摘要:本文对一种基于槽型微环谐振器的生物传感器进 行了研究,通过微环谐振器与槽型波导的结合,增强光与传感媒质的相互作用,减小传输损 耗的制约影响。采用时域有限差分法(FDTD) 研究了波导有效折射率随传感物质材料折射率的变化,结果显示它们呈线性关系,这为折射 率的 有效传感提供了可能。采用电子束光刻和等离子体刻蚀技术在SOI基片上制备了样品,SOI 基片 的顶层硅和埋入氧化层的厚度分别为220 nm和2μm,微环谐振器的 微环半径为30 μm。采用波 导光栅耦合器来实现光的输入和输出,频谱测量显示槽型微环谐振器的品质因数达到了2940, 通过测量传感器表面覆盖不 同浓度的氯化钠溶液时光谱谢振峰的变化,得到传感器的灵敏度 和检测极限分别为980.24 nm/RIU和5.4×10－4 RIU。

摘要:本文提出一种基于硅基波导的偏振无关分束器,该 器件由对称的定向耦合结构和亚波长结构组成。根据耦合模理论,在传统的定向耦合结构中 ,TM模的耦合强度强于TE模的耦合强度,难以实现偏振无关分束。在耦合区域增加亚波长结 构,能够在增强TE模的耦合强度的同时减弱TM模的耦合强度,使得TE模和TM模的耦合强度相 等。因此通过调节定向耦合结构和亚波长结构的相关参数,能够实现偏振无关分束。 采用时域有限差分法(FDTD)进行仿真分析,结果表明:该器件可以实现1550nm波长的偏振无关分束, TE 模的额外损耗为0.27 dB,TM模的额外损耗为0.55 dB,器件的耦合 区域长度为5.48 μm,带宽约为25 nm。该器 件具有尺寸小,结构简单,易于集成的优点。

摘要:针对亚波长光栅偏振分束器无法实现垂直出射光 、集成耦合效率低的问题,本文设计了 一种具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器,可实现偏振分束且能获得垂直出射光。器 件上 层采用光栅衍射理论设计了可实现偏振分束的周期亚波长光栅,下层通过严格耦合波法与波 前相 位控制理论设计了具有光束偏转功能的非周期亚波长光栅。基于有限元软件COMSOL对设计 的器 件进行仿真分析,结果表明该器件可分开TE与TM混合偏振光且能实现光束垂直出射,两种 偏振 光的总透射率在1550nm处超过了76.5%,偏振 消光比为14.0 dB。因此通过该偏振分束器不但可 以获得垂直出射的单偏振光,而且能有效提高垂直耦合型器件的工作效率,有望应用在面向 光纤通信的集成光电器件中。

摘要:提出并实验验证了基于偏硼酸钡(β -BaB₂O₄,B BO)晶体的电光补偿型磁场传感器。磁场传感单元主要由单块BBO晶体和两个偏振器组成。 采用光强度调制的传感方式,被测磁 场和法拉第磁光效应引起的BBO晶体输出光强度变化可以由外加电压产生的电光强度调制 来补偿。在电光补偿后的输出光传感信号不变的条件下,可以通过测量外加补偿电压间接实 现磁场的测量。利用一块尺寸为4mm×4mm×20 mm的BBO晶体实验测 量了167 Gs范围内的 工频磁场,通过设置晶体主光轴与光传播方向的夹角为0.76°,可以 有效降低电光补偿电压,约为0.018 V·Gs －1,比以往的实验结果降低了约30倍。

摘要:为了分析在单径和多径瑞利信道下可见光信号的 收发特性,研究了基于白光LED作为光源、采用瑞 利衰落信道传输以及应用三种不同QAM-OFDM信号的室内可见光通信系统。首先,采用MATL AB软件搭建 了支持三类QAM-OFDM信号实现可见光通信系统仿真的模型；然后,分析了三类QAM-OFDM 信号在单径和 二径瑞利衰落信道下的误码率(BER)与接收信号信噪比(SNR)的关系；最后 ,综合频带利用率和数字信号 处理过程考虑,建议实际应用中选用8QAM-OFDM信号进行收发。此外,还基 于照度分析结果验证了8QAMOFDM信号的实际应用可行性。

摘要:采用接收信号强度(RSS)方法的室内可见光定位 ,因受多径效应及噪声的影响,对距离估计不准确, 定位精度不高。为提高定位精度,本文提出了一种采用遗传算法优化BP神经网络(GA-BP) 的距离估计方法。 先通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值,经过优化后的BP神经网络收敛速度快,不易 限于局部最优。 再利用GA-BP神经网络对收发端之间的距离进行修正,使其接近于真实距离。最后使用最 小二乘法解算待 定位点坐标,同时在不同定位范围和不同定位位置下,与传统RSS加权质心方法的可见光定 位结果进行对 比。仿真结果表明,在5m×5m×3m的定位场景中,平均定位误差可以达到0.642 cm。与传统RSS加权质 心方法相比,平均定位精度提高了约96.4%。且在不同定位范围和不 同定位位置下,平均定位误差稳定在 毫米级,尤其不随定位范围的扩大而扩大。有效地提高了室内定位精度和系统应用的普适性 。

摘要:通过溶液燃烧法,以La(NO₃)₃、H₃BO₃和 NH₂CH₂CO₂H为反应物,Yb(NO₃)₃·5H₂O作为改性剂,一步合成 La(1－x)YbxBO₃(x=1～5%)粉体 。分别进行XRD、SEM、FT-IR和PL分析,研究Yb³⁺掺杂的量和煅烧时间等工艺条件对 LaBO₃:Yb³⁺粉体的物相组成、结构和发光性能的影响。结果表明,煅烧温度为900 ℃,煅烧时间为4h的条件下,产 品结晶度较好,形貌均匀。当Yb³⁺掺杂量为3%时,发光强度最高,粉体发射光谱的主 峰位置没有改变。其发射光谱带主要是由位于421 nm附近,激发光谱 带主要是由位于255 nm附近。

摘要:设计了一种太赫兹波段双频等离激元诱导透明(DBPIT)超材料。该超材料由位于中央的空竹(Diabolo)型结构单元 和对称分布于其两侧的不同尺寸的两个开口谐振环(SRR)组合而成,空竹结构单元和两 个SRR分别充当该体系的亮、暗 模式谐振器。数值仿真结果表明,超材料透射频谱具有明显的双透明窗特征,通过调节亮 模式的几何尺寸,可以实现对双透 明窗透射幅度的调控。基于经典的三谐振子模型(three-oscillator model)及表面等 离激元(surface plasmon theory)理论, 阐述了DBPIT效应的物理机制:亮模式分别与两个暗模式之间的近场强耦合。亮模式采用 具有磁场增强功能的空竹结构, 有助于提高暗模式的磁场响应,进而大幅度增强亮、暗模式之间的耦合,达到提高透明 窗透射幅度的目的。这项工作为设计 具有高度灵活性的多波段功能器件(如慢光器件、可调谐传感器和多波段选择性开关器 件)开辟了新的途径。

摘要:光学限制器是光学系统的保护装置,其保护特性 是由光限制材料与光强或功率有关 的光学非线性效应所产生的,其中光折变晶体中的光感生散射便为该效应之一,多年来受到 世界研究者的广泛研究和关注。对于这类光感生散射,有人提出它是由晶体的表面和体散射 产生的,研究使用的晶体为 LiNbO₃:Fe、LiTaO₃、BaTiO₃,并使用固定的晶体样品和 聚焦透 镜间距。为了进一步探索该散射的产生机理,本文研究了掺铁铌酸钾晶体在激光照射下产生 的光感生各向异性散射特性,利用Z扫描技术测量了该晶体中的 光感生折射率变化,并对晶 体中光散射形成的光学限制特性进行了研究。分析表明该各向异性散射主要是由掺铁铌酸钾 晶体中光感生的柱面透镜效应所导致的。利用光折变晶体中光感生光散射效应的光学限制器 ,一方面可以通过改变晶体尺寸、透镜焦距、小孔光阑大小等来调整其性质,另一方面因其 利用的是低功率连续波激光进行工作,所以能够承受更大的功率和更长的寿命。

摘要:多线结构光测量系统的标定精度直接影响到测量 结果的精确度,但传统标定方法存在着标定模型过 于复杂且计算量过大的不足。同时在针对深孔类零部件内表面几何形状进行结构光测量过程 中,由于特征 点的缺失,传统标定方法难以直接应用。因此提出了一种基于标定模块的直接标定法,无需 建立标定模型, 直接通过查找索引表完成标定任务。实验结果表明该标定方法的标定误差低于单个像素,即 0.037 mm,能够满足测量系统的精度要求,并且操作简便、易于实现 。

摘要:二维混沌映射应用于图像加密时一般要求图像是 正方形,且加密中只进行图像置乱,不改变像素值, 不能抵御明文攻击。提出一种基于新混沌映射的矩形图像三维加密算法:首先利用像素值的 特点,将图像 分为8层,再将每层依次进行平铺、连接,构成一个原图8倍大的新图像。接着,利用映射 原理,设计能 加密矩形图像的新混沌映射,并对新图像进行图像置乱。最后,把密图转换为成原图大小。 解密过程和解 密过程对称。仿真表明:加密算法可处理矩形图像,能同时快速实现图像置乱和混淆,改变 了图像像素的 统计特征。测试与安全性分析验证了算法的有效性和加密安全性。

摘要:针对经典小波软硬阈值方法在图像去噪中的不足 ,提出了一种自适应小波阈值及连续型无稳态误差(eliminate steady-state error and continuous,EEAC)的小波阈值函数,设计了一种小波可变阈 值(variable threshold wavelet denoising, VTWD )的图像去噪方法。自适应小波阈值中设计了一个收缩因子,阈值随分解层数的增加 而减小,体现出噪声系数在分 解时不断减小的特性,能够准确区分高频系数中包含的噪声系数和信号系数。EEAC小波阈 值函数中引入一个调节参数m, 来调整阈值函数的趋向,从而调节阈值函数的稳态误差及连续性,保证重构的小波系数更加 逼近原始小波系数。仿真表明, 当56时,EEAC小波阈值函 数能获得最优的小波重构系数,将其用于对Lena等8幅图像去噪,能很好的保留图像 的纹理信息。在添加σ=30的高斯噪声时,相较于SRWM方法,VTW D获得的平均PSNR提高了2.30 dB；相较于 ATM,VTWD 获得的平均PSNR和SSIM分别提高了1.028dB和0.133。因此可得 ,VTWD方法噪声去除较彻底、图像边缘细节保护较好,同时获得了高质量的去噪图像。

摘要:鉴于当前智能手机显示屏多采用RGBG格式的像 素结构,本文提出了应用于AMOLED的RGB到 RGBG高速像素转换技术(HSHQ)。该技术的特征是先区分出简单转换点和复杂转换点,对于 简单转换点采 用直接赋值实现像素转换,对于复杂转换点,采用权重因子算法实现像素转换。本文主要有 三个创新点:(1) 不同于传统方法对图像中所有像素进行复杂转换,本文首创性地提出了以相邻像素单 元的灰阶差值作 为判断依据,进行转换像素标记,区分出简单转换点和复杂转换点,只针对标记点进行复杂 像素结构转换。 因此,该方法提高了像素转换速度。(2) 对于简单转换点,采用直接赋值法,由于原图像 的灰阶不做改变, 该方法完全保留了简单转换点的图像信息。(3) 对于复杂转换点,采用权重因子算法,在 将转换前后信息损失降至最低的同时,抑制了彩边效应。 相比于DA算法,HSHQ算法处理所得图像的PSNRU和PSNRV分别提高了7.04%和6.62%。相比于ED MSE,HSHQ算法的转换率降低了75.63%。因此,本文提出的算法在保证转换质量的同时,大 大提高了转换速度。

摘要:为了数字化传承与创新传统的蓝印花布纹样,需 要将蓝印花布纹样进行分类。为此,提出一种改进的VGGNet卷 积神经网络模型的纹样分类方法。首先,采集原始的蓝印花布图案,通过图像增强技术扩充 样本,形成训练数据集。其次, 改进经典的VGGNet 16卷积神经网络结构,增加卷积组及调整网络参 数,增加丢弃层。同时,分析、验证训练优化策略对 蓝印花布纹样分类的影响。最后,利用训练集及验证集中的图像样本,通过自动学习获取网 络模型参数,得到纹样分类的最 佳网络模型并获得较为理想的分类结果。实验结果显示,改进的卷积神经网络模型针对5类 蓝印花布纹样进行分类训练,其 平均分类准确率达89.73%,为蓝印花布纹样的继承和创新研究提供了 新思路。

摘要:中药掺假不仅降低疗效而且严重危害身体健康, 本文利用近红外光谱分析技术对中药白芷中掺入滑石粉的含量进 行定量分析。仪器采用自主研制的近红外光谱仪,光谱范围为900～ 1700 nm,分辨率为4nm,采集181份白芷中掺 入了 滑石粉的样本光谱以及7份白芷中掺入了滑石粉和面粉的样本光谱,进行平滑和一阶求导预 处理的基础上,比较研究了 多种不同算法的建模效果,提出了采用移动窗口法(MW)结合遗传算法(GA)进行特征波长 优选,以最小二乘支持向 量机(LS-SVM)建立定量模型的分析方法,结果表明MW-GA能有效筛选波长,提高预测精 度,还用白芷中同时掺入了 滑石粉和面粉的多成分样本对模型进行了验证。MW-GA-LS-SVM与全光谱-PLS、MW-GA- PLS、全光谱-LS-SVM比较, 其性能最佳,在极大减少建模变量的同时,模型的验证集决定系数R²=0.995,校正均方根误差RMSEC= 0.42%,预测均 方根误差RMSEP=0.48%,表明MW-GA-LS -SVM建立的模型准确度高,为近红外光谱在中药成分快速定量分析应用提供了方法依据。

摘要:探讨光敏剂BF01光动力对人肝癌细胞株bel- 7402体外杀伤效应和体内抑瘤效 应及其作用机制。CCK-8法检测同一激光强度不同给药浓度的(0、0.8、3.2 μmol·L－1)BF01光动力(激光剂量2.4 J/cm²,光照时间 :1min/well,激光波长652 nm)处 理下对bel-7402细胞的抑制率和IC50,流式 细 胞术检测bel-7402细胞死亡方式,DAPI染色 观察细胞凋亡特征,光动力后检测bel-7402活性氧、共聚焦显微镜 观察亚细胞定位,建立 裸鼠人肝癌细胞模型,绘制肿瘤生长曲线,观察治疗效果。BF01-PDT治疗组能明显 抑制bel-7402肿瘤细胞增殖,BF01的浓度为6.4 μmol·L－1时,其杀伤率到86%,半数杀伤 浓度IC50 μmol·L－1,检测细 胞死亡方式主要是以晚期凋亡为主,BF01-PDT作用 bel-7402细胞后,经DAPI染色细胞核的形态呈现出凋亡的特征,活 性氧水平随给药浓度 增加而增加,亚细胞定位在线粒体,体内实验表明BF01-PDT可以明显抑制人肝癌肿瘤生长 。光敏剂BF01介导的光动力疗法对人肝癌细胞及小鼠体内肿瘤生长抑制作用明显,光 动力疗法以细胞凋亡为主,其机制可能与光敏剂BF01定位在肿瘤细胞的线粒体,增加 bel-7402细胞中ROS含量有关。

摘要:利用时间分辨阴影图研究了脉冲能量在200微焦的多脉冲飞 秒激光烧蚀铝靶的动态过程、并使用 扫描电镜研究了靶材表面烧蚀区域的形貌特征。时间分辨阴影图的记录结果表明,在不同时 间延迟条件 下,飞秒激光烧蚀铝靶形成的冲击波体积和喷射物的空间分布均随着脉冲个数的增加而发生 不同程度的变 化,尤其是单脉冲烧蚀情况下在1ns延时阴影图中观察到的近同心圆条纹会随着脉冲数目增 加逐渐变得模 糊乃至消失。烧蚀区的电子扫描显微镜图像清楚地揭示出烧蚀过程中伴随有液态铝的产生, 其溅射凝固后 在靶材表面形成小球和细丝状微纳结构。实验结果进一步证实了由前序脉冲烧蚀导致的铝靶 表面结构的改 变会对后继脉冲的烧蚀产生显著影响,从而使多脉冲烧蚀表现出明显不同于单脉冲烧蚀的特 性。这些结果 对飞秒激光脉冲沉积薄膜、直写生成表面微结构等应用的工艺参数优化具有很好的指导意义 。