原子惯性技术在航天航空领域的应用

随着原子光学的进步,原子惯性技术以其潜在的高精度和超高灵敏度的卓越性能引起广泛关注,近年来获得了突飞猛进的技术进步,逐渐从实验室阶段向工程应用化阶段发展。本文对于原子惯性技术的当前进展情况进行了介绍,详细地分析了其在高精度惯性导航、验证广义相对论等基础物理学研究,和对地对月观测等领域的应用。对于国内目前该技术的研究状况进行了介绍,并对该技术的未来发展方向进行了展望。

画幅式层析成像光谱系统设计和实验研究

文章介绍一种无需时间或空间扫描的新型成像光谱仪—利用位相光栅作为分束器件的计算层析成像光谱仪 (CTIS)。重点介绍了各个系统的设计原则和位相光栅的设计 ,并给出了光栅的设计结果。详细介绍系统矩阵的实验定标方法和过程。叙述了自然光照明条件下真实物体组成的靶标的光谱成像实验 ,对目标实验采样的数据进行重构处理 ,给出了实验结果。

基于数字全息的血红细胞显微成像技术

数字全息显微成像有别于传统光学显微成像,可根据重建全息图获取细胞的生物学参数与形貌信息,是一种有效的非接触无损三维成像技术.随着像感器的发展与硬件计算能力的提升,数字全息显微成像技术在活体生物细胞检测尤其在血红细胞检测领域取得了显著进展和突破.本文介绍了同轴、离轴以及光镊辅助离轴的数字全息显微技术,这些技术利用瑞利索末菲反向传播算法、清晰度量化算法、分水岭分割算法、数字重聚焦方法与热涨落方法等来实现血红细胞的形变、空间分布、三维体积信息的高精度提取,有助于糖尿病、心血管疾病、帕金森氏疾病等病理研究.数字全息显微成像技术实现了传统三维显微成像技术难以达到的实时性和定量化检测,由于独有的非接触、无损性特点,在细胞成像领域应用前景广阔.

基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究（英文）

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准。但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效。提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度。本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。

FTIR噪声修正方法用于提高挥发性有机物定量精度

经典最小二乘法(CLS)是傅里叶红外光谱定量分析软件中的一种常用算法。统计学中,当待测信号中的误差为正态分布零均值等方差时,CLS法可以得到最优无偏估计,但对异方差误差则不然。傅里叶红外光谱仪(FTIR)吸光度谱中的噪声相当于异方差误差,通过对噪声源的理论分析和实验统计计算获得了噪声的方差分布,并以此对CLS方法进行加权修正。计算表明,在分析气体中挥发性有机化合物(VOCs)污染浓度时,相比CLS方法,采用仪器噪声方差分布修正后的加权最小二乘法(WLS)可以显著降低噪声对定量精度的影响,提高了分析结果的准确性和可靠性。

连续冷原子束干涉陀螺仪研究进展

原子干涉陀螺仪是一种实现高精度角速率测量的新型惯性器件,被认为是下一代导航技术中的核心器件。报道了在连续冷原子束干涉陀螺仪研究上的最新进展。提出了基于连续冷原子束的干涉陀螺仪方案,该方案在保证系统灵敏度和紧凑型的前提下有助于解决冷原子干涉陀螺仪低带宽和数据率的问题。利用激光冷却的^(87) Rb冷原子束作为原子光源,利用多普勒敏感的双光子受激拉曼跃迁进行原子波包的相干操控,演示了π/2-π-π/2拉曼脉冲序列的空间型原子干涉。数据估算原子干涉陀螺的短期灵敏度为7.8×10^(-5)(rad/s)/Hz^(1/2)(1s积分时间),其中干涉条纹的信噪比为15.1,系统带宽为190Hz,系统理论带宽可以达到790Hz。

科学级CCD并联过采样低噪声模拟信号通道

根据CCD相机模拟通道噪音的非相关性,提出通过并联多个相同的模拟通道来降低模拟通道噪音的方法,并对此进行实验研究。通过实验测定实验装置中噪音的分布情况,得出并联双通道和并联三通道时噪音的改善因子为1.354和1.65,符合理论值。实验还显示,改善因子随模拟通道中可编程增益放大器增益的增加而减小,并对此现象进行分析。通过对改善因子与理论值的偏差进行分析,指出电源噪音、较高的转换速度及温升是造成偏差的主要原因。

基于单端口多模态微悬臂梁的谐振式大量程智能气体传感器(英文)

基于悬臂梁的谐振气体传感器可以通过测量悬臂梁谐振频率的偏移而检测相应气体分子.本文介绍了一种使用自激励自检测(SAD)电路驱动单端口多模态微悬臂梁的智能谐振式气体传感器.这种激励模式简化了悬臂梁结构和微加工过程.另外,还可以通过便捷地改变悬臂梁谐振模态实现大量程的气体浓度检测.通过仿真分析了不同模态下悬臂梁的模型和敏感度.通过测量这种基于单端口多模态悬臂梁的气体传感器对于气体的响应情况,展示了这种多模态SAD系统以及其改变模态增加测量量程的功能.

微小空间点火装置的设计(英文)

针对微内燃机燃烧室的尺寸特征和点火形式,对微小空间点火实验装置进行了研究,设计并制作了微小空间内的放电点火装置.设计的硅微燃烧室的尺寸为1 mm×1 mm×1 mm、3 mm×3 mm×1 mm和9 mm×9 mm×1 mm;点火电极位于燃烧室腔体中央,电极间隙在10～100μm;电极材料为金.本文为微小空间放电点火特性实验研究提供了一种通用装置,也为以微型内燃机为代表的便携式微型高能电源组的微型化和实用化提供了技术支持.

一种低速、连续、单色性好的冷原子束

本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术。采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束。文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述。

导电介质交流阻抗测量的自由衰减振荡方法

通过测量导电介质交流阻抗特性参数可实现多种物理或化学量的检测.对一阶传感系统添加电容或电感元件以构成二阶谐振单元,用连续方波脉冲信号激励谐振单元进入自由衰减振荡模式,可同时获取谐振单元的衰减因子和谐振频率.对金属板材的电涡流检测及盐溶液的电导率测量系统分别进行了实验.结果表明,这种方法可有效抑制提离距离或电极引线等非理想因素,在交流阻抗测量技术的传感器化研究方面有很好的应用前景.

基于加权表决的POF信号时钟数据恢复方法

针对POF数据传输特点,提出了一种基于加权表决的全数字时钟数据恢复(CDR)方法。引入数据窗口,消除了传统数字CDR电路中存在的恢复时钟1/N UI峰峰抖动,运用加权表决恢复数据,增强了电路抗干扰能力。该方法基于FPGA通过单PLL实现了100Mb/s的POF数据传输。仿真和实验测试结果表明,该方法可快速同步相位变化,电路输入抖动容限可达0.28UI。

基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

粒子场的数字全息成像中,由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布,是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法,深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度,提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展,从不同粒子表征方法入手,叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足,并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。

数字聚焦压缩全息成像技术研究

同轴全息重建由于相位共轭波的干扰,会产生二阶噪声与孪生像噪声,从而影响重建质量和精度,而在全息重建中,获取最佳重建平面的相关全息聚焦距离参数也是全息成像领域的关键。为此,提出了一种基于压缩感知的聚焦重建算法,通过选取轴向方向内固定间隔的一系列重建图像,以压缩感知的全变分正则化约束重建不同深度的图像,根据图像灰度变化或绝对梯度算子等聚焦度量指标计算并构建数字全息重建图像的聚焦曲线,确定最佳聚焦位置。所述算法抑制了重建噪声,提升了物体轴向的重建精度,实现了聚焦位置周围更宽范围的高分辨率图像重建。

内耳力学研究相关测量技术进展

由于内耳结构复杂，体积微小，又位于颞骨内部，因此对内耳的力学测量存在较大的困难。一定程度上，测量技术的发展推动着内耳力学研究的进展，并决定了研究的角度以及所取得的成果。本文从测量技术的角度对内耳力学研究中用到的振动及压力测量技术进行了系统总结，包括简要的测量原理、重要的测量相关参数和具有代表性的内耳力学研究成果。具体测试技术包括电容传感器技术、穆斯堡尔技术、零偏激光干涉技术、外差激光干涉技术、低相干光干涉技术、光学断层扫描成像技术和光纤压力传感器技术。

10Gb/cm^3小型化体全息数据存储及相关识别系统

简述了体全息数据存储的最近研究进展,讨论了体全息存储系统小型化、实用化的关键技术,并对全息存储系统的结构、复用及寻址方式进行了优化,在此基础上研制了小型化体全息存储及相关识别系统,其存储密度达10 Gb/cm3,兼有多页面高速并行相关识别处理功能,识别速率大于2000幅/秒;提出的动态散斑复用的新概念及动态散斑一角度混合复用技术,其复用灵敏度比单纯角度复用灵敏度提高了8倍,为进一步提高存储密度提供了有效途径,展示了体全息存储系统在海量存储及光学并行处理领域具有很大的应用潜力.

利用退火的碳纳米管与金属接触特性的改善

碳纳米管与金属电极间的接触特性是提高纳米器件性能的重要因素。本文采用介电电泳在金属对电极上组装碳纳米管,形成金属-碳纳米管-金属结构。将样品分别在200℃、300℃、400℃下恒温退火1h后自然冷却。通过测量样片的伏安曲线,根据曲线线性度和斜率来评价退火前后的接触状态。实验表明,在三种温度下退火,接触电阻均有不同程度的减小。但一段时间间隔后,电阻又会增加。在本次实验时间范围内,其接触电阻均小于退火前。样片在300℃下分别退火30min、60min、90min后比较其电阻的大小,发现电阻随着退火时间的延长而逐渐减小。

基于参数空间遍历的空间光调制器量化取值优化

由于现有空间光调制器(SLM)的调制特性,连续取值的复振幅型计算全息图(CGH)通常需要被转换为离散取值的纯振幅型或纯相位型CGH。将连续值近似为离散值的量化过程会对CGH的全息重建质量产生显著的影响。选择峰值信噪比(PSNR)作为重建质量的评价依据,采用参数空间遍历法,定量评估了CGH振幅和相位的量化取值对重建质量的影响。评估过程充分考虑了分辨率、补零范围、重建距离、重建波长、随机相位、像素间距、位深度及相位调制偏差等关键参数对全息重建的作用。在此基础上,提出了针对现有和未来SLM的最佳量化方案。

超快激光诱导固体非热相变及其原子机理进展

激光诱导的相变是超短脉冲激光对材料进行加工改性的关键物理过程。由热效应驱动的光致相变通常都源于材料无序化,例如熔化或蒸发。在此情况下,光对材料原子尺度的控制力面临困难,加工改性的精度受限。而短脉冲的非热效应可以实现更高精度的相变控制,但是由于光与物质的相互作用过程复杂,相关机理仍在探索之中。介绍了近年来超短脉冲激光诱导非热相变的实验观测结果以及相应的机理研究进展,重点对比介绍了几种可以描述原子尺度机制的理论方法和超快激光在相变材料中诱导非热相变的动力学机理。最后讨论了理论机理对激光控制相变的参考意义。