摘要:针对采用经典的 Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大, 以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火 虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和 优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。

摘要:利用光子晶体的自准直效应和砷化镓(GaAs)介 质的光学特性,提出了一种基于介质板 空气孔型的二维正方晶格光子晶体的光控太赫兹(THz)波开关。波长为810nm的激光器作为 泵浦光源,通过光照改变GaAs介质材料折射率的方法,控制THz波的导通和截止；利用光 子晶体的自准直效应,可以实现光束在光子晶体中的无衍射传输。利用Rsoft软件,结合平 面波展开法(PWE) 和二维时域有限差分法(2D-FDTD) ,对提出的THz波开关进行了仿真研 究。结果表明:本文方案可以实现THz波开关功能,其响应速度为107.12ps,消光比为27.65dB, 插入损耗为0.086dB,对入射的THz波具有一定的角度容差；并且结 构简单,易于集成,在未来THz波无线通信技术中具有重要的应用价值。

摘要:针对泥石流地声的特性,设计了一种悬臂梁 结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。理论分析了FBG传感器灵敏度、谐振频率的 影响因素,对传感器 的关键参数进行了优化设计；引入抗弯光纤、高分子超薄涂覆以及CCD解调等新技术,改 善传感器的灵 敏度、串接复用等性能；最后进行了对比测试。实验结果表明:所设计的传感器灵敏度高达 400pm/g,固有频率为310Hz,能很好地满足 泥石流地声监测的要求。

摘要:详细描述了泵浦消耗情形下高非线性光纤中(HNLF) 简并四波混频(DFWM)的解析求解过程,结合第1类、 第3类椭圆积分和雅阁比椭圆函数给出了个导波光的输出功率和相位的表达式。为了方便计 算和分析,给出了特殊函数在Matlab中的计算命令。利用解析式分析了基于DFWM实现多电平 再生的必要条件, 研究了相敏放大过程中泵浦光初始相位和初始功率对MPSK 信号相位转移曲线的影响。研究 表明,调节泵 浦光初始相位可使相敏放大器(PSA)的相位转移曲线与输入信号的多电平相位匹配,优化光 纤长度或泵浦光初始功率可 获得最大的多电平相位再生抖动抑制性能,且优化的初始泵浦光功率与光纤长度近似呈反比 。采用 OptiSystem软件仿真了基于PSA的8PSK信号再生器的性能,仿真结果与理论 分析一致；当归 一化输入相位抖动为0.1时,该相位再生器的抖动抑制比为4.62,能够使系统的符号错误率降低2个数量级。

摘要:提出一种大模场带隙光纤,由排布在正方结构网 格中的高折射率介质柱形成导光机制。采用有 限元法分析了直光纤与弯曲光纤下的模式损耗与模场面积等特性。研究结果表明:这种光纤 具有较宽的带 隙,可同时支持基模和高阶模的传输,两种模式的泄漏损耗均低于1×10－3 dB/m。当光纤弯曲时,其包层会 产生具有强泄露损耗的包层模,并在一定的弯曲半径下与纤芯的高阶模发生强耦合。当弯曲 半径在15～20cm 之间时,基模弯曲损耗小于0.01dB/m,而高阶模损耗大于1dB/m, 因而光纤可以经弯曲实现大模场单模传 输。在1064nm波长处,其直光纤的基模模场面 积为1319.62μm², 而在弯曲状态下的模场仍可达到975.00μm²以上,因而可实现大 模场的低弯曲损耗传输。

摘要:为了研究Yb2＋在石英玻璃中的光谱特 性,提出采用气炼法制备Yb2＋/Yb3＋共掺石英玻璃。 首先对Yb2＋的形成过程进行了分析,然后对制备的Yb2＋/Yb3＋共 掺石英玻璃的吸收特性和发 射特性进行了分析。结果表明,所制备的Yb2＋/Yb3＋共掺石英玻璃在260 、320、400nm 紫外和可见光波长处以及在910nm近红 外波长处均出现了吸收峰,并且在530nm可见波长处出 现了发射峰；使用波长位于710nm的飞秒激光照射所制备的Yb 2＋/Yb3＋共掺石英玻璃,观察到了 位于500nm波长处左右的上转换荧光。分析表明,Yb 2＋/Yb3＋共掺石英玻璃上转换荧光是两光子同时被Yb2＋吸收所引 起的。

摘要:利用高温固相法成功合成了非稀土类红色荧光粉 Mn⁴⁺:Li₂TiO₃,并对所制得的样品进行X射线衍射(XRD)、吸收谱和荧光发射谱等 表征。在波长为475nm的LED蓝光照射时,获得了最大强度位于〖J P 〗682nm波长处的红色荧光,量 子效率约为10%,其对应Mn⁴⁺自旋²Eg→⁴A 2g。计 算了晶体场强度因子Dq和Racah参数B、C,并据此分析了Mn⁴⁺在Li₂TiO₃中的电 子云重排效应。通 过改变掺杂浓度,分析了Mn⁴⁺掺杂在Li₂TiO₃中的浓度淬灭效 应。最后进行了LED白光性能 测试。

摘要:为了实现微流控芯片上多目标DNA片段的同时检 测,建立了基于光棒匀光结构的微流控芯片多色 荧光检测系统。根据微流控芯片中的聚合物链式反应(PCR)反应腔的特点,设计了基于超亮 白光LED模组、光棒、二向色镜 和CCD的正交型荧光检测系统。CCD可一次采集微流控芯片上所有PCR反应腔中的荧光信号 ,通过滤光 片轮组合的变换,可实现多种荧光标记物的同时检测。采用荧光素钠溶液对激发光的均匀性 进行了测试, 激发产生的荧光图像均匀度达到93.99%,可满足微流控芯片上多反应 腔同时检测的需求。同时,以pUC-18人工质粒DNA作为标准品,开展了微流控荧光PCR生物实验,对系统性能进行验证。实验结 果表明:微 流控PCR反应腔的 DNA浓度变化与荧光信号的变化相一致,pUC-18样品的检测限达到0.05pg/uL,扩增 效率为97.28%,熔解曲线显示无引物二聚体产生,特异性好,达到了 商业化仪器的水平。

摘要:在输油管道的安全防范系统应用背景下,针对传 统方法诊断光纤采集到的入侵信号准确率不高的问题,提出一种基于经验模态分解(EMD)算 法和频谱质心(SC)的入侵信号诊断方法。首先将采集到的原始入侵信号通过EMD进行 分解,分离含噪最 多的特征模态函数(IMF)分量,再组合剩余的IMF分量形成重构信号,对重构信号进行希尔伯 特变换(HT)得到希尔伯特谱,计算它的SC,进一步识别入侵信号和干扰信号。 通过对油管振动信号进行实验,本文方法对于每种入侵信号和干扰信号的诊断准 确率均在90.00%以上,整体的诊断准确率达到97.17%。对于该组油管振动信号, 同时运用奇异值分解(SVD)法进行诊断并将其结果与本文方法的诊断结果进行对比,整 体上本文方法的诊断准确率比SVD法高出19.00%。仿真实验结果表明 ,本文方法能有效诊断入侵信号,并且诊断效果明显优于奇异值分解法。

摘要:提出一种多通道光纤表面等离子体共振(SPR)光谱 成像实时监测系统,利用iHR550成像光谱仪和Synapse面阵CCD(1024pixels×256pi xels)并行采集多个独立检测通道完整的光谱信息,保持单通道SPR传感器高分辨率优势的 同时实现多通道检测。基于LabVIEW虚拟仪器,开发了控制iHR550成像光谱仪衍射光栅转台 转动,Synapse CCD分区域数据处理和SPR数据处理的实时监测系统。

摘要:针对已有的解包裹算法依旧不能对存在严重欠采样 和较强噪声的包裹相位进行精确解包裹,为了处理受 到噪声污染、严重欠采样的包裹相位图,本文提出了一种基于k值取整二向 剪切的新型相位解包裹算法。 将横向剪切干涉技术和迭代算法进行了改进,得到的新算法,一方面提高了对严重欠采样 包裹相位的处 理能力；另一方面加快了迭代的收敛速度,其所需时间和离散余弦变换(DC T)法接近。在新算法中,引入k值取 整,可以更加精确求解出真实相位,从而提高了新算法的抗噪性能。通过与改进的最小二乘 (LBS)算法进行对比, 新算法的性能优于其它算法。实验结果表明,本文提出的新算法,不仅可以处理严重欠采样 的包裹相位图,还具有很强的抗噪性。

摘要:为了实现高清、超高清视频实时编码通信传输, 针对高效视频编码(HEVC)帧间编码计算复杂度过高的问题,根据图像的文理复杂度和 编码单元的零块统计特征,提出一种新的HEVC快速帧间模式判决算法。根据Merge模式下 整单元一分为四的4个子编码单元纹 理相似度确定是否提前终止编码单元(CU)划分,同时利用帧间2N×2N预测模式下零系数与非零系数分布的区域统计特征,选择符合零块分 布特征的最佳预测单元(PU)模式。实验结果表明,在低延迟B(LDB,low-delay B)和随机访 问(RA,random access)配置条件下,提出的算法在保持编码 性能基本不变的情况下,HEVC帧间预测编码时间分别平均减少了60.2%与59.4%。

摘要:针对三维(3D)视频系统中深度视频的安全问题,利 用一种全新的信息嵌入载体,提出 一种基于单深度帧内模式(single depth intra mode)的3D高效视频编码(3D-HEVC)深度视 频信息隐藏算法。首先,对采用单深度帧内模式编码的编码单元(CU)根据 相邻块重建像素构建像素候选列表,并比较候选列表中的两个像素值；然后,为增加算法的 安全性、保证 视频的质量,在像素值相等和不相等的情况下分别根据密钥和后续块的预测模式范围选择嵌 入块；最后, 根据隐秘信息对嵌入块候选列表所选像素的索引值进行LSB调制。实验结果表明,本文算 法平均每帧嵌入容 量为244bit,编码重建深度视频绘制视点质量的峰值 信噪比(PSNR)值和结构相似度(SSIM)值仅分别平均下降1.41×10－3 dB和6×10－6,码率平均增长0.12%,可见本文算法对3D视频的主观感知质量及码率影响很小。

摘要:针对传统人脸识别算法特征提取不充分和对噪声敏感的缺点,提出了一种基于显著性差值局 部定向模式(SDLDP) 和深度卷积网络(DCNN)的人脸识别算法。基于信息的显著性,提出一种改进的SDLDP人脸描 述方法,首先计算8个相邻边缘响应值的强度差,前k个最突出的 强度差对应的方向编码为1,其他方向编码为0；然后在利用局部井型领域梯度信息的基础上 ,使用两组梯度值中各自最大值和次大值的方向编码成一个二位八进制数,从而形成改进 的SDLDP编码,进而通过统计选出最具有显著性的SDLDP编码作为特征向量；最后将改进的SD LDP编码作为DCNN的输入,通过逐层贪婪训练网络,获得良好的网络参数,并用训练好的网 络对测试样本进行预测。仿真实验表明,相对于传统的人脸识别算法,本文算法的识别率高 ,并且在对抗噪声方面更具有鲁棒性。

摘要:为改善传统模糊C均值(FCM)算 法对噪声干扰下图像的分割效果,提出了一种基于核空间邻域信息和自适应非局部均值相结 合的图像鲁棒分割算法。首先,利用传统FCM聚类算法进行初始聚类分割,将 所得聚类中心作为改进算法的初始聚类中心； 其次通过自适应非局部均值算法对图像进行平滑处理,避免图像过度分割；然后对引入核空 间邻域信息的目标函数进行最优化求解, 获取聚类中心和隶属度的迭代表达式；最后对像素进行分类时,利用邻域像素隶属度对像素 进行进一步滤波处理。实验结果表明:本文的 改进算法与传统FCM聚类算法、核空间FCM(KFCM)算法、基于邻域信息的FCM(FCM S)算法和基 于邻域信息KFCM(KFCM-S)算法相比,改进算法对强噪声干扰下的图像具有较好 的鲁棒性,并且能够有效分割图像的目标信 息和背景信息。从几种算法进行聚类分割结果所对应的峰值信噪比(PSNR)也可以看出,本文 改进算法的PSNR更高。

摘要:结合多尺度变换和脉冲耦合神经网络(PCNN)的 优点,将空域的稀疏编码(SC)算法通过非 下采样金字塔变换(NSPT)转换应用到频率域进行重建,并结合改进的PCNN对SC算法中的 最优系数 采用一种新的方法进行获取,进而提出一种新的超分辨率重建(SRR)模型与算法。首先将 图像进行三次B 样条 放大处理,然后采用NSPT对图像进行多尺度分解得到高低频子带系数。对于低频子带,运 用PCNN-SC 完成重建；对高频子带,将其与预测高分辨(HR)图像的特征图像运用改进的PCNN经图像融合 完成重建。最后 通过逆NSPT得到HR图像。实验表明,本文算法在主观视觉效果和客观数据都获 得了较好的效果。

摘要:针对图像超分辨率(SR)重构在空间邻域选取过程中 细节特征易被大幅度特征分量淹没的问题,提出 一种基于聚类字典的SR重构(DD-NE)算法。图像SR重构是利用信号处理方 法来提高图像分辨 率,针对NE算法在空间邻域选取时细节信号易被大幅度信号淹没的问题,对输入图像及邻域 利用聚类字典进行 稀疏分解。从大、小幅值表示系数中分别重构大、小幅度特征子图,保护邻域计算中的小幅 度特征,并将 低分辨率(LR)图像库及输入图像使用聚类字典表示。细节信号以字典原子的形式得到表达 ,空间邻域度 量转换为字典原子间的度量,从而细节特征对邻域的选择更加准确。实验结果表明,相对于 NE算法,本文算法图像SR 重构的峰值信噪比(PSNR)值平均提升了1.1dB,有效改善了重构效果；重构时间仅为NE算法的30.9%。