• 2019年第30卷第10期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 基于瞬态微波光电导测试仪的谐振腔传感器设计

      2019, 30(10):1011-1016.

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      摘要:利用微波谐振腔微扰原理建立了应用于测量半导 体和发光材料的谐振腔的传感器模型。采用HFSS 仿真软件对谐振腔参数和结构进行仿真。仿真结果表明,采用矩形孔时,微波谐振腔中具有 符合实验要求 的电场形式以及电场强度;实验结果也表明,样品在采用矩形耦合孔的谐振腔获得了较强的 信号。将不同 的样品放置于谐振腔中,并用纳秒激光脉冲照射,获得了较理想的动力学曲线,证明该谐振 腔的实用性, 为下一步测量样品的介电常数和电导率等物理参数等实验奠定了基础。

    • 多芯光纤构成的温度与折射率同时测量的光纤传感器

      2019, 30(10):1017-1025.

      摘要 (1236) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文设计了一种“单模光纤-多模光纤-多芯光纤-多模光纤-单模光纤”的全光 纤 Mach-Zehnder干涉仪结构。在该结构中多模光纤充当耦合器,不同模式的光在多芯光纤中 传输时将 产生光程差,形成Mach-Zehnder干涉。当环境温度和折射率变化时,通过分析干涉仪透射 光谱中不 同谐振峰的漂移量,实现折射率与温度的测量。实验结果表明,传感器低温灵敏度最高达到 46.0 pm/℃, 高温灵敏度最高达到109.0 pm/℃,折射率灵敏度最高达到54.3 nm/RIU(RIU为折射率单位)。另外, 通过同时监测传感器透射谱的两个谐振峰值波长随环境温度和折射率的漂移情况,实现了环 境温度 与折射率的同时测量,不存在交叉敏感。该传感器结构简单、制作容易、重复性好、响应稳 定、具 有多路复用功能,在传感领域有广泛的应用前景。

    • 基于哑铃型光栅宽带吸收器的优化设计

      2019, 30(10):1026-1030.

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      摘要:本文基于哑铃型光栅设计了基底/金膜/二氧化硅 /石墨烯/光栅五层结构近红外宽带吸收器。采用时 域有限差分法(FDTD)数值模拟了不同结构参数下吸收光谱带宽的变化规律,优化了结构设 计。结果证明,吸收器在近红外波段呈现完美吸收特性,且当二氧化硅层厚度为200 nm、哑铃型光栅函数取 0.2x2+0.07,厚 度为300 nm,周期在0.89 μm范围内,吸收谱带宽最大可达300 nm;同时在缓冲层 与光栅之间引入单层石墨烯可以明显增大吸收率。本结构吸收器在医药安全、宽带通信和隐 身技术等领域具有许多潜在的应用价值。

    • 高容错光纤声波传感器的数学模型与特性研究

      2019, 30(10):1031-1037.

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      摘要:光纤传感器具有抗电磁干扰、无源、耐腐蚀等优 良特性,适用于易燃易爆、强电磁干扰、水下等恶 劣环境。本文提出了一种基于反射式强度调制原理,以实现声波对光强的调制为目的光纤声 波传感器。设 计了一种新型传感结构,该结构通过光纤准直器收发光信号、采用逆反射材料设计了振动膜 片,基于准直 器的聚焦原理和膜片的逆反射原理有效扩大光束接收角、增强光强接收能力以实现传感器的 高容错测量, 提高传感器的稳定性。研究并建立了传感器的光强调制数学模型,制作传感器并测试了其性 能,实验结果 表明,该新型传感器能够有效探测声波信号,对频率为1000 Hz左右的声波具有良好的响应。该传感器具有 工作距离长、结构容错能力强、还原声音能力强等优势,可应用于国防安全监听等领域。

    • >材料
    • YPO4:Ce3+,Tb3+反蛋白石光子晶体的制备及其发光性能的研究

      2019, 30(10):1038-1042.

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      摘要:本研究通过自组装法制备得到YPO4:Ce3+ ,Tb3+ 反蛋白石光子晶体。对不同光子带隙的YPO4:Ce3+,Tb3+的发光光谱进行研 究,可以明显的看出,反蛋白石光子晶体对5D4-7F5跃 迁相对于参考样品有了很明显的抑制。通过不同Tb3+离子掺杂浓度对发射光谱和浓度 淬 灭的研究,得出随着Tb3+离子浓度的不断增加其Tb3+离子的5D 37FJ和5D47FJ窄带发射强 度逐渐增大,但其5D47F5跃迁(546 nm)的 发光寿命则逐渐减少,光子晶体相对于参考样品 对Tb3+的浓度 淬灭抑制明显。这些发现对于进一步研究稀土发光特性以及制备新型发 光器件具有很大的指导 意义。

    • Dy3+,Tm3+掺杂的NaGd(MoO4)2白色荧光粉的制备与发光性能的研究

      2019, 30(10):1043-1049.

      摘要 (886) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高温固相法成功制备出了一系列LED用白色 荧光粉NaGd1-x-y(MoO4)2:xDy3+,yTm 3+,用X射线衍射仪(XRD),荧光分光光度计和紫外-可见-近红外光谱分析系统对样 品的物相结构和发光性能进行了表征。结果显示制备的荧光粉的白光由Dy3+的特征黄光发 射(575 nm)、特征蓝光发射(488 nm)与Tm 3+的特征蓝光发射(459 nm)组合而成。制备的 NaGd(MoO4)2基质为四方晶系即白钨矿结构。在上述荧光粉中,激活离子Dy3+ 发射4F9/2-6H13/2 跃迁的黄光(575 nm)和4F9/2-6H15/2跃迁的蓝光(488 nm),激活离子Tm3+发射1D2-3F4的蓝光 (459nm)跃迁,蓝光发射受晶体场的影响被劈为两个发 射峰。该系列荧光粉在389nm波长激 发下,当Dy3+浓度为10%,Tm3+浓度为12%时样品色坐标(0. 326,0.326)最接近标 准白 光(0.33),当Dy3+浓度为8% ,Tm3+浓度为12%时样品发光强度达到 最大,色坐标为(0.377,0.369),结果表明,该系列荧光粉有潜在的发展和应用前景 。

    • 飞秒激光加工红磷的实验研究

      2019, 30(10):1050-1055.

      摘要 (1008) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了验证飞秒激光加工含能材料的安全性,本文 以红磷作为含能材料替代物,从理论和实验上说明飞 秒激光加工红磷“冷加工”和“热加工”的可控性。利用有限元软件分析了单脉冲飞秒激光 作用到红磷表 面后样品的径向和轴向温度分布,得到了红磷的热影响区域。通过实验结果验证了飞秒激光 加工红磷样品 时具有“冷加工”和“热加工”两个区域,分析了激光通量对“冷加工”和“热加工”的影 响,确定了加 工红磷样品的“冷加工”的激光通量范围,并计算得到了红磷样品的烧蚀阈值和脉冲累积因 子。

    • >测量·检测
    • 基于A-Clenet5的荒漠化草原草种识别与分类

      2019, 30(10):1056-1061.

      摘要 (958) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:草原退化已经成为人类面临的主要生态问题,其标 志之一是草原植被群落结构的改变,而草原草种的高光谱识别与分类是利用遥感进行大面积 高精度草原退化监测与治理的基础与前提。由于天然草原草种分布的随机性和遥感图像云系 情况的复杂性,草种识别精度低的问题未能得到满意的解决。本研究基于深度学习首次提出 A-Clenet5法,在天然草原自然光下采集典型牧草高光谱数据,对数据进行预处理,利用A -Clenet5法进行特征挖掘和数据分类。研究结果表明,该方法对草种识别精度可达到92.18%,满足基于高光谱的草原草种的识别要求,为草原退化高精度遥感 监测提供了可能。

    • 基于光栅投影的钢板孔洞缺陷测量

      2019, 30(10):1062-1067.

      摘要 (1117) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对基于光栅投影的钢板外观质量检测中孔洞检 测缺陷精度不高的问题,提出一种基于双投影的孔 洞缺陷检测方法。在钢板上方等间距设置两个线激光阵列,交替投影等间隔明暗分布的光栅 场,CCD相机 分别采集两个方向上投影到钢板表面的云纹图像,利用相移法分别求解出两个方向云纹图像 的相位信息, 然后分别重建得到钢板两个方向的三维轮廓。通过背景二值化定位投影盲区,将两个方向的 重建三维轮廓 进行融合,从而完成钢板的三维重建,实现钢板表面孔洞缺陷的测量。实验结果证明:钢板 的厚度测量精度为0.05 mm,孔洞缺陷测量精度可以提高到0.1 mm。

    • 多通道特征融合Y型全卷积网络的对流云检测

      2019, 30(10):1068-1078.

      摘要 (969) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:强对流天气具有生命周期短、突发性强、破坏性 大等特点,并时常伴随着多种灾难性天气,给经济 发展、环境保护、人民生命财产安全等带来巨大威胁。目前目视解译的卫星云图对流云检测 方法依赖于人 的经验和知识,存在难于界定对流云团边界、云图的多光谱信息利用不足、小尺度对流云易 出现漏检与误 检等问题。本文基于FY-2G卫星的红外1通道云图及水汽与红外通道的亮温差,并借鉴U-ne t网络在图像 分割中所具有的精确定位能力,提出了一种新的多通道特征融合Y型全卷积网络的对流云检 测方法。该方 法将U-net网络改造成具有双路输入的Y型全卷积网络,并将红外1通道云图和亮温差图像分 别作为Y型 网络的两路输入,经过卷积及下采样处理,提取不同通道的特征信息;为了使网络具有精细 的目标检测能 力,Y型全卷积网络保留U-net网络的卷积及上采样结构,同时通过卷积和上采样将两个输 入分支不同层 次的特征图融合,从而实现一种多层次、多通道特征融合的对流云检测方法;不同层次特征 图的可视化及 其与融合特征图的对比,表明了所构造的Y型网络在利用云图不同通道特征信息中的有效性 。实验结果表 明,本文方法的对流云检测准确率为87.34%,精确率为89.77%,召回率为82.10%,F1-综合评价指标为 84.82%,各项性能指标均优于基于DeconvNet、U-net等传统网络模 型的对流云检测方法;与阈值法、亮温 差法和SVM等传统对流云检测方法相比,本文方法不仅在对流云边缘界定及小尺度对流云的 检测上具有明显优势,而且检测准确率和计算效率均得到了显著的提高。

    • 光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

      2019, 30(10):1079-1085.

      摘要 (1018) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。

    • >模式识别
    • 自适应条件下的相邻区分精度SVM集成模型研究

      2019, 30(10):1086-1091.

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      摘要:在数据进行集成的实际过程当中,分类器往往具有自主性,会随着样本数据的变化对自己进行 适 当调整,以此来提高自己的适应能力。对此,本研究以在数据样本区域内对相邻数据进行区分 的方法进行SVM集成方法研究,并最终提出了一种切实可行地支持SVM进行集成的方式。即针 对区分的数据样本区域,以一种新的搜索算法进行研究,利用FCM与模糊贴近度的结合来进行 计 算,实现在模糊特征空间集合频域自身位置的自动确定,再根据各项分类器的阈值数据系统自 行 录用当中的优异数据结果。并最终形成个体分器的数据结果从而进行集合性判定。结果显 示。在减少区分判断用时的前提下,这样一种数据算法能够达到提升分类器功能的有效作用 ;所建立的SVM集成模型具备动态自主适应性。集成过程当中分类器的个数选取关键点在于 分类精度阀值的选取,据此可以通过最优阀值的选取以达到模型判别能力的极大提升。

    • >光物理
    • 利用阿基米德螺旋纳米缝产生散斑涡旋

      2019, 30(10):1092-1097.

      摘要 (944) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究散斑场的性质,设计了一个利用阿基米德螺旋纳米缝产生散斑涡旋的实验方 案。 在实验中,把阿基米德螺旋纳米缝的全息图输入到纯相位反射式液晶空间光调制器中。准直 的 平面光照射到液晶空间光调制器上,经阿基米德螺旋纳米缝调制后所产生的衍射光场由CCD 相机 捕获。数值模拟和实验结果表明,利用阿基米德螺旋纳米缝可以产生单位拓扑荷散斑涡旋。 阿 基米德螺旋纳米微缝结构可以应用到光学捕获和光学成像等领域。

    • >量子通信
    • 非对称高斯势量子点中LO声子自发辐射率的研究

      2019, 30(10):1098-1109.

      摘要 (1012) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文在偶极近似下,基于费米黄金规则,采用LL P-Pekar幺正变换变分法研究了双参 量非对称高斯势量子点(QD)中体纵光学(LO)声子的自发辐射率,并讨论了它的单参量抛 物势近似,数值结果表明:声子自发辐射率w随电声耦合强度α、色散系数η 的增加而减小,随高 斯势阱深V0的增加而增大;声子自发辐射率w随高斯势阱宽L的变化呈现非对称“高斯分布”并受到电声 耦合强度α、色散系数η和高斯势阱深V0的显著影响;选用双参量非对称高斯势VG描写QD中电子的受 限效应能够反映声子自发辐射的更多量子化特性,而其单参量抛物势VP近似给出的结果较为简单和粗糙。

    • >视频通信
    • 基于拉格朗日高斯变换的奥运会视频分类机制研究

      2019, 30(10):1110-1110.

      摘要 (986) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着现代体育不断发展,奥运会承办比赛种类越 来越繁杂,对赛事视频分类提出了一 个新的挑战。现有的人工分类方法无法有效地区分团体竞技类比赛(球类)和个人竞技类比 赛(田径类)视频,从而进行大规模自动分类存储。然而,为了有效地重复使用这些视频文 件,需要对其进行分类存储,主要目的在于提高资源的利用率。针对人工分类手段太过于低 效的现状,本文对奥运会运动视屏内容分类问题进行研究,并提出了一种基于关键帧特征提 取和支持向量机(Supported Vector Machine,SVM)的视频分类方法。以第31届奥运会的 体育视频作为数据集,对每个视频进行关键帧提取和总结,并借由拉格朗日-高斯变换来计 算视频对应的特征向量,将特征向量作为SVM分类器的输入进行体育视频分类。实验结果表 明,对于任意奥运视频,提出的方法平均能够取得70%以上的正确分类率,而错误分类的比 例始终低于10%。特别地,对于奥运中的射击类视频,平均正确分类 率接近90%左右,说明了提出方法的有效性。

    • 基于3D DenseNet的视频镜头边界检测方法

      2019, 30(10):1110-1115.

      摘要 (804) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:视频镜头边界检测(shot boundary detection,SBD )是视频检索中的关键预处理步骤,视频的每个帧段都全被归类为渐交、切变或不变。针对渐 变镜头检测难度高和计算量过大的问题,本文提出了一种基于3D卷积和DenseNet相结合的深 度 镜头边界检测(DSBD)算法。该算法首先将视频分帧段随机分配标签,输入到3D DeseNet网络 中,将具有相间标签的输出帧段合并,然后使用颜色直方图法测量帧段之间的 巴氏距离来进行二次分类,最后能输出正确的帧段。通过在目前最常用的数据集UCF101_SBD 和TRECVID以及 最大的镜头检测数据集ClipShots上实验表明,该方法具有良好的检测效果,且计算时间较短, 优于之前的算法。

    • >光通信
    • DCO-OFDM系统中导频辅助峰均比抑制技术

      2019, 30(10):1116-1122.

      摘要 (1063) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低直流偏置光正交频分复用(DC-biased Op tical OFDM,DCO-OFDM)系统中高峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)对无线 光通信系统性能的影响,本文提出一种导频辅助峰均比抑制方案。方案中将多个离散频域信 号划分为多个子块,然后各子块独立进行选择性映射(Selected Mappin,SLM),并将 多个最佳相位序列的边带信息以纠错码的方式存放在一个块状导频之中,接收端使用最大似 然准则来估计 导频信号,解决了SLM边带信息传输和恢复问题,提高了频带利用率,并进行了仿真验证。 互补累积概率 为10-3时,导频辅助16QAM DCO-OFDM 系统比原始DCO-OFDM提升了3dB;误码率为10-4时,信噪 比 优2dB。理论推导的PAPR互补累积分布函数表达式和仿真结果表明,本文所提方案的PAPR抑 制性能提 升,降低了限幅噪声对系统误码率的影响,纠错码提高了边带信息恢复的准确度,提高了系 统的误码性能。