摘要:基于光子晶体环形腔与波导之间的共振耦合原理,设计了一款由环形缺陷和线缺陷组成的六端口二维光子晶体圆形晶格正方排列的双功能器件。运用平面波展开法(plane wave expansion method,PWEM) 和时域有限差分法(finite-difference time-domain,FDTD) 分析了该二维光子晶体器件的传输特性,得到了传输特性曲线和光场分布,然后讨论了环形腔中心柱内径和耦合区域的介质柱半径对输出端口滤波效率及透射率的影响。结果表明,通过调节环形腔中心柱以及耦合区域的介质柱参数,该器件可同时实现良好的滤波和分束功能。对于波长为1.510 μm和1.515 μm的输入光波,该器件主要具有滤波功能,滤波效率分别可以达到接近99.95%和93.27%；对于波长为1.490 μm的输入光波,主要具有分束功能,透射率最高可达99.74%。

摘要:双光栅泰伯效应微位移传感器具有分辨率高、 抗电磁干扰能力强等优势,但其精度易受光栅加工和装配误差的影响。本文利用COMSOL仿真软件,对光栅加工过程中的栅线宽度、光栅厚度、占空比以及双光栅装配过程中的层夹角、栅线夹角和双光栅间距进行误差仿真分析。最终结果表明,光栅周期加工可允许误差范围小于±0.1 μm,光栅厚度对光栅衍射效率影响可忽略不计,光栅占空比最优参数为0.5；双层光栅层夹角与栅线夹角对光栅衍射效率影响较大,双光栅层夹角可允许误差小于1°,栅线夹角可允许误差小于0.1°,光栅间距可允许误差小于±0.1 μm。上述分析将有助于后续对各类误差进行补偿,进而保证双光栅泰伯效应系统的高精度微位移检测。

摘要:针对目前大多数太赫兹(terahertz,THz)吸波器仅能实现单一窄吸收峰,无法实现动态可调吸收以满足实际需求,本文提出一种基于二氧化钒(vanadium dioxide,VO₂)和光导硅(photoconductive silicon,PSi)超构表面的THz动态可调吸波器。所提出的设计由PSi图案层、两层二氧化硅(silicon dioxide,SiO₂)介质层、VO₂调控层和金(aurum,Au)金属底板5层构成。仿真结果表明,该吸波器在VO₂的电导率(σvo₂)为10 S/m、PSi的电导率(σPSi)为1.5×10⁵ S/m时具有双频带吸波特性,其在0.50—0.79 THz和1.93—2.25 THz双频带内的吸收率(absorptivity, A(ω)达到90%以上,所对应的相对带宽分别为44.96%和15.31%。当σvo₂=2×10⁵ S/m、σPSi=1.5×10⁵ S/m时,所设计的吸波器在0.96—1.63 THz内具有单频带吸波特性,其相对带宽为51.74%(A(ω)>90%)。本文所提出的设计具有宽角度稳定性(60°)、极化不敏感性和动态可调吸波特性,在调制、传感和电磁隐身等多功能器件方面有潜在的应用价值。

摘要:针对长波红外量子级联激光器(quantum cascade laser,QCL)波导损耗较大和光限制因子较低等问题,本文详细研究了8.3 μm长波红外QCL芯片三维光学结构对光波导及电学性能的影响。在外延生长方向,研究和对比了“InP+InGaAs”和“全InP”两种波导结构的材料厚度、掺杂浓度等因素对光波导性能的影响,结果证实“全InP”波导结构可实现更低的波导损耗和模式重叠系数。在脊波导两侧方向,考察了脊宽对光波导性能的影响,发现采用将脊两侧包覆的InP∶Fe掩埋异质结构(buried heterostructure,BH) 能使脊宽小于10 μm的芯片的模式重叠系数更低。在腔面膜方向,通过研究涂层厚度与反射率的关系实现对腔面损耗的优化。结果表明,当增透(antireflection,AR) 膜Y₂O₃的厚度为990 nm时,增透膜反射率和腔面损耗分别为3.43%和3.37 cm-1,此时电光转换效率(wall plug efficiency,WPE) 可以达到极大值12.91%。

摘要:手性,通常表现为不能通过平移或旋转与其镜像结构重合的现象。光学领域中手性结构与圆偏振(circular polarization,CP) 光间的相互作用会产生圆二色性(circular dichroism,CD),在偏振开关、滤波和传感等领域具有重要的应用价值。提出了一种工作在近红外(near-infrared,NIR)波段的单层全介质双原子超表面的设计策略,相邻纳米硅柱之间产生的干涉效应能够诱导圆偏振光的自旋选择性透射,在292.33 THz处产生高达95.33%的CD振幅。通过改变右侧交叉椭圆硅柱的相对旋转角度可以重构超表面单元,进一步提供了一种灵活的方式来切换CD光谱的响应类型。该设计还可以作为线偏振光到圆偏振光的偏振转换器,并仍然具有可重构特性。所设计的双原子手性超表面可广泛应用于动态多功能器件,为集成光子器件的设计与发展提供了新思路。

摘要:针对中低频高灵敏度振动检测的需求,提出了一种增敏型对称简支梁结构的光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG) 加速度传感器。首先对传感器模型进行理论分析,然后对传感器结构参数进行数值优化,为了满足高灵敏度的要求,得出简支梁厚度仅为0.5 mm,再通过有限元法对传感器进行仿真分析,最后加工传感器实物并对其进行实验测试。实验表明,传感器的固有频率为294.6 Hz,灵敏度为307 pm/g,横向抗干扰度小于2.7％,可用于30—130 Hz频段的振动信号的测量。

摘要:针对现有夜间图像能见度检测算法准确率低的问题,本文提出一种基于稳定光源的夜间能见度等级分类算法。首先利用目标检测网络检测图像所有稳定光源路灯,得到图像中所有的路灯光源块；其次,通过分类网络对光源块进行雾分类；同时,对所有光源块按尺寸与均值大小排序并得到相应的权重；最后,结合光源块分类结果与权重进行 统计分析后对夜间图像能见度等级进行分类。实验结果表明,本文夜间能见度分类算法的准确率在真实社会数据集中达到77.6%,分类结果相比于现有方法更准确,并在不同场景下具有良好的泛化性。

摘要:为了达到精确高光谱图像(hyperspectral images,HSIs)亚像元定位(subpixel mapping,SPM)结果,本文提出基于超分辨率融合(super-resolution fusion,SRF)的双路径亚像元定位方法(super resolution fusion dual path subpixel mapping,SRF-DPSPM)。在该方法中采用两种路径处理高光谱图像。在一条路径中,对原始高光谱图像的丰度图像进行插值操作,得到高分辨率的丰度图像；在另一条路径中,采用SRF技术,利用多光谱图像(multispectrum images,MSIs)对原始图像进行处理,得到新型高分辨率的丰度图像,融合两种路径下的结果。由于结合了插值路径和超分辨率路径下的丰度图像,从而得到具有丰富空间-光谱信息的预测值。最后,根据预测值得到最终的亚像元定位结果。在两个真实数据集上进行实验分析,结果表明,该方法能进一步提高精度。

摘要:飞秒激光成丝传输中的线性和非线性效应对光束能量分布和传输有重要影响,研究其在介质中成丝的传输特性将会拓展相关应用前景。由于光束传播对输入光束的形状和波长极为敏感,可以通过改变输入光束的形状和波长来调控光束在介质中能量和光强的分布。本文基于非线性薛定谔方程,研究了变化的波长和形状下,超高斯光束和包裹光束的传输特性。研究发现超高斯光束能够促进光束更快聚焦,也促使介质中光束光强和等离子体密度数值发生改变；超高斯光束和周围环形部分构成的包裹光束,由于存在“能量池”的作用有利于促进和维持光束的传播。此外,减小光束的波长有助于获得更大的光强箝位,促进光束更快聚焦,光强的维持效果明显。

摘要:针对现有基于深度学习(deep learning,DL)的正交频分复用 (orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统信道估计算法存在信噪比(signal-to-noise ratio,SNR) 不匹配时估计性能不足和信道特征提取不充分的问题,提出了一种基于噪声估计与多尺度信道重建神经网络(noise estimation and multiscale channel reconstruction neural network,NE-MCRNNet)的信道估计方案。首先,设计噪声估计网络(noise estimation network,NENet),对当前传输环境进行信噪比估计,然后,构建多尺度信道重建网络(multiscale channel reconstruction network,MCRNet)并根据估计得到的信噪比值进行网络选取,对导频处的信道矩阵采用多尺度特征提取进行信道重建,增强了信道不同尺度信息的提取能力,最后利用残差结构专注学习高频差异完成信道估计。仿真结果表明:该信道估计方案可以获得比传统信道估计更好的估计结果,并且可以更好地适应信噪比不匹配的情况。因而该信道估计方案能较好地满足OFDM系统信道估计的要求。

摘要:本文采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,对不同激光功率和扫描速度下的除漆深度和温度场分布情况进行了数值模拟,并通过实验验证了模拟结果的可靠性。结果表明,激光功率越大,清洗深度越深,漆层表面温度越高。扫描速度越慢,清洗深度越深,清洗后的表面越平整；当扫描速度过快时,清洗深度保持不变,清洗后的表面平整度降低。此外,当扫描速度较慢时,漆层最高温度随着脉冲数的增加而不断升高,直至趋于稳定；当扫描速度过快时,漆层最高温度不再随脉冲数的增加而变化。实验结果表明,当激光功率为20 W、扫描速度为1 250 mm/s时,清洗后的基体表面无油漆残留,表面质量最佳,且满足涂装工艺要求。

摘要:针对大气信道下远距离通信,高斯光束受大气湍流信道影响,导致接收耦合能量低的问题,提出了一种适用于大气湍流信道的高斯光斑空间传输的高效耦合方法。该方法从高斯光斑光强、闪烁指数(scintillation index,SI) 分布特性的角度出发,通过监测光强与闪烁指数的统计数值作为反馈,控制发射端抑制湍流引起的光强闪烁,实现了光束的高效耦合,提升通信系统性能。并通过搭建1 km激光 通信实验进行验证,结果表明:根据信道闪烁监测调整终端后,平均光强从19.63μW增加至24.91 μW,闪烁指数从0.140降低至0.088,通信误码率(bit error rate,BER) 从1.27×10-6降低到1.07×10-10,通信BER在弱湍流条件下改善了4个数量级。该方法能够有效提升大气激光通信系统的性能,为大气激光通信系统的推广与应用奠定基础。

摘要:为了克服二氧化锡(stannic oxide,SnO₂)薄膜材料电导率低、透过率有限的缺点,通过掺杂改性的方式得到光电性能更佳的SnO₂薄膜。以无水乙醇作为溶剂,采用溶胶-凝胶(soliquid-gelatum,sol-gel)法制备出了Ti掺杂分别为0 at%、3 at%、5 at%、7 at%、9 at%的SnO₂薄膜。并利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、 扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)、紫外-可见(ultraviolet-visible,UV-Vis)分光光度计和霍尔效应测试仪对Ti掺杂的SnO₂薄膜的结构、形貌和光电性能进行研究。结果表明,除Ti掺杂量为9 at%以外,其余样品透过率都达到90%以上,光学带隙值随着掺杂浓度的升高呈现先减小后增大的趋势。另外,Ti掺杂使SnO₂薄膜的电阻率降低,当Ti掺杂量为3 at%时,其样品品质因数(figure of merit,FOM) 最高可达到14.45×10-3 Ω-1。