检索结果-内蒙古大学图书馆

光学学报 2023年第5期43卷 11-22页

作者：王鸣沙洲封皓杜立普齐敦哲天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 宁夏回族自治区水利工程建设中心宁夏银川750004

提出了以长短期记忆网络(LSTM)与卷积神经网络(CNN)为主要框架的深度学习网络,基于该网络实现模式识别。LSTM-CNN以时域曲线及其短时傅里叶变换(STFT)结果作为网络输入,LSTM提取输入信号的时序特征,CNN提取时域曲线的轮廓特征及能量特... 详细信息

提出了以长短期记忆网络(LSTM)与卷积神经网络(CNN)为主要框架的深度学习网络,基于该网络实现模式识别。LSTM-CNN以时域曲线及其短时傅里叶变换(STFT)结果作为网络输入,LSTM提取输入信号的时序特征,CNN提取时域曲线的轮廓特征及能量特征。实验中以相敏光时域反射仪(φ-OTDR)为传感系统完成数据采集。将LSTMCNN与传统的人工神经网络(ANN)及CNN对比,LSTM-CNN在各项评价指标中均处于最优状态,实现了φ-OTDR模式识别的既定目标,为实际的工程产品开发提供了概念证明与演示示例。

关键词：光通信模式识别长短期记忆网络卷积神经网络光纤预警

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金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强与定向辐射

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物理学报 2023年第7期72卷 376-389页

作者：苏宇航张炼陶灿王宁马平准钟莹刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 南开大学天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(... 详细信息

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(surface lattice resonance,SLR),通过适当设计阵列周期,可实现沿垂直于基底方向的远场定向辐射.本文结合阵列扫描法(array scanning method,ASM)和全波严格数值方法,计算了辐射源的自发辐射速率.对于远场辐射强度角分布的计算,本文给出了互易定理方法的严格表述和证明过程,该证明过程不同于已有文献中的证明过程,对于无限大周期结构具有更严格的适用性,或者具有更低的计算量.本文提出的天线结构和设计方法可用于指导设计高速、高亮度、定向辐射光源.

关键词：金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强远场定向辐射互易定理

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二维相关光谱法及其在蛋白类物质分析中的研究进展

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光谱学与光谱分析 2023年第7期43卷 1993-2001页

作者：李晨曦孙泽宇赵瑜尹利辉陈文亮刘蓉徐可欣天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 中国食品药品检定研究院化学药品检定所北京102629 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品,通过测定一系列扰动作用下的动态光谱,结合数学相关分析,获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。该方法主要基于分子振动光谱,将一维光谱扩展到二维空间,能有效提高光谱分辨率... 详细信息

二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品,通过测定一系列扰动作用下的动态光谱,结合数学相关分析,获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。该方法主要基于分子振动光谱,将一维光谱扩展到二维空间,能有效提高光谱分辨率,从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征,为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据,在生物医学、药学、食品科学、环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。自1986年Noda提出广义二维相关算法以来,二维相关光谱衍生出了投影二维相关、串联二维相关、基于模型的二维相关、异质谱二维相关、移动窗口二维相关等算法。随着近年来生物技术的迅速发展,多肽、蛋白质、酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程,对其结构(尤其是高级构象)的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、无损的定性定量分析方法,可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化,为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。综述了二维相关光谱技术的基本原理、谱图解析方法和技术进展,以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景,为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。

关键词：二维相关光谱法蛋白类物质高级构象生物大分子药物红外光谱法拉曼光谱法近红外光谱法

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超声振动复合电火花小孔加工系统设计及试验

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光学精密工程 2022年第14期30卷 1694-1703页

作者：冯冲倪皓孙艺嘉桂淑钰宫虎天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津城建大学理学院天津300384

针对难加工的镍基高温合金小孔加工,设计了一种新颖的超声振动复合电火花小孔高速加工系统,该系统集成了电极超声振动、电极旋转和电极中心出水等功能,可方便地应用于其他电火花加工机床,并在镍基高温合金GH4099材料工件上开展了一系列... 详细信息

针对难加工的镍基高温合金小孔加工,设计了一种新颖的超声振动复合电火花小孔高速加工系统,该系统集成了电极超声振动、电极旋转和电极中心出水等功能,可方便地应用于其他电火花加工机床,并在镍基高温合金GH4099材料工件上开展了一系列小孔加工试验。通过改变加工电流和时间,对比材料去除率、电极损耗率和小孔形貌等指标。试验结果表明:超声振动复合加工在小电流加工时,可以有效地提升材料去除率,并减少相对电极损耗率。在同等条件下,当峰值电流为1 A时,使用该系统加工的孔深度较普通电火花加工的提升89.62%;当峰值电流为6 A时,相比于普通电火花加工材料去除率提升46.42%,相对电极损耗率减少了25.85%。该系统具有更稳定的加工过程,为难加工金属电火花精加工提供一种便利、高效的解决方案。

关键词：电火花加工超声振动 GH4099 电极旋转

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频率调制连续波激光雷达测量技术的非线性校正综述

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光电工程 2022年第7期49卷 1-27页

作者：李超林刘俊辰张福民曲兴华天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

现代测量技术中,频率调制连续波激光雷达结合了传统雷达和激光干涉测量的优点,凭借其非接触性、测量范围大、分辨率高和抗干扰能力强等特性,在大尺寸空间精密测量、微小测量以及生物计量等领域发挥着至关重要的作用。但实际应用中,激光... 详细信息

现代测量技术中,频率调制连续波激光雷达结合了传统雷达和激光干涉测量的优点,凭借其非接触性、测量范围大、分辨率高和抗干扰能力强等特性,在大尺寸空间精密测量、微小测量以及生物计量等领域发挥着至关重要的作用。但实际应用中,激光光源的频率调制不能呈现出完全线性,使得频率调制连续波激光雷达技术的测量精度严重下降。所以,如何抑制激光的调频非线性带来的影响成为频率调制连续波激光雷达测量领域的一项研究热点。本文介绍了频率调制连续波激光雷达的工作原理,根据频率调制非线性校正方案的不同,针对性地介绍和分析了四种应用较为广泛和部分特殊的非线性校正方法,并进行了总结和展望。

关键词：频率调制连续波激光雷达干涉测量非线性校正

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小波梯度域重建融合法应用于龋齿太赫兹成像

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红外技术 2023年第8期45卷 890-896页

作者：柳启航何明霞赵晋武李岩天津大学测试计量技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹... 详细信息

龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹光谱扫描,以频域幅值为参数对样品的光谱数据做二维重构成像,获得多幅不同频率下的龋齿太赫兹光谱图像。为了解决单一参数所得的龋齿太赫兹图像动态范围小、对比度低,边缘和细节位置模糊不清的问题,采用小波梯度域重建的融合方法,将多幅图像中梯度幅值较大的部分集中于一幅图像上,得到了一幅细节特征更加清晰完整的新图像。实验结果表明,融合后的图像相较于融合前的图像在信息熵、平均梯度以及对比度上均有所提高,不同组织之间的区分效果更加显著。

关键词：龋齿检测太赫兹光谱成像小波梯度域重建图像融合

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基于EMD的MZI事件识别方案优化研究

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光学学报 2023年

作者：王鸣封皓沙洲赵利天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室山东龙泉管道工程股份有限公司

事件识别是分布式光纤传感的重要应用场景，现有的模式识别手段存在泛化性差和对弱振动识别的准确率低两个主要难题。本文以马赫泽德干涉仪为应用对象，从样本来源的角度改善了传统的分类器，以时域信号由经验模态分解所得的本征模态函... 详细信息

事件识别是分布式光纤传感的重要应用场景，现有的模式识别手段存在泛化性差和对弱振动识别的准确率低两个主要难题。本文以马赫泽德干涉仪为应用对象，从样本来源的角度改善了传统的分类器，以时域信号由经验模态分解所得的本征模态函数构建训练样本，使用卷积算子提取信号的波形特征、频域特征、时频域特征构建深度学习网络，并在相同的神经网络框架下以原始信号为输入端设计了四个对照组。文中识别方案对六种目标信号的测试集和验证集的准确率分别为97.02%和94.88%，其泛化性和分类精度均处于最优状态。分类器的平均样本响应时间低于0.07s，具备良好的可行性与发展前景。

关键词：深度学习经验模态分解马赫泽德干涉仪本征模态函数事件识别

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相敏光时域反射仪土壤振动传播特性

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激光与光电子学进展 2023年第19期60卷 77-86页

作者：王鸣封皓沙洲杜立普天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 宁夏回族自治区水利工程建设中心宁夏银川750004

相敏光时域反射仪(φ-OTDR)广泛应用于管道安全预警、光缆断点查找、清管器定位跟踪等场景,其传感光缆多埋于地下,土壤性质、传输距离、光缆结构等均对信号特征有所影响。本文研究了振动信号在土壤中的传播特性,探究了光缆结构、土壤湿... 详细信息

相敏光时域反射仪(φ-OTDR)广泛应用于管道安全预警、光缆断点查找、清管器定位跟踪等场景,其传感光缆多埋于地下,土壤性质、传输距离、光缆结构等均对信号特征有所影响。本文研究了振动信号在土壤中的传播特性,探究了光缆结构、土壤湿度、传输距离等非事件因素对系统信号特征的影响。此外,从特征频段能量变化趋势的角度,研究了真实冲击振动与非事件性信号波动的区别,并由此提出了一种外部冲击振动的判别方法。

关键词：光纤光学与光通信分布式光纤传感土壤振动传播特性特殊频段频域判断法

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金属基底上光学偶极纳米天线的自发辐射宽带增强:表面等离激元直观模型

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物理学报 2022年第11期71卷 341-355页

作者：张炼王化雨王宁陶灿翟学琳马平准钟莹刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 南开大学天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 郑州师范学院物理与电子工程学院郑州450044 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

本文提出一种具有宽波段自发辐射增强性能的金属基底上光学偶极纳米天线,实现的总辐射速率与远场辐射速率增强因子分别达到5454和1041,在近红外波段,自发辐射增强(Purcell因子超过1000)波长范围达到260 nm,并且能够实现远场定向辐射.为... 详细信息

本文提出一种具有宽波段自发辐射增强性能的金属基底上光学偶极纳米天线,实现的总辐射速率与远场辐射速率增强因子分别达到5454和1041,在近红外波段,自发辐射增强(Purcell因子超过1000)波长范围达到260 nm,并且能够实现远场定向辐射.为了阐明天线性能背后的物理机制,本文考虑天线臂上表面等离激元激发和多重散射的直观物理过程,基于Maxwell方程组第一性原理,建立了一个半解析模型,能够全面复现天线的辐射特性,包括总辐射速率、远场辐射速率、远场辐射方向图等.该模型提供了一个直观的物理图像,即在模型导出的两个相位匹配条件下,表面等离激元在天线臂上形成了一对Fabry-Perot共振获得增强,然后传播到纳米间隙内点辐射源位置和散射到自由空间,由此分别提高了总辐射速率和远场辐射速率.并且,这一对Fabry-Perot共振产生了一对相互靠近的谐振峰,由此形成了宽波段自发辐射增强.本文提出的偶极纳米天线可以应用于荧光增强、拉曼散射增强及高速、高亮度纳米光源等领域,所提出的模型可用于光学天线的物理理解和直观设计.

关键词：光学纳米天线 /自发辐射增强 /表面等离激元 /半解析模型

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牙本质龋的太赫兹成像研究

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光谱学与光谱分析 2022年第8期42卷 2374-2379页

作者：李岩柳启航黄葳段涛陈朝霞何明霞熊宇陆军军医大学(第三军医大学)第一附属医院口腔科重庆400038 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关,龋损深度则决定临床治疗方案,但目前牙本质龋的检测及诊断方法如:视诊、探诊容易受到主观因素影响;X线辅助检查对龋病灵敏度低等,都有一定缺陷,可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利... 详细信息

牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关,龋损深度则决定临床治疗方案,但目前牙本质龋的检测及诊断方法如:视诊、探诊容易受到主观因素影响;X线辅助检查对龋病灵敏度低等,都有一定缺陷,可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利用不同的物理参数成像,在牙本质龋在体、无损检测方面有较大应用潜力。为探索牙本质龋损的太赫兹光谱图像开展本研究。实验通过搭建透射、反射式扫描太赫兹平台,对15枚含牙本质龋离体牙磨片扫描,通过数据二维重构,获得了不同参数的太赫兹透射和反射图像,再将太赫兹图像与实验室研究龋病的光镜图像与X线图像对比、拟合并进行光镜下、太赫兹图像下龋损面积评价。结果表明:太赫兹图像与光镜图像相符,较X线图像灵敏度更高。反射模式下由于太赫兹反射信号较弱,使得样品厚度,表面粗糙程度以及系统噪声对实验结果影响较大,图像仅能辨识样本轮廓,不能用于区分牙釉质、牙本质及牙本质龋。透射模式下的频域1.4 THz相位差成像、时域信号最小值对应的时间成像都能区分牙釉质,牙本质和牙本质龋,可以用来鉴别三者,其中最小值对应的时间成像效果最佳。对光镜下测得牙本质龋损面积与太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像测得的牙本质龋损面积进行配对样本Wilcoxon符号秩和检验,结果(p>0.05)尚不能认为两种方法测得的牙本质龋损面积有差别,两种方法测量的差值源于系统误差。故可以认为通过太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像获得牙本质龋损范围、大小等诊断信息。研究表明太赫兹成像技术可以为牙本质龋的早期诊断提供更为精确有效且无电离辐射的诊断方法,为临床数字化、微创去龋提供一定形态学依据。

关键词：太赫兹时域光谱牙本质龋太赫兹光谱成像

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