基于双稳态随机共振的图像复原技术研究

传统的图像滤波复原技术一般通过滤除噪声来达到恢复图像的目的,但是对于受强噪声干扰的图像,噪声的消除很困难,而随机共振却具有利用噪声增强信号的特点,因此,提出了以非线性双稳态系统作为信号处理器,根据互信息熵调节参数使系统达到非周期随机共振状态,从而对受噪声污染的图像进行复原处理。实验结果表明,相比传统滤波复原方法,该方法的复原结果更加接近于原图,另外对于噪声强度的变化具有较好的鲁棒性。     

双稳态自适应随机共振的强噪声图像复原研究

传统的图像滤波复原技术一般都是对图像中的噪声加以抑制或消除,但图像在强噪声污染时传统的方法消除噪声很困难。根据随机共振可以利用噪声增强弱信号的特性,提出了一种通过比较互信息熵,自适应调节参数使双稳态系统达到随机共振来复原含噪图像的方法。实验结果表明,在强噪声背景下与传统滤波复原方法相比,该方法复原信噪比更高,鲁棒性好,改善了图像复原的效果。     

微型双稳态板压电俘能器的仿真研究

基于中间固定、四边自由的微型压电层合板模型,应用应变梯度理论考虑其尺寸效应,借助ABAQUS用户自定义子程序(UEL)模块自定义了一种三维八节点的微型压电单元.利用有限元法热-力-电耦合分析对微型双稳态板压电俘能器进行了仿真研究,发现其在不同的激振频率下存在不同的变形状态,非线性动态分析显示该结构在其一阶固有频率之前也能俘获较多电能,且存在多态转换交替出现的现象.针对该微型双稳态压电俘能器,给出了其最佳的工作频率和最大俘获电压.研究成果对微型压电俘能器的设计分析和性能检测具有重要的指导意义.     

基于表面等离子体效应的MEMS红外辐射源特性研究

研究了一种新型的基于二维光子晶体结构的表面等离子体共振SPR(Surface plasmon resonance)效应的红外辐射源,该辐射源基本结构为Si-SiO2(650nm)-Cr(100nm)-Au(800nm),并在Au表面刻蚀5μm的周期性排列的圆孔。设计加工了几种不同的结构,包括三种不同的圆孔间距即晶格常数:6μm,7μm,和8μm;四种占空比(圆孔直径与晶格常数之比):3/8,4/8,9/16和11/16;以及三种圆孔排列方式:正方形排列,六边型排列,和带规则缺陷六边型排列。本文采用红外傅立叶测量设备对辐射源进行测试分析,通过该辐射源的红外反射谱表征其辐射性能,并利用FDTD软件进行模拟,和实验数据作了比较。研究结果得出了红外辐射源反射谱波谷位置即SPR共振峰位置,波谷强度即SPR共振峰强度与不同结构参数之间的关系。研究发现该辐射源SPR共振峰位置基本与圆孔间距即晶格常数成正比,正方型排列基本接近于1:1,而六边型排列基本接近于3/2;常规六边型排列比带缺陷六边型排列和正方型排列具有更窄的半波宽和更大的SPR共振强度;随着占空比变大,该辐射源的SPR共振峰强度变大。     

柔顺双稳态机构的研究现状与进展

由于柔顺机构和双稳态机构分别所具有的独特优势,已使柔顺双稳态机构成为目前国内外研究的新热点.综合论述了基于MEMS技术的柔顺双稳态机构的最新研究成果,根据柔顺双稳态机构的驱动机制,系统介绍了机械锁定型、电热锁定型、磁致锁定型、多耦合场锁定型等柔顺双稳态机构,针对其原理、性能及应用等各个方面进行了综合比较.最后展望了柔顺双稳态机构的研究前景和可能遇到的问题与挑战.     

基于介观压光效应的MEMS陀螺研究

依据介观压光效应原理,设计出了一种新型高灵敏谐振式MEMS陀螺,其利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应代替传统压阻式微陀螺中的力敏电阻器,当光子晶体受轴向应力作用时,其透射率随之发生变化,因此,通过检测透射光强可解算出输入角速度的大小.陀螺结构采用4对梳齿电容驱动,驱动模块与检测模块相互独立,其具有耦合效应小,机械灵敏度高的特点.经数值计算与仿真分析,得到该微陀螺频率匹配率为0.6％,透射率灵敏度达到73μcd/(°)/s,证明了其频率匹配良好,可实现高灵敏度的角速度的测量.     

含初应力复合材料柱壳结构的双稳态特性

为分析初应力对复合材料圆柱壳结构双稳态特性的影响,采用经典板壳理论建立复合材料圆柱壳力学模型,基于层合结构本构关系推导用双参数表达的系统应变能公式;根据最小势能原理得到双稳态产生的条件和稳态时的曲率表达式。利用Abaqus软件构建圆柱壳的有限元模型,通过附加边界弯矩对柱壳稳态跃迁过程进行模拟。理论计算结果与有限元结果的对比验证理论模型的正确性。分析结果表明：当初应力满足一定条件时,复合材料柱壳结构在其变形过程中有2个稳定平衡位置,并且在稳定平衡位置结构都不产生扭转变形;2个稳定平衡位置的曲率方向可以相同或相反,这与无初应力时反对称复合材料柱壳双稳态曲率方向只能相同的情况有区别。     

基于光子晶体光纤的单抽运光学参量放大器特性研究

针对光子晶体光纤具有高非线性和低色散斜率的优良特性,在单抽运的情况下,利用光子晶体光纤线性相位失配的不同组合来满足相位匹配条件,分别推导了抽运光在反常色散区和正常色散区时的放大器增益和带宽表达式,进行了模拟分析,并与文献中的基于色散移位光纤和高非线性光纤的参量放大器进行了比较。仿真结果表明,光子晶体光纤参量放大器具有更好的放大特性,当抽运光在零色散波长处时,单边增益带宽达到108.7 nm,峰值增益为91.4 dB;处在正常色散区时,距离抽运光77.1 nm的单边增益带宽不小于46 nm。在此基础上,讨论了色散波动对参量放大器的影响,显示光子晶体光纤具有较好的色散容忍性。     

双稳态压电振动能量采集器的时-频域动力学特性及实验研究

为揭示双稳态压电振动能量采集器系统参数对其时－频域动力学特性的影响,利用等效磁荷法和拉格朗日方程及基尔霍夫电流定律分别建立了双稳态压电振动采集器的非线性磁力模型和系统分布参数动力学方程。基于谐波平衡法对双稳态压电悬臂梁振动能量采集器的动力学响应特性进行了解析,并分别从频域和时域角度仿真分析了系统参数对采集器动力 学响应特性的影响规律,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果有利于对双稳态压电振动能量采集器的结构优化设计和综合性能的提高。     

基于介观压光效应的MEMS陀螺研究

依据介观压光效应原理,设计出了一种新型高灵敏谐振式MEMS陀螺,其利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应代替传统压阻式微陀螺中的力敏电阻器,当光子晶体受轴向应力作用时,其透射率随之发生变化,因此,通过检测透射光强可解算出输入角速度的大小。陀螺结构采用4对梳齿电容驱动,驱动模块与检测模块相互独立,其具有耦合效应小,机械灵敏度高的特点。经数值计算与仿真分析,得到该微陀螺频率匹配率为0.6%,透射率灵敏度达到73μcd/﹙°﹚/s,证明了其频率匹配良好,可实现高灵敏度的角速度的测量。     

聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质

通过研究聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质,讨论了不同压强作用下聚苯乙烯三维光子晶体的晶面间距、Bragg衍射峰与归一化频率之间的关系:随外加压强的增大,晶面间距减小;随归一化频率的增大,Bragg衍射峰随之蓝移。计算表明,在外加压强0~41.3 MPa范围内,外加压强与归一化频率之间呈简单的线性对应关系;这就提供了通过测量归一化频率就可以感知压强的大小,从而验证了制造聚苯乙烯三维光子晶体传感器应变片的可行性。     

两种新型一维微带开口环PBG结构

本文在对一维光子带隙PBG(Photonic Bandgap)结构进行研究时,提出两种新型的开口环PBG结构,分别为圆形双开口环和方形双开口环两种结构。两种结构均为在接地板上刻蚀周期性的开口环得到。结果表明:圆形双开口环PBG结构简单易于实现,并且可以获得较宽的通带及较小的通带波纹。方形双开口环PBG结构具有良好的通带特性,并且可以有效地改善通带的平坦度,减小插损,适用于微波及毫米波集成电路。     

新型一维微带开口环PBG结构的研究与设计

本文在对一维光子带隙PBG(Photonic Bandgap)结构进行设计时,提出一种新型的开口环PBG结构。该结构在接地板上刻蚀周期性的开口环,可分为圆形双开口环和方形双开口环两种结构。结果表明:圆形双开口环PBG结构简单易于实现,并且可以获得较宽的通带及较小的通带波纹。在圆型双开口环的基础上改进即得到方形双开口环PBG结构,结果显示出该方形结构具有良好的通带特性,并且可以有效地改善通带的平坦度,减小插损,适用于微波及毫米波集成电路。     

向列相液晶缺陷光子晶体可调谐滤波器的研究

在一维光子晶体中引入向列相液晶作为缺陷层,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,模拟计算了电压和液晶材料参数对滤波器透射谱的影响.结果表明,改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,表现出很好的调谐滤波功能.     

Discontinuous Galerkin Approximations for Computing Electromagnetic Bloch Modes in Photonic Crystals

We analyze discontinuous Galerkin finite element discretizations of the Maxwell equations with periodic coefficients. These equations are used to model the behavior of light in photonic crystals, which are materials containing a spatially periodic variation of the refractive index commensurate with the wavelength of light. Depending on the geometry, material properties and lattice structure these materials exhibit a photonic band gap in which light of certain frequencies is completely prohibited inside the photonic crystal. By Bloch/Floquet theory, this problem is equivalent to a modified Maxwell eigenvalue problem with periodic boundary conditions, which is discretized with a mixed discontinuous Galerkin (DG) formulation using modified Nédélec basis functions. We also investigate an alternative primal DG interior penalty formulation and compare this method with the mixed DG formulation. To guarantee the non-pollution of the numerical spectrum, we prove a discrete compactness property for the corresponding DG space. The convergence rate of the numerical eigenvalues is twice the minimum of the order of the polynomial basis functions and the regularity of the solution of the Maxwell equations. We present both 2D and 3D numerical examples to verify the convergence rate of the mixed DG method and demonstrate its application to computing the band structure of photonic crystals.     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

光子晶体并行Matlab仿真研究与实现

由于Madab软件的网络通信局限,使得在并行时域有限差分(FDTD)计算仿真中,难以实现子域间的消息发送与接收操作.针对这个问题,提出一种新的基于磁盘-内存互逆映射的解决方法,在简化并行FDTD算法实现的同时,显著提高了算法执行性能.作为算法实现的应用,对光子晶体光波导的电磁耦合效应进行了数值仿真研究,结果证实:波导耦合区域内不同半径比介质柱所导致的结构变化将造成耦合长度的改变,且其耦合关系曲线具有平稳区与迅变区两类不同特性的变化范围区间.     

基于一维Markov映射的LT编解码研究

为解决数字喷泉码编码分组中度和邻接关系间的传输与恢复问题,提出一种基于一维Markov映射(ODMM)的LT编解码算法。根据ODMM的相空间分布特性,通过映射方程产生均匀分布的伪随机序列,实现对编码分组的度和邻接数据的选取,用混沌方程初值作为公钥,实现喷泉码的度与邻接关系的低开销传输与恢复。仿真结果表明,该算法结构简单,能降低传输消耗,提高译码成功率。     

光反馈激光器非线性仿真研究

一些传统计算方法对非线性系统的分析存在着一些困难。针对光反馈半导体激光器收发系统微分方程组的特点,对非线性性质做出了数学上的分析,考虑到在光反馈半导体激光器收发系统中,其微分方程含有延迟因子,无法直接利用多节点上的值的加权和来近似计算斜率。基于龙格-库塔法提出了一种有效的数值仿真算法,并在matlab平台上对给定参数条件下的发射端与接收端的归一化光场以及同步误差进行了仿真,证明了接收端光场信号可以很快与发射端光场信号一致,仿真结果表明仿真算法能有效对系统进行仿真分析。