检索结果-内蒙古大学图书馆

2006中国西部青年通信学术会议

作者：王欣罗斌李建平西南交通大学信息科学与技术学院光通信实验室西南交通大学信息科学与技术学院光通信实验室西南交通大学信息科学与技术学院光通信实验室

采用传输矩阵法对反射模式下的微机电可调谐垂直腔半导体光放大器的波长调谐特性进行研究。不同于以往的耦合腔方法,该方法避免了对有效腔长及增益增强因子的计算过程,所得结果直接与器件的物理结构相对应。得出了载流子浓度不同时的3d... 详细信息

采用传输矩阵法对反射模式下的微机电可调谐垂直腔半导体光放大器的波长调谐特性进行研究。不同于以往的耦合腔方法,该方法避免了对有效腔长及增益增强因子的计算过程,所得结果直接与器件的物理结构相对应。得出了载流子浓度不同时的3dB带宽、空腔长度与谐振波长的关系、量子阱堆位置对极值增益及 3dB带宽的影响,模拟计算的结果与实验的结果相吻合。

关键词：垂直腔半导体光放大器波长调谐传输矩阵 MEMS

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基于深度学习的射频指纹识别系统设计与实现

基于深度学习的射频指纹识别系统设计与实现

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作者：张晔中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

学位级别：硕士

随着无线通信技术的飞速发展,物联网应用逐渐成为人们生产生活中不可缺失的一部分,保障无线网络的安全也变得愈发重要。无线网络由于具有开放性的特点,网络通信容易受到窃听、欺骗等恶意攻击,导致信息的泄露与破坏。传统基于加密协议的... 详细信息

随着无线通信技术的飞速发展,物联网应用逐渐成为人们生产生活中不可缺失的一部分,保障无线网络的安全也变得愈发重要。无线网络由于具有开放性的特点,网络通信容易受到窃听、欺骗等恶意攻击,导致信息的泄露与破坏。传统基于加密协议的身份认证方法无法有效的应对窃听、身份伪造等恶意攻击。并且在结构简单、算力有限的物联网场景中很难采用复杂的算法验证身份。射频指纹因其稳定性与唯一性,可以有效的对设备身份进行识别,在物理层提高无线网络安全。目前研究中基于深度学习的射频指纹识别技术仍存在一定不足。一方面,射频指纹的提取过程通常需要对信号进行预处理,在一定程度上会造成信号中信息的损失;另一方面,目前基于深度学习的射频指纹识别方法参数与计算量较大,在实际的物联网应用场景下可行性较低。针对以上不足,本文对基于深度学习的射频指纹识别方法展开了两方面的研究。本文首先提出了一种基于CNN-GRU网络的射频指纹识别方法。该方法可以对采集到的原始信号直接进行射频指纹特征的学习与提取。结合卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）在特征提取上的优势与门控循环单元（Gate Recurrent Unit,GRU）可以有效提取时序特征的特点,提出了CNN-GRU网络模型。CNN-GRU网络可以提取原始信号采样数据的I/Q（In-phase/Quadrature）特征与时序特征作为射频指纹特征,对发射设备进行身份识别。实验证明基于CNN-GRU网络的射频指纹识别方法具有较好的识别能力,相比于其他CNN方法,参数量更少,计算速度更快,识别准确率更高。接着,针对NFC（Near Field Communication）通信场景的安全问题,本文设计并实现了基于CNN-GRU网络的射频指纹识别系统用于识别NFC设备身份,并对射频指纹识别方法的嵌入式实现进行了研究。本文考虑NFC通信的实际场景,从性能、成本、功耗与实际可行性等方面对市场中存在的信号采集设备与嵌入式开发板进行比较与分析,选取设备并搭建了实物系统。之后,将训练好的CNN-GRU网络模型移植到系统中。为了解决系统自动身份识别与反馈的功能,本文设计并编程实现了一种实时检测模块,在系统运行时对有效信号进行身份识别并反馈结果,过滤无效信号。系统在实际NFC通信场景下的实验结果表明,本文设计并实现的系统识别准确率较高,识别速度较快,功耗与成本基本符合实际应用场景。同时也验证了基于CNN-GRU网络的射频指纹识别方法可以应用于实际嵌入式系统。本系统的设计与实现,为基于深度学习的射频指纹识别技术在物联网场景中的实际应用提供了一种可能性,为保障无线网络安全提供了一种方案。

关键词：物联网射频指纹识别卷积神经网络门控循环单元 NFC

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光子计数激光雷达信号去噪技术研究

光子计数激光雷达信号去噪技术研究

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作者：汪书潮中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)

学位级别：博士

光子计数激光雷达是激光雷达的前沿、热点发展领域。由于采用了单光子探测技术,实现了对能量为单个光子量级信号的探测,从而让激光雷达的探测能力逼近物理极限。这也让该技术在水下目标三维成像、非视域成像、量子通信、目标测距等诸多... 详细信息

光子计数激光雷达是激光雷达的前沿、热点发展领域。由于采用了单光子探测技术,实现了对能量为单个光子量级信号的探测,从而让激光雷达的探测能力逼近物理极限。这也让该技术在水下目标三维成像、非视域成像、量子通信、目标测距等诸多领域得到了广泛的应用。但是,由于单光子探测器仅响应光信号的有无,并不反映入射光信号能量的强度,为了重建出完整的回波信号波形,获得更高的测距精度,需要大量探测周期进行信号累积。这又导致光子计数激光雷达运行时会累积大量噪声,包括:系统硬件噪声、环境背景噪声以及光子计数技术探测机理带来的泊松噪声等,以至于难以精确、高效地测定目标位置。为此,本文将从信号处理的角度出发,围绕光子计数激光雷达去噪技术展开研究,从多个层级对噪声问题进行分解,研究不同的去噪方法。本文主要研究内容与创新点如下:(1)针对光子计数激光雷达系统硬件自身的抖动噪声问题,提出了一种基于降频容积卡尔曼滤波的光子计数信号去噪方法。首先基于对光子计数激光雷达系统各个硬件组成部分的噪声分析,明确了系统硬件噪声最大的来源为同步信号的抖动。为此,本方法以光子计数激光雷达系统同步信号抖动分布特性为先验知识,对同步信号进行实时观测,建立基于容积卡尔曼滤波的离散非线性系统观测方程;然后定义一个可调的降频比,改变同步信号与激光脉冲触发信号之间的比例关系,并构建基于容积卡尔曼滤波的系统状态方程,对缺失的同步信号进行补充;最后改进了容积卡尔曼滤波中的球面径向逼近准则,让其能够根据抖动程度,自适应选择拟合阶数。综合上述改进,实现了对系统状态进行最优估计,去除噪声信号对系统的干扰。实验结果显示,采用本方法后可以显著降低因同步信号时间抖动带来的测距误差。(2)针对光子计数激光雷达系统所面临的环境噪声干扰问题,提出了一种基于群优化非对称广义高斯的光子计数信号去噪方法。本方法首先对现有光子计数激光雷达回波模型进行评估,分析了在含噪条件下现有模型复杂度和匹配精度之间的关系。提出基于非对称广义高斯模型的去噪方法,从而在模型复杂度、模型拟合精度、模型抗噪能力这三个评价指标中实现了综合最优设计。此外,对于模型拟合过程中存在的多参数全局优化问题,本文采用斑鬣狗群优化理论进行处理。两者结合就是基于群优化非对称广义高斯的光子计数信号去噪方法。实验结果表明,与高斯分布回波模型、改进型高斯分布回波模型和分段函数回波模型等现有方法相比,本方法在理想回波信号拟合精度、强噪声条件下模型抗干扰能力、不同噪声强度条件下模型稳定性等指标上均是最优的。(3)针对光子计数激光雷达系统所面临的多种噪声互相叠加的问题,提出了一种基于弹性变分模态提取的光子计数信号去噪方法。此方法在现有变分模态分解算法的基础之上,针对现有求解不适定逆问题的方法,采用弹性网回归在频域上重构了以Tikhonov正则化为准则的求解模型。然后构建了围绕目标提取频率的Wiener滤波器,以噪声信号在目标频段内能量最小为目标,组成时在频域上的联合约束方程组,并计算其变分解。最后采用交替方向乘子法方法对所构成的变分问题进行迭代求解,实现了按指定中心频率从含噪信号聚类提取信号这一目标。实验结果表明,与Haar小波变换、经验模态分解、变分模态分解、Hilbert包络等现有方法相比,本方法在强噪条件的下的信号去噪能力、不同噪声强度条件下的去噪稳定性以及运算速度等性能指标上是综合最优的。(4)采用伪随机编码的光子计数激光雷达,受到环境噪声影响时会产生误码,而传统方法可以去除信号噪声,但无法解决因误码带来测距误差。针对这一问题,提出了一种基于N重编码脉冲的光子计数信号去噪方法。此方法基于多级编码的思想,在现有伪随机序列的基础上,引入纠错码机制,并采用性能更优的xoroshiro128算法作为底层伪随机序列发生器。实验结果表明,与现有的最长线性反馈移位寄存器序列和梅森旋转序列相比,本方法不仅理论自相关性能更优,更对噪声带来的误码问题有良好的纠错效果。

关键词：光子计数激光雷达时间相关光子计数技术时序信号处理信号去噪

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基于两光子偏振-空间模超纠缠态的高容量的量子秘密共享协议

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中国科学：物理学、力学、天文学 2023年第2期53卷 90-96页

作者：刘锋杨宇光山东工商学院数学与信息科学学院烟台264005 北京工业大学信息学部北京100124 北京市可信计算重点实验室北京100124

基于两光子偏振-空间模超纠缠态,本文提出了一种可行的高容量三方量子秘密共享协议.秘密所有者Alice制备偏振-空间模超纠缠光子对并分别分发给两个代理人Bob和Charlie.两个代理人利用空间模纠缠辅助的非局域完全Bell态分析技术,通过协... 详细信息

基于两光子偏振-空间模超纠缠态,本文提出了一种可行的高容量三方量子秘密共享协议.秘密所有者Alice制备偏振-空间模超纠缠光子对并分别分发给两个代理人Bob和Charlie.两个代理人利用空间模纠缠辅助的非局域完全Bell态分析技术,通过协作可以明确区分Alice的偏振Bell态.仅需线性光学元件来构造代理人的测量设备,这使得该协议在实验实现时更可行.与现有基于两光子纠缠的量子秘密共享协议相比,本方案不需要双向量子通信,且由于一个偏振-空间模超纠缠光子对可传输两个比特的信息,因此具有更高的容量.纠错和秘密放大技术保证了所提出的量子秘密共享协议是安全和可靠的.

关键词：量子密码学量子秘密共享超纠缠偏振-空间模

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面向智慧园区的物联网数据开放管理平台设计与实现

面向智慧园区的物联网数据开放管理平台设计与实现

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作者：肖京中国科学院大学

学位级别：硕士

物联网是继计算机、互联网之后的世界信息产业第三次浪潮。智慧园区是物联网的一种典型应用，它通过一系列物联网设备将园区中的物理世界信息化以达到对园区环境的实时监控、智能预警和智能控制。近年来，智慧园区应用系统越来越普及，... 详细信息

物联网是继计算机、互联网之后的世界信息产业第三次浪潮。智慧园区是物联网的一种典型应用，它通过一系列物联网设备将园区中的物理世界信息化以达到对园区环境的实时监控、智能预警和智能控制。近年来，智慧园区应用系统越来越普及，但是园区各类系统存在异构性强、系统架构封闭化、耦合度高和扩展性差等问题，导致了智慧园区应用碎片化、开发周期长、开发门槛高的现状。　　针对目前智慧园区面临的以上问题，本文提出了基于REST(RepresentationalState Transfer)的物联网数据开放管理平台。其核心思想是遵从面向资源的架构风格将智慧园区中的各种设备和资源无缝接入到数据开放管理平台中并以WebService的形式提供服务，从而来整合异构的物联网设备，降低开发园区应用的技术门槛。　　平台使用一种通用数据模型来表示和存储各种异构的园区感知设备采集到的数值类型数据。数据接入层提供网关-平台通信和REST API两种接入方式。数据服务层包含了服务模块、鉴权模块、告警模块、用户管理四个模块。服务模块将设备节点的数据与服务以RESTful Web Service的方式提供统一调用接口;鉴权模块通过时间戳和签名的方式来验证服务调用的权限，有效地保证了数据和服务的安全;告警模块根据用户预设的告警规则对用户数据实时分析，及时地发现设备监测对象的异常情况并通知用户，实现自动告警;用户管理模块提供给用户可视化Web界面，方便用户对自己的设备、数据和告警规则进行操作，同时用户还可以通过用户管理模块修改自身设备的访问权限，并且查看其他用户共享的设备的API。　　本文基于J2EE技术架构，REST框架Jersey，MVC框架Struts2和MySQL数据库，Web服务器Tomcat，搭建了一个基于REST风格的物联网数据开放管理平台，并进行了关键技术实验验证，验证了平台的可行性，具有一定的实用价值。

关键词：物联网数据开放管理平台程序设计技术可行性

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光学微腔中确定性耗散克尔孤子产生的研究

光学微腔中确定性耗散克尔孤子产生的研究

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作者：王信宇中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)

学位级别：博士

伴随着微纳加工技术的发展,高品质因子微环谐振腔因强的场增强因子、高光场密度、CMOS工艺兼容等优势有效推进微腔耗散克尔孤子光频梳源的发展。近年来,基于微腔耗散克尔孤子光频梳源在高速测距、大容量光通信、并行光计算、量子密钥分... 详细信息

伴随着微纳加工技术的发展,高品质因子微环谐振腔因强的场增强因子、高光场密度、CMOS工艺兼容等优势有效推进微腔耗散克尔孤子光频梳源的发展。近年来,基于微腔耗散克尔孤子光频梳源在高速测距、大容量光通信、并行光计算、量子密钥分发、微波信号产生与合成等诸多领域展现出前所未有的优势。本论文主要基于高折射率差掺杂玻璃微腔,开展微腔中耗散克尔孤子确定性产生的研究。基于微腔中耦合效应诱导的模式频移效应,阐述了微腔中光频梳的演化动力学特性。基于模式耦合效应诱导的泵浦模式频移阐述了单孤子光频梳产生的物理机制;基于模式耦合效应诱导的非泵浦模式频移阐述了微腔中孤子晶体产生与色散波辐射的机制;通过非线性耦合模理论研究了模式耦合效应下微腔暗脉冲产生的机制。基于反射光诱导的模式劈裂效应,理论研究模式劈裂效应影响下微腔中光场的稳定性,理论证明模式劈裂微腔中存在着对称性破缺、自振荡与自热平衡的现象,实验上基于模式劈裂效应制备自振荡光频梳、呼吸子光频梳;基于模式劈裂诱导的自热平衡效应,实现微腔中多孤子的产生。通过引入辅助激光实现孤子区域的热平衡,将孤子台阶延长至毫秒量级,通过实时优化辅助激光与泵浦激光的频率间距,实现了“一键启动”的单孤子光频梳原理性样机系统;基于微腔单孤子光源与马赫曾德干涉仪（MZI）组成的网络,开展并行光电混合神经网络的原理性验证研究。主要研究成果与内容如下所示:一、在近零色散微腔中,基于避免模式交叉效应实现了泵浦模式的160MHz的频移,谐振模式的频移改变了局部相位匹配条件。通过在该谐振模式进行泵浦,实现了本征模式间距的光频梳的产生,由于微腔中始终存在一个背景光场,随着泵浦激光波长的增大,可以实现单孤子直接产生,该单孤子产生过程中不经过孤子间的相互作用与调制不稳定光梳。通过模式交叉效应改变局部色散,增强局部光频梳的能量,进而在微腔中形成周期性调制背景光场,在高功率泵浦情况下,该调制背景与高噪声调制不稳定光梳的背景干涉随机,可以实现多种类型孤子晶体的产生,在特定功率范围内,当微腔中光场不经过高噪声调制不稳定光梳时,可以诱导完美孤子晶体（PSC）光频梳的确定性产生。基于非线性耦合理论,理论阐述了模式耦合下暗脉冲演化的动力学过程,在正色散微腔中,通过调谐模式耦合的位置,可以实现可调谐的等间距的暗脉冲序列的产生。二、基于瑞利背向散射诱导的模式劈裂效应,通过线性稳定性理论证明了模式劈裂微腔中存在着自发对称性破缺、自热平衡、自振荡的现象。实验中通过在模式劈裂的谐振模式进行泵浦,分别制备振荡的主梳、振荡的低噪态频梳及呼吸子光频梳,在此状态下,微腔中顺时针（CW）传播的光场与逆时针（CCW）传播的光场呈现出近似反相的功率振荡;基于模式劈裂诱导的自热平衡,在微腔中光场不经过高噪声的调制不稳定光频梳的基础上,通过微腔中CW光场与CCW光场之间的能量交换,实现了9孤子与3孤子的相互转换。三、通过引入时间透镜、双光梳异步采样实现了微腔中孤子序列的判别。通过引入单一调制器、光纤环与掺铒光纤放大器,实现宽谱光电梳的制备,受益于光纤环与掺铒光纤的场增强与光场放大作用,在-80 d Bm0 d Bm的功率范围内,实现了重复频率10 GHz的宽谱光电梳的制备,光谱宽度达到14 nm,光谱呈现典型的三角形。通过功率判别单孤子与实时优化泵浦激光与辅助激光的频率间距,实现了全程控的单孤子光频梳原理样机系统,单孤子光频梳可以在120 s内自启动产生;通过主动反馈系统锁定孤子功率以及泵浦激光和辅助激光的频率间距,通过热调谐微腔谐振峰实现了单孤子光谱一个自由光谱范围的移动;基于MZI网络与铌酸锂调制器实现了双层光电混合神经网络系统,并将单孤子光频梳引入该系统中,单孤子光频梳的各个频率梳齿的数字识别率约为80%。

关键词：耗散克尔孤子模式耦合模式劈裂程控单孤子光频梳并行光电混合神经网络

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基于时分复用的量子网络编码

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第12期52卷 19-27页

作者：刘锋杨宇光山东工商学院数学与信息科学学院烟台264005 北京工业大学信息学部北京100124 北京市可信计算重点实验室北京100124

量子网络编码用于解决量子网络中的拥塞问题,可以有效地提高量子网络的传输效率和总吞吐量.本文提出了一种时分复用量子网络编码方法,在蝶形网络上可交叉传输两个任意单量子比特态.为了解决拥塞问题,一个具有偏振和时隙自由度的单光子... 详细信息

量子网络编码用于解决量子网络中的拥塞问题,可以有效地提高量子网络的传输效率和总吞吐量.本文提出了一种时分复用量子网络编码方法,在蝶形网络上可交叉传输两个任意单量子比特态.为了解决拥塞问题,一个具有偏振和时隙自由度的单光子作为桥梁,以可预报的方式使瓶颈信道两端的中间节点的两对量子存储器产生纠缠.最后,基于量子隐形传态和所生成的可预报双纠缠信道,可实现蝶形网络上量子2对单播通信.考虑不诚实中间节点,进而提出了一种安全增强的量子2对单播通信协议,分析了协议的安全性和性能.结果表明,改进后的协议对不诚实中间节点实施的一般纠缠测量攻击是安全的.通过利用时分复用技术,它可以扩展到更一般的量子网络上的多单播通信.

关键词：量子网络网络编码量子网络编码蝶形网络

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温度对Yb3+和Er3+掺杂石英玻璃及光纤光谱和激光性能的影响研究

温度对Yb3+和Er3+掺杂石英玻璃及光纤光谱和激光性能的影响研究

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作者：何强中国科学院大学

学位级别：硕士

相比于其他激光器，光纤激光以高平均功率、高光束质量两大优势成为了最热门的激光技术之一。Yb3+和Er3+掺杂石英光纤是最常见的两种光纤材料，在工业、通信、医疗、科研、国防领域都有广泛应用。双包层Yb3+掺杂石英光纤激光器由于采用... 详细信息

相比于其他激光器，光纤激光以高平均功率、高光束质量两大优势成为了最热门的激光技术之一。Yb3+和Er3+掺杂石英光纤是最常见的两种光纤材料，在工业、通信、医疗、科研、国防领域都有广泛应用。双包层Yb3+掺杂石英光纤激光器由于采用包层泵浦，且Yb3+对泵浦光的吸收大，量子亏损小等原因其在高功率发展道路上一直处于领先地位，然而，由于高功率所带来的热效应（包括热透镜，非线性，热损失等）也限制了高功率光纤激光器的进一步发展。另一方面，对于高功率掺铒光纤激光器，由于Er3+发光的量子亏损大、容易浓度猝灭等原因，激光输出功率一直处于数百瓦量级，严重限制了Er3+掺杂光纤在高功率领域的应用。近年来，实验室借助溶胶凝胶结合高温粉末烧结技术制各了高均匀性、高浓度Er3+掺杂的石英玻璃及光纤，其在高功率光纤激光方面有着很大的应用前景。在以往研究的基础上，本论文的主要目的是研究温度对Yb3+和Er3+掺杂石英玻璃及光纤光谱和激光性能的影响，从而为Yb3+和Er+掺杂光纤激光器在高功率激光运转下的性能研究提供一定的参考。本论文包括六部分:　　第一章主要是文献综述部分，介绍了高功率光纤激光器的应用及其热效应影响、石英玻璃的结构、Yb3+及Er3+的能级结构及光谱性质和大模场石英光纤的研究意义。基于高功率光纤激光器的热效应提出了本文的研究思路及内容。　　第二章主要介绍稀土掺杂玻璃的物理化学性质测量、结构成分测试及光谱理论计算。　　第三章研究了温度对Yb3+掺杂石英玻璃及光纤的光谱特性和激光特性影响。第一，随着温度从20℃升高至140℃，Yb3+的吸收截面在～915nm和975nm减小，Yb3+的发射截面和荧光强度在976nm和～1034nm处减小，Yb3+的荧光寿命在～1080nm处减小。第二，对于12cm长Yb3+掺杂光纤激光，温度从20℃升高至90℃条件下，当激光运转于1035.7nm时，激光效率从60.8％降低至59.1％，而当激光运转于1061nm处，激光效率从63.3％降低至48.7％。同时，当泵浦功率在80mW以下，工作于1061nm时，光纤温度升高至160℃几乎没有激光信号输出，而工作于1035.7nm时，在370℃条件下仍然有17mW的稳定激光输出。因此，工作于1061nm的Yb3+掺杂光纤激光器相比工作于1035.7nm时Yb3+掺杂光纤激光器对温度更为敏感。　　第四章研究了温度对Er3+掺杂石英玻璃及光纤的光谱特性和激光特性影响，同时，初步研究了温度对辐照过的Er3+掺杂石英光纤热漂白特性的影响。结果表明:第一，温度从20℃升高至140℃，～1480nm及1528nm处吸收截面减小，同时，温度升高使得Er3+在～1.5μm波段荧光半宽高增大，荧光峰红移，荧光寿命减小。第二，温度从20℃升高至140℃，1528nm发射截面减小，1558nm发射截面增大，放大自发辐射(ASE)效应加剧。第三，受温度升高带来的吸收系数和寿命减小，温度从20℃升高至440℃，Er3+掺杂光纤激光在1558nm处输出效率从10.8％降至6.4％，激光泵浦阈值功率从48mW升高至77mW。第四，Er3+掺杂石英光纤的辐致损伤使得光纤在-1.5μm波段损耗增大，1558nm处激光效率降低;同时，对己辐照过的Er3+掺杂石英光纤做热漂白处理可使光纤激光在1558nm处输出功率增大;温度越高，漂白速率越大。　　第五章研究了温度对Yb3+/Er3+共掺石英光纤激光器的影响。结果表明:温度从20℃升高至140℃，不同于Yb3+和Er3+单掺光纤激光器，Yb3+/Er3+共掺石英光纤激光器的在1558nm处输出功率以及效率增大，阈值泵浦功率减小，证实了温度升高，会导致能量传递过程Yb3+:2F5/2→Er3+:4I11/2速率增大。　　第六章总结本文的研究成果，指出了创新点和存在的不足，提出了下一阶段的研究方向。

关键词：光纤激光器石英玻璃镱离子铒离子光谱特性激光性能

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单区自脉冲量子点激光器的理论分析和多模干涉量子点放大器的模拟及工艺

单区自脉冲量子点激光器的理论分析和多模干涉量子点放大器的模拟...

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作者：王耀中国科学院大学

学位级别：硕士

超短脉冲激光作为激光科学和技术领域中最活跃的分支之一，在很多相关领域的研究中都成为了一种基本的技术手段，其在物理学、医疗手术、生物学、激光打印、光通信和激光精细加工等许多方面都有着重要的价值。而量子点作为一种具有巨大... 详细信息

超短脉冲激光作为激光科学和技术领域中最活跃的分支之一，在很多相关领域的研究中都成为了一种基本的技术手段，其在物理学、医疗手术、生物学、激光打印、光通信和激光精细加工等许多方面都有着重要的价值。而量子点作为一种具有巨大潜力的新型材料，已经被广泛的应用于各种半导体器件中，由其独特的三维限制结构所带来的诸如低的阈值电流、好的温度稳定性等优势，使其成为了世界科学家们研究的热点。\n 因此在本文中就结合了量子点材料来研究超短脉冲的产生和放大，相信这对于进一步提高超短脉冲激光的性能有着重要的科研意义和现实的应用价值。其中主要包括以下两个方面的内容:\n 1、对于F-P量子点激光器中自脉冲产生机制的研究:这部分内容主要是依靠理论模拟，来分析如何在不引入单独的可饱和吸收区的前提下，仍然能够保证超短脉冲输出。之前已经有报道指出，F-P单区量子点激光器在某些条件下可以观察到类似锁模现象的脉冲输出。本文就从量子点结构独特的载流子动力学特征出发，应用载流子随机分布模型，细致的模拟了量子点激光器的基本性能，并根据载流子动态分布的模拟结果，提出了一种在量子点激光器中产生超短脉冲的新的机制。我们将本文中的脉冲输出归类于自脉冲现象，但从我们的模拟过程中看，导致脉冲产生的原因与之前人们报道的并不完全相同。在我们模拟的激光器中，当有正向电流注入的情况下，有源区中的量子点能够提供增益，但与此同时又有一部分量子点处在吸收状态，因此增益饱和与吸收饱和之间的相对关系对脉冲输出有着关键性的影响。最后我们通过进一步的计算，模拟了不同的增益和吸收作用对于量子点激光器性能的影响，尤其是对脉冲输出稳定性的影响，并结合相关文献提出了一些能够增加其稳定性的建议，希望能够在现实的实验和制作工艺中能够有所帮助。由于在半导体激光器中，F-P腔具有极其简单的结构，不仅工艺简单而且便于集成，因此如果能够在F-P量子点激光器中实现稳定的被动的超短脉冲输出，那将具有极大的商业价值和应用前景。\n 2、对于超短脉冲在多模干涉型量子点光放大器中传输及放大的研究:这部分内容既有理论上的模拟计算，也介绍了实验上的工艺流程。在光通信系统中，和超短脉冲光源一样，光放大器也是系统中最关键的环节之一，而在本文中我们采用了多模干涉耦合器的结构来探究量子点光放大器对超短脉冲的放大性能。在前面的理论模拟部分中我们的主要目的是希望能够验证在普通的光放大器的基础上，多模干涉的非线性效应能够进一步改善脉冲的放大特性。在模拟过程中我们采用的是光束传播法，这样我们就可以很方便的得到脉冲在光放大器中任意位置的传输状态。尽管在最后的模拟结果中脉冲输出特性并没有出现明显的大幅度提升，但仍然可以从模拟效果中看出量子点光放大器具有较高的饱和输出能，并且具有非常小的线宽增强因子。同时由于采用了多模干涉波导结构，相比于单模波导放大器来说，进一步的提高了增益饱和能。在后面的工艺部分，我们的主要目的是与前面的理论相互支持，同时通过对多模干涉型波导器件工艺的学习，来加深对传统半导体加工工艺的理解，并在不断的学习和实践中来提高对半导体精细加工的认识，更全面的掌握整个半导体工艺流程的操作方法。虽然在最初的实验操作中，出现了很多问题和不足，但这期间我们分别在厦门、苏州、武汉等地对半导体工艺流程进行了系统的学习和培训，最后在原有的工艺步骤基础上，通过改进和优化形成了一套详细规范的工艺流程。

关键词：量子点激光器超短脉冲载流子输运半导体工艺

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面向安卓应用的细粒度能耗量化分析方法研究

面向安卓应用的细粒度能耗量化分析方法研究

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作者：杜日鹏中国科学院大学

学位级别：硕士

智能手机日益成为人们生活中不可缺少的一部分，其中超过80％的智能手机搭载着安卓系统。由于安卓系统的开放性，开发者在硬件使用上具有很高的自由度，不成熟的开发者容易在开发过程中引入能耗问题。目前数以百万计的安卓应用程序中，... 详细信息

智能手机日益成为人们生活中不可缺少的一部分，其中超过80％的智能手机搭载着安卓系统。由于安卓系统的开放性，开发者在硬件使用上具有很高的自由度，不成熟的开发者容易在开发过程中引入能耗问题。目前数以百万计的安卓应用程序中，约有1/4的应用没有考虑过能耗优化，这就使得人们对安卓手机产生了耗电的固有印象。同时随着智能手机上集成的硬件模块越来越多，电池技术的发展落后于其他传感器迭代更新速度，高能耗逐渐成为应用程序开发和用户使用体验的瓶颈问题，然而目前面向开发者的细粒度安卓应用能耗量化分析工具尚处于研究初期。基于以上背景，本文针对能耗特征采集、高精度能耗建模、细粒度能耗建模等方面进行了深入研究，主要贡献如下:\n 1、设计并实现了一套多模事件驱动能耗行为追踪方法。针对高精度、细粒度能耗量化模型的特征采集需求，这套方法能够追踪硬件模块驱动调用和系统调用两类能耗行为。方法从Linux内核以事件驱动的形式追踪不同层次不同粒度能耗敏感函数的调用事件，并采集相应的能耗特征，在不丢失时间粒度的前提下最大限度的降低目标设备端模块的运行开销。实验显示，该方法采集硬件驱动调用特征的平均运行能耗为30.3mW，CPU计算开销为1.6％。\n 2、提出了一个基于硬件驱动调用特征的能耗模型。驱动是操作系统内核与硬件模块通信的最底层例程，能够为高精度能耗量化提供最细粒度的硬件模块能耗特征。本文提出的高精度能耗量化模型由LSTM单元网络、全连接网络和线性回归层三部分组成，能够解决尾电耗和硬件模块间复杂的能耗相关性对能耗量化准确性产生影响的问题;同时，该模型不需要基于基准测试集进行特征采集，利用设备日常使用过程中采集的数据即可进行模型训练。实验显示该模型短时间能耗量化结果的平均误差为11.53％，整个应用程序使用时长的能耗量化结果平均误差仅为0.87％。\n 3、提出了一个基于系统调用特征的能耗模型。系统调用是应用程序和操作系统内核之间的基本接口，通过对其进行能耗事件追踪，能够覆盖进程控制、文件管理等多种硬件驱动调用事件难以捕捉的能耗行为，同时系统调用接口相对稳定，模型特征不依赖物理意义，根据触发系统调用的进程号和用户号进行调用从属分析可以实现进程级粒度的能耗分析。本文首次提出采用系统调用密度图像的形式表征应用程序能耗行为。该模型由LSTM单元网络、CNN卷积网络和线性回归层三部分组成，能够提取系统调用密度的时序特征，记忆实际能耗事件长短时依赖的时间滞后现象。此外，该模型还支持从不同层次提取硬件操作相关和进程控制相关系统调用之间的模式关系特征。实验数据表明模型短时间量化结果误差可达到32.56％，整个应用程序使用时长的能耗量化结果平均误差为9.95％，本文以此模型实现了应用程序进程级粒度的能耗量化分析。

关键词：智能手机安卓系统能耗量化硬件驱动能耗建模

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