太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。

基于THz-TDR的芯片金属微带线缺陷检测

针对体积小、走线密集、集成度高的封装芯片缺陷检测,目前的主要检测手段存在精度低、周期长等缺点。为弥补传统检测方法的不足,作者结合太赫兹技术与时域反射技术,探究对芯片上金属导线缺陷检测的可行性。首先在不同宽度的金属微带线上加工了不同比例的凸起、凹槽缺陷,模拟集成芯片中金属导线的不完全开/短路等阻抗不匹配情况,利用太赫兹时域反射计采集其时域反射信号。然后根据时域反射脉冲对应的时间分别对不同缺陷程度、不同缺陷类型进行定性分析,并精确计算出了芯片上金属微带线的缺陷位置。最后利用有限元分析法对硅基底上存在缺陷的金属微带线进行仿真分析,与实验结果具有良好的一致性。该研究表明,太赫兹技术与时域反射技术结合能够实现对芯片上金属导线缺陷的诊断检测,为集成芯片的缺陷检测提供了经验参考。

拉曼光谱技术在脑胶质瘤检测中的应用研究

脑胶质瘤是一种常见的颅内原发性肿瘤,具有治愈率低、复发率高等特点。脑胶质瘤边界的精准识别是减少患者术后复发、改善愈后状况的重要前提。因此,发展快速、高灵敏度、无标记的脑胶质瘤诊断方法具有重要的临床意义。拉曼光谱技术作为一种指纹谱,能够在分子水平上反映物质的化学和结构信息,已经在脑胶质瘤的定性定位识别中表现出巨大的应用前景。本文首先介绍了不同种类的拉曼光谱技术,其次梳理了拉曼光谱技术在脑胶质瘤中的研究现状,最后对拉曼光谱技术在脑胶质瘤检测中的未来发展进行展望。

基于超表面的太赫兹与中长波红外高效分光器件

多模复合成像技术结合了不同传感器的优势,具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点.其中,太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点,具有宽频谱覆盖、高分辨率、穿透性强的优点,有广阔的应用前景.作为共口径复合成像系统的关键器件之一的太赫兹和红外波段的高效分光器目前仍然缺少,性能亟待提升.本文提出了一种结构简单、性能高效的双层金属加介质基底结构二向色超表面.作为分光器件使用,当入射角度为45°时,其在中心频率1.1 THz附近实现大于97%的透射系数,在中波红外3—5μm和长波红外8—14μm波长范围均实现大于98%的反射系数.该设计对层间结构错位、结构倒圆角、小倍率缩放等结构失配和加工误差都具有很好的鲁棒性,并且具有偏振不敏感特性.而当入射角度在0°—60°内变化时,器件依然保持优异的分光特性.基于巴比涅定理和等效电路模型,对该超表面的电磁响应特性进行理论分析,分析结果与模拟仿真结果相吻合.该研究结果证明了超表面作为分光器件应用于太赫兹与红外波段的多波长复合成像系统中的可行性,并为未来新型复合成像探测技术的研究提供了支撑.

车联网技术在襄阳智慧交通建设中的应用

文章围绕襄阳智慧城市建设发展战略,把加快信息化、智能化建设作为加快智慧交通发展的重要内容,探索建立深度融合、智能管理、智慧停车、安全可靠的智慧交通体系,研究车联网技术在数据融合集成、智慧管理、智慧停车、自动驾驶等领域的应用,保障智能交通建设落实,为智慧城市建设提供技术支撑。首先研究车联网技术和智慧交通的发展现状和趋势,然后思考襄阳市智慧交通建设的现实问题与意义以及面临的机遇和挑战,重点研究车联网技术在数据融合集成、智慧管理、智慧停车、自动驾驶等领域的应用探索。

太赫兹波三维成像技术研究进展

太赫兹波具有良好的光谱特性、非电离性和对许多非极性材料具有穿透性,在无损探伤、安检、生物医学诊断、艺术品鉴别等领域表现出许多独特的优点。特别是,太赫兹波三维成像技术能够实现样品内部信息探测,逐渐成为当前的研究热点,并展现出广阔的发展前景。本文重点介绍了太赫兹波三维成像的几种常用技术,包括其基本原理和对应的研究进展,并分析了存在的问题和发展趋势。

新型有机晶体及超宽带太赫兹辐射源研究进展

非线性光学晶体是非线性光学频率变换技术中的核心器件。近些年,为进一步提高基于非线性光学频率变换技术产生太赫兹波的输出能量、转换效率,拓宽产生太赫兹波的带宽,多种新型有机晶体得以发展,并凭借其更加出色的非线性光学性质,成为产生太赫兹波的理想材料。本文按照晶体类型介绍了目前可产生THz波的多种有机晶体的性质,并总结了基于多种有机晶体的超宽带太赫兹辐射源的国内外研究进展,同时结合THz光谱检测技术的应用需求分析了基于有机晶体宽带THz辐射源的发展趋势以及所面临的关键科学问题。

粮食产量影响因素分析及预测方法研究

以粮食产量预测问题研究现状及其不足为基础,对粮食产量预测发展所面临的问题展开研究,介绍了时间序列法、回归分析法、灰色模型以及人工神经网络等方法在粮食产量预测方面的应用。对比分析了各种方法的性能特点和优劣,并对粮食产量预测技术的发展进行了总结与展望。对今后完善粮食产量预测技术及保证国家粮食安全具有重大意义。

本研贯通人才培养模式的课程思政教学探索——以“非线性光学”课程组为例

人才培养是高校的基本功能和根本任务,而人才培养模式是关系教育质量的首要问题,目前高水平大学施行的本研贯通人才培养模式,旨在打通本科教育与研究生教育的隔阂,培养符合国家需求的卓越人才。作为人才培养的重要一环,课程思政教学改革推动思想政治教育与专业教学的有机融合,能够极大地促进学生树立正确的人生观、价值观和道德观,是实现全方位育人目标的重要保证。结合天津大学“非线性光学”课程组的课程思政教学体会,对本研贯通培养模式下如何实现课程思政教学的有效衔接和融会贯通进行了深入思考和探索,通过因人而异、因时而异、因课而异的实践方式,在教学过程中达到了良好的教育效果。

新工科背景下基于QT的嵌入式系统教学研究

在国家新工科教育改革与建设的大背景下,分析当前嵌入式人才需求现状,针对当前高校嵌入式系统课程教学中存在的问题,结合行业人才需求和嵌入式系统课程的特点,提出基于QT的嵌入式系统课程群建设思路与教学实施方法,以更好地培养新工科高素质嵌入式系统技术工程人才,提高高校物联网专业建设水平。

基于太赫兹光谱的大鼠脑缺血早期诊断技术的研究

脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病,具有较高的致死致残率,快速、准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术,分别对脑缺血时间为0,0.5,1,2,4,6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测,并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。结果表明,与对照组相比,不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。在此基础上,根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数,采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。其中,基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高,达到了89.3%。该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。

基于球差选模的激光器横模特性实验

开发了面向光电子专业高年级本科生的基于球差选模的固体激光器横模特性实验系统,在激光谐振腔内使用短焦距透镜引入球差,使具有不同光斑尺寸的各阶横模的空间光路发生分离,从而便捷地实现对不同阶数横模的选择和切换.该实验系统综合激光原理中的腔模理论和几何光学中的像差理论,学生可以直观地观察到透镜的球差对激光器工作状态的影响和稳定的高阶横模图像;通过定性和定量分析,直接体现球差、激光器的模式匹配、谐振腔的稳区、激光的横模等重要知识点及其对激光器工作状态的影响.同时该实验提高了学生在激光器调试准直和工具软件使用方面的实践技能.

基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术的食用油光谱特性研究

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,获取样品的太赫兹光谱。与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比,该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响,并能获得样品的精确光学参数。分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。结果表明,与透射式太赫兹时域光谱技术相比,衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、吸收峰分布等光学特性。进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、核桃油、葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性,获得了三种食用油在1~1.8THz范围内的折射率谱和吸收光谱。利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、转动模式,理论计算结果同实验测量结果吻合较好。研究表明,在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关,其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。

基于SVD-GA的量化指纹优化算法

为了获得指纹检测概率和视觉质量的平衡性能,提出基于SVD-GA的量化指纹优化算法。首先对载体图像的离散余弦变换域进行奇异值分解,然后根据视觉模型调节量化嵌入的强度,在原始图像的最大奇异值分量嵌入指纹信息,最后利用遗传算法优化指纹的量化嵌入参数,以权衡指纹算法的共谋抵抗性能和视觉保真度。实验结果表明,提出的指纹算法具有较好的抗共谋攻击能力和视觉保真度。

小鼠在体皮下乳腺癌的太赫兹波成像检测研究

乳腺癌是女性常见癌症之一,乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统,对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明,太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域,且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织,两者相对反射率差值高达15%。进一步,对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红(H&E)染色,作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知,在距离皮肤表面约460μm处,太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知,太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右,太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。

共光路连续太赫兹反射和衰减全反射成像

太赫兹成像技术是医学成像的候选技术之一,尤其是连续太赫兹反射和衰减全反射成像有望实现术中快速成像,是目前研究的热点课题.本文理论研究了成像角度对反射信号和衰减全反射穿透深度的影响,获得了适用于反射和衰减全反射成像的太赫兹波成像角度.在此基础上设计了全反射棱镜,通过反射窗口和全反射棱镜快速切换的方式,实现了共光路连续太赫兹反射和衰减全反射双模式成像.以蒸馏水和猪肉为样品,实验研究了连续太赫兹反射和衰减全反射成像.结果表明,与反射成像相比,连续太赫兹衰减全反射成像具有成像分辨率高、图像对比度高和信号稳定性高的优点,且可以准确获得样品反射率.太赫兹衰减全反射成像技术更有助于实现样品的高灵敏度成像.

大动态范围太赫兹频段雷达散射截面测量

针对目前太赫兹频段雷达散射截面(RCS)测量动态范围较小的问题,提出了一种结构分段定标结合数据分段处理的大动态范围RCS获取方法。基于相对定标理论分析了单一定标测量方式对RCS测量范围与测量精度的限制,并通过对光滑金属球与圆柱的实验测量进行了验证。通过光滑金属平板的RCS测量讨论了衰减元件的引入对系统测量精度与测量范围的影响。在此基础上,利用结构分段定标结合数据分段处理对弹头模型的RCS进行了测量,成功获得了弹头模型的主要散射特征,实现了目前已知最高的63 dB动态范围,测量结果与仿真计算结果一致。

太赫兹技术在胶质瘤诊疗中的应用:从组织分级到分子分型

太赫兹波(terahertz,THz)是位于微波和红外之间介观尺度波长的电磁波,因其低电离性和指纹性的特点,在生物医学领域有着巨大的应用潜力,尤其是在肿瘤的术中定位定性诊断方面.而对于定位定性诊断需求最迫切的肿瘤为胶质瘤,因其侵袭性和异质性,切除后极易复发且对临近脑区神经功能有显著影响,快速确定瘤体边界以及肿瘤病理学特征,是开展胶质瘤精准诊疗和临床研究的重要前提.本文总结了胶质瘤诊断的生物物理技术,梳理了太赫兹波这一新兴技术在胶质瘤诊断方面所取得的研究成果.进一步,基于胶质瘤组织病理和分子病理整合诊断研究进展,提出不同分子分型肿瘤组织在太赫兹波段可能具有不同“特异性蛋白组成”的太赫兹肿瘤亚型识别机制假说,结合脑组织生物学特点与体液中胶质瘤标志物检测潜力,全面设想了未来太赫兹波在胶质瘤临床诊疗中的应用模式和发展前景.

基于DAST晶体的高能量超宽带可调谐小型化差频THz辐射源研究

基于双温区法生长的高质量 DAST(4 (4 二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯酸盐)晶体成功搭建了高能量、超宽带可调谐差频THz辐射源系统尺寸40cm×25cm 调谐范围达到0.3~19.6THz 最大输出能量达到4.02μJ/pulse@18.6 THz 信噪比最高达到32.24 dB 结合振镜扫描技术以0.1 THz为步长超宽带光谱扫描时间小于1 min.实验中观测到差频产生 THz 波的输出饱和现象并研究了基于 DAST 晶体差频产生 THz 波的偏振特性与传输特性证明基于 DAST 晶体差频产生的 THz 波消光比达到 0.05 且差频过程满足 0 类相位匹配条件.基于该太赫兹辐射源对多种固体样品在 2 ~14 THz 范围内的超宽带 THz 光谱信息进行了有效获取.

E+H组合式过程测控装置及实时监控系统设计

Endress+Hauser(E+H)工业现场仪表广泛应用于石油、冶金、电力、生命科学等多个核心行业,具有可靠集成、精准测量、交互式数据管理等特点。为提高实验装置工业适用性,培养学生熟练运用工业级传感器和过程监控的操作技能,将这类传感器引入实验室,设计了一套E+H组合式过程测控装置与实时监控系统。系统以过程控制涉及的典型对象为基础,以PLC为控制主体,组合装配多类工业级E+H传感器完成检测与控制,并具备实时组态控制显示和远程可视化监控功能。可实现自主设计并完成工业过程中常见的液位、流量、温度、溶液PH等控制量的测控实验,为自动化、测控技术、传感器等相关专业课程提供综合实验平台。