基于神经网络和多目标优化算法的掺铋光纤放大器设计

掺铋光纤放大器有助于将光纤通信系统拓展至新的传输波段。然而,其增益和噪声性能存在相互制约的关系,提升增益往往会导致噪声性能的恶化,反之亦然。因此,提出一种结合反向传播神经网络(BPNN)和带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化方法,通过对两级掺铋光纤放大器结构进行设计,实现了增益和噪声性能的同时优化。使用经过训练的BPNN对增益和噪声系数预测的均方根误差分别为0.191和0.084,具有较高预测精度。以高增益和低噪声系数为目标,使用NSGA-Ⅱ算法进行优化,得到包含500个解的Pareto最优解集。优化后,放大器所能实现的平均增益范围为15～37 d B,相应的平均噪声系数范围为4.95～5.31 d B。利用BPNN代替求解耦合微分方程来评价个体适应度,使得优化时间较传统方法由10⁶ s左右降低为80 s左右,大幅提升了优化效率。所提方法也为其他掺杂光纤放大器的高效率、多目标结构优化设计提供了一种新的思路。     

基于MIMO神经网络均衡的16QAM模分-波分复用相干传输系统

提出了一种基于神经网络的多输入多输出（MIMO）均衡器,并在大容量模分-波分复用通信系统中进行了实验验证。该系统基于6模掺铒光纤放大器实现了16通道波分复用双极化48 Gbaud 16阶正交振幅调制（16QAM）,在LP01、LP02、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b六种模式上传输了100 km少模光纤（FMF）。为降低非线性的影响,在接收端数字信号处理中,采用基于多标签技术的MIMO神经网络均衡器,能够显著提升系统性能。实验结果表明,经100 km的FMF传输,MIMO神经网络均衡器的强大性能使得系统的比特误码率能满足15%软判决前项纠错阈值要求。     

点间隧穿耦合对四能级三量子点电磁感应透明介质孤子动力学的影响

利用概率幅变分近似结合多重尺度法,研究了探测光在两边产生点间隧道耦合的非对称阵列型三量子点电磁诱导透明介质的传播性质.结果表明,由于系统的色散效应和点间隧穿耦合产生的非线性效应相平衡,系统能形成稳定传播的超低速时间光孤子.有趣的是,仅开启一边的点间隧穿耦合(即另一边关闭),随着点间隧穿耦合强度的增加,光孤子的速度呈现出先增大后减小的变化趋势,但光孤子的幅度却一直增大.两边两个点间隧穿耦合强度均开启后,随着点间隧穿强度逐渐的增大,光孤子的幅度随着点间隧穿强度的增大会出现逐渐减小,直到出现一个拐点后才迅速增大;而光孤子的速度相比较于单个隧穿强度的影响会明显降低,且出现停滞的现象.这些结果不但揭示出点间隧道耦合对三量子点电磁感应透明介质光孤子的动力学有着重要影响,而且还预言在半导体量子点器件中可利用点间隧道耦合调节其光孤子传输的幅度.     

LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内). Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO₂键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述...     

大液滴撞击不同润湿性小球的三维格子Boltzmann方法模拟

采用三维多松弛(MRT)Shan-Chen的格子玻尔兹曼方法(LBM)模拟液滴撞击不同润湿性固体小球(液滴直径与小球直径比大于1)的动态过程,在多种方法验证计算模型准确性的基础上,探究液滴韦伯数、小球表面润湿性对液滴撞击小球动态过程的影响,以及液滴撞击小球后形成片层的几何特征与球面润湿性的关系。结果表明：液滴撞击小球后将形成钟罩形的片层,撞击亲水小球后的片层则会出现凹痕。当小球表面润湿程度一定时,片层的最大底径随韦伯数增大而增加。撞击亲水小球时,片层形成后会完全闭合,韦伯数越大,且片层完全闭合的时刻越早,并在闭合过程中片层容易发生破裂。而撞击疏水小球时,韦伯数越大,则片层发生破裂的时刻越早;在片层打开过程中,破裂后的片层成环条状下落,即片层的几何特征受韦伯数和小球润湿程度的共同影响。     

光导微波源阵列合成时控技术初步研究

基于宽禁带光导半导体的固态光导微波源是高功率微波产生的一种新途径,该方案具有功率密度高、频带范围宽等特点,且其低时间抖动特性使其在功率合成方面具有巨大潜力,利用光波束形成网络构建光导微波有源相控阵是光导微波器件迈向实用的重要途径。分析了光导微波相控阵系统原理,设计了光导微波真延时网络架构,并构建了差分真延时相控阵和考虑相位随机误差的真延时相控阵的理论模型,对影响功率合成和波束扫描的关键因素开展定量分析和仿真验证。结果表明,对于发射1 GHz信号的n×10阵列,延时均方差在10 ps以下时,指向偏差小于0.13°,峰值增益损耗小于2%;延时步进精度在10 ps以下时,指向偏差小于0.2°,峰值增益损耗小于0.03%。由此提出延时精度指标,为未来更高功率、更大规模的光导微波合成技术发展提供参考。     

过程性评价对工科物理教学质量的影响研究

本研究以课堂测验的形式探索过程性评价对学习效果的影响。学生层面上,通过使用学习投入问卷对工科学生的大学物理学习投入进行测量,发现过程性评价除了检查课堂学习效果,还是提升学生情感投入的一个有效途径。教师层面,通过使用Rasch模型对大学物理课堂测试数据进行分析,发现过程性评价有助于出题教师优化测试题库,任课教师根据测试反馈也可以不断建构和修正教学内容,提高教学质量。     

Terahertz quasi-perfect vortex beam with integer-order and fractional-order generated by spiral spherical harmonic axicon

We propose a new method to generate terahertz perfect vortex beam with integer-order and fractional-order. A new optical diffractive element composed of the phase combination of a spherical harmonic axicon and a spiral phase plate is designed and called spiral spherical harmonic axicon. A terahertz Gaussian beam passes through the spiral spherical harmonic axicon to generate a terahertz vortex beam. When only the topological charge number carried by spiral spherical harmonic axicon increases, th...     

开放式实验教学管理系统的设计与实现

为促进信息技术与实验教学的深度融合,有效运行开放式实验教学与管理模式,设计和开发了基于B/S架构的实验教学管理系统。系统由前端和后端两个部分组成,后端利用JAVA语言编写,将MySQL作为数据库管理系统;前端使用JavaScript语言开发,基于Html5和Css3技术构建交互页面与视觉效果,用户可以直接通过浏览器和微信公众号登录使用。系统的实现充分发挥了智能手机在开放式教学和管理中的作用,提高了开放教学的管理质量和水平。     

基于机器学习的马铃薯叶片叶绿素含量估算

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、决策树回归(DTR)构建马铃薯叶绿素含量估算模型。首先分析了植被指数与叶绿素含量之间的相关性,结果表明,在对照处理块茎形成期,CIre、 GNDVI、 NDVIre、 NDWI、 GRVI、 LCI与叶绿素含量之间的相关系数绝对值在0.5以上,且存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)相关性;在马铃薯其他生育时期,13种植被指数与叶绿素含量之间的相关系数绝对值均在0.5以上,且存在极显著(p<0.001)相关性。然后对MLR、 SVR、 RFR和DTR等模型的精度进行比较,结果表明：SVR模型在对照处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R²和RMSE在块茎形成期为0.89和2.11,块茎膨大期为0.59和4.03,淀粉积累期为0.80和3.18; RFR模型在干旱处理块茎形...