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络（DnCNN）估计噪声水平并初步降噪，随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络（FCN）用于学习康普顿散射的分布规律，同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差（MSE）及结构相似度（SSIM）作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒（Au、Bi、Ru、Gd）的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模体来获取，且设置不同入射X射线的强度，以此模拟不同噪声水平，增强模型泛化能力。实验结果表明，与三维块匹配滤波（BM3D）及DnCNN算法相比，NeCNN算法的去噪结果最优，其SSIM为0.95066，峰值信噪比（PSNR）为29.01558，图像质量提高最为显著。
X射线荧光CT（XFCT）是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式，可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数，在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法，通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律，从而抑制噪声。基于此，提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络（NeCNN）算法，该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络（DnCNN）估计噪声水平并初步降噪，随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络（FCN）用于学习康普顿散射的分布规律，同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差（MSE）及结构相似度（SSIM）作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒（Au、Bi、Ru、Gd）的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模体来获取，且设置不同入射X射线的强度，以此模拟不同噪声水平，增强模型泛化能力。实验结果表明，与三维块匹配滤波（BM3D）及DnCNN算法相比，NeCNN算法的去噪结果最优，其SSIM为0.95066，峰值信噪比（PSNR）为29.01558，图像质量提高最为显著。
{"title":"基于噪声水平估计的多孔准直X射线荧光CT去噪算法","authors":"赵如歌 Zhao Ruge, 冯鹏 Feng Peng, 罗燕 Luo Yan, 张颂 Zhang Song, 何鹏 He Peng, 刘亚楠 Liu Yanan","doi":"10.3788/aos230679","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230679","url":null,"abstract":"X射线荧光CT（XFCT）是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式，可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数，在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法，通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律，从而抑制噪声。基于此，提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络（NeCNN）算法，该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络（DnCNN）估计噪声水平并初步降噪，随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络（FCN）用于学习康普顿散射的分布规律，同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差（MSE）及结构相似度（SSIM）作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒（Au、Bi、Ru、Gd）的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模体来获取，且设置不同入射X射线的强度，以此模拟不同噪声水平，增强模型泛化能力。实验结果表明，与三维块匹配滤波（BM3D）及DnCNN算法相比，NeCNN算法的去噪结果最优，其SSIM为0.95066，峰值信噪比（PSNR）为29.01558，图像质量提高最为显著。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"68 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659727","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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基于深度学习的视网膜OCT图像无监督去噪方法 基于深度学习的视网膜OCT图像无监督去噪方法
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230720
吴广义 Wu Guangyi, 袁卓群 Yuan Zhuoqun, 梁艳梅 Liang Yanmei
以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析（OCT）图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言，其很难获取多帧配准的真值图像，这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪，并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能，并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明：所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果，可以实现视网膜OCT图像高质量降噪，具有较强的泛化性，而且与监督学习相比，无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能，可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。
以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析（OCT）图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言，其很难获取多帧配准的真值图像，这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪，并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能，并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明：所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果，可以实现视网膜OCT图像高质量降噪，具有较强的泛化性，而且与监督学习相比，无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能，可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。
{"title":"基于深度学习的视网膜OCT图像无监督去噪方法","authors":"吴广义 Wu Guangyi, 袁卓群 Yuan Zhuoqun, 梁艳梅 Liang Yanmei","doi":"10.3788/aos230720","DOIUrl":"https://doi.org/10.3788/aos230720","url":null,"abstract":"以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析（OCT）图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言，其很难获取多帧配准的真值图像，这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪，并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能，并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明：所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果，可以实现视网膜OCT图像高质量降噪，具有较强的泛化性，而且与监督学习相比，无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能，可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。","PeriodicalId":7103,"journal":{"name":"光学学报","volume":"46 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2023-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"135659730","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":4,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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实验演示100 Gbaud Delta-Sigma调制信号O波段传输 实验演示100 Gbaud Delta-Sigma调制信号O波段传输
4区 物理与天体物理 Q3 OPTICS
光学学报
Pub Date : 2023-01-01 DOI: 10.3788/aos230765
杨雄伟 Yang Xiongwei, 魏怡 Wei Yi, 龙健宇 Long Jianyu, 余建军 Yu Jianjun
为了解决传输高阶正交幅度调制（QAM）信号时的非线性损伤问题，提出了一种基于Delta-Sigma调制（DSM）的高阶QAM传输系统。通过采用1-bit量化的DSM，成功将携带有高阶QAM的离散多音调制（DMT）信号量化编码为开关键控（OOK）信号，实现了高阶QAM信号在O波段强度调制/直接检测（IM/DD）系统中的传输。由于DSM拥有较高的量化信噪比，系统最高支持满足软判决2.4×10-2阈值的4096QAM信号的传输。特别地，通过采用预均衡技术，成功实现了50/100 Gbaud DSM信号分别在O波段的50/15 km的传输。实验演示了高速DSM信号在O波段的传输系统，为高阶QAM信号在IM/DD链路的传输提供了解决方案，同时也为未来基于DSM技术的高速移动前传方案设计提供了参考。
为了解决传输高阶正交幅度调制（QAM）信号时的非线性损伤问题，提出了一种基于Delta-Sigma调制（DSM）的高阶QAM传输系统。通过采用1-bit量化的DSM，成功将携带有高阶QAM的离散多音调制（DMT）信号量化编码为开关键控（OOK）信号，实现了高阶QAM信号在O波段强度调制/直接检测（IM/DD）系统中的传输。由于DSM拥有较高的量化信噪比，系统最高支持满足软判决2.4×10-2阈值的4096QAM信号的传输。特别地，通过采用预均衡技术，成功实现了50/100 Gbaud DSM信号分别在O波段的50/15 km的传输。实验演示了高速DSM信号在O波段的传输系统，为高阶QAM信号在IM/DD链路的传输提供了解决方案，同时也为未来基于DSM技术的高速移动前传方案设计提供了参考。
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