基于PID和FPGA的宽带增益平坦拉曼放大器的实现

依据积分分离式PID控制原理,设计了基于PID控制技术和FPGA的高精度宽带增益平坦的拉曼放大器(RFA).激光器驱动电流控制精度为0.1 mA,系统温漂小于±25 mK,实现泵浦激光器24 h波长漂移小于±0.02 nm.依据遗传算法,采用5波长大功率LD后向泵浦和100.8 km色散位移光纤(DSF),实现了带宽为90 nm、增益平坦度为0.87 dB的拉曼放大.     

薄膜法布里-珀罗滤光片中反射高斯光束分裂现象

提出了一种模拟薄膜法布里-珀罗滤光片中反射光束分裂现象的方法.根据反射率曲线，简单解释了产生这个现象的原因.实验上制备了薄膜法布里-珀罗滤光片，观察和测量了反射光束分裂的现象，理论计算基本与实验结果符合. 关键词： 薄膜 法布里-珀罗 光束分裂     

呼吸声分类技术研究及检测系统设计*

患有呼吸问题的病人由于呼吸道腺体不受意识控制、异物或者其本身肺部病变等原因会出现呼吸异常。医护人员通过病人的呼吸状况可以找寻和分析病人出现这种呼吸状况的原因。而以往呼吸声的诊断方式是专业的医护人员通过使用听诊器对病人进行肺部听诊。但是听诊的结果取决于医护人员的经验与相关参数。在初级诊断治疗阶段,初级医生识别听诊声的效率以及准确率很低,一般从20%到80%不等。因此会存在10%到20%的高误诊率（漏诊、错诊和延误）。本文提出了一种利用PVDF薄膜传感器提取语声特征的检测系统,该检测系统根据病人发出声音的不同,提取呼吸声特征值判断病人的呼吸状况。通过PVDF传感器采集的微弱呼吸声再经过KNN算法分类之后其识别率可达90.6%,对于细分种较类多的湿罗声,其识别率在80.2%左右。综上表明相比于传统听诊方式通过PVDF传感器采集识别的结果具有更高的准确性和可靠性,其判断呼吸状况的结果可以为医护人员提供参考,更好的为患有呼吸疾病的病人提供监测。     

北京τ–c工厂(BTCF)快速蒙特卡罗模拟方法的开发和应用

参考国内外现有的τ-c工厂及其探测器的设计结果,给出了BTCF探测器的总体指标. 根据这些指标设计并开发了用于BTCF物理研究的快速蒙特卡罗模拟方法,并用此方法对一系列重要的物理课题进行了蒙特卡罗模拟. 文中描述了该模拟方法的设计思想、程序流程以及这种方法在BTCF可行性研究乃至预制研究阶段的优越性,同时也给出了对若干重要物理问题的模拟结果. 从而论证了建造BTCF的必要性和不可替代性.     

HfO2-SiO2混合膜力学性能

利用离子辅助电子束双源共蒸发工艺方法,制备了SiO2掺杂含量分别为0、13%、20%、30%、40%和100%的六组HfO2-SiO2混合膜。采用纳米压痕法测量了不同组分混合膜的杨氏模量和硬度,并研究了混合膜杨氏模量和硬度随SiO2含量增长的变化规律。结果显示,随着SiO2含量增加,混合膜杨氏模量和硬度均减小,双组分复合材料并联模型可以较好地拟合杨氏模量随混合膜SiO2含量变化关系。为了解释混合膜力学性能随SiO2含量变化规律,对混合膜进行了XRD测试,研究了混合膜微观结构与杨氏模量和硬度的关系,发现结晶对硬度影响显著,对杨氏模量影响较小;用Zygo干涉仪测量了样品的面形,获得了薄膜残余应力随SiO2含量的变化规律,表明SiO2掺杂能减小HfO2薄膜压应力。     

机器人柔性触手形状的光纤传感及重构方法

为了解决机器人与外界交互时形状感知的需求,本文提出了一种基于FBG的用于解决机器人触手形状感知的方法。采用无粘结剂的形式将光纤光栅植入柔性硅胶片中固定,当柔性硅胶片紧贴所测物体表面时,硅胶片发生的形状变化将带动植入光纤的形状变化。通过光纤波长漂移量和弯曲曲率的关系,结合曲面重构算法构建出所测物体的表面形状,同时对柔性传感器的灵敏度进行了分析。实验证明了形状感知系统的可行性及稳定性,其灵敏度为65.822 pm/m-1,空间分辨率为3 cm,测量误差在2.9 %左右。该传感器结构简单,抗干扰性能良好,可通过改变光纤植入的深度及光栅之间的距离调节其灵敏度和空间分辨率以适应不同的情景,为执行机器人触手形状感知提供了参考。     

FBG封装材料热膨胀系数对温度传感精度的影响

光纤光栅温度传感器的增敏封装技术是促进其工程化的关键,其中增敏材料的参数特性决定了传感器的精度。讨论了奥氏体不锈钢304材料的热膨胀系数特性,研究了其热膨胀系数随温度变化的关系,分析了线性热膨胀系数对光纤布拉格光栅(FBG)温度传感公式的影响,提出用二次多项式拟合方法修正开槽钢柱封装的FBG温度系数,并搭建系统进行了实验验证。结果表明:同一温度下,实测的传感器中心波长值与采用固定热膨胀系数下的波长值相差较大,且温度越高二者差值越大,100℃时达0.075nm,温度偏差2.58℃;而实测中心波长值与采用线性热膨胀系数下的中心波长值基本一致,二者的二次多项式拟合优度达0.9999。因此,考虑封装材料的热膨胀系数变化特性,采用二次拟合方法将大大提高传感器的测量精度,适用于对温度传感精度要求较高的场合。     

铥激光器腔镜用高损伤阈值氧化物薄膜的研制

2 m波段激光器在环境探测、测风雷达、生物组织切割、光电对抗等领域都有重要的应用价值和前景。而此波段的薄膜通常采用折射率较高的硫化物、砷化物等软膜材料来制备,为了提升该波段薄膜的损伤性能,采用折射率相对较低但能带隙更宽的氧化物材料来制备。利用傅里叶红外光谱仪和弱吸收测试仪分析表征了薄膜中OH基含量的多少和薄膜整体吸收的大小,通过优化工艺,成功制备出了满足2 020 nm的铥(Tm)激光器使用要求的多层介质薄膜。利用微分干涉显微镜观察了经过激光损伤测试薄膜的损伤形貌,结合薄膜中电场分布和应力测试结果,分析探讨了此薄膜的损伤机理,提出进一步优化薄膜损伤特性的方案。     

基于光子晶体带隙特性的反射式多通道滤光片设计

反射式多通道滤光片在光学通讯、光学成像、遥感高光谱等方面有着重要的应用。利用含缺陷一维光子晶体独特的带隙特性,依据其相应的能带理论,设计了一种由金属和介质组成的反射式多通道滤光片。这种滤光片通道的工作范围由光子带隙理论计算得到,通道个数由"光子晶体"缺陷的周期数决定,通道的位置利用等效相位厚度的方法确立。相对于传统的以经验为主的反射式多通道滤光片设计方法,这种基于光子晶体的带隙理论的设计能够从"光子"的角度给出此类反射式滤光元件的设计思路和理论解释。     

旋转入射面法的进一步研究与推广

光学薄膜的反射率和透射率是其主要光学特性。透射率易于测量且精度较高,常用于光学薄膜光学常数和膜厚的拟合。许多光学薄膜工作在倾斜入射条件下,常需要测量其倾斜入射透射率(Ts和Tp)。在测量过程中,需要使用起偏器产生高偏振度的线偏振光。对于小型分光光度计来说,为其提供一个满足要求的起偏器,无疑将增加相当的成本。为解决这一问题,对旋转入射面法进行了进一步的研究和推广。考虑到旋转入射面法可使用具有一定偏振度的部分偏振光进行倾斜入射透射率的测量,且分光光度计的输出光束通常为具有一定偏振度的部分偏振光,旋转入射面法在满足一定条件的前提下可以不使用起偏器测量光学薄膜的倾斜入射透射率。研究表明:当偏振因子绝对值大于0.167时,旋转起偏器可以精确测量光学薄膜的倾斜入射透射率,且偏振因子绝对值越大测量精度越高。该方法所测平均透射率在整个测量波段内都具有很高的精度;而Ts和Tp在透射率对入射角较不敏感或随波长变化较平坦的波段具有较高的测量精度。