时间分辨动态LIBS测量方法

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)研究对时间分辨动态光谱测量方法的需求,建立了基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法。该方法首先利用不同长度的光纤组成多通道光纤束,对瞬态LIBS信号进行差异延迟,使按照特定时间序列发射的光谱信号同步到达探测器,而后采用面阵ICCD相机对同步到达的多通道光谱信号进行高时间分辨探测。该方法单次测量即可获得LIBS辐射不同时刻的时间分辨光谱。为了验证基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法,研制了具有19个通道的光纤束,光纤束中包含的各个单根光纤长度呈等差数列排布,长度差设置为10 m,对应测量的时间间隔约为50 ns,单次测量记录的总时间长度近900 ns。分别基于短脉冲激光光源和标准光源,开展了系统时间响应和光谱响应特性研究,获得了系统的时间响应数据和光谱响应曲线。用YAG激光器的二倍频激光(532 nm)诱导Si产生等离子体辐射光谱,在线测量了辐射光谱的时间演化历程,获得了Si等离子体辐射过程中SiⅠ390.52 nm,SiⅡ385.51 nm,SiⅡ413.12 nm谱线从0~898 ns时间范围内19个时刻的光谱信息,获得了特征光谱的演化规律,验证了该测量方法的可行性。结果表明,利用该测量方法,单次测量可以获得瞬态LIBS辐射过程中19个时刻的光谱参数,具有很高的测量效率。对于实验成本较高、运行频率低的激光诱导等离子体实验研究,采用该方法可以大大降低了测量成本,有效提升等离子体时间分辨动态光谱测量能力。

双支路注意力特征融合的卷积稀疏编码目标检测

针对现有目标检测模型在实际运用中会受到各种噪声的影响而导致性能退化的问题,提出一种双支路注意力特征融合(double branch attention feature fusion,DBAFF)的方法。基于CenterNet的结构设计,引入卷积稀疏编码(convolutional sparse coding,CSC)去噪模块。通过双支路互补学习,自适应选择不同模态的有效信息,使融合特征达到最优化,有效解决该类模型的退化问题。实验结果表明,该方法在噪声数据集VOC-Nosiy上mAP50、mAP75、mAP性能分别达到了57.9%、29.8%、24.5%,检测速度FPS达到111帧,综合性能优于原网络和仅添加卷积稀疏编码的去噪网络。

基于LR-ODCNN的物联网设备射频指纹信号识别方法

为了解决物联网环境下设备众多且终端资源有限带来的安全问题,提出了一种基于轻量级全维动态卷积神经网络(LR-ODCNN)的物联网设备射频指纹信号识别方法。首先,设计了LR-ODCNN模型;然后,利用光传输系统采集设备的基带信号,从基带信号中提取I、Q信号作为网络的输入;最后,LR-ODCNN模型根据多维注意力机制来适应不同设备的信号特征,并进行信号特征的提取和识别。实验结果表明,当传输距离为10 m、400 m、1.7 km和8.6 km时,LR-ODCNN模型的平均识别准确率为94.35%,比Mc AFF模型、Oracle模型分别提高了5.35%、10.13%,且具有鲁棒性强、轻量化的优点。

基于改进PSO算法设计的TFLN平台偏振不敏感光栅耦合器

针对光栅耦合器存在偏振依赖性问题,在薄膜铌酸锂(TFLN)平台上相继设计了标准型和改进型偏振不敏感光栅耦合器。在设计过程中,首先对粒子群(PSO)算法进行了改进,然后利用改进后的PSO算法对光栅参数进行了优化,包括光栅周期、占空比、刻蚀深度以及入射角等关键参数。最后,设计了偏振不敏感啁啾光栅耦合器,并通过线性啁啾调节有效折射率,从而显著提升了耦合效率和偏振不敏感带宽。仿真结果表明:在波长为1 544 nm时耦合效率最高,偏振不敏感啁啾光栅耦合器的横电(TE)、横磁(TM)模式耦合损耗分别为-4.88、-5.05 dB;在1 500~1 580 nm波长内偏振相关损耗(PDL)小于0.5 dB,偏振不敏感带宽为45 nm。

基于10 km弱耦合七芯光纤的信能共传技术

随着5G微基站建设密度急剧增加,因采用传统电缆供电方式,5G网络的建设成本和部署难度将大幅提升.光纤信能共传技术作为一种新型供电方式,利用光纤作为传输介质,实现1064 nm能量光和1550 nm信号光的共同传输,同时满足高速信号的5G前传和5G微基站的集中化能量管理.本文提出一种基于空分复用技术的光纤信能共传方案,基于10 km弱耦合七芯光纤实验实现了10 W能量光和1.5 Gbit/s速率5G新空口(New Radio,NR)信号光的共同传输,远端通过光电转换效率为35%的光伏电池获得了0.42 W的电功率,可驱动一个远端天线单元(Remote Antenna Unit,RAU),7 h连续监测接收能量光功率的波动范围小于0.4%.与此同时,接收到的5G NR信号误差向量幅度值(Error Vector Magnitude,EVM)仅为0.38%,创纪录地实现了6.3 W·(Gbit/s)·km电功率-容量-距离积.

面向异构加速卡的MF-DMA设计与实现

为解决加速卡在异构系统中数据传输带宽低、数据交互方式不灵活的问题,提出一种多功能直接内存访问(multiple functions direct memory access,MF-DMA)架构。采用寄存器配置、存储表和描述符环3种DMA触发方式,适应不同应用数据传输需求;为支持数据流传输和数据块缓存,DMA架构支持AXIS和AXI4两种标准协议接口;设计在Xilinx芯片xczu7ev进行验证,AXIS和AXI4接口最高速率分别为5075 MB/s和4800 MB/s,PCIe总线带宽利用率为79.2%,FPGA资源占用率12.9%。实验结果表明,该设计降低了硬件资源占用率,有效提高了数据传输性能。

BOXCARS测量燃烧场的温度

介绍了用BOXCARS技术测量CH4/air火焰的温度。给出了甲烷气体不同流量下和火焰不同高度处的温度测量结果,分析了温度随甲烷气体流量变化和火焰高度变化的变化趋势,根据实际的实验参数计算了相应的空间分辨率。实验结果表明:利用BOXCARS技术可进行高精度、高空间分辨的温度测量。

自发喇曼散射技术对燃烧场的诊断

介绍了利用NdYAG激光的三倍频激发自发振动喇曼散射技术对燃烧场的诊断及相关的实验原理,测量了不同配比条件下的CH4air预混火焰内的主要组分(N2,O2,H2O,CH4)及其相对浓度;并分别用分子浓度测温法和斯托克斯谱与反斯托克斯谱强度比法测量了火焰的温度;还对该技术测温、测浓度的不确定度进行了分析。将该技术应用到对复杂的固体燃剂燃烧场的诊断,取得了燃烧场中几种主要燃烧组分(N2,H2CO,CH4,H2O)的喇曼光谱,以及这些组分在燃烧过程中的变化信息。

煤油燃烧场主要组分浓度测量

利用自发振动拉曼散射技术测量了煤油燃烧场主要组分的摩尔分数。基于355nm激光激发振动拉曼散射建立了自发拉曼散射实验系统,测量了空气中主要组分的摩尔分数,分析了该技术的测量精度;测量了煤油蒸气在355nm激光激励下产生的荧光光谱,分析了荧光信号对拉曼信号的干扰;对不同燃烧条件下的煤油燃烧场进行了诊断,获得了贫油条件下煤油燃烧场主要组分(N2,O2,H2O,CO2等)的拉曼光谱,计算了组分摩尔分数及其随燃烧时间的变化规律。

基于X切薄膜铌酸锂的4×4 MMI耦合器的设计和制造

针对多模干涉(MMI)耦合器存在尺寸大、插入损耗高、工艺复杂的问题,在基于X切薄膜铌酸锂(X-cut TFLN)平台上设计了一种基于横电(TE)模式的4×4 MMI耦合器,采用三维时域有限差分(FDTD)方法对MMI区域长度及宽度进行仿真优化,最后根据优化结果并利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法在该平台上制造4×4 MMI耦合器。仿真结果表明,优化后的4×4 MMI耦合器总插入损耗为0.36 dB,实际测量插入损耗为0.78 dB。

纳秒级激光脉冲展宽系统的分析及应用

建立了一种纳秒级多腔式激光脉冲扩展系统。通过激光脉冲展宽,该系统可以有效降低脉冲激光的峰值功率,从而在激光燃烧诊断实验中避免激光诱导等离子体的产生,减少背景干扰,有效提高信噪比。建立了理论模型,对影响脉冲展宽的分束比、腔长以及光学腔个数等几个主要参数进行了分析,并通过数值计算实现了各参数的优化。利用建立的多腔串联式激光脉冲展宽器,对Nd∶YAG脉冲激光器二倍频激光进行了脉冲展宽,将脉宽为7.8 ns的脉冲激光分别展宽为17,35和72 ns,激光的峰值功率最大可降低为原激光峰值功率的9%左右,并保持了较好的光束质量。将该展宽器应用于自发喇曼散射实验中,很好地解决了激光诱导击穿光谱对喇曼信号的干扰,取得了较好的实验结果。

平面激光诱导荧光实验中激励激光的光束整形

分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光(PLIF)实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统,并根据PLIF实验的具体要求,通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统,对染料激光进行了匀滑整形,获得了不均匀性<4%的均匀片状光束,满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统,获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。

基于高通量测序的草莓白粉病病原菌分析

【目的】了解昆明地区冬草莓主要栽培品种白粉病病原菌的种类和离体后病原菌种群的变化。【方法】2019年2-4月在昆明市草莓白粉病爆发区3个不同地点取样,基于Illumina MiSeq高通量测序,对昆明地区3个冬草莓主要栽培品种章姬、红颜、桃香的白粉病患病部位表面的真菌群落组成与结构进行了分析,并将离体白粉病样品在人工气候箱中培养,温度25℃,光强1500 lx,光照时间12 h·d^(-1),培养7 d,检测长出的真菌群落组成,进而对比两类样品真菌群落组成与结构的变化。【结果】6个样品的真菌群落组成与结构分析结果基本相同,即在属水平上进行真菌群落组成与结构分析均显示98.8%以上是叉丝单囊壳属Podosphaera。2个离体白粉病样品在灭菌培养皿内培养7 d后,HL(地点3的红颜白粉果实和叶片)样品上长出许多浅绿色的粉状霉菌,其真菌群落组与结构分析显示为Penicillium(88.80%)、Cladosporium(9.38%)、Acremonium(1.44%)、others(0.25%);而ZH(地点2的章姬果实和叶片)样品上长出许多黑色粉层的霉菌,真菌群落组成与结构为Aspergillus(86.87%)、Acremonium(4.11%)、Cladosporium(1.25%)、others(0.23%)。实验结果表明,样品培养之后真菌群落组成与结构发生了显著变化。【结论】昆明地区冬草莓栽培种的白粉病病原菌为叉丝单囊壳属Podosphaera,不同草莓品种和感染部位的白粉病病原菌相同,是首次报道中国西南地区草莓白粉病病原菌种类。草莓白粉病病原菌感病的部位离开母体植株后,感染部位表面很快生长出其他真菌菌落,原白粉病原菌不再是优势菌群,说明草莓白粉病病原菌是活体营养寄生菌。该病原菌还表现出侵染周期长、侵染不同品种的不同组织的特性。

超燃发动机流场组分浓度的在线测量

为了正确评价超燃发动机试验状态,采用自发拉曼散射技术在线测量了超燃发动机流场的主要组分。基于发动机试验条件和发动机与光学诊断技术的接口,建立了用于发动机流场组分测量的自发拉曼散射实验系统;测量了多车次发动机试验过程中流场主要组分的拉曼光谱;最后,通过光谱计算获得了流场主要组分浓度信息并重点分析了来流氧气含量及其变化情况。实验显示:发动机试验中,部分车次试验补氧后的来流中氧气的最大含量达到了30%,最小含量为18%,说明发动机试验过程中,对补氧量的控制精确和稳定性还有待提高。结果表明:采用自发拉曼散射技术可以较好地完成来流主要组分浓度测量工作,测量结果可用于发动机试验数据的分析及来流补氧控制方式和控制精度的改进。

基于激光诱导偏振光谱与激光诱导荧光技术的CH_4/AIR火焰参数测量

建立了激光诱导偏振光谱(LIPS)和激光诱导荧光(LIF)联合的燃烧流场诊断系统,测量了CH4/AIR预混火焰中心不同高度处的OH荧光光谱和激光诱导偏振光谱,计算了OH的浓度及燃烧场温度分布。分析了燃烧炉表面对荧光收集效率的影响,并对两种技术的测量数据进行了分析比对,获得了火焰中心OH密度的分布规律。实验结果表明,联合LIPS和LIF两种技术测量CH4/AIR预混火焰参数是可行的,两种技术测量结果的一致性较好,OH浓度的相对偏差小于5%,温度的相对偏差小于8%。

仿真在《光纤通信》教学中的应用

仿真是是指利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。本文对光纤通信系统仿真进行分析,并结合光纤通信课程本身的特性,提出了采用软件仿真的实验教学模式,实践验证了该教学模式可以在教学过程中有效的提高学生的综合应用能力,加深学生具对光纤通信系统的理解。

单脉冲BOXCARS技术在瞬态燃烧场测温中的应用

用单脉冲交叉相干反斯托克斯喇曼散射技术测量了两种不同固体燃剂的瞬态燃烧场的温度。对燃烧场进行了优化,给出了在燃烧场中取得的部分典型单脉冲CARS光谱及其理论拟合结果,得到了燃烧场的温度及其随高度的分布;稳定燃烧时两种燃剂燃烧场的温度基本保持不变,平均值分别为2260,2090K;测量了实验的纵向空间分辨率。结果表明,BOXCARS技术能较好地完成复杂的瞬态燃烧场温度的测量工作。

用BOXCARS技术诊断含铝固体燃剂燃烧场

介绍了用单脉冲BOXCARS技术测量含铝固体燃剂燃烧场的温度及氮气的浓度。分析了激光光束质量对CARS信号强度的影响,给出了在燃烧场中取得的单脉冲CARS光谱,并进行了理论拟合,得到了燃烧场的温度及组份浓度数据。在燃烧场中心高5mm处温度值约为2550K,氮气浓度平均为25.5%。测量了燃烧场中不同高度处CARS光谱,给出了燃烧场温度、氮气浓度随高度变化的曲线,对结果进行了分析。