2017, 28(2):123-127.
摘要:提出了一种基于马赫-曾德干涉仪(MZI)的温 度与折射率同步测量的光纤传感器。本文传感器结构由两个球形结构级联一个锥结构组成, 球形结构激发高阶包层模,锥结构扩大了倏逝场穿透深度范围。其原理是当纤芯中传输的光 通 过第1个球形结构时,一部分光进入包层中传输形成包层模,另一部分光继续在纤芯中传输 形成纤芯模,由于纤芯与包 层具有不同的折射率,因而纤芯模和包层模之间产生光程差,当两部分光到达另一端的球形 结构时,在包层中传输的光 耦合进入纤芯,从而与纤芯中传输的光在另一球出射处发生干涉,当外界环境(如温度、折 射率等)发生改变,影响光程 差,则干涉谱也将随之改变。实验结果表明,本文传感器结构的透射谱中,干涉峰对温度和 折射率具有不同的响应灵敏度,因此可 以利用矩阵法实现对温度和折射率的同步测量。在10~100℃和1.343~1.402RIU(refractive index unity)的测量范围 内,强度解调可以达到约0.22℃和1×10-4RIU温度和折射率分辨率。同时发现,波长解调可以达到0.37 ℃温度分辨率。本文传感器结构简单紧凑、成本低,可适用于多领域实现温度和折射率的双 参量同步测量。
魏兵 , 戴庭舸 , 王根成 , 赵昌云 , 周柯江 , 杨建义 , 李宇波
2017, 28(2):128-132.
摘要:提出并制作了基于硅(Si)基双微环谐振腔的高灵敏 度电流传感器。所设计的Si基双微 环谐振腔的输出功率对波导内传输TE模的有效折射率变化非常敏感,探测由有效折射率变 化造成的输出功率改变可实现高灵敏度微弱电流传感。在设计的Si基微环上集成了具有较高 加热效率的TiN 电阻,当有电流通过该电阻时,电阻发热并改变波导内传输TE 模的有效 折射率,最终造成微环输出功率改变。通过光功率计检测不同输入电流下微环输出功率,即 可 实现对电流的测量。实验结果表明,制作的微环传感器在测试范围为0~6mA时,灵敏度 高达1575dBm/A,线性相关系数 R2大于0.999
2017, 28(2):133-137.
摘要:根据一阶光学微分器的传递函数,理论分析了均匀 长周期光纤光栅(LPFG)作为一阶瞬态光学微分器应满足的条件。周期压力产生的LPFG能够通 过压力的控制加强光栅的模式耦合,因而得到大的光栅谐 振损耗,实验证明了周期压力在细径光纤上产生的LPFG能够产生大于50dB的谐振损耗。数值模拟结果表明,此光栅光 学微分器能够高精度地完成对高斯脉冲的微分运算,在超快全光信号处理、飞秒脉冲整形和 任意光脉冲产生等领域中有宽广的应用前景。
徐攀 , 程翔 , 李继芳 , 郑明 , 楼卓格 , 卢杭全 , 史晓凤 , 任雪畅
2017, 28(2):138-142.
摘要:提出采用Si基标准工艺进行研制与标准工艺兼容的光敏三极管,重点解决光敏三极管结 构与标准工艺兼容性问题,并实现对其结构、性能的优化设计。通过CADENCE软件,画出不 同光敏三极管的版图; 根据华润上华(CSMC)Si基标准工艺流程, 采用器件模拟软件Silvaco,对光敏三极管结构进行构建和仿真;基于理论分析结果,通过 设计改变结构优 化光敏三极管性能。采用CSMC标准Si工艺,实现了基区面积分别为40μm、50 μm×100μm×100μm和 100μm×100μm光敏三极管的流片、封 装和测试。结果显示,所设计的光敏三极管的响应度达到 2.02A/W,放大倍数β达到 60倍,最大带宽达到50MHz左右 。并且,标准Si工艺的低成本和放大集成电路的兼容性,使得制备的光敏三极管可以广泛 适用于快速光耦合器、光数据接收器等应用领域。
王志元 , 郝玉英 , 孙钦军 , 崔艳霞 , 李战峰 , 冀婷
2017, 28(2):147-154.
摘要:通过原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XP S)表征,研究了在光敏层与阳极缓冲层界面引入银(Ag)纳米颗粒界面层后对PTB7:PC70BM光 敏层相分离的影响,并通过接触角测试对其影响机理进行了分的,结果表明,当引入Ag纳米 颗粒界面层后,光敏层的表面形貌并没有发生 明显的改变,但是光敏层在横向与纵向方向有了更好的相分离;并发现,引入Ag纳米颗粒引 起 的光敏层优化的相分离,本质上源于其底部PEDOT:PSS层表面能的减小,其中起关键作用的 是乙醇溶剂;通过紫外-可见吸收光谱以及相关电池性能测试确认,乙醇溶剂处理PEDOT:P SS表面有助于提高电池的电性能。 本文研究表明,在有机太阳能电池(OSCs)中引入金属纳米颗粒,不仅要考虑其 光学效应,还要考虑由于光敏层相分离的变化引起的电学效应。
2017, 28(2):155-160.
摘要:为了提高电流互感器的测量精度,减小相位误差 ,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的光纤光栅(FBG)电流互感器非线性校正系统,分析 了超磁致伸缩材料GMM,giant magnetostrictive material)的 磁滞特性,采用参数可变曲线拟合法实现数据的非线性校正处理。通过FP GA完成数据采集、 滤波、缓存、分频、校正处理和数据转换等单元的设计,实现了对电流互感器输出信号的实 时非线性校正,减小了GMM的磁滞特性对FBG电流互感器的影响,使电流互感器的 相位误差由7°降为1°,幅度误差小于1%,提高了电流测试系统的测量精度。
赵洪霞 , 张弛 , 程培红 , 丁志群 , 王金霞 , 鲍吉龙
2017, 28(2):161-166.
摘要:提出一种双锥型光纤光栅(FBG),利用传输矩阵方法分析了其渐变光栅区长度和形状对光 栅 反射谱的影响规律。研究表明:随着渐变光栅区长度的增大,两主峰中间的次级峰幅值按不 同比例增大, 中间部分比例大,两侧比例小。当渐变光栅区长度增大1个数量级后,中间次峰有明显的交 联趋势,随 着长度进一步增大,中间次峰完全连接在一起,并与两个主峰等幅变化;渐变光栅区为线性 和指数两种 形状时,双锥型FBG光谱分布几乎相同,而当渐变光栅区为抛物线形状时,各次级 峰右移至右侧主峰两侧,且幅度以主峰为中心逐渐降低。利用实验初步验证了理论分析的正 确性。
李静玲 , 王文洋 , 张文丽 , 秦伟 , 韩团军 , 赵峰
2017, 28(2):167-172.
摘要:误码纠错是量子密钥分配后续数据处理过程的关键 环节。基于奇偶监督矩阵码检错原理与级联纠错原理,提出了一种高效的级联纠错协议,并对 协议的相关参数进行了理论优化分析。根据分析结果,利用仿真数 据分别对单次级联纠错的纠错效率和纠错能力进行实验研究,得到不同初始误码率条件下的 最优参数选 择依据。利用优化的参数,对级联纠错协议的最终密钥生成效率进行了数据仿真分析。结果 表明,当初始误码率 分别为3、6和10%时,最终的密钥实际生成效率分别达到了77.67、63.21和46.82%。与理论值进行比较显示,本文 协议的密钥生成效率接近理论效率的上限值。
韩永恒 , 吴一 , 岳明 , 李泰清 , 王岩 , 张健 , 王宁 , 陈毓 , 冯建国 , 冯诚 , 申江江
2017, 28(2):173-178.
摘要:采用熔融退火法制备了Er3+/Yb3+共 掺复合银(Ag)纳米颗粒的铋锗酸盐玻璃,对玻璃样品 进行物理性质、透射电镜(TEM)图像和光谱性能测试,分析了铋锗酸盐玻璃样品中Er3+的上转换 发光机理。研究表明:随着退火温度的增加,Ag纳米颗粒不断析出,绿光(527nm波长 )和红光(661nm波长)发光强度都得到了较大增强,在420℃时,上转换发光强度分别为未掺 杂AgCl时的4.45和4.22倍。其上转换发光增强的原因归结于Ag 纳米颗粒表面等离子体共振(SPR)导致局域场电场增强和Ag0→Er3+的能量转移。
肖鹏 , 张晶晶 , 张海浜 , 王志强 , 赵昕 , 林海
2017, 28(2):179-186.
摘要:采用熔融法制备了锌铝锑磷酸盐(ZASP)玻璃荧光 体,研究了其荧光色彩对激发波长的依赖性和Dy3+掺杂的色彩调谐作用。短波紫外(U VC)和中波紫外(UVB)激发下,ZASP基质玻璃 呈现Sb3+的宽谱带发射,色彩位于蓝白光和蓝光区域。差异性光谱行为表明,玻璃中 存在异质 性的Sb3+发光中心,导致玻璃荧光对激发波长产生依赖行为。Dy3+引入ZASP玻 璃后,产生归属 于Dy3+的约484nm波长窄带发 射,其在UVC和UVB激发下的发光有效性相当程度上归因于Sb 3+到Dy3+的能量传递。Dy3+的暖色成分使ZASP玻璃荧光总体上从蓝白区 向白光区移动,同时 也对荧光的激发波长依赖趋势产生显著影响,丰富了荧光发射色彩的多样性,为高质量荧光 器件的研发提供了可能。
赵友全 , 张意贺 , 刘潇 , 郭德霞 , 梁秀丽 , 王先全
2017, 28(2):187-193.
摘要:短弧脉冲氙灯体积小,能在μs时间内发出高 能量的闪烁光脉冲,具有优良的紫外发 射光谱,是一种理想的分析仪器光源。由于脉冲发光是介于两个相近的阴极和阳极之间,其 发光时间小于10μs,发光点小,接近理想点光源,因此跟踪测定瞬 间发出的光脉冲光谱,特 别是测定单个脉冲的发光能量,不仅可以用于分析光源本身的光电转化效率,还可以用于分 析闪烁发光的稳定性。本文分析了短弧脉冲氙灯闪光的工作原理及其发光能量与输入能量之 间的相关关系;采用热释电能量检测探头,建立了光脉冲能量测定系统,实验测定了闪烁脉 冲的稳定性。实验结果表明:当输入电压为900V时,单个光脉冲的 能量为162μJ,不稳定性为小于2%。
2017, 28(2):194-201.
摘要:气溶胶光学特性是影响大气辐射强迫的重要因素, 对全球气候起着决定性作用。针对当前气溶 胶光学特性测量仪器存在的测量参数单一、测量不确定度高和溯源体系不完善等问题,本文 将光声光谱(PAS)技术和光腔衰荡光谱(CRDS)技术相结合,实现了气溶胶的消光、吸收及散 射系数同时在线测量, 并研制了一套大气气溶胶多光学参数的高精度在线测量装置。本文测量装置经过NO2气体 标准物质校准 后,用于大气气溶胶光学特性测量,具有测量相对误差小于4%、测量重复性优于0. 2%和测量不确定 度为2.8%(k=2)等优点。与积分浊度计 、黑碳仪现场实验数据比较,本文测量装置的消光系数、吸收 系数和散射系数的En值均小于1,显示出良好的测量一致性和 稳定性。实验结果表明,本文测量装置具备 多参数测量能力,且测量结果准确可靠,可用于大气气溶胶光学特性的现场实时测量,也可 用于相 关测量仪器的计量校准,为测量仪器提供量值溯源。
2017, 28(2):202-210.
摘要:针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统 中光斑图像中心提取的问题,在分析用 于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高 斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相 关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进 型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过 本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法 对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提 取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表 面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度 测量系统的光斑提取。
刘云鹏 , Stephan Beck , 王仁芳 , 王阳 , 郑文 , Bernd Froehlich
2017, 28(2):211-216.
摘要:针对多个深度视频流提出实时的压缩方法和评估 方案,采用一种有损无损混合的编码 方法,可以在图像质量和压缩率之间提供一种有效的平衡控制。行程编码(RLE)用于无损 压 缩,用来保存深度图像素的高位;像素低10bits保存在YUV图像的Y通道,直接使用×264编码。 实验表明,所提方法可以在平均时间小于12ms的前提下同时编解码 多个深度图。在实时传输 中,通过动态调节质量控制级别,可以获取4∶1到20∶ 1的压缩率。在压缩率10∶1的情况下,主观解码3D重构 效果与原始图几乎完全一致。
2017, 28(2):217-222.
摘要:针对有监督局部结构和差异投影(SLSDP,supervise d local structure and diversity projection)的特征提取算法在构造差异系数 时没有利用样本类别信息且 其性能易受参数设置影响的问题,提出一种无参数直接正交判别局部差异投影分析(PFDODLD PA,parameter-free direct orthogonal discriminant local diversity projection ana lysis)算法。算法采用样本的余弦距离构造权值,能够动态获取样本的近邻点因而无需参数 设置,同时其差异权值计算公式采用了样本的类别信息,因此是 一种有监督的特征提取算法。对于算法的求解,为了解决小样本问题,给出了一种直接求解 的计算方法,利用 拉普拉斯矩阵的性质进行了相应的矩阵分解,可直接从高维样本的原始空间中求出正交投影 矩阵。在ORL和AR人脸 库上的实验结果表明,所提方法比原算法明显有效,最好识别率可分别提高2.3%和1.31%,说明所提方法是可行的。
2017, 28(2):223-229.
摘要:针对目前激光标刻系统中最短路径算法生成时间 长、路径效果达不到最优的特点,提出了一种全新 模式最短路径算法。首先根据图形平面分布特点,将分布位置接近的图形集中到一个区域, 使所有图形划 分到多个区域;其次对各个区域内图形进行路径优化,这样可以减少算法优化规模,提 高算法效率;然后 采取最优方式对各区域排列顺序进行调整,要求各区域内之间的总体距离最短;最后所有图 形根据调整后 的排列顺序依次输出,得到优化路径。实验结果证明, 相比原有算法,本文算法在生成时间上提升近97%,路径效果提升近 5%,在算法生成时间和路径效 果上具有明显优势,更适合应用于激光标刻系统。
2017, 28(2):230-232.
摘要:为观察双波长585nm/〖J P 〗1064 nm Nd:YAG激光治疗面部皱纹的疗效与安全性,对42例面部皱纹女性患者采用 双波长585nm/1064nm Nd:YAG 激光 治疗,每4周治疗1次,共5次。通过医师主观评价和VISIA皮肤分析仪对有效性和安全性进行 综合评定。结果表明, 治疗后,所有病例均有改善,临床有效率为92.86%,患者面部皱纹 及毛孔的VISIA值明 显下降,与治疗前相比,差异有统计学意义(P<0.001)。这表明,Nd:YAG激光用于 面部皱纹的治疗疗效显著,安全性 高。