用于FBG解调的AWG芯片的设计、仿真与制备

设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为1.5nm。优化后的AWG芯片采用深紫外光刻技术、电感耦合等离子体等技术制备。经测试,该AWG的插入损耗为3dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为2.3nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8nm范围内的解调精度可达11.26pm,波长分辨率为6pm。     

一种基于CNN的混叠光谱解调算法及FPGA实现

为了解决光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的光谱信号混叠问题,基于现场可编程门阵列(FPGA)提出了一种利用卷积神经网络(CNN)模型的混叠光谱信号解调算法,并对其进行硬件实现与加速。通过对模型参数进行定点数量化,压缩网络模型的存储空间,提高FPGA中DSP资源的利用率;利用循环展开和数组重排等硬件优化方法,提高了系统实时性,确定了算法的并行计算方案。研究结果表明,在100 MHz的时钟下,测试集解调精度为1.19 pm,推理速度为每帧14.96μs,光谱解调速率为60 kHz,对于FBG混叠光谱信号解调具有较高的精度和速率。     

基于Mach-Zehnder滤波的可调谐光纤激光器

() ()基金项目: 。摘要:为了实现高稳定性的可调谐激光输出,提出并设计了一种基于Mach-Zehnder(M-Z)滤波结构,结合Fabry-Perot(F-P)滤波器的可调谐掺铒光纤激光器,并对激光器的原理及实现方案进行理论分析和实验验证。所设计激光器系统的泵浦源工作波长为976 nm;长度5 m的掺铒光纤作为增益介质;采用全光纤M-Z结构进行滤波,并结合F-P滤波器实现单波长激光可调谐输出。实验中,通过调节F-P滤波器,在泵浦功率为60 mW时,实现了1547～1568 nm范围内单波长激光的稳定可调谐输出,波长调谐间隔小于1.7 nm,每个输出波长的边模抑制比均大于55 dB,线宽均小于0.1 nm。     

基于卷积神经网络的混叠光谱解调方法

研究了一种基于深度学习的光纤光栅混叠FBG光谱解调方法。利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)模型处理混叠光谱非线性序列模型问题,通过一维卷积神经网络预测识别混叠光谱中心波长,并搭建了并联结构的混叠光谱数据自动采集实验系统,验证了混叠光谱的中心波长高精度解调。实验分析了训练样本、迭代次数对训练时间、测试时间、解调精度的影响,并对训练完成后的模型进行了解调时间测试。分别与其他解调算法进行了解调精度和测试时间对比,同时对同一组光谱数据使用解调模型算法及最高点寻峰算法进行中心波长值的对比并进行误差分析。实验结果表明:解调模型均方根误差结果为0.082 58 pm,使用Intel(R) Core(TM) i7-8550U CPU （Central Processing Unit）的解调计算时间为0.338 s。研究结果表明:采用卷积神经网络模型对于混叠光谱中心波长解调结果的准确性具有合理性,与其他算法相比,文中的解调算法在解调精度和时间上具有优势,模型大小在400 kB以下,所需算力较小,可部署在小型嵌入式设备中,在大规模机载传感网络,结构健康监测中有良好的应用前景。     

激光偏振拉曼的CVD多晶石墨烯表征

石墨烯具有优异的物理化学性质,在MEMS器件、光电检测材料、柔性显示屏、新能源电池、复合材料等方面成为研究热点。目前大面积石墨烯制备主要依赖于化学气相沉积技术(chemical vapor deposition, CVD),但其生长的晶体质量直接影响到电化学特性和实际应用,因此需要一种快速而准确的表征方法。实验利用背向散射的偏振激光散射装置测量CVD生长的石墨烯拉曼光谱。通过分析实验获得的300 nm SiO2/Si基底上的单层、五层和十层左右的石墨烯角分辨偏振拉曼光谱,发现单层生长的石墨烯偏振特性与机械剥离单晶石墨烯一致;随着层数的增加,G峰偏振响应差异更加明显,表现出明显的椭圆特性;在不同石墨烯层数上的D峰也呈现出一定的偏振响应差异性。偏振拉曼测试结果表明目前CVD生长的缺陷和多晶特性与石墨烯层数呈现正相关特征。     

酶免分析仪孵育过程的分段温控方法研究

针对酶免分析仪孵育过程耗时过长、温度稳定性差导致试剂反应差异性较大的问题,提出了一种基于改进型数字PID的分段温度控制方法。首先对孵育过程中试剂温度及孵育位温度变化曲线特性进行分析,确定预升温段及恒温段的分段控制温度参数;然后根据温度参数及各段控制指标,分别对孵育过程的各温度变化段采用不同算法分阶段进行控制;最后基于酶免分析仪框架搭建了温控实验系统,对反应液温度上升时间及温度稳定性进行验证。实验结果表明,试剂由21℃升至37.5℃的温度上升时间为239±5 s,恒温阶段的温度偏差小于±0.2℃。该方法可实现反应液迅速升温并且稳定恒温,保证了孵育过程中生物酶反应的快速及稳定。     

Parallel confocal microscopy using high‐order axially symmetric polarized beams

A novel scheme of parallel confocal microscopy using high‐order axially symmetric polarized beams (ASPBs) is proposed. The basic concept of ASPBs is introduced first, then the principle of the scheme is presented, finally some numerical results are shown to verify the feasibility of the scheme. Seen from the results, multiple imaging spots are obtained and the size of spots is about 70% of the spot size in the single lens microscopy, and a kind of high temporal and spatial resolution parallel confocal microscopy is achieved, which may find wide applications in the fields of 3D profile measurement and biomedical imaging. Microsc. Res. Tech. 78:302–308, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前...     

Curing performance and print accuracy of oxidized SiC ceramic via vat photopolymerization

To improve the print quality of SiC ceramic, an amorphous SiO₂ layer is prepared on the surface of SiC by oxidation (SiC@SiO₂). The changes in curing depth and width direction of SiC@SiO₂ curing sheets with different degrees of oxidation were investigated. The results showed that curing depth increased while curing width decreased with an increasing degree of oxidation. The edge morphologies of SiC@SiO₂ curing sheets changed from serration to flat shape with increasing degree of oxidation, and uneven overcuring regions appear in the width direction. Additionally, 12% SiC@SiO₂ ceramic was fabricated via vat photopolymerization combined with reaction sintering. The dimensional deviation ratio of printed green bodies increased with decreasing printed line width and pore diameter. The minimum printed line width of 329 μm and pore diameter of 483 μm with good print quality were obtained. Furthermore, the flexural strength of 225.4 MPa and bulk density of 2.77 g cm⁻³ for sintered 12% SiC@SiO₂ parts were obtained.     

螺旋布设光纤光栅的软体操作器形状传感方法

为实现微创手术软体操作器弯曲伸缩运动时的形状测量,提出一种螺旋布设光纤光栅形状传感方法。不同于传统的直线形布设方法,螺旋形布设方法可以防止软体操作器弯曲伸缩运动时,光纤光栅的折断、脱胶现象发生。理论分析了螺旋布设光纤光栅的传感原理及弯曲变形的重构算法;制备了光纤光栅沿螺旋形布设在软体操作器表面的试样;搭建了软体操作器弯曲变形的实验系统;实验分析了软体操作器在不同弯曲状态下,螺旋布设光纤光栅中心波长漂移量与弯曲角度间的变化规律,并重构出软体操作器的变形形状。实验结果表明:螺旋布设光纤光栅在软体操作器中不同位置的灵敏度最大为7.1pm/(°),软体操作器弯曲角度实际测量值与理论重构值间的最大误差不足4.29%。螺旋形光纤传感方法可用于软体操作器形状传感与重构。