1 北京工业大学材料与制造学部新能源材料与技术研究所，北京100124新型功能材料教育部重点实验室，北京100124
2 华北光电技术研究所，北京100015
针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题，通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析，发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力，同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达22569 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化，获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外，仿真结果表明，单面铟是热应力较低的铟柱结构，减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。
红外探测器 有限元分析 热应力 铟柱 infrared detector finite element analysis thermal stress indium column0
1 华北理工大学 矿业工程学院, 唐山 063210
2 河北省矿业开发与安全技术重点实验室, 唐山 063210
针对实测爆破振动信号存在噪声和CEEMDAN方法在去噪过程中容易造成信息缺失的问题, 考虑聚类分析方法具有良好的数据处理能力, 依据分解-聚类-重构的思想, 提出了CEEMDAN-K-means算法的爆破振动信号去噪方法。首先, 该方法通过CEEMDAN方法分解爆破振动信号获得不同数量级的IMF分量;然后, 利用K-means聚类分析算法将IMF分量为五个不同类别并采用方差贡献率校核;最后, 剔除高频噪声类别的IMF分量, 获得重构的纯净爆破振动信号。以某露天矿爆破振动信号为例, 采用信噪比和均方根误差指标, 评价了CEEMDAN-K-means算法信号去噪性能。研究结果表明: 与CEEMDAN方法和EMD-小波阈值方法相比, CEEMDAN-K-means信号去噪方法信噪比(20.06 dB)最大, 分别提高了1.26 dB和7.7 dB, 均方根误差(0.22×10-3)最小, 说明该方法不仅具有良好的信号去噪效果, 也具有较好的保真度。通过对比分析不同方法信号去噪效果可知, 在有效保留真实信号成分的基础上, CEEMDAN-K-means方法可以有效去除实测爆破振动信号包含的高频成分, 在爆破振动信号去噪领域具有实用性和有效性, 为爆破振动信号去噪方法研究提供了新思路。
爆破振动信号 K-means聚类算法 去噪 blasting vibration signal CEEMDAN CEEMDAN k-means algorithm denoising
1 中山大学 航空航天学院, 广东 深圳 518107
2 福建师范大学 光电与信息工程学院, 福建 福州 350117
针对天基序列星图配准存在的效率和精度问题, 提出了一种天基序列星图高精度在轨实时配准方法。对基准图和待配准图进行分块, 通过预设搜索框的方式, 采用归一化相关系数匹配法, 获得整像素精度的子图匹配结果; 对该结果的小邻域进行二次曲面拟合, 获得亚像素精度的匹配对点; 使用单应变换模型求解星图的变换关系, 完成单帧星图的配准; 使用基于末帧的窗口滑动方式, 实现序列星图的连续实时配准。实验结果表明, 所提方法可以避免恒星质心提取误差和天基平台长时间运动对配准精度造成的影响, 相比标准的块匹配, 对于16位4096×4096的真实天基星图, 所提方法的子图匹配计算效率提升98.7%, 配准时间缩短了89.0%, 单帧配准的峰值信噪比平均提升了将近0.20; 所提序列星图的连续配准方式, 速度达到了0.040秒/帧, 配准结果的峰值信噪比为6.765, 能满足高精度和高实时性要求, 通过适当移植优化有望应用于后续的天基平台的弱小目标检测。
星图配准 序列星图 图像匹配 相关系数 star image registration star image sequences image matching correlation coefficient
1 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
3 安徽师范大学地理与旅游学院，安徽 芜湖 241000
通过分析多角度偏振成像仪（DPC）的后验误差，测试DPC的气溶胶反演效果，为算法改进提供支持。使用GRASP（generalized retrieval of aerosol and surface properties）算法在同等条件下对DPC和POLDER（polarization and directionality of the earth's reflectance）数据进行反演，分析两种传感器的强度（RI）和偏振（RP）的反演残差及气溶胶光学厚度（AOD）误差；讨论山区和非山区AOD的反演精度及加入偏振信息对反演的改进。在多数波段，DPC的AOD反演精度接近POLDER，但在865 nm波段二者有较大正向偏差；RI@565、RI@865及RP@865的绝对值较大且较为离散；非山区上空DPC与POLDER反演精度接近，但在山区二者均出现系统性偏高，DPC尤为明显；偏振信息的加入可以有效改善仅强度条件下的反演结果；扣除干扰因素，非山区上空AOD@670落入期望误差范围的比例为63.7%，相关系数为0.828。
遥感与传感器 气溶胶 偏振 多角度偏振成像仪 光学学报
2023, 43(24): 2428007
1 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司, 江苏盐城 224000
2 常州中能电力科技有限公司, 江苏常州 13000
针对激光雷达与可见光相机标定过程繁琐以及标定精度不高的问题，提出了一种基于EPnP算法的激光雷达与可见光相机的联合标定方法。首先，提出了基于先验信息的图像特征点提取方法，利用标定板的颜色信息与边缘轮廓信息，准确计算可见光图像中的特征点坐标；其次，提出了基于直线拟合的三维点云特征点提取方法，根据标定板的尺寸信息与边缘轮廓信息，准确提取三维点云中的特征点；最后，将在同步时序的可见光图像和激光雷达三维点云中提取的匹配特征点对作为EPnP算法的输入，求解激光雷达与可见光相机之间的外参矩阵。实验结果表明，与工业界广泛应用的Autoware标定工具箱相比，文中提出的方法能够获得更高的标定精度，并能简化冗杂的标定过程。
激光雷达 可见光相机 联合标定 特征点提取 lidar visual light camera joint calibration feature points extraction 
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454000
2 中国矿业大学环境与测绘学院, 江苏 徐州 221116
3 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241000
山区复杂的地形特征会导致地表反射率估算误差增加，降低地气解耦精度，进而影响气溶胶反演精度。当前应用较广泛的反演方法有基于波段关系估算地表反射的暗目标算法 (DT)、基于区域地表反射率库的深蓝算法 (DB) 和基于双向反射分布函数 (BRDF)、双向偏振分布函数 (BPDF) 模型估算地表反射率的GRASP (Generalized retrieval of atmosphere and surface properties) 算法。为探究适合山区气溶胶遥感的地气解耦方法，利用地面气溶胶自动观测网 (AERONET) 气溶胶产品 (AOD_A) 对比分析了2005年至2013年间POLDER-3 (Polarization and directionality of the earth's reflectances) 的GRASP气溶胶产品 (AOD_G)、中等分辨率成像光谱仪 (MODIS) 的DT气溶胶产品 (AOD_DT) 和DB气溶胶产品 (AOD_DB) 在中国区域的精度。结果显示，非山区站点处AOD_G与AOD_A整体相关性最高 (R = 0.921)，AOD_DT和AOD_DB总体精度差异不大，但山区AOD_G高于期望误差的比例达79.87%，AOD_DT和AOD_DB高估程度分别增加了近30%和20%。在河北兴隆和兰州大学半干旱气候与环境观测站 (SACOL) 两个山区站点分季节验证显示，植被覆盖度低的秋冬季节三种卫星产品精度均存在下降趋势，表明除去地表植被对反射率的影响后，山区地形影响了地气解耦精度。进一步分析显示，山区起伏地形对基于BRDF、BPDF模型的地气解耦方法影响较大；在山区等起伏地表上空，多角度观测的地表波段关系更有利于精确估算地表反射，而在城区BRDF、BPDF模型与波段关系估算地表反射的误差水平接近。研究结果为进一步优化多角度观测 (如高分五号DPC) 的山区气溶胶反演算法提供了新的方向。
山区 多角度偏振 气溶胶光学厚度 地气解耦 mountainous areas multi-angle polarization aerosol optical depth land-atmospheric decoupling 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 339
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Key Laboratory of Semiconductor Material Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
3 School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
We propose an integrated W-band transmitter enabled by an integrated dual-mode distributed feedback (DFB) laser and cascaded silicon photonic microring modulators for next-generation wireless communication. 10 Gb/s error-free intensity modulation and direct detection W-band transmission are achieved in experiments by using the dual-mode DFB laser and two free-running lasers. Moreover, we conduct an experiment of dual-carrier modulation based on cascaded microring modulators, achieving 3 dB signal-to-noise ratio improvement and better signaling integrity for wireless communication. The proposed photonic integrated W-band transmitter will be a viable solution for a high-speed and low-power wireless communication system.
Photonics Research
2023, 11(8): 1431
BaTiO3凭借其较高的电光系数、优良的压电性质和非线性光学性质, 成为制备高性能电光调制器的关键材料。其制备方法、实验条件和衬底的选择等决定了薄膜的质量、生长取向和电光系数等, 进而影响电光调制器的传播损耗、半波电压、消光比等性能。本文从电光调制器的工作原理出发, 围绕BaTiO3薄膜的制备方法、实验条件和薄膜衬底等, 探讨了成膜的取向和质量的影响因素, 分析了各个BaTiO3薄膜制备方法的优缺点, 论述了波导的结构及参数, 并展望了未来优化BaTiO3薄膜制备和波导制作工艺的方向。
BaTiO3薄膜 电光调制器 波导 电光系数 化学气相沉积法 分子束外延法 BaTiO3 thin film electro-optic modulator waveguide electro-optic coefficient chemical vapor deposition method molecular beam epitaxy method
1 东华大学纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 东华大学先进玻璃制造技术教育部工程研究中心, 上海 201620
3 洛阳迈乐耐火材料有限公司, 洛阳 471000
硅砖属于酸性耐火材料, 具有高荷重软化温度和抗酸性渣侵蚀能力, 但抗碱侵蚀能力很差, 因此研究不同硅砖的抗碱侵蚀能力对硅质耐火材料的应用有重要意义。本文选用了四种硅砖(JG-95#硅砖、BG-96A#硅砖、ZES-99#硅砖和DES-99#硅砖), 采用化学分析、显微结构分析、X射线粉末衍射分析和显气孔体密度分析等方法对比分析了四种不同硅砖晶相组成和晶相转变对抗碱侵蚀能力的影响, 结果表明, ZES-99#硅砖和DES-99#硅砖的抗碱侵蚀能力明显优于JG-95#硅砖和BG-96A#硅砖, 即二氧化硅含量较高的硅砖抗碱侵蚀能力更强, 并且以方石英、鳞石英和熔融石英为主晶相的硅质耐火材料都具有良好的抗碱侵蚀能力。
硅质耐火材料 抗碱侵蚀性能 晶相组成 晶相转变 显微结构 silica refractory alkali corrosion resistance crystal phase composition crystalline phase transition microscopic structure
