摘要:为了降低光载无线通信(radio over fiber,RoF)系统的复杂性和商用成本,本文设计了具有双高斯掺杂吸收层的改进型单行载流子(modified uni-traveling carrier,MUTC)光探测。该探测器工作在1 310 nm波段,通过电场调控实现了高速大功率输出,可直接驱动天线发射信号。在-8 V偏压下,直径为20 μm的光探测器可实现30.9 GHz的3 dB带宽,0.82 A/W的响应度,在15 GHz、20 GHz下的峰值射频(radio frequency,RF) 输出功率分别为34.8 dBm、34.4 dBm。

摘要:针对密集波分复用(dense wave length division multiplexing,DWDM) 系统中四波混频(four-wave mixing,FWM) 效应会导致系统性能降低,提出一种抑制DWDM系统中 FWM效应的方法。该方法首先在不同数据速率的光网络中比较分析3种色散补偿方式,确定分离色散的色散补偿方式,在8信道和16信道的通信系统中分别对此种色散补偿方式和增益进行分离确定FWM效应的影响,并在多次分离优化后利用预啁啾进一步抑制FWM,对信道误码率(bit error rate,BER) 进行数值计算,分析系统性能。结果表明,在8信道和16信道系统中,随着色散与增益分离次数的增加,光纤中的FWM效应得到了有效的抑制,且在预啁啾情况下FWM效应降至更低,信道中的最小BER分别为5.08×10-19和8.77×10-17,可为下一代高容量光纤通信系统的发展提供重要的参考和指导。

摘要:量子级联激光器(quantum cascade lasers,QCLs) 由于可直接输出中红外至太赫兹波段激光,具有重要的研究和应用价值。本文研究了QCL的设计及制备,重点关注了脊波导的腐蚀方法。针对由InP包覆层及InGaAs/InAlAs有源层构成的波导,提出一种干法刻蚀、选择性湿法腐蚀和非选择性湿法腐蚀结合的方式,获得了侧腐少、侧壁垂直且光滑的脊条结构。基于该腐蚀方法制备了8.4 μmQCL,室温脉冲工作模式下获得10 W的峰值功率,最高电光转换效率达到21.1%,在国内外报道的长波红外QCL中处于领先水平,提高占空比工作获得平均功率117.6 mW。本研究对于改进QCL的设计与制备,优化激光器的输出性能具有指导意义。

摘要:本文提出了一种基于光纤双锥滤波结构的掺铥光纤激光器(thulium-doped fiber laser,TDFL)。首先,通过对单模光纤进行拉锥处理并级联为双锥结构,制备了光纤马赫-曾德尔干涉(Mach-Zehnder interferometer,MZI) 滤波器；随后,设计并搭建了泵浦波长为793 nm,增益介质长度为3.5 m的TDFL,激光器阈值为126 mW。实验中,通过调节偏振控制器(polarization controller,PC), 实现了1 830.6 — 1 881.7 nm范围内的单波长激光可切换输出,最小波长间隔为7.1 nm；在1 841.7—1 881.1 nm范围内实现了双波长激光可切换输出,最小及最大波长间隔分别为4.5nm和35.7nm。在20 min的监测时间内,激光器能够稳定输出单波长和双波长激光,功率波动分别小于0.52 dB和0.91 dB。本文提出的TDFL具有波长切换灵活的特点,在激光传感和测试等方面具有重要的应用价值。

摘要:为了进一步缩小非负矩阵分解(non-negative matrix factorization,NMF)的解空间,提出了一种基于保持高光谱图像的内在结构不变性约束和端元光谱分段平滑约束的 NMF的高光谱解混算法。首先,采用一个投影方程来描述高光谱图像的内在结构。然后引入图正则化,建立高光谱图像与丰度矩阵之间的联系,以保持高光谱图像内在结构的不变性。其次,采用马尔科夫随机场模型中的自适应势函数作为促进端元平滑的平滑函数。最后,采用L1/2稀疏约束促进丰度矩阵的 稀疏性。为了验证所提算法的性能,在两个真实数据集上进行了实验分析,证明了该方法的优越性。

摘要:为解决无监督领域自适应(unsupervised domain adaptation,UDA) 行人重识别(person re-identification,Re-ID) 方法中数据集间的风格差异和聚类过程中伪标签的噪声问题,更好地利用全局与局部信息,本文提出基于标签互优化(label mutual optimization,LMO)的UDA方法。方法首先在特征提取器中加入特征增强模块,提取出更鲁棒性的特征。然后方法使用多分支网络,分别提取行人的全局特征与局部特征,通过计算交叉一致性分数优化迭代网络,从而降低伪标签噪声带来的影响。最后,方法在聚类算法中应用聚类可靠性评价标准,进一步提升网络的性能,并在多个数据集上验证了本文所提出方法的有效性。

摘要:针对布匹瑕疵检测任务中存在的细小目标识别准确率低、检测速度慢等问题,提出一种新型的DeepLabv3++布匹瑕疵检测模型。首先,设计了多尺度的轻量级主干网络,用于提取形状各异、大小不一的瑕疵特征；其次,引入卷积注意力模块和空间通道注意力模块,分别实现对细小目标边界信息的捕捉和瑕疵区域的关注；接着,在解码部分添加两类多层次特征融合(multi-level feature fusion,MFF) 模块,以减少细节信息丢失问题；最后,采用工业现场采集的布匹瑕疵数据集对模型进行训练与评估。实验结果表明,本文提出的DeepLabv3++模型相较其他主流语义分割模型具有 更高的精度和检测速度,其参数量仅为410万,平均交并比(mean intersection over union,mIoU) 、平均像素准确率(mean pixel accuracy,mPA) 分别达到了90.01%、95.05%,满足了工业现场对检测精度和速度的均衡性需求。

摘要:无损检测中使用的声发射 (acoustic emission,AE) 主要是通过分析机械结构中传播的弹性波,利用生成的声波携带的信息可以确定结构的完整性。为了实现对仪器损伤的精准定位,本文提出将正交光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG) 传感器网络及其对称三角形布置应用于声发射定位方法,有效减少由FBG轴和声波传播方向之间夹角造成的误差。该方法基于小波变换,利用声发射源形成的兰姆波中不同频率波到达的相对时间差来求解声发射信号,并采用建立的椭圆算法实现对声发射源的定位,实验最终得到平均误差为2.95 cm。本文还探究了声发射源距离对传感器接收信号的影响。该研究对仪器损伤及缺陷定位有较大意义。

摘要:高精度地提取条纹频率信息是干涉粒子成像(interferometric particle imaging,IPI) 技术的关键,本文提出一种基于简化联合插值(simplified-joint interpolation,S-JI) 的快速条纹图频率细化算法。该算法利用傅里叶谱的实部和虚部得到亚像素精度的条纹频率,由于不需要计算频移量和再次频率细化(频移),降低了算法复杂度,缩短了计算时间。数值模拟表明,相比于联合插值(joint interpolation,JI) 算法,本算法计算时间节省了2/3,且具有更优的频率估计精度和稳定性。对25 μm和70 μm的标准粒子进行了测量,获得的粒径测量相对误差小于0.3%。研究结果表明,该算法可用于高速喷射粒子场的高精度测量。

摘要:为了探究不同异质芯结构光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器的温度和折射率(refractive index,RI) 传感性能,本文分别制备了基于多模(multimode fiber, MMF)-单模(single mode fiber, SMF)、MMF-无芯(nocore fiber, NCF)以及MMF-空芯(hollow core fiber, HCF)结构的反射式光纤SPR传感器。通过在光纤探头表面约一半区域涂覆温敏薄膜,实现了折射率与温度的同时测量,并比较分析了3种探头的温度和折射率传感特性。本文利用有限元法分析了传感器的温度和折射率双参量传感原理,并通过实验的方法分别对3种结构光纤探头的传感特性进行了分析和比较。实验结果表明,在3种光纤探头中,基于HCF的反射式SPR传感器的温度和折射率传感性能最优,在30—70 ℃的测温范围内,其温度灵敏度约为-1.604 5 nm/℃;在待测液折射率为1.331—1.37的范围内,其折射率灵敏度可达1 945.46 nm/RIU。

摘要:针对盾构管片混凝土的裂缝检测任务,提出一种基于L1范数和F范数的二维主成分分析(two-dimensional principal component analysis,2DPCA) 算法。考虑到实际工程中异常值干扰问题的重要性,采用L1范数度量以降低特征提取算法对异常值的敏感性。同时,采用F范数的度量来减小算法的重构误差,从而增强重构性能并提升裂缝标记的准确性。对混凝土裂缝图像进行测试,结果表明:所提算法对盾构管片的混凝土裂缝检测具有较好的识别和标记效果,最高识别率可达90.42%。此外,在不同实验条件下对混凝土裂缝进行检测,结果表明,所提算法具有较强的抗噪能力。最后,将该算法应用在人脸识别领域,实验结果表明所提算法仍具有较强鲁棒性与实际应用性。综上所述,采用2DPCA的算法策略在混凝土裂缝检测中具有良好的适用性,未来仍可持续探索相关改进算法。

摘要:针对可见光通信(visible light communication, VLC)中传统调光方法单纯依赖符号间调光精度低的问题,本文提出了一种兼容高精度调光的高效自适应偏置分层光正交频分复用(adaptively biased layered optical orthogonal frequency division multiplexing, ABLO-OFDM)方法,通过构建基于符号间和符号内的混合脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)信号实现高精度调光控制。进一步地,在发送端引入预处理过程,避免调光控制影响符号传输和接收端信号检测,提出方法可以直接采用标准的OFDM接收机进行信号检测,有效地降低了接收复杂度和处理时延。仿真结果表明,提出方法相比传统方法能够实现更高的调光精度和更优的传输性能。

摘要:本文提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器(dual-parallel Mach-Zehnder modulation, DPMZM)的能克服码元走离效应和实现载波重用的8倍频光载无线(radio over fiber, ROF)系统。在中心站(central station, CS)采用复合的射频(radio-frequency, RF)信号作为DPMZM的驱动信号,实现了将数据信号仅调制到+4阶边带上,采用插入一个导频信号来实现基站(base station, BS)的载波重用。对所设计的系统的工作原理进行了理论分析和仿真验证。在系统Q值大于6的前提下,系统上下链路光纤传输距离分别超过了290 km和80 km。同时分析了系统主要器件参数偏离设计值时对Q值的影响。本文的创新之处在于,系统不仅能克服码元走离效应,而且还解决了常规载波重用导致的下行链路性能下降和系统可调谐性差的问题,大大增大了光纤传输距离和系统性能,在ROF中具有重要的应用前景。

摘要:肝癌是一种恶性肿瘤,对其进行早期筛查和准确检测是提高治疗效果、延长患者生存期的关键。针对使用单期相计算机断层扫描(computed tomography,CT)图像难以准确检测复杂多变的肝癌的问题,本文提出一种基于FCOS(fully convolutional one-stage object detection)的双期相CT肝癌检测方法。首先构建了双期相肝脏CT四元组网络,并利用其匹配双期相肝脏CT切片,确保不同期相之间肝脏位置的一致性,为后续肝癌检测奠定基础。其次改造了FCOS网络以接收双期相CT图像的输入,设计并插入AFF(attention-based feature fusion)模块进行带混合注意力的特征融合,以提高肝癌检测的准确性。实验结果表明,改进算法在本文数据集上的平均精度 (average precision,AP)达到了78.56%,相比于单期相FCOS网络提高了4.9%,展现出更优越的性能。