基于偏振自稳定双环的受激Brillouin散射光电振荡器

基于偏振自稳定双环结构提出一种受激Brillouin散射(SBS)光电振荡器(OEO),利用SBS的窄带宽增益谱实现相位调制到强度调制的转换(PM-IM),并选择OEO的振荡模式,构造偏振自稳定双环结构,在每个回路中的输入光被45°Faraday旋转镜反射后,将通过45°Faraday旋转器和不同长度单模光纤返回其路径,保证输出信号和输入信号的偏振态始终相差180°,从而消除外界机械振动和温度干扰.由于环路结构为反射式往返传输,因此所需光纤长度缩短1/2.实验结果表明,该OEO通过改变泵浦光波长实现频率调谐,可产生1~16 GHz的微波信号,10 GHz处边模抑制比(SMSR)达67.14 dB,相位噪声为-116.3 dBc/Hz@10 kHz.

基于背向Brillouin散射监测混凝土应变

采用贴附法将一根玻璃纤维增强塑料(GFRP)单芯应变传感光缆埋设于钢筋混凝土试件的中间部位,对混凝土内部应变进行分布式测量。考虑在温度和外加应变的作用下,光纤中的背向布里渊(Brillouin)散射光将发生频移,使用光时域反射仪(OTDR)对反射光信号进行了分析。研究了混凝土凝固过程中应变的变化,结果表明:混凝土试件浇筑完成当天应变变化明显,应变变化趋势与试件内部温度相似,试件内部应变主要受水泥水化热的影响。试件凝固后,通过外力作用使得混凝土试件在纵向中心轴上产生平均宽度为6mm的裂缝。检测裂缝出现前后试件的应变变化,发现裂缝出现后试件内部应变明显变大,共发现3个应变峰值。通过应变峰值位置的分析,可判断裂缝的出现位置与方向。实验显示,利用背向Brillouin散射的分布式应变检测技术可较好地实现混凝土应变的分布式测量。

一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法

采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM--PSO—LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM--PSO—LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。

激光等离子体的受激Brillouin散射

研究了激光等离子体背向和侧向受激 Brillouin散射光谱结构。激光等离子体相互作用时 ,受激 Brillouin散射光谱受激光等离子体状态的影响而产生 Doppler效应。当激光以 4 5°入射不同材料的平面靶时 ,等离子体运动产生不同的二维效应 ,高 Z材料产生的等离子体冕区主要沿靶法向运动 ,受激 Brillouin散射光谱在侧向产生较大蓝移 ,而低 Z材料则主要在激光入射方向产生较大蓝移。

六方晶系Brillouin散射的旋转对称性

指出六方晶系Ｂｒｉｌｏｕｉｎ散射具有围绕晶体六次轴的任意旋转对称性，给出该晶系含体积元转动贡献的散射张量的简洁形式，讨论了压电效应对这种旋转对称性的影响。

Brillouin散射研究聚苯乙烯的动态力学性质和弛豫过程

用Brillouin散射研究了聚苯乙烯的动态力学性质和弛豫过程及交联对它们的影响。除了观察到它们的高温(T>T_g)无定形弛豫外,还在交联的聚苯乙烯中发现了一种新的弛豫过程,研究了不同交联结构对这种弛豫过程的影响,求得其活化能为12kcal/mol左右。分析了它们所关联的分子运动机制。

基于Brillouin散射的分布式光纤拉伸应变传感器的理论分析

分布式光纤拉伸应变传感器具有非常重要的应用前景。本文中着重从理论上分析讨论了光纤拉伸应变与由此引起的Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ散射光相对于入射光频移量的变化关系。计算结果表明：其理论和实验数据基本吻合。

选用混合介质的双池受激Brillouin散射系统

提出了双池受激Brillouin散射系统中选用混合介质,进而提高系统性能的方案.混合介质的Brillouin频移随混合比不断变化,通过混合介质可消除不同介质Brillouin频移的偏离.在双池受激Brillouin散射系统的振荡池中选用了光学击穿阈值高的丙酮(C3H6O),放大池中选用了吸收系数小,并且Brillouin频移与C3H6O的Brillouin频移相同的四氯化碳(CCl4)和四氯乙烯(C2Cl4)的混合介质(CCl4的体积分数为4%),并利用Nd:YAG调Q激光器研究了该系统的性能.实验结果表明,与选用相同介质(C2Cl4)和选用不同介质(C2Cl4和C3H6O)的双池受激Brillouin散射系统相比,选用混合介质(CCl4/C2Cl4)的双池受激Brillouin散射系统的负载能力、相位共轭保真度和能量转换效率及其稳定度等均有明显地提高.

基于地表微波散射模型和SAR遥感数据的农田洪涝淹没区动态监测

农田洪涝淹没区的微波散射依赖于所使用雷达遥感图像的波长、入射角和极化等信息,洪区复杂地表散射特征可以通过地表微波散射模型来进行定量描述。本文利用多时相Sentinel-1遥感影像,解译2021年豫北地区洪灾过程中淹没农田、半淹没农田、居民点建筑和开放水域的地表后向散射特征的动态变化。随后,章综述了农田洪涝淹没区和非淹没区微波散射模型的研究和应用现状,并基于改进的农作物一阶相干散射模型,模拟分析了水稻后向散射系数与植被高度、植被生物量的相关性,为农田洪涝淹没区微波散射模型的构建提供参考。

基于SFLA-LSSVM算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取

提出了一种利用混合蛙跳算法(SFLA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)算法的混合优化算法,并将其应用到多峰Brillouin散射谱的特征提取中。SFLA-LSSVM混合优化算法利用SFLA对LSSVM算法中的惩罚因子C和核函数中的核宽度σ进行寻优,避免了LSSVM算法陷入局部最优导致的Brillouin频移误差较大。通过对相同信噪比、不同线宽以及相同线宽、不同信噪比2种情况下的多峰Brillouin散射谱仿真分析以及实验验证,拟合适应度为0.0067,拟合度为99.99%,Brillouin频移误差为0.18 MHz。实验结果表明SFLA-LSSVM混合优化算法能够精确地对多峰Brillouin散射谱进行拟合,同时该算法具有拟合精度高、均方误差小、运行速度快的特点,为多峰Brillouin散射谱的特征提取提供了一种新方法。

光纤中受激Brillouin散射动态弛豫振荡特性及其抑制方法

为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射(SBS)造成的光纤损伤,根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程,利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性,并对其抑制进行了初步探讨.得到了光纤中SBS弛豫振荡在不同的脉冲上升时间的时空三维图;同时利用方波和脉冲光作抽运光进行了相应实验研究,实验结果与理论模拟结果符合很好.结果表明,增大抽运光脉冲上升时间可以有效抑制因SBS而产生的弛豫振荡,进而避免因其造成的光纤损伤.

蚁群算法实现光通过散射介质聚焦

光通过散射介质聚焦是光通信和生物成像领域的重要目标。由于散射介质材料的密度分布具有高度非均匀性,相干光在非均匀介质中传输会经历多次散射。寻找与散射介质相匹配的入射光波前分布是解决这一问题的核心和关键。采用蚁群算法来优化入射光波前的相位分布。利用探测器测量介质后的焦点光强,发现蚁群算法获得的增强因子比传统的遗传算法高。数值仿真和实验验证了蚁群算法的可行性和稳定性。因此,今后在相干光通过散射介质聚焦与成像领域,应当优先考虑利用蚁群算法优化入射光的波前相位分布。

基于GA-QPSO混合算法的Brillouin散射谱特征提取方法

提出了一种将遗传算法(GA)和量子粒子群(QPSO)算法相结合的新优化算法,该算法通过运用GA中的交叉和变异算子操作来优化QPSO算法,提高QPSO的全局搜索能力,克服其易陷入局部极值的缺点。将其应用到PseudoVoigt型布里渊散射谱特征提取,对不同权重比、不同线宽和不同信噪比下的布里渊散射谱进行了参数估计和分析,通过采集不同温度时的布里渊散射谱实验数据,利用GA-QPSO算法对实验数据进行处理。实验结果表明,利用GA-QPSO算法可以提高布里渊散射谱的频移提取精度,当温度为25℃时,频移拟合误差最大为2.18 MHz,且随着温度的升高,平均拟合误差逐渐减小,在80℃时的频移拟合误差最大为0.065 MHz。因此,将该算法用于布里渊散射温度和应变传感系统,在提高空间分辨率、检测精度等方面具有很好的应用前景。

离子束-等离子体中电磁波的受激Brillouin背散射

本文研究离子束-等离子体系统中传播的电磁波的受激Brillouin背向散射。我们导出该系统中的参量过程的色散关系,得到不稳定性增长率公式和激发参量不稳定性所需的泵波功率阈值表达式。最后,给出增长率和阈值功率随束速度及束密度变化的数值计算。数值结果表明,束的存在对该参量激发过程有显著影响。

反向散射通信技术的研究与发展

反向散射通信作为物联网部署的重要技术手段,其主要思想是利用入射信号进行低功耗被动通信和能量收集,以期实现物联网节点的能源自持。为了加深对该技术的认识并推动相关领域的发展,对现有研究展开综述并对未来发展进行展望。首先,阐述了反向散射通信的基本原理及架构演进。其次,针对不同的通信架构,对已有工作进行了综述。在此基础上,给出了融主被动传输的互惠共生反向散射通信架构,并进行了初步的研究和仿真分析。最后,结合已有研究探讨了所提通信架构的未来研究方向。

基于小波散射变换和MFCC的双特征语音情感识别融合算法

为了充分挖掘语音信号频谱包含的情感信息以提高语音情感识别的准确性,提出了一种基于小波散射变换和梅尔频率倒谱系数(Mel-frequency cepstral coefficient,MFCC)的排列熵加权和偏差调整规则的语音情感识别融合算法(PEW-BAR)。算法首先获取语音信号的小波散射特征和梅尔频率倒谱系数的相关特征;然后按尺度维度扩展小波散射特征,利用支持向量机得到情感识别的后验概率并获得排列熵,并使用排列熵对后验概率进行加权;最后采用一种偏差调整规则进一步融合MFCC的相关特征的识别结果。实验结果表明,在EMODB、RAVDESS和eNTERFACE05数据集上,与传统的基于小波散射系数的语音情感识别方法相比,该算法将ACC分别提高了2.82%、2.85%和5.92%,将UAR分别提升了3.40%、2.87%和5.80%,IEMOCAP上提高了6.89%。

基于用户窃听的MU-MISO反向散射通信系统鲁棒资源分配算法

针对反向散射通信系统信道估计不准、信息容易被窃听等问题,该文提出一种基于用户窃听的多用户-多输入单输出(MU-MISO)反向散射通信系统鲁棒资源分配算法,以提高系统传输鲁棒性与信息安全性。首先,考虑基站最大功率、时间分配、信道不确定性、能量收集和保密率等约束,建立一个MU-MISO的反向散射通信系统鲁棒资源分配问题。其次,基于非线性能量收集模型和有界球形信道不确定性模型,利用变量松弛法和S过程将原NP-hard问题转化为确定性问题,随后利用连续凸近似、半正定松弛与块坐标下降法将其转化为凸优化问题求解。仿真结果表明,与传统非鲁棒算法对比,所提算法具有较高的系统容量和较低的中断概率。

面向复杂介质的地震散射波采集技术

地震勘探是一项以地震采集技术为基础的系统工程。变革地震采集技术既是采集装备升级、波场理论创新的发力点,也是解决地震处理、解释技术问题的源头。地震勘探发展历程体现了采集装备能力提升、地质需求驱动、波场理论拉动的作用,其中,地震采集技术既充满活力,也面临着深刻的挑战。面对小尺度、非层状、非均匀介质成像问题,以及大数据与人工智能高速发展的时代背景,以共中心点叠加为特征,采用稀疏、规则、单一观测系统的反射波地震采集技术越来越显示出不适应性,为适应小尺度、非层状、隐蔽性目标成像要求,以共中心点离散化为特征,采用随机、遍历性、多观测系统的散射波地震采集技术势在必行。作为散射波地震采集技术的理论基础,随机理论及概率波的研究逐渐得到重视。

计算散射光谱术赋能早癌检测研究进展(特邀)

散射光谱术(Light Scattering Spectroscopy,LSS)是一种无创的光学检测方法,能够在细胞和亚细胞层面识别并表征早期癌变及其他人体组织变化。LSS技术通过捕获上皮细胞的单次散射光,并应用Mie散射理论推断细胞核的形状、尺寸和折射率等关键参数,从而利用这些信息进行疾病诊断。然而,将LSS技术应用于人体组织时,如何有效消除底层组织引起的漫散射光对单次散射光的干扰,仍是一个技术挑战。为应对这一挑战,研究者引入了空间门控和偏振门控等先进技术,通过利用光子的特定属性变化,实现单次散射光与背景漫散射光的有效区分和分离。经过20年的技术演进,基于这些门控技术的新型LSS系统不断涌现,并在早期癌症检测领域取得了显著成果。这些成果不仅凸显了LSS技术在早期癌症检测中的巨大潜力,还强调了其进一步研究和推广的必要性。综述全面回顾了LSS技术在早期癌症检测中的原理、单次散射光的捕获方法和系统设计,深入探讨了其历史发展、当前研究状态及最新进展。文章还讨论了LSS技术目前面临的一些关键挑战,并展望了未来的研究方向。该综述不仅使读者可以快速了解该领域的研究现状和发展趋势,也为LSS技术的进一步应用和推广提供了坚实的理论支持。

横向沙丘表面与上方矩形截面柱复合电磁散射的FDTD研究

分别使用指数型分布和高斯型分布表示沙漠表面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘表面和沙丘与沙丘间平坦沙漠表面,运用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,选用FDTD数值计算方法分析高度起伏均方根、入射角度、目标长度、目标宽度、目标高度、横向沙丘的高度和横向沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离的变化对散射系数的影响,得到横向沙丘表面与上方目标的复合电磁散射特性。分析了粗糙面为指数型分布和高斯型分布时散射系数的角分布曲线的不同之处。