2020, 31(10):1001-1006.
摘要:采用溶胶-凝胶旋涂法,分别以钛酸四丁酯(Ti(O C4H9)4)为钛源、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为铜源制备了不同掺杂量的Zn、Cu共掺TiO2薄膜。分别采用X射线衍射仪(XRD )、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对所制备的样品进行表征。结果表明 :与本征TiO2和2.0 at%Zn2+-TiO2相比,Cu2+的掺 杂减小了样品的晶面间距及晶粒尺寸、增加了样品的半高宽及比表面积,进而提高了薄膜的 光催化活性能。随着Cu2+掺杂量的增加,样品沿(101)晶面择优取向先增强后减弱 ,薄膜的吸光度呈现先升高后降低的趋势,TiO2的 带隙值由3.424 eV减小到3.325 eV。与本征TiO2和2.0 at%Zn2+-TiO2相比 ,2.0at%Zn2+-1.0 at%Cu2+-Ti O2的样品结晶度最好,(101)晶面择优取向最佳,薄膜表面的缺陷较少、较为均匀平整 且吸光度更好,光学带隙值最小为3.325 eV。
2020, 31(10):1007-1012.
摘要:为了获得具有超窄波长间隔的稳定多波长输出,设 计并实验验证了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应及NOLM的多波长SOA光纤激光器。利用 SOA的NPR效应,将SOA与其他偏振器件组合引起强度相关损耗(IDL)效应,从而抑制SOA均 匀加宽线宽内的模式竞争,实现稳定的多波长输出。Lyot-sagnac滤波器作为波长选择器件 ,选用71 m长保偏光纤(PMF)得到超窄波长间隔。另外NOLM作为功率 均衡器进一步抑制了模式竞争效应并且实现了功率均衡,提高了边模抑制比(SMSR)。通过调 节偏振控制器(PCs),最终在室温下实现了稳定且功率均衡的多波长输出,10 dB带宽内输出的波长数量为184,波长间隔为0.08 nm,SMSR高达22 dB。该激光器可作为DWDM光通信系统 中的光源。
2020, 31(10):1013-1017.
摘要:本文提出了一种免标记、快速便捷、低成本、较 高灵敏度的生物检测的新方法, 其检测原理是通过测量多孔硅中因生物反应引起的折射率的变化来实现对生物分子的检测。 文中采用单层多孔硅样品作为传感器基底,将包虫病(EgP38)抗原链接到多孔硅中,再在 样品上滴加不同浓度的EgP38抗体分子,抗原与抗体发生特异性反应后,采用椭圆偏振仪检 测样品折射率的变化量,通过分析传感器中因发生生物反应而导致的折射率变化量,从而实 现生物检测。该方法首次采用椭圆偏振法实现了对包虫病生物分子的检测,对抗体分子的检 测限为142 nM。
2020, 31(10):1018-1024.
摘要:为了实现微压力的测量,提出了一种基于光纤光 栅Stokes参量的微压力传感新方法, 给出了理论分析和实验结果。在外界压力作用下,由于压力致双折射效应,光纤光栅两个线 偏振光的能量输出发生变化,仿真结果表明,第一归一化Stokes参量s1峰值 与压力在一定 的测量范围内存在线性关系;另外为了减少波长抖动的影响并提高测量精度,文中提出了双 波长检测法。在外界压力为0~5N环境下,其压力灵敏度为0.075/N,实验结果与理论分析 结果吻合。
2020, 31(10):1025-1035.
摘要:研究了以聚酰亚胺为湿敏材料的光纤Bragg光栅(FBG)湿度传感器并用其对质子交换膜燃料电池(PEMFC)停机过程中内部湿度进行了实时监测。传感器利用聚酰亚胺的湿膨胀效应,实现 了对24.7%- 98%RH范围内相对湿度的监测。采用腐蚀光纤包层的方法减小光纤包 层直径,实验结果表明,该方法能在 不影响FBG相对湿度传感器灵敏度的情况下,提高对外界环境相对湿 度变化的响应速度。所 研制的FBG 相对湿度传感器灵敏度能达到3.8 pm/RH,线性度达到99.85%,最大回程误差不超过9pm,当环境相对湿 度从50%突变到85%时,经过腐蚀处理后的FBG 相对湿度响应时间仅为15.4 s。将该FBG湿度传感器布置 于PEMFC内部进行停机过程中湿度的实时监测,实验结果表明,所制作的FBG湿度传感器能够 准确地反映PEMFC停机吹扫过程中内部湿度的变化。
李红莲 , 康沙沙 , 谢红杰 , 吕贺帅 , 祝彦 , 李小亭
2020, 31(10):1036-1043.
摘要:采用激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced b reakdown spectroscopy,LIBS)对土 壤样品中的Pb和Cr元素进行了分析,以PbI280.17 nm和CrI425.43 nm作为分析线,优化了透 镜到样品的距离(Lens to sample distance,LTSD)、延迟时间对光谱信号强度及信噪比 SNR 的影响。在最佳实验条件下,对两种元素的谱峰强度和元素浓度进行分析,针对外标法 和内标法分别建立了谱线峰值强度、谱线峰值积分面积与对应元素浓度的定标曲线。采用谱 线峰值积分面积法对土壤中重金属Pb和Cr元素的检测,相比于外标法,内标法将Pb和Cr元素 最大相对误差分别从13.56%和12.68%降低到了 6.7%;Pb和Cr元素定标曲线的拟合相关 系数R2分别从0.978和0.975提高到了0.996和0.991。实 验结果表明:采用LIBS技术对土 壤中Pb、Cr元素检测具有可行性,采用谱线峰值积分面积的内标法,可以降低最大相对误差 并提高测量精度。
2020, 31(10):1044-1053.
摘要:硬性渗出物(Hard Exudate,HE)对糖尿病视网膜病 变(Diabetic Retinopathy,DR)的早期诊断具有重要意义,从彩色眼底图像中准确检测出HE 是诊断和筛查DR的重要步骤。针对以往自动检测方法中存在的分割效果不佳和对小目标误检 率高的问题,本文在经典U-Net生成网络的基础上,引入注意力残差链式融合机制,构造出 一种适用于视网膜HE检测的注意力残差链式融合生成对抗网络(Chain fusion of attention residuals GAN,CFAR-GAN)。该网络在生成网络编码过程的每个子模块后添加一个残差网 络(Residual Network,ResNet)结构,并采用带有残差连接的卷积层链(Residual convolut ional layer path,Res path)建立不同层间的跳跃连接,同时将全局最大池化注意力机制 用于刻画不同深度特征的权重,以防止训练过程的过拟合从而提高网络的泛化能力。将CFAR -GAN用e-ophtha EX数据库的训练集进行训练,在其测试集上,检测敏感性、PPV和F-sco re分别为92.5%、88.7%和90.6%;将训练好的网络在另一个独立的DIARETDB1数据库上进行测试,敏感性、特异性和 准确性分别为100%、98.5%和99.1%,表明本文所提出的方法具有 理想的泛化能力,这对于准确高效地检测眼底图 像中的HE,实现DR早期的自动诊断具有积极 意义。
2020, 31(10):1054-1061.
摘要:传统装配系统中依靠人力进行重复性劳动,容易 由于人的操作具有疲劳性和人眼分辨 率有限等特点造成失误,为了避免浪费人工和时间,解决工厂环境中光线等不稳定因素,提 出了一种基于YOLO v3算法对形状多样的工业零件识别方法。在智能装配系统中根据视觉检 测结果判断零件种类,弥补了传统方法的不足,满足产品生产系统的节拍要求。改进后的YO LO v3网络模型使用k-means算法重新聚类预选框的参数,残差网络来减少网络的参数,结 合 多尺度方法、采用Mish激活函数提高精确度,使其更适合工业零件的小目标分类检测。该模 型以3D打印的工业零件制作数据集,实验表明与原有的YOLO v3算法对比,使用改进后的网 络模型具有良好的鲁棒 性,准确率提高了1.52%,时间提高了7.25 ms,实现精确实时地检测出智能装配系统中的零件种类。
2020, 31(10):1062-1073.
摘要:由于传统稀疏表示(SR)冗余字典单一,脉冲耦合 神经网络(PCNN)模型参数设置复杂,为了解决上述问题,提 出了基于非下采样剪切波变换(NSST)的红外与可见光图像融合算法。该算法首先通过NSST将 源图像分解成低频子 带和高频子带。然后,使用自适应稀疏表示(ASR)模型进行NSST域低频部分稀疏系数的融合 ;同时,采用参数自适 应脉冲耦合神经网络(PA-PCNN)模型融合相应的高频部分。最后,对融合后的低频和高频波 段进行NSST反变换,重 建得到融合结果图。实验结果表明:该算法解决了传统SR模型的“块效应”问题,克服了PC NN模型中自由参数的设置难点,在主观视觉和客观评价上均优于现有算法。
2020, 31(10):1074-1082.
摘要:遥感卫星能够对云雾进行大范围、长时间监测, 对海雾识别研究具有重要的意义,本文根据不同云、 雾和下垫面的光谱特性及纹理特征,通过葵花8号卫星(Himawari-8)提取云图特征、CALIOP 星载激光雷达 (cloud-aerosol Lidar with orthogonal polarization,CALIOP)获取中高云、低云、海 雾、晴空海表四类样本标签, 利用深度学习方法构建深度神经网络(Deep Neural Networks,DNN),实现了白天海雾的有 效识别。实验结果 表明:本文训练得到的深度神经网络模型准确率为82.63%,具有较高 的识别精度,而且相比其它海雾识别 方法也有更好的识别结果。利用该模型对2016年4月8日发生于黄渤海 区域的海雾天气进行识别,并通过 CALIOP标签数据对识别效果进行验证,结果表明该方法能够较好的识别出海雾区域。
2020, 31(10):1083-1088.
摘要:窄线宽稳频激光是研制光学原子钟、引力波探测、 光学频率合成器以及低噪声微波源等研究的核心部分,由振动噪声引起的频率噪声已成为实 现具有更窄线宽、更高频率稳定度 激光的主要限制性因素。本文利用Ansys有限元分析的方法,通过优化参考腔的切割深度和 支撑位置以及ULE环的尺寸,使得腔镜在振动作用下保持平行同时腔镜各点均具有较低的振 动敏感度,避免了由于装配误差引起腔长变化的问题。在对光学参考腔几何尺寸优化设计后,对光学谐振腔不同频率处的振动敏感度进行测试及分析,结果表明在最佳支撑位置下空间三轴方向的振动敏感度均可被抑制至 10-10 g-1量级,实验结果和仿真结果相吻合。此方法为振动免 疫结构腔体的设计提供了一种思路,也为进一步实现具有更高频率稳定度、更窄线宽激光奠 定了基础。
2020, 31(10):1089-1094.
摘要:氢气浓度的高精度、快速监测在众多领域具有重 要意义。本文提出一种基于涂覆Pd/WO3膜的长周期光纤光栅氢气浓度传感器。首先研究了 镀Pd/WO3膜的LPFG对氢气的传感特性,利用光学仿真软件模拟了薄膜折射率在1. 99范围内的传感情况,仿真结果表明当氢气浓 度增加时,Pd/WO3薄膜折射率降低,LPFG透射谱谐振波长蓝移,谐振波长偏移对Pd/WO3薄膜 折射率变化的灵敏度为256.9 nm/RIU。为了增强镀膜LPFG氢气传感器 的灵敏度,进一步研究 了包层半径及周期对其谐振波长灵敏度的影响,结果表明LPFG的谐振波长灵敏度随周期Λ的 增大而增加;在相同周期的条件下,包层半径越小,谐振波长的偏移值越大,该研究对开发 高灵敏度可复用的光纤氢气传感器具有重要指导意义。
2020, 31(10):1095-1100.
摘要:生产后期对半成品FBG阵列进行参数校正可有效 降低成品FBG阵列的参数误差。分别 应用光纤模式耦合理论和光傅里叶变换分析FBG阵列的频谱特性,比较半成品FBG阵列的频谱 特性与目标特性的误差,通过VSLMS算法迭代更新FBG阵列的参数值,使其频谱特性不断接近 理想曲线直至误差满足设置值。应用两种频谱分析方案分别对单FBG、二阶FBG及四阶FBG阵 列的频谱特性进行分析,结果显示模式耦合理论分析比傅里叶变化分析性能更优,分别使FB G阵列制作误差降低至-43.6 dB、-33.6 dB 、-24.6 dB,相比傅里叶变化分析分别提 高了36.7 dB、30.4 dB、22.5 dB,其分析优化程度随着FBG阵列中FBG个数的增加而降低。
徐中原 , 刘琨 , 江俊峰 , 孙振世 , 马鹏飞 , 郭海若 , 周子纯 , 刘铁根
2020, 31(10):1101-1109.
摘要:针对基于双马赫-曾德尔干涉的分布式光纤扰动传 感系统对传感光信号的偏振状态需要进行实时监测以便及时进行偏振控制的问题,本文提出 一种基于支持向量机(SVM)的偏振状态快速判别算法。该方法对采集到的两路干涉信号进 行做差处理,得到原始数据。提取原始数据中的过零率与峰值的绝对和作为分类器的输入特 征向量,使用Verilog HDL语言编写支持向量机(SVM)分类识别算法,借助现场可编程门阵 列(FPGA)的硬件并行结构和流水线技术实现分类器权系数的快速迭代求解。通过提取未知 偏振状态信号的特征向量,并将其输入到训练好的支持向量机模型中可以实现高效率的偏振 状态识别。实验结果表明:本方法可以快速并准确的实现对系统偏振状态的识别判断,平均 识别率达到93.25%,分类模型训练时间在100 ms以内,平均识别响应时间在8ms以内。
2020, 31(10):1110-1118.
摘要:通信技术的飞速发展对带宽提出了更高的需求, 移动通信向毫米波等更高频段发展 ,w波段(74 GHz)的宽频谱可以满足对高 流量的需求,为人们对w波段系统的研究提供了 巨大的推动力。本文理论提出并仿真了一种使用三角波信号作为射频信号驱动双驱动马赫增 德尔调制器(DDMZM)产生高阶边带,用高非线性光纤(HNLF)产生四波混频效应(FWM)进 一步提高倍频数的生成90 GHz毫米波的30倍频 光生毫米波产生方案。仿真结果表明,该实验 方案可以使用3GHz的射频信号生成90 GHz的光生毫米波信号,且搭 载2.5 Gbit/s的NRZ信号传 输20 km后,眼图清晰信号质量良好。另外分析了HNLF长度以及输入H NLF的光信号强度对FWM 的影响,得到能使HNLF产生最佳±15阶边带的条件,进而进一步优化 整个系统。