大功率量子级联激光器的光学与热学协同优化设计北大核心CSCD

针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设计器件光学和热学结构模型,分析不同结构参数对器件性能的影响,得到最优结构参数:在In053Ga047As层厚度为50nm,波导下包层InP为1μm,上包层InP为2μm,封装金层厚度为3μm时,器件光学和热学综合性能最优,其中波导光限制因子为074,核心区温度为378 K。本文研究相关结论可为后续大功率中波量子级联激光器结构与工艺设计提供指导。     

基于改进三维块匹配滤波的红外全息降噪算法北大核心CSCD

红外全息技术更适用于长距离的大视场成像,但其散斑噪声与高斯噪声对图像质量的影响也更加显著,限制了红外全息技术的应用与推广。本文通过引入全局傅立叶阈值与自适应维纳滤波的方法对三维块匹配滤波算法进行优化,提高了其对红外全息图像降噪的适应性与细节保留,得到改进的三维块匹配滤波算法,并与多种采用传统滤波方法的结果进行了对比。结果表明,改进后的算法可以在对红外全息图像中的高斯噪声等环境噪声与散斑噪声进行降噪的同时保留更多细节,是一种更加适用于红外全息图像的降噪方法。     

基于红外数字全息的建筑爆破环境应力场检测研究

红外数字全息具有实时性强、可在复杂环境检测等优点;爆破环境的粉尘类气溶胶对可见光有较强的吸收、散射效应,红外波段处于“大气窗口”波长的红外光受气溶胶影响较小,该优势与数字全息相结合,本文提出一种可在高浓度粉尘环境下测量应力场的研究方法。将大小适中的光滑水泥板固定于三维施力架上作为研究对象,采用红外数字全息方法,改变环境粉尘浓度,分别测量光滑水泥板在不同压力作用下的应力场变化,对比全息图、相位差,验证了该方法的可行性,并设置可见光数字全息为对照实验。结果表明,红外数字全息可在高浓度粉尘环境下测量出应力场的施力点、压力相对大小及应力影响区域,实现实时、无损、全场检测,而可见光数字全息在此环境下检测效果不佳甚至无法完成检测,本文所提方法极大拓展了基于数字全息干涉计量应力检测手段的实用性。     

基于QR码的Contourlet-SVD域全息水印算法

为了解决水印算法中存在水印隐藏程度和鲁棒性的失衡问题,在Contourlet-SVD域将QR(quick response)码与全息技术相联合,提出一种基于QR码的Contourlet-SVD域数字全息水印算法。首先,选择不同的载体图像执行3层Contourlet变换,鉴于低频系数的优势,对低频进行奇异值分解(singular value decomposition,SVD)联合变换;其次,选择“飞行学院”图像经过QR编码生成的QR码作为原始水印图像,对其进行共轭对称扩展傅里叶数字全息,得到QR码全息水印;再次,将全息水印叠加到SVD分解得到的奇异值中,完成水印信息的嵌入。通过仿真实验验证,该算法嵌入水印信息后的图像清晰度较好,峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)超过了31 dB,相似性系数NC(normalized correlation)值达到了0.989 0。将图像进行抵抗测试,提取的水印信息可以较清晰地辨别,尤其是椒盐噪声、高斯噪声和中通滤波攻击,NC值均达到0.90以上。     

基于稀疏采样传播数据和决策树算法的蒸发波导反演

蒸发波导的超视距传播特性是影响海上无线电系统性能的重要因素,准确预测蒸发波导是进行系统 评估的基础。文中提出一种基于稀疏采样传播数据和决策树轻量梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine, LightGBM)算法的蒸发波导反演方法。首先,采用抛物方程方法仿真得到稀疏采样传播数据并构建训练集和测试 集;其次,使用决策树LightGBM 算法搭建反演模型,通过不断调参改进模型的精度以达到较高的反演准确度;最后, 调用训练好的LightGBM 模型进行蒸发波导反演,并对反演结果的概率分布进行了分析。结果表明,基于稀疏采样 传播数据的蒸发波导反演方法能够有效且快速地实现蒸发波导反演,为海上蒸发波导预测提供了一种新途径。     

低耗低剖面单层波导阵列天线研究

新型单层波导阵列天线具有低耗、低剖面、结构紧凑、实用性强等诸多优点, 在毫米波甚至太赫兹无线通信领域具有巨大应用潜力, 是当前的研究热点。 文章首先介绍了用于构建波导阵列天线的几类波导馈电网络的特点, 指出E 面波导馈电网络在毫米波应用领域的优势,接着针对E 面波导在单层并馈波导阵列天线和Butler矩阵多波束阵列天线方面的研究展开叙述,最后给出了可应用在单层波导阵列天线中的开口波导辐射单元在实现多频和圆极化等不同功能上的最新研究进展。 文章对于低耗低剖面单层波导阵列天线的发展及其应用具有参考价值。     

W波段行波管功率提升研究

行波管为发射机提供放大信号,其输出功率直接决定着系统的作用距离,是系统的核心部件之一。本文从提升电子效率和电子注功率两方面开展研究,以提升W波段行波管输出功率。基于折叠波导互用电路相速跳变设计,研制出8 GHz带宽内输出功率大于250 W的W波段行波管。提出非半圆弯曲折叠波导与相速跳变技术结合的设计方法,使W波段行波管输出功率和电子效率最高分别达到647 W和13.4%。提出一种四端口式高频结构和一种双弧弯曲折叠波导慢波结构,大幅提升了行波管对工作电流的聚焦能力,基于两种新型结构的创新研究,完成了千瓦级W波段行波管设计。     

一种高功率微波有源相控阵天线单元设计

根据工程需要,本文提出了一种新型高功率微波有源相控阵天线单元,通过改造同轴波导变换器结构提升了功率容量和驻波特性,在同轴探针与阶梯波导之间引入方形金属块实现阻抗匹配,在波导末端添加过渡腔和匹配槽结构,并在喇叭段加入了单脊结构改变了波导阻抗,单脊伸出口径面降低了反射系数,进一步提升了功率容量。在X波段内VSWR小于2,带宽提升为1.25GHz,功率容量为33.24kW,比常规同轴波导变换器下喇叭天线功率容量提升了230％,7×7相控阵阵面可以实现1.62MW的发射功率,具备高功率微波发射能力。阵列可实现±30°圆锥扫描,满足高功率宽角度扫描的需求。     

基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

近年来,基于薄膜铌酸锂（TFLN）平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB, 半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。     

基于激光全息防伪技术的包装图案印刷方法研究

激光全息防伪技术在包装图案印刷的应用中,受到激光束强度不稳定因素影响,图案在全系过程中刻录强度出现误差,导致彩虹全息效果无法到达防伪图案印刷标准,降低包装图案印刷良品率。为了解决上述问题,提升印刷良品率,结合激光全息防伪技术特点,对激光全息防伪技术中一步彩虹全息与二步彩虹全息过程进行分析研究,通过修正激光全息过程中衍射光与母板间的光路误差,获得精准角度测量值,使全息光源能够将正确的图案形态投至印刷模板。通过与传统激光全息防伪印刷技术对比数据表明：在二维图案印刷测试中,提出方法的良品率能够达到97.09%;三维图案印刷良品率96.25%;相较传统印刷方法分别增长12.3%与11.21%,印刷良品率提升效果明显。