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中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议——全域地球物理探测与智能感知学术研讨会

作者：文艺伍康郭梅影李振兴陈逸聪王力军清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系北京100084

地表重力加速度(g,常用值9.8 m/s2)的精密观测关于地球内部密度结构等许多地球物理问题的研究,提供了重要地球物理数据,同时也广泛应用于计量学、大地测量学等领域目前应用最广的激光干涉式绝对重力测量法其测量精度主要受振动噪声的限... 详细信息

地表重力加速度(g,常用值9.8 m/s2)的精密观测关于地球内部密度结构等许多地球物理问题的研究,提供了重要地球物理数据,同时也广泛应用于计量学、大地测量学等领域目前应用最广的激光干涉式绝对重力测量法其测量精度主要受振动噪声的限制,而振动补偿是一种简单方便的方法,惯性传感器探测地面振动噪声来对测量结果进行修正,有望应用于野外重力测量.目前常用于振动补偿的惯性传感器有地震计和加速度计.地震计测量精度高,但带宽窄、动态性能差,对于高频振动存在探测信号失真问题;加速度计测量带宽大,动态性能更好,存在低频漂移问题.本研究在自主研发的T-1型高精度绝对重力仪的基础上,采用地震计和石英加速度计两种传感器分别进行振动补偿,结果表明在振动噪声较小的安静环境下,采用地震计和加速度计作为传感器的振动补偿可将单次测量标准差从补偿前的3700μGal减小到192μGal1和1300μGal;在高频噪声较多的复杂环境下,无补偿的单次测量标准差为4000μGal,而采用地震计和加速度计作为传感器的振动补偿后单次测量标准差分别为700μGal和1400μGal.由此可见地震计的补偿性能随着噪声强度的增大迅速降低,而加速度计的补偿性能则比较稳定,此外地震计还存在由于量程限制无法适应野外甚至动平台式的绝对重力测量实验的问题.因此,该实验进一步指明了两种传感器在振动补偿中各自的适用范围,为今后不同实验条件下进行振动补偿实验提供了惯性传感器的选择标准.

关键词：绝对重力测量振动补偿地震计加速度计

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相位锁定至超窄线宽激光的高相干性双光梳研究

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红外与毫米波学报 2020年第1期39卷 25-31页

作者：崔佳华林百科孟飞曹士英杨明哲林弋戈宋有建胡明列方占军天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 中国计量科学研究院时间频率计量研究所光学频率标准实验室北京100029 清华大学精密仪器系北京100084 北京大学电子学系先进光通信系统与网络国家重点实验室北京100871

研究并实现了一种相位锁定至超窄线宽激光的双光梳系统。实验通过将两台重复频率约为200MHz、重复频率差约为17 kHz的掺铒锁模激光器的对应梳齿,同时分别锁定到两台不同波长(1542 nm和1560 nm)的窄线宽连续激光器上,实现了相位相干且稳... 详细信息

研究并实现了一种相位锁定至超窄线宽激光的双光梳系统。实验通过将两台重复频率约为200MHz、重复频率差约为17 kHz的掺铒锁模激光器的对应梳齿,同时分别锁定到两台不同波长(1542 nm和1560 nm)的窄线宽连续激光器上,实现了相位相干且稳定度高的双光梳。锁定后单台光梳的梳齿线宽均低于5Hz(受限测试条件),两台光梳的相对线宽小于0.35Hz。该双光梳系统对于高精度光谱分析、时频传递,尤其是绝对距离测量等领域具有重要的应用价值。

关键词：窄线宽光频梳双光梳相位锁定相干性

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基于压缩感知算法的无透镜数字全息成像研究

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激光与光电子学进展 2020年第8期57卷 1-11页

作者：张华曹良才金国藩白瑞迪清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084 杜克大学电子与计算机工程系美国达勒姆NC 27708

无透镜数字全息计算成像可以实现大视场高分辨率三维成像,但面临成像分辨率低和信噪比差的问题。为此,构建了基于衍射传输的无透镜压缩数字全息成像模型,开发了基于全变分正则化约束和两步迭代收缩阈值的优化算法,抑制了全息重建的二阶... 详细信息

无透镜数字全息计算成像可以实现大视场高分辨率三维成像,但面临成像分辨率低和信噪比差的问题。为此,构建了基于衍射传输的无透镜压缩数字全息成像模型,开发了基于全变分正则化约束和两步迭代收缩阈值的优化算法,抑制了全息重建的二阶项噪声与孪生像噪声,并在重建模型中引入滤波层,提高了三维图像的重建信噪比。同时,提出了基于有效抗混叠区域的压缩全息分块并行重建算法,提升了压缩数字全息重建效率。建立了基于双角度照明的压缩数字全息成像模型,提高了三维成像的轴向分辨能力。基于上述算法,在多层掩模版和粒子流场上实现了大视场无透镜显微成像。

关键词：成像系统计算成像编码成像数字全息压缩感知

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全息掺杂光致聚合物的吸收光谱定量化分析

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光电工程 2019年第3期46卷 115-121页

作者：曹良才吴圣涵何泽浩李瑶瑶金国藩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

掺杂光致聚合物的合成过程对其性能的影响至关重要。目前掺杂光致聚合物的合成过程优化主要依靠大量实验数据和操作者实验经验。本文提出了一种利用掺杂光致聚合物的吸收光谱定量化分析光致聚合物合成过程的方法。该方法通过对掺杂光致... 详细信息

掺杂光致聚合物的合成过程对其性能的影响至关重要。目前掺杂光致聚合物的合成过程优化主要依靠大量实验数据和操作者实验经验。本文提出了一种利用掺杂光致聚合物的吸收光谱定量化分析光致聚合物合成过程的方法。该方法通过对掺杂光致聚合物制备过程中的各个阶段样品进行吸收光谱测量分析,揭示样品制备过程中吸收光谱随制备过程变化的趋势,并利用吸收光谱法定量监测聚合物预聚合过程的程度和速率,为科学定量优化掺杂光致聚合物制备过程提供了新方法。

关键词：吸收光谱光致聚合物定量监测定量优化

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激光回馈半钢化玻璃应力双折射测量技术

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激光技术 2020年第3期44卷 371-376页

作者：马响邓勇张书练南通大学机械工程学院南通226019 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小,实时监测产品质量,结合半经典理论与三镜腔理论模型,研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建,由偏振光低电平的占空比自... 详细信息

为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小,实时监测产品质量,结合半经典理论与三镜腔理论模型,研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建,由偏振光低电平的占空比自动判断样品主应力方向,测量效率较高;采用降低输入电压变化梯度的方法,将输出电压控制在较小的范围内波动,提高了压电陶瓷位移稳定性。结果表明,样品应力双折射的大小由调谐曲线上一个偏振跳变周期内偏振跳变点的位置决定,多次测量的最大偏差为6.1nm/cm,标准差低于2.0nm/cm。该技术具有测量周期短、精度高且重复性好等特点,适用于实际生产中。

关键词：激光技术正交偏振半钢化玻璃应力双折射

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具有非罗兰圆结构的太阳极紫外正入射宽波段成像光谱仪光学设计

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光学学报 2020年第23期40卷 118-129页

作者：邢阳光李林彭吉龙王姗姗成一诺北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 可靠性与环境工程技术国家重点实验室北京100094 清华大学精密仪器系北京100091

基于传统罗兰圆结构的凹面光栅成像光谱仪,尽管具有很好的轴上点成像特性,但是存在较大的光栅离轴像差,离轴性能显著降低,不适用于大离轴视场、宽波段的空间和光谱成像。因此,基于超环面变线距光栅工作在非罗兰圆结构下的像差校正理论,... 详细信息

基于传统罗兰圆结构的凹面光栅成像光谱仪,尽管具有很好的轴上点成像特性,但是存在较大的光栅离轴像差,离轴性能显著降低,不适用于大离轴视场、宽波段的空间和光谱成像。因此,基于超环面变线距光栅工作在非罗兰圆结构下的像差校正理论,设计了一款兼具大离轴视场和宽波段的太阳极紫外正入射成像光谱仪,使用三个平场探测器,可实现在极紫外波段对包括日冕和过渡区域在内的太阳上层大气的高空间和高光谱分辨观测。该仪器仅有两次反射表面,同时使用周期性的SiC/Al多层镀膜最大化地减小了极紫外波段的光子通量损失,提高了仪器的传输效率。该成像光谱仪的工作波段为40~47 nm、53~60 nm和66~73 nm,口径为100 mm,沿狭缝方向的离轴视场为18′,系统的空间分辨率优于0.55″,光谱分辨率优于30×10-4 nm。

关键词：测量超环面变线距光栅离轴光栅像差非罗兰圆结构太阳极紫外成像光谱仪

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微系统自唤醒技术的研究与发展

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遥测遥控 2021年第5期42卷 1-16页

作者：杨登张凌云赵嘉昊清华大学精密仪器系北京100084 精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084 智能微系统教育部重点实验室北京100084 北京未来芯片技术高精尖创新中心北京100084

微系统技术集信息获取、处理、交换、执行以及供能等功能于一体,已广泛应用于物联网终端,而物联网终端电池续航能力限制了其在各类场景中的应用能力。将自唤醒技术--一种能量管理策略--应用于物联网终端微系统,可实现微系统低功耗休眠... 详细信息

微系统技术集信息获取、处理、交换、执行以及供能等功能于一体,已广泛应用于物联网终端,而物联网终端电池续航能力限制了其在各类场景中的应用能力。将自唤醒技术--一种能量管理策略--应用于物联网终端微系统,可实现微系统低功耗休眠与唤醒状态的自动切换。对微系统的自唤醒技术进行归纳与分析,根据微系统休眠时功耗特点的不同,将自唤醒技术分为四类。然后在此基础上,对微系统自唤醒技术主要应用场景中有效工作时长占比小、分布范围广、部署数量多等特点进行了分析。最后对微系统自唤醒技术未来发展与面临挑战的讨论表明,自唤醒技术在未来物联网的构建过程中将发挥重要作用。

关键词：微系统自唤醒零功耗物联网续航

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超高速相干光通信两步步长优化CMA算法

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应用光学 2019年第3期40卷 505-510页

作者：钟昆杨怀栋清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

在超高速相干光通信中,对偏振解复用损伤和偏振模色散的补偿一般采用恒模算法(constant modulus algorithm, CMA)。标准的CMA算法具有自适应动态均衡的功能,加权信号根据输入信号进行不断更新,是一种目前流行的盲均衡算法。通常在CMA算... 详细信息

在超高速相干光通信中,对偏振解复用损伤和偏振模色散的补偿一般采用恒模算法(constant modulus algorithm, CMA)。标准的CMA算法具有自适应动态均衡的功能,加权信号根据输入信号进行不断更新,是一种目前流行的盲均衡算法。通常在CMA算法中,步长系数的取值严重影响着算法收敛、误差矢量幅度(error vector magnitude, EVM)和误码率(bit error ratio, BER)性能评价。提出了一种优化的CMA算法,具有两步步长系数,可标记误差矢量函数曲线稳定时的区间。经过计算验证表明,优化的CMA算法具有不同程度的解调性能改善,能够降低X、Y偏振态的EVM,具备较好的应用性。

关键词：通信技术相干光通信偏振复用恒模算法

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基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

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应用光学 2020年第4期41卷 662-674页

作者：吴羽峰吴佳琛郝然金尚忠曹良才中国计量大学光学与电子科技学院浙江杭州310018 浙江省现代计量测试技术及仪器重点实验室浙江杭州310018 精密测试技术及仪器国家重点实验室清华大学精密仪器系北京100084

粒子场的数字全息成像中,由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布,是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法,深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度,提高计算效率和准确率。介... 详细信息

粒子场的数字全息成像中,由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布,是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法,深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度,提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展,从不同粒子表征方法入手,叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足,并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。

关键词：粒子场数字全息深度学习神经网络

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面向感知微系统的系统级设计方法

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清华大学学报（自然科学版） 2019年第3期59卷 236-242页

作者：张益源赵嘉昊尤政清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084 清华大学北京市未来芯片技术高精尖创新中心北京100084

作为传感器系统的典型代表与技术发展趋势,感知微系统具有尺寸小、功能多与自供电等优势。然而当前的设计方法无法平衡其实用性能与约束性能之间的矛盾,使得其进一步发展陷入瓶颈。该文基于多学科设计优化思想提出一种针对感知微系统的... 详细信息

作为传感器系统的典型代表与技术发展趋势,感知微系统具有尺寸小、功能多与自供电等优势。然而当前的设计方法无法平衡其实用性能与约束性能之间的矛盾,使得其进一步发展陷入瓶颈。该文基于多学科设计优化思想提出一种针对感知微系统的系统级设计方法。该方法根据设计目标与各性能边界条件进行学科划分,在子系统分析器内进行参数分析后代入系统级优化器完成目标优化,最终实现感知微系统的优化设计。以重型车辆检测微系统为例,选取不同的设计目标进行系统级优化,并通过叠层集成的方式研制了验证样机。样机的性能测试结果与设计值相符,且满足优化设计目标的需求。该方法可行性和准确性表明,其能够在设计阶段平衡感知微系统的实用性能与约束性能,实现系统的最优化设计。

关键词：感知微系统多学科设计优化系统级设计方法

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