随着农业机器人技术的不断进步和发展，利用机器人采集和处理特定农作物图像信息在农业应用领域中越来越重要，针对传统图像处理方法提取的玉米植株轮廓不完整甚至是缺失的问题，提出一种改进的玉米植株轮廓提取方法。采用HSV颜色空间对玉米植株的绿色叶部分进行图像提取，同时使用RGB通道分离方式对红色的根部分进行图像提取，在得到叶部、根部图像后使用F-B算法选取特征点并对特征点进行描述和匹配，并利用随机抽样一致性算法剔除错误的匹配点，最后用加权融合方式对图像进行拼接并选用Sobel算子提取植株轮廓。实验结果表明，F-B算法相比于传统scale-invariant feature transform（SIFT）、speeded up robust features（SURF）、oriented FAST and rotated BRIEF（ORB）算法在匹配速度、精确度上有所提升且匹配准确度高于80%，使用Sobel算子提取植株图像轮廓，获得的图像清晰度和完整度较好。该方法能够在较快速度和较高的精准度下实现对玉米植株的轮廓提取。

增材制造作为一种先进成形方法备受关注，然而，增材制造过程的开发通常需要进行高成本且费时的试错实验，这大大限制了增材制造技术的发展。机器学习作为一种新型人工智能技术，可以加快增材制造各环节的研发进程，因而受到了学术界和工业界的广泛关注。本文综述了基于机器学习的增材制造过程优化和新型金属材料研发进展。首先，对应用于增材制造中的机器学习技术进行了简述；其次，对机器学习在金属材料增材制造过程控制与优化中的应用展开论述，包括成形过程监测与质量控制、工艺窗口预测和沉积路径优化等；然后，介绍了机器学习在基于增材制造研发新型合金材料的研究与应用现状，包括合金成分设计和组织性能预测等；最后，总结并展望了机器学习在该领域未来的发展趋势。

The polymer waveguide optical biosensor based on the Mach-Zehnder interferometer (MZI) by using spectral splitting effect is investigated. The MZI based biosensor has two unequal width sensing arms. With the different mode dispersion responses of the two-arm waveguides to the cladding refractive index change, the spectral splitting effect of the output interference spectrum is obtained, inducing a very high sensitivity. The influence of the different mode dispersions between the two-arm waveguides on the spectral splitting characteristic is analyzed. By choosing different lengths of the two unequal width sensing arms, the initial dip wavelength of the interference spectrum and the spectral splitting range can be controlled flexibly. The polymer waveguide optical biosensor is designed, and its sensing property is analyzed. The results show that the sensitivity of the polymer waveguide optical biosensor by using spectral splitting effect is as high as 104 nm/RIU, with an improvement of 2–3 orders of magnitude compared with the slot waveguide based microring biosensor.

A 2×2 optical waveguide coupler at 850 nm based on the multimode interference (MMI) structure with the polysilsesquioxanes liquid series (PSQ-Ls) polymer material and the imprint technique is presented. The influence of the structural parameters, such as the single mode condition, the waveguide spacing of input/output ports, and the width and length of the multimode waveguide, on the optical splitting performance including the excess loss and the uniformity is simulated by the beam propagation method. By inserting a taper section of isosceles trapezoid between the single mode and multimode waveguides, the optimized structural parameters for low excess loss and high uniformity are obtained with the excess loss of -0.040 dB and the uniformity of -0.007 dB. The effect of the structure deviations induced during the imprint process on the optical splitting performance at different residual layer thicknesses is also investigated. The analysis results provide useful instructions for the waveguide device fabrication.

Slot结构在提高集成波导光学传感器灵敏度和降低探测极限值方面具有极大的优势。对基于Slot结构的聚合物PSQ-Ls 波导微环光学生物传感器进行了研究。分析了850 nm 波段Slot波导的单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度对传感器灵敏度的影响，在满足单模传输的条件下，得到了优化的微环传感器横截面尺寸参数。对Slot结构波导微环的弯曲损耗、自由光谱范围等进行了仿真分析，得到微环传感器的消光比、品质因子等随结构参数的变化，确定了优化的微环弯曲半径、耦合效率。与正脊形结构波导微环传感器相比，Slot结构波导微环传感器的灵敏度是前者的两倍，探测极限值是其一半。

温度敏感性是影响波导微环光学生化传感器性能的重要因素。从微环谐振方程出发分析了微环传感器温度敏感性产生的机理，研究了以SU8-NOA61-SU8 三明治结构聚合物衬底代替传统硅衬底，利用衬底的热膨胀效应抵消波导的热光效应，来消除聚合物波导微环光学生化传感器的温度敏感性。采用ANSYS软件对三明治衬底的厚度进行了仿真设计，得到了温度不敏感条件下的衬底厚度参数。对SU8 和NOA61 旋涂成膜工艺进行了实验研究，得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分别为0.07 μm@20 r/min 和0.34 μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物衬底波导微环传感器的温度敏感性和探测极限值，达到了带有温控装置的硅衬底聚合物波导微环传感器的性能。

针对温度波动对生物传感器探测性能的影响, 本文提出了一种三环型波导微环谐振器无热化生物传感器。传感器芯片以3个微环谐振器为一个传感单元, 3个微环谐振器并联排列, 且分别工作在1 500、1 550和1 580 nm波长, 以其中两个为基本探测微环, 另外一个作为备用微环。由于3个微环工作波长不同, 可通过运算消去温度对探测谱线变化值的影响项, 从而实现传感器的无热化探测。相对于传统的无热化方案, 本方案制备材料不受限, 且无需参考微环, 不存在浪费面积, 集成度更高。另外备用微环的设计可以防止部分微环工作失常时传感器无法工作情况的发生, 提高了系统的稳定性及可靠性。

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用, 提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合, 可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时, 其总效率高达93.05%。另外, 发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期), 设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器, 器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度, 可以大幅减小耦合周期, 这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。

A novel inorganic-organic hybrid polymer polysiloxane-liquid (PSQ-L) is introduced for defining waveguides. The PSQ-L polymer film shows good optical properties and high thermal stability. The all polymer microring resonator is fabricated by conventional lithography and ICP etching process. About 3-dB extinction ratio from the through port and 23-dB extinction ratio from the drop port are obtained. A high Q value of 5.7×104 is obtained. The optical loss of the bending waveguides is estimated to be 1.6 dB/cm. The high Q polymer ring resonators show potential in sensing applications.

对应用于光控相控阵系统的级联微环集成波导光延时线进行了研究，重点分析了波导微环耦合系数在过耦合和欠耦合状态下对其延时响应的影响。以三环级联光延时线结构为例，研究了无限制耦合条件和过耦合条件下得到的优化结构参数以及获得的延时性能。结果表明，在小的延时量目标下，无限制耦合条件比过耦合条件更有利于实现带内平坦的延时响应和幅度响应，对集成波导微环光延时线的设计与实现具有良好的参考价值。