On‐chip stimulated Brillouin Scattering for microwave signal processing and generation

Demonstration of continuously tunable delay, low‐noise lasers, dynamically controlled gratings, and optical phase shifting using the stimulated Brillouin scattering (SBS) process has lead to the emergence of SBS as a promising technology for microwave photonics. On‐chip realization of SBS enables photonic integration of microwave photonic signal processing and offers significantly enhanced performance and improved efficiency. On‐chip stimulated Brillouin scattering is reviewed in the context of slow‐light based tunable delay, low‐noise narrow linewidth lasers and filtering for integrated microwave photonics. A discussion on key material and device properties, necessary to enable on‐chip Brillouin scattering using both the single‐pass and resonator geometry, is presented along with an outlook for photonic integration of microwave signal processing and generation in other platforms.     

Determination of N and O‐atoms and N2 (A) Metastable Molecule Densities in the Afterglows of N2‐H2, Ar‐N2‐H2 and Ar‐N2‐O2 Microwave Discharges

Early afterglows of N₂‐H₂, Ar‐N₂‐H₂ and Ar‐N₂‐O₂ flowing microwave discharges are characterized by optical emission spectroscopy. The N and O atoms and the N₂ (A) metastable molecule densities are determined by optical emission spectroscopy after calibration by NO titration for N and O‐atoms and measurements of NO and N₂ band intensities. If an uncertainty of 30% is estimated on N‐atomic density, an inaccuracy of one order of magnitude is obtained on the O and N₂ (A) densities. In N₂‐(0.05‐2.5%)H₂ and Ar‐(1‐50%)N₂‐(0.05‐2.5%) H₂ gas mixtures, the O‐atoms are coming from O₂ impurities in the discharge. Concentrations of N and O‐atoms and of N₂ (A) densities are compared to the ones obtained in Ar‐(5‐50%)N₂‐(0.2‐2.5%) O₂ gas mixtures in which a controlled amount of O₂ is added. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Microwave Plasmas at Atmospheric Pressure

Microwave plasmas at atmospheric pressure are used for surface treatments like for example cleaning, sterilization or decontamination purposes, for a pre‐treatment to increase the adhesion of lacquer, paint, or glue, and for the deposition of different kind of layers and coatings. Micro plasma jets can also be applied for biomedical applications and for treatment of small and complex geometries like for example the inside of capillaries. Larger plasma torches which exhibit higher gas temperatures can also be used for chemical syntheses like waste gas decomposition, methane pyrolysis, or carbon dioxide dissociation and for plasma spraying purposes. In the present publication an overview on the development and the investigation of the operating principle of two atmospheric pressure microwave plasma torches at frequencies of 2.45 GHz and 915 MHz will be presented. The plasma sources are based on a cylindrical resonator combined with coaxial structures. To explain how these plasma sources work, simulations of the electric field distribution will be discussed. Furthermore, some physical characteristics of an air and an Ar/H2 atmospheric plasma like gas temperatures, excitation temperatures and densities as well as the heating of the plasma by the microwave will be investigated. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于免疫模板聚类的模糊中波红外图像目标提取

借鉴生物先天性免疫与适应性免疫的协调作用机制,综合考虑中波红外图像的光谱成像机理和频域模板统计特征,提出一种免疫模板聚类目标提取算法。借鉴先天性免疫对抗原表面分子模式的识别作用,以最大类间方差,将模糊中波红外图像初分割为目标像素集、背景像素集和模糊像素集;借鉴先天性免疫的特征提呈作用,提取中波红外图像模糊像素的频域模板特征,将图像的像素灰度特征空间映射为频域模板特征空间;基于提呈得到的模板特征,对模糊像素集进行适应性免疫聚类,将模糊像素划分为目标像素或背景像素。用手部痕迹的模糊中波红外图像进行实验,并与经典边缘检测模板法和传统区域模板法进行了效果比较和定量评价,结果表明免疫模板聚类算法的目标提取率、与参考标准的重合度、绝对误差率均优于现有模板方法,能够有效实现模糊中波红外图像的目标提取。     

食品中苯并(α)芘的微波辅助萃取方法的研究

微波具有萃取效率高、加热均匀、节省时间等特点,而恒能量同步荧光法应用于多环芳烃的检测可提高选择性,导数技术又能放大窄带灵敏度,抑制宽带,改善分辨能力。本文结合恒能量同步荧光扫描技术与导数技术,采用家用微波炉,建立了食品中苯并(α)芘(BaP)的微波辅助萃取-二阶导数恒能量同步荧光法。探讨了影响微波萃取效率的主要因素,如萃取溶剂的类型及使用量、微波萃取时间及冷却时间、微波辐射功率等,并与超声萃取做了比较。对低脂肪样品直接用混合溶剂微波萃取即可进行光谱扫描检测食品中的BaP;对高脂肪样品将皂化和微波辅助萃取这两步操作同时进行,简化操作步骤,缩短样品的前处理时间,使样品的整个分析过程可在1h内完成。该方法操作简单、快速、费用低廉,已应用于实际样检测,低脂肪样品的加标回收率为90.0%~105.0%,高脂肪样品的为83.3%~94.6%,方法重现性好,结果令人满意。     

金属圆柱腔体中使用非均一背景增强微波断层成像

针对基于圆柱金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种利用非均一背景增强系统获取目标信息能力的方法.该方法通过在腔体内放置已知物体构成非均一背景,这样不但能利用背景的先验信息,而且可以增加等效辐射源对目标进行探测.首先,利用矩量法计算圆柱金属腔体内非均一背景的格林函数和离散积分算子,并对离散积分算子进行奇异值谱和条件数分析,在理论上证明该方法的可行性;然后,利用基于有限元的对比源逆成像法对均一背景、有耗非均一背景和无耗非均一背景三种情况进行仿真研究;最后对仿真结果进行了误差分析和比较.仿真结果表明,该方法可以提高反演收敛速度和结果准确度,有耗非均一背景略优于无耗非均一背景.该方法可以在不改变硬件系统和算法的情况下得到更准确的反演结果,可应用于医学成像与工业无损探测.     

一种金属腔体中微波断层成像的最优分层非均一背景

针对基于金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种最优分层非均一背景的设计方法.该方法使用一种新的微波断层成像积分算子评价方法和模拟退火法等最优化方法.首先,介绍了一种基于有限元法的微波断层成像积分算子计算方法.然后,提出一种新的微波断层成像积分算子度量,该度量可以综合评价整个积分算子奇异值谱,并通过一组仿真研究证明该度量与反演结果的误差具有相关性;该度量用一个数值综合评价一个积分算子,可以方便地应用于最优化算法中;利用模拟退火法选择圆形金属腔体中分层非均一背景的每一层介质的相对介电常数,从而获得一个最优分层非均一背景.最后,对尺寸小于半波长的圆柱目标和"凹"字形复杂目标进行仿真研究,仿真结果证明该最优分层非均一背景可以提高微波断层成像算法的收敛速度,提高反演结果的准确性.     

微波-光波变电长度缩比条件下目标雷达散射截面相似性研究

利用光源体积较小且容易实现的特点,提出了将微波大尺度缩比到可见光波段,采用光源辐射产生的光波缩比测量目标在微波频段雷达散射截面的思想,讨论了由此带来的原型系统中目标几何尺寸不能缩得很小而导致的必须变电长度缩比问题,深入研究了在这种非等比的非精确相似条件下目标雷达散射截面的相似性关系,以及符合这种相似性关系的微波-光波变电尺度缩比仿真雷达散射截面的约束条件和补偿方法.研究成果为在实验室等较小场地实现大型电磁系统缩比仿真测量实验提供了新思路.     

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法.对粒子模拟方法 (包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法 (包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介.基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型.研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式.不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定.同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小.在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.     

基于次谐波调制光注入半导体激光器获取窄线宽微波信号的实验研究

实验研究了处于单周期振荡的光注入半导体激光器在频率等于单周期振荡频率一半的1/2次谐波调制下所产生的微波信号的特性.实验结果显示:在合适的注入条件下,处于单周期(P1)振荡的光注入半导体激光器可输出频率可达26.5 GHz、光谱具有单边带结构的光生微波信号,但微波信号的线宽比较宽(MHz量级);通过采用频率为单周期振荡频率一半的次谐波信号调制光注入半导体激光器,可将微波线宽从十几MHz压缩到几十k Hz.进一步分析了次谐波调制信号的功率以及频率对微波信号的相位噪声的影响,并在由次谐波调制信号的功率和频率构成的参数空间绘制出了能实现次谐波频率锁定的分布区域.