基于PCA-BP神经网络的光谱消光法颗粒粒径反演算法研究

光谱消光法广泛应用于颗粒粒径测量领域,在利用光谱消光法对颗粒粒径进行反演的过程中,由于颗粒的消光系数存在理论复杂、计算繁琐、收敛速度慢以及求解不稳定等问题,很大程度上影响了整个反演过程的快速性和准确性。且在众多波长的消光数据中,存在较多重复冗余的信息,也很大程度上增加了反演算法的时间。针对光谱消光法粒径反演算法计算繁琐、反演效率低的问题,提出了基于主成分分析（PCA）和BP神经网络的光谱消光颗粒粒径分析方法。基于Mie散射理论对不同粒径、不同波长下的光谱消光值进行了仿真计算,通过对光谱消光数据集的主成分分析及各个波长综合载荷系数的计算,实现了最优特征波长的选取,利用降维后的光谱消光数据训练了PCA-BP神经网络模型,并利用该网络模型计算了粒径颗粒分布。通过仿真计算,比较了PCA-BP神经网络模型与传统的BP神经网络模型的预测精度,并分析了波长数目对两种神经网络模型预测结果的影响。针对训练得到的PCA-BP神经网络模型开展光谱消光法粒径参数反演算法的验证实验,搭建了光谱消光法颗粒粒径参数测量实验系统,测量了粒径范围在0.5～9.7 μm内的6种不同粒径参数的聚苯乙烯标准颗粒。仿真和实验结果表明：基于主成分分析方法可确定各个波长向量之间的相关性,利用综合载荷系数选取最优特征波长对应的消光值对整体的光谱数据具有较好的代表性,可实现光谱数据的降维。相比传统的BP神经网络模型,基于PCA-BP神经网络模型的颗粒粒径分布的分析方法预测精度更高,对于较分散颗粒系的分布参数的预测有更加明显的优势。而且,被选取的波长数较少时,PCA-BP神经网络模型依然有较高的预测精度。利用训练好的PCA-BP神经网络模型对颗粒粒径参数进行实验验证,预测结果可瞬时输出,颗粒粒径分布误差在5%以内,验证了该算法的可行性。     

迈克尔逊干涉仪干涉环纹光电计数器的研制

利用干涉环纹明暗交替变化的原理,设计制作了可以用于迈克尔逊干涉仪的干涉环纹计数的光电计数器,利用此仪器可以精确高效地实现干涉环纹的计数,减少了由于人眼进行干涉环纹计数的误差,提高了实验稳定度和精度。我们将制作的干涉环纹光电计数器用于基于迈克尔逊干涉仪的激光波长实验,结果表明采用光电计数器之后,实验精度比裸眼探测明显提高,百分差缩小37.5倍,标准差缩小近3倍。     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器微结构研究

采用金属有机物化学气相沉积法生长了两种不同结构参数GaAs/AlxGa1-xAs量子阱材料。利用傅里叶光谱仪分别对势垒中Al组分为0.20,0.30的1#,2#样品进行77 K液氮温度下光谱响应测试。结果显示：1#,2#峰值响应波长为8.38,7.59 m,而根据薛定谔方程得到峰值波长为9.694,8.134 m,二者误差分别为13.6%,6.68%。针对误差过大及吸收峰向高能方向发生漂移的现象,利用高分辨透射扫描电镜对样品微观界面结构进行分析,结果显示,样品存在不同程度的位错及不均匀性。结果表明：位错引起AlGaAs与GaAs晶格不匹配,是造成1#误差较大的主要原因;峰值响应波长随势垒中Al组分的降低而增大,说明Al组分减小致使量子阱子带间距离缩小是导致峰值响应波长红移的原因。     

宽波段连续调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器

利用半导体激光泵浦输出1064 nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用周期调谐和温度调谐组合调谐技术,对基于掺氧化镁周期性极化铌酸锂晶体（MgO:LiNbO3, PPMgLN）准相位匹配（QPM）的全固态连续波（CW）光学参量振荡器（OPO）宽波段无分立连续调谐输出特性进行研究。实验采用连续工作模式和外腔结构,基于多周期PPMgLN晶体的30.2,30.4和30.6 m周期,在改变晶体的极化周期的基础上,同时在30～100 ℃范围内调节晶体工作温度。实验结果表明：CW PPMgLN OPO的泵浦阈值仅为0.22 W;不同极化周期需要的温度调谐范围不同;信号光在1 559.8～1 597.2 nm近红外波段和闲频光在3 187.3~3 347.3 nm中红外波段连续调谐输出。实现了外腔式全固态CW OPO在信号光和闲频光波段的无分立连续调谐输出。     

1137 nm长波掺镱光纤激光器的出光实验

分别使用976 nm半导体激光器和1040 nm光纤激光器作为泵浦源,实现了1137 nm长波光纤激光器的出光,输出功率均超过百mW。激光器采用相同的线性腔结构,高反光栅和低反光栅的反射率分别为99.6%和39.7%,增益介质是一段8 m长的掺镱光纤,纤芯直径5 m。当976 nm半导体泵浦功率为912 mW时,1137 nm激光输出功率为182 mW,对应的斜率效率为28.5%;当1040 nm激光功率为1.59 W时,输出的1137 nm激光功率为278 mW,斜率效率约为25%。在此基础上对两种泵浦方式进行了对比分析。     

改进的随机蛙跳算法对农机润滑油污染浓度的近红外光谱检测研究

润滑油是农业机械正常作业的必要物资,农业机械发动机工作的动力性、安全性、经济性以及寿命与润滑油状况有着紧密联系。污染浓度作为油液的综合评价指标,常规的实验室检测耗时长、成本高,所以开发高效的润滑油污染浓度检测技术具有重要意义。提出了一种基于近红外光谱技术的农机润滑油污染浓度的检测方法,同时针对随机蛙跳(RF)特征波长选择算法中迭代次数大,结果再现性低等缺点,提出了一种迭代保留信息变量的随机蛙跳(IRIV-RF)特征波长选择算法。该算法一方面利用迭代保留信息变量(IRIV)算法提取出强信息变量和弱信息变量,将其作为RF算法中的初始变量集,消除初始变量集的随机性对结果再现性的影响。另一方面通过对变量按被选概率值由大到小正向排序后,从首个波长开始依次增加一个波长建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,选择交叉验证均方根误差(RMSECV)值最小时的变量子集为特征波长,消除RF算法所提取的特征波长数量的不确定性。利用近红外光谱仪采集自行配制的101份不同污染浓度的农机润滑油原始光谱数据,选用三种不同的预处理方法分别对原始光谱进行处理,确定最佳的预处理方法为变量标准化(SNV)。在此基础上通过RF,...     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

TM01-TE11双弯形圆波导模式转换器轴线长度与拍波波长关系研究

对于TM01-TE11双弯形圆波导模式转换器,在保持出射端口与入射端口轴线平行且两曲率半径相等时,通过对其轴线长度与TE11和TM01模式间拍波波长的分析,证明了在两模式间实现有效转换时,两者成正比例关系,且比例常数为2/2,并给出了相应的物理解释。通过对具体参数及模拟结果的分析,得出了模拟功率转换效率超过98%时所适用的频率下限,其值为TM01模式截止频率的1.07倍。     

车载式1 064 nm 和532 nm双波长米散射激光雷达

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm 和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测。该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术。该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad ;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm。分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡。给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上。     

光传送网中结合传输损伤的路由和波长分配

在波长路由光网优化设计的过程中考虑了物理传输损伤造成的限制,提出了一种联合优化思路.将光信号在传输过程中的物理损伤作为问题公式的另一维约束,给出了相应的启发式算法,并按照由粗到细的机制对所提出的思路做了相应的评估,同时对负荷平衡问题作了初步的分析.数值结果表明这种算法可以获得与优化值相近的波长需求解,并且能够保证网络的传输性能,其业务分布随着备选路径的增加而趋向均衡.