Numerical simulation of a gradient-index fibre probe and its properties of light propagation

In order to verify the properties of the light propagating through a gradient-index （GRIN） fibre probe for optical coherence tomography （OCT）, numerical simulation using the optical software GLAD is carried out. Firstly, the model of the GRIN fibre probe is presented, which is consisted of a single mode fibre （SMF）, a no-core fibre （NCF）, a GRIN fibre lens and an air path. Then, the software GLAD is adopted to numerically investigate how the lengths of the NCF and the GRIN fibre lens influence the performance of the Gaussian beam focusing through the GRIN fibre probe. The simulation results are well consistent with the experimental ones, showing that the GLAD based numerical simulation technique is an intuitive and effective tool for the verification of the properties of the light propagation. In this paper, we find that on the conditions of a constant GRIN fibre lens length of 0.1 mm and an NCF length of 0.36 mm, the working distance of the probe will be 0.75 mm and the focus spot size is 32 μm.

Controlling an acoustic wave with a cylindrically-symmetric gradient-index system

We present a detailed theoretical description of wave propagation in an acoustic gradient-index system with cylindrical symmetry and demonstrate its potential to numerically control acoustic waves in different ways.The trajectory of an acoustic wave within the system is derived by employing the theory of geometric acoustics,and the validity of the theoretical descriptions is verified numerically by using the finite element method simulation.The results show that by tailoring the distribution function of the refractive index,the proposed system can yield a tunable manipulation of acoustic waves,such as acoustic bending,trapping,and absorbing.

An acoustic Maxwell's fish-eye lens based on gradient-index metamaterials

We have proposed a two-dimensional acoustic Maxwell’s fish-eye lens by using the gradient-index metamaterials with space-coiling units. By adjusting the structural parameters of the units, the refractive index can be gradually varied, which is key role to design the acoustic fish-eye lens. As predicted by ray trajectories on a virtual sphere, the proposed lens has the capability to focus the acoustic wave irradiated from a point source at the surface of the lens on the diametrically opposite side of the lens. The broadband and low loss performance is further demonstrated for the lens. The proposed acoustic fish-eye lens is expected to have the potential applications in directional acoustic coupler or coherent ultrasonic imaging.

Derivation of General Formula for Coupling Loss of Single-mode Fiber Collimators with Gradient-index Rod Lenses

Gradient-index rod lens (GRIN-lens) whose pitch is ordinary value with bevel ferrule coupling system is analyzed, an equivalent method which can be used to analyze this system is put forward, and a general formula for determining the coupling loss with axes mismatch, radial mismatch, and angular mismatch is derived by use of the Gaussian field approximation and mode-field coupling theory. The experimental results are in good agreement with the theory prediction. It indicates that these formulas are suitable to analyze the gradient-index rod lens coupling system with pigtail fiber.

基于GBDT算法的基桩竖向承载力预测方法

目的为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果结果表明:试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。

不同地形梯度下秦巴山区乡村振兴潜力及发展路径

我国山地丘陵地区在空间上相对孤立,乡村发展受到阻碍。开展不同地形梯度下乡村振兴潜力及发展路径研究,旨在为山区因地制宜推进乡村振兴提供理论与科学依据。基于陕南秦巴山区地形差异开展典型村域调研,构建评价指标体系测度乡村振兴潜力,结合相关性与障碍度模型,辨识不同地形梯度下乡村振兴的障碍因素,提出差异化发展建议。结果表明:①各地形梯度下乡村振兴综合潜力由大到小依次为低地形梯度、中低地形梯度、高地形梯度、中高地形梯度,地形梯度与秦巴山区乡村振兴综合潜力及区位条件、基础设施潜力成显著负相关关系;②随着地形梯度的上升,秦巴山区乡村主体、产业发展、人居环境、区位条件、基础设施潜力整体上呈减小趋势,资源禀赋潜力先减小后增大;③不同地形梯度下秦巴山区乡村振兴各维度潜力大小及其障碍因子皆存在明显差异。为优化山区乡村发展模式、全面推进乡村振兴,建议低地形梯度村庄重点防止人口、耕地等农业生产要素流失,中低地形梯度村庄优化基层组织、提升引领能力,中高梯度村庄加强基础设施建设、改善人居环境,高地形梯度村庄充分保护并合理利用林地资源,发展特色产业。

基于地形梯度的青藏高原冰川分布格局及成因

目前,冰川分布与变化的影响机理还存在不确定机制。为探究地形因子对冰川分布格局的影响,本文以第6版Randolph冰川编目数据和NASADEM为数据源,运用均值变点法、分布指数和地理探测器等方法,对青藏高原冰川在地形起伏度、海拔、坡度和坡向等地形梯度上的分布格局及其与地形因子之间的响应关系进行分析。结果表明:(1)青藏高原冰川对坡向、坡度的适宜性较广,对地形起伏度、海拔的选择性较强,且在高地形起伏度、高海拔上呈现优势分布。(2)地形对冰川发育影响较大,各地形因子对冰川空间分布的影响显著不同。海拔和地形起伏度是控制冰川分布的主要因素,且交互探测结果表明二者共同作用对冰川空间分异性影响最大。(3)在海拔和地形起伏度梯度上,喜马拉雅山脉冰川优势分布范围最广,其次是喀喇昆仑山脉,其余10座山脉冰川的优势分布均呈近似正态分布,但不同山脉形态各异。

云南红河流域土地利用变化的地形梯度效应及其功能分区

明确土地利用情况及其地形梯度分布格局,并进行功能分区,是云南红河流域土地资源可持续利用和土地利用规划优化调整的基础.基于RS和GIS技术,使用地形分布指数、地形位指数方法系统分析了2000、2010年和2020年云南红河流域土地利用变化在高程、坡度和地形位梯度上的时空分异特征,并基于分析结果开展了云南红河流域土地利用功能区划分.结果表明:(1)林地(56.46%)和耕地(29.34%)是云南红河流域主要的土地利用类型,其次是草地(6.93%)和灌木地(6.17%),而湿地、水体和人造地表所占面积比例均不到1%.2000—2020年云南红河流域耕地和人造地表面积扩张明显,而林地持续减少,存在林地被侵占的现象;(2)云南红河流域土地利用类型分布呈现明显的地形梯度特征.耕地、人造地表受到高地形位开发难度的限制,优势位处于中低地形位的河谷、山腰区域,湿地、水体高度汇集在低地形位,草地、灌木地在中低地形位较为集中,林地则广泛分布于中高地形位;(3)基于土地利用地形分异规律,将云南红河流域划分为4个土地利用功能区,即河谷集约发展区、陡坡综合治理区、高山潜在开发区和山顶生态调控区.

塔里木河中、下游胡杨林种内竞争对比研究

为探究塔里木河中、下游胡杨(Populus euphratica Oliv.)种内竞争差异及其对水分梯度的响应规律,以塔里木河下游阿拉干断面以及中游国家自然保护区胡杨种群为研究对象,在每个区域分别选取3条样带,每条样带依照水分梯度布设3个样方,共18个样方,利用Hegyi单木竞争模型探究塔里木河中、下游水分梯度下胡杨林种内竞争变化特征.结果表明:1)塔里木河中游胡杨最适竞争范围为8 m,下游最适竞争范围为10 m;2)胡杨竞争指数与胸径服从幂函数关系(P<0.001),胡杨竞争指数随对象木胸径的增加而逐渐减小,当胡杨胸径在塔里木河下游达20 cm以上、中游达30cm以上时,胡杨竞争指数逐渐稳定;3)随水分梯度的降低胡杨种群竞争指数呈下降趋势,且塔里木河中游的胡杨竞争压力高于下游的胡杨.立地水文条件是控制塔里木河流域胡杨竞争强度的决定性因子;在胡杨林分管理中,应充分考虑胡杨种内竞争与水分梯度之间的关系.

GaAs太阳电池中减反射薄膜的梯度折射率调控

使用溶胶凝胶法制备了TiO_(2)和SiO_(2)两种材料,结合梯度折射率的结构设计将不同比例的TiO_(2)/SiO_(2)沉积在GaAs太阳能电池上实现宽带减反射效果,最终制备的6层减反射薄膜在200~1 800 nm的波长范围内平均反射率为8.7%,同时确定了300℃的退火温度和1 000μm/s的提拉速度为制备薄膜的最佳工艺条件.

汉江生态经济带土地利用格局的地形梯度效应特征

[目的]探究汉江生态经济带土地利用的地形梯度效应,为区域土地利用格局的调整和优化提供科学借鉴。[方法]基于1990—2022年土地利用和DEM数据,选取高程、坡度、地形起伏度和地形位4个地形指标,借助分布指数、信息图谱等分析方法,探讨了汉江生态经济带土地利用格局的地形梯度效应。[结果](1)汉江生态经济带土地利用结构以林地(面积占比在54.59%以上)和耕地(35.20%以上)为主,呈现“东耕西林”空间格局。1990—2022年林地、建设用地和水域面积有所增加,耕地和草地面积减少明显。(2)随各地形梯度等级增加,耕地、水域和建设用地的面积和分布指数逐渐减少,草地均呈先增后减趋势,林地分别呈先增后减、持续增加态势。(3)研究时期内,耕地、林地的分布优势分别在各地形因子的中低(Ⅰ—Ⅲ)和中高(Ⅲ—Ⅴ)等级上有所扩大,其分布指数增幅介于0.041~0.117,0.005~0.076;除Ⅰ级梯度上的分布指数一致呈减少外,其他梯度上草地和水域的分布优势以扩大为主,其指数增加最明显的分别为地形起伏度Ⅲ级(0.317)、地形位Ⅲ级(0.299);建设用地分布优势在Ⅰ级梯度上皆呈扩大态势,其指数增加了0.056~0.689。(4)研究区土地利用信息图谱以稳定型(81.39%)为主,其他图谱类型受地形梯度影响存在显著差异。[结论]受自然、政策等因素的共同影响,汉江生态经济带土地利用格局具有显著的地形梯度效应,分布优势在地形梯度上的变化相对复杂。因此,未来国土空间开发需秉承因地制宜原则,促进土地资源的可持续发展。

Fabrication method of ultra-small gradient-index fiber probe

Fabrication method and device of ultra-small gradient-index （GRIN） fiber probe were investigated in order to explore the development of ultra-small probes for optical coherence tomography （OCT） imaging. The beam- expanding effect of no-core fiber （NCF） and the focusing properties of the GRIN fiber lens were analyzed based on the model of GRIN fiber probe consisting of single-mode fiber （SMF）, NCF and GRIN fiber lens. A stereo micro- scope based system was developed to fabricate the GRIN fiber probe. A fiber fusion splicer and an ultrasonic cleaver were used to weld and cut the fiber respectively. A con- focal microscopy was used to measure the dimensions of probe components. The results show that the sizes of probe components developed are at the level of millimeter. Therefore, the proposed experimental system meets the fabrication requirements of an ultra-small self-focusing GRIN fiber probe. This shows that this fabrication device and method can be employed in the fabrication of ultra- small self-focusing GRIN fiber probe and applied in the study of miniaturized optical probes and OCT systems.

GRIN色散物镜光学像差对峰值波长提取的影响

为提高光谱共焦位移传感系统接收信号峰值波长提取精度,基于设计的梯度折射率(Gradient Index,GRIN)色散物镜,系统分析了光学像差对峰值波长提取的影响。首先结合GRIN色散透镜的光学性能,利用光学像差理论,建立了优化后GRIN色散物镜的像差分布函数,获得了各类像差与波长分布之间的关系;然后仿真分析了各类单色像差以及组合像差对峰值波长分布的影响,利用三种拟合算法分别提取存在不同像差下的峰值波长,得到了光学像差引起的GRIN色散物镜峰值波长偏移;最后利用不同的拟合方法对像差影响下的轴向响应信号进行了数据拟合和拟合误差分析。结果表明,球差为1时,引起峰值波长偏移6.28 nm;当球差大于1时,出现双峰,球差越大引起的峰值波长偏移越大;像散对峰值波长偏移的影响小于球差;组合像差对峰值波长的影响最大,出现了三峰旁瓣同时升高。研究结果对建立像差影响的峰值波长提取误差修正和补偿算法,并进一步提高系统测量精度具有参考意义。

不同海拔毛竹叶绿素的高光谱特征及叶绿素估测模型

叶绿素是表征植被生产力的重要指标,毛竹叶绿素快速检测对农林作物高效精准经营具有重要意义。以福建永安上坪乡山地竹林为对研究对象,设置3个海拔梯度(低海拔、中海拔、高海拔)采集不同冠层毛竹叶片样本65份;每份样品重复测定3次高光谱和叶绿素质量分数,分析叶绿素质量分数与光谱特征随海拔梯度变化的关系,筛选对叶绿素质量分数变化影响敏感的光谱特征及光谱指标;应用5种参数回归方程和3种机器学习算法拟合毛竹叶绿素质量分数估测模型。结果表明:海拔是影响毛竹叶片光谱特征的重要因素,叶绿素质量分数随着海拔梯度上升呈现显著增加趋势,“三边”(蓝边、黄边和红边)参数与叶绿素质量分数的敏感程度不佳,原始光谱和一阶微分光谱与叶绿素质量分数在可见光范围内有多波段相关性显著;原始光谱曲线中,叶绿素敏感波长为683、890 nm,一阶微分光谱曲线中,叶绿素敏感波长为749 nm。以红边波段叶绿素指数(I_(CIred))建立的二次函数回归模型的R^(2)为0.613;随机森林模型(RF)的R2达0.852,与参数模型精度相比精度提升38.9%,均方根误差下降61.0%,平均相对误差下降38.6%;I_(CIred)+RF组合模型为毛竹叶片叶绿素质量分数的单变量最佳估算模型。

High Q reflection filter using a gradient-index membrane with a grating surface

High Q reflection filter using a gradient-index(GI) membrane with a grating surface is proposed. The thickness of GI membrane is very small comparing with the traditional multilayer reflection filter or the GI reflection filter, and the GI membrane can also break the restriction of the resonant excitation condition of the conventional guided-mode resonance(GMR) filter. High Q filtering features can be maintained even on the high-index substrate. The grating thickness of the GI membrane filter can be used to select the resonance wavelength with different quality factors(QFs), the reflection peak is blue-shifted, and the QF is decreased from 554.4 to 207.8 as the grating thickness is increased from 50 nm to 150 nm. The gradient coefficient of the GI membrane filter can be used to tailor the number of the reflection channels. The resonant excitations of high order waveguide modes confined in the GI membrane are responsible for the high Q filtering properties with multiple channels.

岩心油水两相渗流启动压力梯度实验研究

低渗储层油水两相渗流时存在启动压力梯度,充分认清水驱油时启动压力梯度的变化和影响因素对油藏水驱开发至关重要。为了搞清油藏储层油水两相渗流启动压力梯度特点及其影响因素,对不同渗透率、不同含水饱和度、不同润湿性岩心水驱油两相渗流的启动压力梯度进行了室内实验测定,根据实验现象和实验结果,分析了产生启动压力的岩心孔隙内部的阻力效应和微观成因。研究结果表明:气体渗透率小于50×10^(-3)μm^(2)的低渗岩心随含水饱和度增加,启动压力梯度增大;气体渗透率大于50×10^(-3)μm^(2)的中高渗岩心启动压力梯度随含水饱和度变化不大,总体呈下降趋势,且数值较小;对于低渗油藏,启动压力梯度随岩心渗透率降低而增大,随岩心润湿指数增加而减小;岩心边界层液体厚度越大,启动压力梯度越大。产生启动压力的附加阻力效应有油滴毛管力产生的摩擦阻力、静润湿滞后导致油珠变形产生的阻力及液阻效应产生的阻力,其大小和岩石孔喉半径、润湿指数、微观孔隙的油水分布状态、边界层厚度及固液界面张力有关。

优化精液处理中的密度梯度离心法以提高受精结局的探讨

【目的】本研究旨在改进生殖男科领域现有的精液处理方法,特别是针对双层密度梯度法中的300×g 20 min处理条件,以提高受精结局。【方法】收集2020年7月和9月以及2022年3月和5月在中山大学附属第六医院生殖医学中心进行辅助生殖助孕的1623例患者的精液标本进行实验。预实验中,比较四种不同的双层密度梯度方法(200×g 10 min、200×g 20 min、300×g 10 min和300×g 20 min)处理后标本的精子DNA碎片率和回收率。然后,筛选出一种最优的方法作为新方法,并与目前在用的旧方法(300×g 20 min双层梯度法)进行对比,检验受精率是否有统计学差异。在新方法的基础上,进一步优化为单层密度梯度法,并与双层密度梯度法进行对比,检验是否存在统计学差异。实验过程中严格控制温度、离心速度和离心时间,同时记录每组样本的数量和处理条件。【结果】在保证足够的精子回收率的基础上,发现四种双层密度梯度法中300×g 10 min的精子DNA碎片率低于300×g 20 min。因此,选择300×g 10 min作为新方法进行试验。结果表明,新方法300×g 10 min的总受精率、二核体(2pn)受精率均高于300×g 20 min,且差异有统计学意义(P<0.05);300×g 10 min的卵裂率也略高于300×g 20 min,但差异没有统计学意义(P>0.05)。单层密度梯度法的总受精率、2pn受精率均高于双层密度梯度法,但差异没有统计学意义(P>0.05);单层密度梯度法的卵裂率高于双层密度梯度法,囊胚形成率低于双层密度梯度法,且差异均有统计学意义(P<0.05)。【结论】相对于现有的300×g 20 min双层梯度法,300×g 10 min双层梯度法成功提高了总受精率、2pn受精率、卵裂率,缩短了精液优化处理的时间;而单层密度梯度法虽提高了卵裂率、节约了试剂成本和操作时间,但其囊胚形成率却出现了下降的情况。这些发现为生殖男科领域的精液处理方法提供了有益的指导和启示。

基于GBDT-LSTM的闽江流域水质预测

闽江作为福建省最大的河流,其生态保护对维护全省水生态环境而言意义重大。为进一步利用水质评价和预测方法对水质状况进行有效分析,选取闽江流域2017年1月-2023年8月共20处水质监测站数据作为研究对象,采用水质综合指数法对各站点水质状态进行判断;比较LSTM模型和GBDT-LSTM模型的拟合结果,并对各指标数据进行预测。结果表明,1)闽江流域各监测点除总氮外的水质指标均呈现较好趋势,各监测点的总氮浓度存在差异,整体情况较差,其中位于三明和南平市的河段由于当地重工业发达,导致水体中的硝态氮不断增加,进而致使河段内总氮浓度过高。2)流域水质的WQI值呈现逐年上升的趋势,水质状况普遍处于中等及以上水平,仅有少数监测点的水质状况处于很差状态,从中上游携带的泥沙等固体的堆积导致了连江琯头的水质情况较差;沙县斑竹溪渡口由于位于三明和南平的交界处,且沿岸分布较多重工业城市,故水质状态略差;相较于南平和三明的大型重工业企业,位于古田县的监测点以农业、轻工业为主,对水质指标的影响相对较小,水质状况因此较好。3)采用GBDT对变异程度较高的各水质指标在预测模型中的重要性进行排序,发现GBDT-LSTM混合模型的拟合效果相较于LSTM模型更好,更有利于对水质状况进行精确地预测。4)水体中总氮、高锰酸盐指数等含量的不断增加主要源于大量的工业废水,建议加强对临近闽江流域高污染高排放企业的控制,科学合理地实现工业污染排放和污染物容量在时空上的合理分配。

基于极端梯度提升树模型的工程项目安全管理研究

工程项目安全管理是建筑工程项目核心内容,部分建筑企业对效益的过分追求,导致工程项目经常出现事故。深入研究工程项目安全管理,有利于提高工程质量降低事故发生的概率。如何对项目安全进行管理,如何掌握项目实施过程中出现的各种风险因素,成为每一个项目管理者目前亟待解决的问题。该文通过运用极端梯度提升树模型对工程项目安全管理进行研究,建立安全管理模型并确立安全等级,为工程管理者对安全管理的决策提供依据。

在线医药电商评论情感分析——基于XGBoost集成加权词向量和大语言模型的情感识别模型

消费者评论是考察消费者情感的重要数据源,对商品评论进行数据挖掘是帮助在线医药电商改善经营的重要途径。立足于在线医药电商的用户评论,基于SO-PMI(情感倾向点互信息)算法构建该领域情感词典,对评论词向量进行情感加权。利用XGBoost(极限梯度提升树)集成词向量和LLM(大语言模型)构建情感识别模型,最后得出评论情感指数,从多个维度展开,分析消费者评论中的情感趋势。实证分析表明,构建的情感识别模型的AUC(曲线下的面积)等验证指标较LLM模型相比有进一步提升,具有一定的应用价值。