摘要:光子晶体(photonic crystal,PC) 器件的研究领域中,缺乏对多功能器件的研究。本文提出了一种具有滤波功能的二维正方晶格光子晶体波导出射光集束结构。该结构出射端口呈阶梯喇叭型,通过辐射波与其接触喇叭口表面所生成表面波之间的干涉,增强光的集束性,大幅增加有效传播距离。在喇叭口的前端则另有两个耦合滤波器,分别滤除中心波长为1.505 μm和 1.516 μm的 窄带波段,滤波效率达到了99.64%和99.02%。通过以上两部分结构的设计,该结构对非1.505μm和1.516 μm这两个窄带范围的入射光具有很强的集束能力。由时域有限差分法分析可得,该结构在入射波长为1.460 μm时,有效传播距离达到了111.4 μm。

摘要:本文提出了一种基于氢氟酸(hydrofluoric acid, HF)化学腐蚀法制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)微腔结构的超低温液氮环境光纤应变传感特性研究。采用浓度为20%的HF溶液腐蚀单模光纤端面15 min得到凹槽结构,将腐蚀端与另一端面切平的单模光纤进行熔接形成F-P微腔,F-P反射谱对比度 为7.98 dB,自由光谱范围(free spectrum range,FSR) 为17.8 nm。实验中,将光纤F-P传感器粘贴在等强度梁上并放置于液氮(-196 ℃)环境,应变测试范围为70—630 με,在施加应变过程中,F-P反射谱波长向短波方向漂移4.21 nm,灵敏度为-7.17 pm/με,拟合度为99.928% ；在卸载应变过程中,F-P反射谱波长向长波方向漂移4.33 nm,灵敏度为7.34 pm/με,拟合度为99.923%。通过对超低温应变响应特性实验进行滞后性分析得知施加-卸载应变波长漂移最大偏差为0.17 nm,证明所设计的传感器具有稳定性与可靠性。

摘要:金属辅助化学腐蚀(metal-assisted chemical etching,MACE) 法制备的硅纳米线(silicon nanowires,SiNWs)具有光致发光(photoluminescence,PL) 性能,但制备条件对SiNWs的结构和发光性能有较大影响。为获得结构形貌和发光性能较佳的SiNWs,本文对腐蚀液中H₂O₂的浓度、腐蚀液温度、腐蚀时间等制备参数进行了优化。研究表明,腐蚀液中H₂O₂浓度为0.50 mol/L,温度为25 ℃条件下腐蚀速率适中,形成的SiNWs最均匀规整,其PL性能最好。随着腐蚀时间增加,SiNWs长度和表面氧化物呈增长趋势,SiNWs直径在100 nm左右。橙红色PL谱被认为是硅纳米晶体的量子限制效应引起,随着腐蚀时间增长,633 nm和699 nm的两个主发光峰位皆发生蓝移。腐蚀4 min的SiNW结构和长度适中,其发光强度最强,比腐蚀12 min样品光强大了一个数量级。该法制备的SiNWs在基于硅纳米结构光电器件的制备中具有重要的应用潜力。

摘要:目前传能光纤受限于芯径大小与材料缺陷,在中红外波段难以解决大模场面积与优良传输性能的矛盾。本文提出了一种7管空芯反谐振光纤(hollow core anti-resonant fiber,HC-ARF) ,包层管与外包层以相交的方式连接。利用有限元法结合完美匹配层(perfectly matched layer,PML) 边界条件对光纤进行了数值仿真,综合分析光纤损耗和单模性,得到了光纤参数的优化结果。当纤芯直径为120.0 μm,壁厚为0.7 μm,包层管个数为7个,包层管直径为84.0 μm,外包层半径 为146.9 μm时,该光纤在3.0 μm处损耗为0.004 dB/m,在2.5—3.6 μm波段的损耗低于0.01 dB/m,模场面积达到6 000 μm²,并且具有极好的单模性。提出的空芯反谐振光纤可在保证大模场面积条件下实现低损耗单模传输,在中红外传能等领域具有巨大潜力。

摘要:设计并实现了一种主控振荡器的功率放大器(master oscillator power-amplifier,MOPA)型的波长可调谐高功率单频窄线宽光纤激光器,其中振荡级采用环形腔结构,并利用可调谐光纤FP(Fabry-Perot)滤波器和自感应光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)滤波器实现单频窄线宽激光输出,放大级采用高功率多模半导体激光器泵浦的双包层增益光纤。以980 nm半导体激光器泵浦的2 m掺铒光纤(erbium-doped fiber,EDF) 作为增益介质,可调谐光纤FP滤波器和2 m未泵浦EDF产生的动态FBG组成窄带滤波装置,4 m铒镱共掺双包层光纤(erbium-ytterbium co-doped double-cladding fiber,EYDF) 作为激光放大级增益介质,实现了波长在1 524.35—1566.10 nm范围的波长可调谐窄线宽单频激光输出,平均线宽12.7 kHz,激光输出功率可达1.16 W,显著提高了可调谐窄线宽激光器的输出功率。

摘要:针对固体火箭发动机结构健康监测,本文提出并制备了一种新型马赫-曾德尔干涉型传感器,传感结构由多模光纤(multimode fiber,MMF) 、氧化物掺杂光纤与多模光纤依次手动熔接而成。其中,掺杂光纤为传感单元,它的纤芯主要由Y₂O₃、Al₂O₃和P₂O₅掺杂构成,纤芯折射率(refractive index,RI) 呈现类线性分布。建立了传感器理论模型,分析了传感器的光场传输特性。研制了传感器样品,开展了温度、弯曲和应变实验。实验结果表明,传感器温度、弯曲、应变灵敏度分别为57 pm/℃、9.41 nm/m-1、3 pm/με,相比较同类型的传感器,灵敏度具有较大提高,同时表现出了不同的特征光谱特性。该传感器制备工艺简单,结构紧凑,可应用于固体火箭发动机内部温度、弯曲、应变多个参数的测量。

摘要:针对引线框架表面不规则缺陷难以进行准确检测的问题,提出一种融合注意力和多级残差的引线框架表面缺陷检测方法。首先,提出一种多尺度全局注意力模块,通过捕获缺陷边缘区域的通道和空间信息,进一步获取引线框架全局信息以提高分割精度。其次,为了实现缺陷信息的多尺度融合,设计一种多级残差融合注意力网络模块,提取表面划痕缺陷的全局语义信息。此外,编码器采用平滑最大化单元(smooth maximum unit,SMU) 激活函数,以改善检测时的细节缺失现象。对比实验结果表明,所提引线框架表面缺陷检测方法的平均交并比(mean intersection over union, MIoU)指标在自制引线框架表面缺陷数据集上,相比于4种典型方法分别提升了25.05%、26.79%、12.11%、21.02%；消融实验证明所提检测方法具有较好的缺陷检测性能,能获得更多的有效缺陷信息。

摘要:现有的基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN) 的图像超分辨率(super-resolution,SR) 重建方法通常在全分辨率或渐进式低分辨率(low-resolution,LR) 表示上进行操作。前者可实现空间上精确但上下文信息较弱的超分辨率重建结果,后者可生成语义上可靠但空间上不太精确的输出。针对上述问题,本文提出了一种新的基于跨多分辨率信息流和多重注意力机制 (across-multi-resolution information flow and multiple attention mechanism,AMRMA)的超分辨率重建模型和方法。该方法采用跨多分辨率信息流和信息交互机制实现多尺度特征提取和聚合,利用多重注意力机制捕捉上下文信息以增强图像高频信息,设计一种新的加权损失函数以优化模型参数。在Set5等5个公开数据集上的实验结果表明,与Bicubic、SRCNN、VDSR、RDN和MuRNet 等经典和现有方法相比,本文方法峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)和结构相似度(structural similarity,  SSIM)分别提升了0.33 dB和0.004 8,具有更好的超分辨率重建效果。

摘要:针对目前电力仪表检测数据稀缺、生成数据与真实数据分布差异大、特征提取网络泛化能力不强的问题,提出了一种基于数据生成的无监督目标检测算法。本文首先基于文生图模型生成大量带标注的电力仪表图像；然后,提出了基于样本混合的域适应策略,选取高置信度输出的真实图像与生成图像拼接后进行混合训练,从而缓解生成数据与真实数据分布差异带来的负面影响；最后,增加了掩码一致性模块,使得模型能够学习到更加普适的特征表示,提高在未知场景下的泛化能力。测试结果表明,本文算法相比于仅用生成图像训练的网络在平均精度 (mean average precision,mAP) 上提升了14.1%,同时比现有的经典域适应算法 SWDA Faster R-CNN (strong-weak domain adaptation Faster R-CNN) 高出了10.9%。

摘要:针对遥感图像在加密中存在的适应性低、安全性差等问题,提出一种基于新的二维混沌系统的多波段遥感图像加密算法。首先,为增强混沌序列的随机性,使用Cubic映射与Sine映射设计出一种新的二维混沌系统,并通过实验验证其性能优于以往混沌系统。其次,为了提高加密算法中置乱与扩散部分的性能与安全性,引入了基于循环群特性的像素替换策略。此外,该算法充分利用了遥感图像的多波段特性,在加密过程中令每个波段之间相互交叉混淆,优化了加密效果。实验结果表明,该算法具有密钥空间大、安全性高的优点,能够抵御常见的密码分析攻击。

摘要:本研究针对断路器数据采集不平衡的问题, 为实现对断路器的高效故障诊断,采用基于马氏距离的改进 合成少数类过采样技术(modified synthetic minority over-sampling technique,MSMOTE)进行数据扩充,并通过萤火虫算法(firefly algorithm,FA)优化卷积长短时记忆网络 (convolutional neural network-long short-term memory,CNN-LSTM)的隐藏层节点数和学习率。将经MSMOTE算法扩充后的数据输入到FA-CNN-LSTM模型中进行训练分类。实验结果表明,所提方法在故障样本较少的情况下同样能实现对断路器的高效故障诊断。通过FA算法的优化,分类准确率达到了99%。因此,本研究提出的断路器故障诊断方法具有较好的性能,为电网设备状态分析提供了一种新的有效途径。

摘要:为了研究由太阳活动引起的X射线耀斑对星地量子链路通信性能的影响,本文基于Chapman理论构建了电离层电子密度增量模型,并基于此模型得到了关于X射线耀斑 辐射通量及太阳天顶角的电离层额外衰减因子。通过仿真分析了基于均值的加权信道容量、基于区间的加权信道生存函数、量子信道建立速率及量子密钥分发(quantum key distribution,QKD) 系统误码率(bit error rate,BER) 随X射线耀斑辐射等级的变化情况。结果表明,在X射线耀斑干扰下,电离层电子密度最大增量可达2.78×10⁶ cm-3；当光量子信号穿过厚度为1 km的电离层,X射线耀斑辐射通量由10-5 W/m²增至10-4 W/m²时,均值加权信道容量衰减幅度为0.142 bit/s；当X 射 线耀斑辐射通量由10-5.5 W/m²增至10-4.25 W/m²,区间加权信道生存函数由0.986衰减至0.799,信道维持高效服务状态的能力大幅降低；当加权信道 保真度F′=0.92时,随着X射线耀斑辐射通量由10-5.2 W/m²增至10-4.4 W/m²,当信号传输距离为6 km时信道建立速率由18对/s衰减至7对/s；当传输距离为15 km,X射线耀斑辐射等级为重级(heavy)时,密钥分发系统BER高达0.021,且该BER会随着电子密度的增加而增加。因此,X射线耀斑对星地量子通信链路的影响不容忽视,可根据X射线耀斑辐射等级适当调整量子卫星的各项参数指标以保证通信的可靠性与有效性。

摘要:在逆向调制(modulating retroreflector,MRR)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中采用微角锥反射器阵列(micro corner-cube reflector array,MCCRA)作为光学逆向反射器,可以形成伪相位共轭效应(pseudo phase conjugation effect,PPCE),从而大幅降低大气湍流的影响,但是对该典型双程信道的仿真方法、统计模型以及性能分析均未见系统性研究。本文则介绍了一种用于MCCRA信道的双程光波传输仿真的简化方法,并借此仿真方法对采用MCCRA的MRR FSO信道衰落进行统计研究。通过比较双对数正态(lognormal,LN) 分布和双伽马-伽马(Gamma-Gamma,GG)分布的复合信道模型,结果显示,双GG模型更适合描述基于MCCRA的MRR FSO双程信道。利用双GG模型评估其系统平均误码率(bit error rate,BER) ,证实PPCE带来的性能增益大于信道相关性带来的性能损失。