检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2024年第12期73卷 367-376页

作者：李佳芮乐陶然尉昊赟李岩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

细胞和组织的力学特性在决定生物功能中起着至关重要的作用,布里渊光谱技术作为一种黏弹性显微成像方法,可以无标记、非接触地以高空间分辨率表征样品的力学特征变化.为了更加灵敏地识别生物系统的微小力学性质差异,在提高布里渊散射效... 详细信息

细胞和组织的力学特性在决定生物功能中起着至关重要的作用,布里渊光谱技术作为一种黏弹性显微成像方法,可以无标记、非接触地以高空间分辨率表征样品的力学特征变化.为了更加灵敏地识别生物系统的微小力学性质差异,在提高布里渊散射效率的同时,结合多种黏弹性对比机制进行测量是需要关注的问题.本文报道了基于脉冲受激布里渊散射的光谱测量方法,采用脉冲光激发、连续光时域探测的方式,通过一次时域测量即可得到完整光谱并根据光谱信息反演样品的多种黏弹性参数.得益于受激散射和时域探测,实验中以毫秒级的光谱积分时间即可得到信噪比为26 dB的光谱,弹性纵模的存储模量和损耗模量的平均测量精度分别达0.1%和1%.基于此方法,测量并对比了常见液体及聚合物材料的布里渊光谱,并研究了不同固化阶段的PDMS弹性变化,与琼脂糖凝胶进行了对比.最后,基于多种黏弹性对比机制对6种食用油进行鉴别,不仅为物质鉴别提供了新的思路,也拓展了布里渊光谱的测量能力,提高了黏弹性测量的灵敏性.

关键词：布里渊散射黏弹性生物力学

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组织仿体的光学特性对糖信号检测灵敏度的影响分析

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1262-1268页

作者：葛晴刘瑾韩同帅刘文博刘蓉徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系... 详细信息

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系数和散射系数的变化,而忽视了不同部位组织本身的光学特性对灵敏度的影响,缺乏比较不同部位之间的灵敏度差异。实际上,组织本身的光学参数会通过影响光程来影响吸收变化、散射变化作用于光强变化的系数的大小,因此,综合考虑上述两方面的因素后确定出的血糖测量灵敏度是更合理的。为了探究这种综合作用,选取2%、5%、10%和20%四种浓度的intralipid溶液作为人体组织仿体,通过蒙特卡洛模拟的方法,探讨了在1000~1660 nm波段,四种溶液中糖的吸收作用、散射作用和两者综合作用下的糖灵敏度,以及各部分灵敏度与其本身光学参数的关系。结果表明,在散射系数最大的20%intralipid溶液中检测到的糖信号也最强。据此,该研究将为部位优选提供依据,以获得较大的糖灵敏度。同时,对1000~1660 nm波段内的糖信号进行分析,发现在1000~1350 nm波段,糖引起的吸收作用基本可以忽略,信号的差异主要来自于散射的变化;而在1350~1660 nm,散射和吸收共同作用,其中散射的贡献大于吸收,散射最优的测量波长在1450 nm附近;而考虑散射和吸收的共同作用时,最优的测量波长在1400 nm附近。最后,为了验证理论分析的有效性,对四种溶液进行了实验,采用了1000~1660 nm波段中的六个典型波长,结果表明四种溶液中糖信号最大的检测波长均为1409 nm,且在20%intralipid中的糖信号灵敏度最大,说明实验结果与理论分析吻合较好。综上,该研究可为人体无创血糖检测合适的测量部位、合适的波长选择提供借鉴。

关键词：近红外光谱法无创血糖测量散射介质蒙特卡洛模拟

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基于双光束写和双光束读的超分辨三维纳米光子存储器

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科学通报 2024年第10期69卷 1248-1250页

作者：孙洪波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

光存储技术(optical data storage,ODS)是一种很有前景的长寿命大数据存储解决方案[1].但是传统的光盘有着比闪存设备和硬盘低得多的容量,如何在有限体积内有效增加存储密度成为光存储亟待解决的问题[2].研究人员通过开发多维物理量复... 详细信息

光存储技术(optical data storage,ODS)是一种很有前景的长寿命大数据存储解决方案[1].但是传统的光盘有着比闪存设备和硬盘低得多的容量,如何在有限体积内有效增加存储密度成为光存储亟待解决的问题[2].研究人员通过开发多维物理量复用的光存储[3,4],写入多层的三维空间光存储[5]等来提高光学存储介质的存储密度.但以上方法都没有突破光学衍射极限的限制.仅有极少研究讨论了光和材料相互作用之后,信息点被超分辨地写入随后被超分辨地读出,即超分辨率纳米光子存储技术.

关键词：存储密度超分辨率光存储大数据存储信息点双光束存储器存储介质

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基于改进波长调制光谱技术的高吸收度甲烷气体测量

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物理学报 2023年第1期72卷 36-43页

作者：李绍民孙利群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

本文对波长调制光谱(WMS)技术进行了改进,并以其为基础测量了高吸收度的甲烷气体.WMS常被用于气体浓度测量,其依赖于二次谐波幅值与气体浓度之间的线性关系,但是传统的WMS技术只适用于气体吸收度远小于1的情况,这是因为在传统WMS理论的... 详细信息

本文对波长调制光谱(WMS)技术进行了改进,并以其为基础测量了高吸收度的甲烷气体.WMS常被用于气体浓度测量,其依赖于二次谐波幅值与气体浓度之间的线性关系,但是传统的WMS技术只适用于气体吸收度远小于1的情况,这是因为在传统WMS理论的推导中,需要对朗伯比尔定律进行一阶近似,而一阶近似仅在低吸收度下成立,所以在高吸收度下二次谐波与气体浓度的线性关系不成立.在本文的改进方案中,不需要对朗伯比尔定律做任何近似处理.将激光分为测量光与参考光两路,测量光被待测气体充分吸收后由光电探测器收集光强信号,参考光的光强信号不被吸收直接由另一个光电探测器直接探测,两个光电探测器的输出信号经模数转换后传输至上位机,上位机对两路信号均先取自然对数,然后根据参考信号确定二次谐波的解调相位,这样解调出来的二次谐波信号即使在高吸收度下也与气体的浓度保持线性关系.本文介绍了传统WMS理论与改进后的WMS理论,并分别测量了一系列浓度梯度的甲烷气体,对比了传统WMS和改进WMS的实验结果,证实了在高吸收度下,传统WMS理论中的线性不再成立,但改进的WMS仍能保证二次谐波与甲烷浓度之间的线性关系,验证了改进方案的优势;最后通过艾伦标准差分析,得到该甲烷测量系统在平均时间103.6 s时稳定性达到最优,对应的艾伦标准差为26.62×10^(-9)分之一体积.

关键词：波长调制光谱甲烷测量红外光谱高吸收度

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用于星间激光干涉测量的分频相位计辅助弱光锁相

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物理学报 2023年第14期72卷 316-325页

作者：乐陶然穆衡霖徐欣谈宜东尉昊赟李岩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

弱光锁相是星间激光干涉测距的重要环节,通过锁相环跟踪外差干涉光信号相位.受散粒噪声、激光频率噪声等各类噪声限制,锁相环内部本地振荡器信号与外差信号间存在一定相位差,而锁相环的鉴相范围只有正负半个周期,若相位差某时刻超过鉴... 详细信息

弱光锁相是星间激光干涉测距的重要环节,通过锁相环跟踪外差干涉光信号相位.受散粒噪声、激光频率噪声等各类噪声限制,锁相环内部本地振荡器信号与外差信号间存在一定相位差,而锁相环的鉴相范围只有正负半个周期,若相位差某时刻超过鉴相范围,则本地振荡器在反馈调节下可能会进入错误的工作点,出现周跳,导致后续相位重构出错.本文提出了基于引力波探测背景的一种周跳诊断方法,在原锁相环基础上引入一个具有更大鉴相范围的辅助分频相位计,可以对锁相环是否出现周跳提供判断依据.结合已有的锁相环及噪声理论,建立了分频相位计的理论模型,以此数值模拟了分频相位计工作,模拟结果表明,分频相位计可以实现大范围鉴相,具有判断弱光锁相周跳的能力.

关键词：空间引力波探测弱光锁相周跳分频相位计

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基于纹理奇异值分解的全参考图像质量评价

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光学精密工程 2025年第1期33卷 107-122页

作者：李佳欣段发阶傅骁牛广越天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

对于工业领域的视觉系统,主观评价成本高,无参考图像质量评价预训练耗时长,需要高准确度的全参考图像质量评价模型。为此,提出了一种基于纹理信息加权的奇异值分解全参考图像质量评价模型。对参考图像块进行奇异值分解,利用参考图像块... 详细信息

对于工业领域的视觉系统,主观评价成本高,无参考图像质量评价预训练耗时长,需要高准确度的全参考图像质量评价模型。为此,提出了一种基于纹理信息加权的奇异值分解全参考图像质量评价模型。对参考图像块进行奇异值分解,利用参考图像块的奇异向量与失真图像块估计失真块的奇异值,据此得到亮度相似度分量;利用估计的失真图像块的奇异值评价平均偏移失真与对比度变化失真,得到对比度性相似度分量;通过失真图像块与参考图像块的奇异向量对单位矩阵的偏移量估计图像的结构相似度;最后,利用图像的纹理信息进行对亮度、对比度、结果相似度进行加权,得到全参考图像质量评价模型。依据4项评价标准,在6个常用的图像质量评价数据库上进行测试。实验结果表明,本模型在上述数据集中的加权Spearman秩序相关系数为0.8963;对于对比度变化失真,本模型Spearman秩序相关系数为0.8595,比第二名提高了85%。与多种全参考图像质量评价模型相比,本模型在预测精度、泛化性与计算复杂度方面具有明显的优势。

关键词：图像质量评价全参考奇异值分解纹理信息图像对比度

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一种MHD角振动传感器动态本底噪声无偏高效测试方法

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中国惯性技术学报 2024年第6期32卷 620-629页

作者：李醒飞刘帆天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

目前,磁流体动力学(MHD)角振动传感器动态本底噪声测试尚无统一方法,难以有效开展测试。首先,针对双通道和三通道方法系统误差不明确的问题,推导了两种方法的系统误差,指出了方法的适用条件;然后,针对双通道方法存在系统误差、三通道方... 详细信息

目前,磁流体动力学(MHD)角振动传感器动态本底噪声测试尚无统一方法,难以有效开展测试。首先,针对双通道和三通道方法系统误差不明确的问题,推导了两种方法的系统误差,指出了方法的适用条件;然后,针对双通道方法存在系统误差、三通道方法系统结构复杂的问题,提出了一种基于最小二乘的传感器动态本底噪声无偏高效测试方法,证明了所提方法不存在系统误差;最后,实验对比了三种方法的测试效果。结果表明,所提方法能够在时域和频域上准确分离传感器的动态本底噪声;相比双通道和三通道方法,所提方法的平均相对误差最小,分别为7.2%和3.7%;测试系统所需资源少、结构简单而且易于实现,满足MHD角振动传感器动态本底噪声的测试需求。

关键词：微角振动角速度传感器本底噪声最小二乘

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调频连续波激光雷达光源非线性校正技术(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 285-294页

作者：谈宜东林晨啸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

调频连续波(FMCW)激光雷达具有非接触式测量、抗环境光干扰、高分辨率、能够同时获取速度和距离信息等优势,近年来被广泛应用于航空航天、精密制造、无人驾驶等领域。FMCW激光雷达的测距能力很大程度依赖于其光源的扫频线性度。在实际... 详细信息

调频连续波(FMCW)激光雷达具有非接触式测量、抗环境光干扰、高分辨率、能够同时获取速度和距离信息等优势,近年来被广泛应用于航空航天、精密制造、无人驾驶等领域。FMCW激光雷达的测距能力很大程度依赖于其光源的扫频线性度。在实际应用中,扫频光源会受到诸如应力拉伸不均匀、腔内温度变化、电路噪声等因素的影响,导致扫频非线性的产生,使得测距分辨率和精度下降。针对这一问题,本文从原理出发,分析了FMCW激光雷达中光源扫频非线性的影响,系统介绍了不同类型扫频非线性校正技术的原理和国内外研究进展,并对这些方法的适用场景、特性和优缺点进行总结,为后续相关研究提供启发。

关键词：调频连续波激光雷达绝对测距扫频光源非线性校正

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皮肤真皮层厚度对近红外光谱法无创血糖测量影响的仿真

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光谱学与光谱分析 2023年第9期43卷 2699-2704页

作者：刘文博刘瑾韩同帅葛晴刘蓉天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域,受人体皮肤状态波动的影响,血糖预测模型无法长时间使用,极大地限制了该方法在临床上的应用。皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数,直接影响着皮肤中水分的流动,它还难以像温度、压力那... 详细信息

在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域,受人体皮肤状态波动的影响,血糖预测模型无法长时间使用,极大地限制了该方法在临床上的应用。皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数,直接影响着皮肤中水分的流动,它还难以像温度、压力那样借助外部手段进行控制。在皮肤光谱的测量中,血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度,并使得光谱产生较大变化。借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1000~1700 nm波段真皮层厚度变化±30μm时三层皮肤的漫反射光强、光子穿透深度与平均光程,研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分,用于消除真皮层厚度变化的影响,对1000~1700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。发现1200 nm波长附近,当真皮层厚度变化时,漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小,因此是较适宜的测量波长。而对于水的吸收峰1450 nm附近的波长而言,漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大,且在一定范围内急剧变化;因此,应避免选择这些光源-探测器距离。对于常用的血糖测量波长1200、1300及1600 nm波长而言,光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围,此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢,采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同,可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离,该工作采取80%真皮光子百分比为界限。综上,综合现有仪器能达到的测量精度水平,对于1200、1300和1600 nm波长,可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量,可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响,从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。

关键词：近红外漫反射光谱法无创血糖测量蒙特卡洛模拟皮肤血流灌注三层皮肤模型真皮层厚度差分测量

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镉离子微波钟研究进展

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 17-30页

作者：苗胜楠张建伟王力军时空信息精密感知技术全国重点实验室北京100084 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 清华大学物理系北京100084

基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势,因而受到广泛关注。其中,113 Cd+离子因其所需激光数量少,基态超精细能级分裂大等优势,成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。近几十年来,国内外多个实验团队开展了镉离子微... 详细信息

基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势,因而受到广泛关注。其中,113 Cd+离子因其所需激光数量少,基态超精细能级分裂大等优势,成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。近几十年来,国内外多个实验团队开展了镉离子微波钟的研究工作。本文按照时间顺序,详细介绍了国内外不同实验团队在镉离子微波钟研究方面采用的技术路线及最新进展。

关键词：镉离子微波钟缓冲气体冷却激光冷却协同冷却

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