Author Affiliations
Abstract
1 Huazhong University of Science and Technology, School of Optical and Electronic Information, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Wuhan, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan, China
Silicon nitride (Si3N4) waveguides with high confinement and low loss have been widely used in integrated nonlinear photonics. Indeed, state-of-the-art ultralow-loss Si3N4 waveguides are all fabricated using complex fabrication processes, and all of those reported that high Q microring resonators (MRRs) are fabricated in laboratories. We propose and demonstrate an ultralow-loss Si3N4 racetrack MRR by shaping the mode using a uniform multimode structure to reduce its overlap with the waveguide. The MRR is fabricated by the standard multi project wafer (MPW) foundry process. It consists of two multimode straight waveguides (MSWs) connected by two multimode waveguide bends (MWBs). In particular, the MWBs are based on modified Euler bends, and an MSW directional coupler is used to avoid higher-order mode excitation. In this way, although a multimode waveguide is used in the MRR, only the fundamental mode is excited and transmitted with ultralow loss. Meanwhile, thanks to the 180 deg Euler bend, a compact chip footprint of 2.226 mm perimeter with an effective radius as small as 195 μm and a waveguide width of 3 μm is achieved. Results show that based on the widely used MPW process, a propagation loss of only 3.3 dB / m and a mean intrinsic Q of around 10.8 million are achieved for the first time.
silicon nitride microring resonator ultrahigh-Q factor Advanced Photonics Nexus
2023, 2(4): 046007
碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同, 导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能, 并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明: 碱性速凝剂加入水泥后, ［Al(OH)4］-加快了水泥中石膏的消耗速度, 水化初期生成大量钙矾石(AFt), 促进了硅酸三钙（C3S）矿物的水化, 缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度, 但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成, 影响了水泥基材料的后期抗压强度发展; 无碱速凝剂加入水泥后, ［Al(OH)4］-和SO2-4在液相中生成了大量AFt, 促进了铝酸三钙（C3A）和C3S矿物的水化, 影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是, SO2-4不仅促进了C3A生成AFt的过程, 也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成, 因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外, 后期28 d抗压强度也不受影响。
速凝剂 速凝机理 早期抗压强度 钙矾石 石膏 水化热 accelerator quick setting mechanism early compressive strength ettringite gypsum hydration heat
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料, 材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性。 该类材料的孔隙度分布在84%~95%之间, 微观孔径主要集中在100 μm范围内, 偶尔有少量纳米孔。 陶瓷纤维复合材料以其耐高温、 低密度、 高比强和抗烧蚀等优异性能在超高声速飞行器外层隔热部件得到应用, 但该类材料可能因为制作和装配的工艺水平等因素出现夹杂、 孔洞甚至大面积脱粘等现象。 由于陶瓷纤维复合材料结构与应用场景的特殊性使得常规的无损检测手段效果不佳, 而太赫兹(THz)技术作为一种新兴的无损检测技术, 在该类材料的无损检测具有很大的潜力, 可与常规检测技术形成互补。 针对陶瓷纤维复合材料构件粘接层缺陷检测问题, 研究了太赫兹时域信号和太赫兹层析成像方式对缺陷定位方法。 基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)无损检测技术获取和对比试样中有粘接层缺陷和粘接层完好位置的时域波形的波形峰值和相位差异, 并经过反卷积滤波技术对时域波形进行处理, 定性分析时域波形与粘接层缺陷特性的关系, 宏观判断缺陷存在; 通过对太赫兹波段陶瓷纤维复合材料光学参数提取测定太赫兹波段的平均折射率为1.028, 进而分析粘接层缺陷的深度和厚度分别为18.4和0.28 mm, 与预置缺陷真实深度和厚度相比准确度分别为92%和90%。 但由于通过时域信号提取的平均折射率会给粘接层缺陷位置分析造成误差, 因此以太赫兹层析成像方式进一步估计缺陷的位置, 分析了太赫兹层析成像噪声来源以及对成像质量的影响并采用了双边滤波对层析成像降噪滤波, 基于太赫兹层析成像技术建立了位置评估模型, 获取了粘接层缺陷的厚度为0.26 mm, 较预置缺陷厚度的准确度为96%, 有效地完善了太赫兹检测技术对缺陷定位的形式, 实现了陶瓷纤维复合材料构件的粘接层缺陷的高精度定位表征。
陶瓷纤维复合材料 太赫兹时域光谱 反卷积滤波 太赫兹层析成像 双边滤波 Ceramic fiber composite materials Terahertz time-domain Spectroscopy Deconvolution filtering Terahertz tomography Bilateral filtering 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1547
中国洛阳电子装备试验中心，河南 济源 459000
根据三维视景仿真场景实时性要求高的特点，对三维模型的建模及优化提出了更高要求。综合利用Multigen Creator和Terra Vista等软件，以“MQ-1捕食者”无人机为例，在虚拟现实技术的基础上，利用构造无人机模型过程中的自由度(DOF)控制技术、模型数据库优化技术和纹理映射技术等关键技术来实现对无人机动态实体模型的构建和任务飞行的模拟。对以无人机为主体的虚拟环境视景仿真建模关键技术进行研究，实现对无人机等视景仿真模型的构建、虚拟环境的建模，生成高效、优化的模型，为后续实时仿真应用以及在三维模型的优化以及地形、影像和地理信息系统(GIS)数据的相互精确匹配上，打下坚实基础。
无人机 Creator工具 大地形 DOF节点 视景仿真 三维建模 Unmanned Aerial Vehicle(UAV) Creator tool large terrain DOF node visual simulation 3D modeling 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1088
1 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
芝麻油营养丰富, 因市场价格较高, 掺假现象频出, 严重损害了消费者利益和市场的健康发展。 因此, 研发一种简单快速准确鉴别掺伪芝麻油的方法, 对保障消费者权益和市场健康具有重要意义。 为此, 提出了一种小波矩结合三维荧光光谱掺伪芝麻油鉴别方法。 该方法简单快速, 计算样本的任一有效特征进行谱系聚类, 即可准确鉴别掺伪芝麻油。 以43个样本(芝麻油16个, 掺伪菜籽油、 掺伪大豆油及掺伪玉米油各9个)为研究对象, 用FS920荧光光谱仪获得样本的三维荧光光谱。 用db2小波将光谱进行多尺度分解(MRSD), 用MRSD的一阶离散逼近系数构造小波矩。 用前两阶小波矩值W0,0, W1,0, W1,1, W0,1, W2,0, W2,1, W2,2, W1,2, W0,2分别作为特征对样本进行谱系聚类, 观察分析聚类结果。 结合邓恩分类指数(DVI)进一步分析, 研究同阶小波矩分类效果及规律。 进而研究各阶小波矩的分类效果及规律。 最终确定了用于鉴别掺伪芝麻油的最佳小波矩值。 结果表明: MRSD一阶逼近重构光谱可以在保留原光谱的有效特征基础上, 大量去除噪声, 减少光谱数据量72.4%, 增强模型的抗噪稳定性和实时性。 利用小波矩前两阶矩值W2,1, W2,2, W1,2, W0,2其一作为分类特征进行谱系聚类, 即可鉴别掺伪芝麻油。 同阶小波矩(Wp,q)随p值减小q值增大呈现规律性, 确定了同阶小波矩的有效矩值及最佳有效矩值。 小波矩随着阶数的增加DVI先增后减, 最后趋于稳定, 确定了各阶小波矩中可用于鉴别掺伪芝麻油的目标矩值W0,q≥2及最佳目标矩值W0,6。 小波矩的有效及目标矩值是针对样本分类的有效特征, 计算样本的任一有效特征进行谱系聚类, 即可实现掺伪芝麻油的鉴别。 该研究思路及结论为矩值法应用到三维荧光光谱提供参考。 该方法简单快速, 可实现在线测量, 为质监部门及生产企业提供油品检测和鉴定手段。
芝麻油 三维荧光 小波矩 多尺度分析 谱系聚类 邓恩指数 Sesame oil Three-dimensional fluorescence spectra Wavelet moments Multiresolution signal decomposition Hierarchical clustering Dunn's cluster validity index 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1547
1 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
3 柳州职业技术学院, 广西 柳州 545000
三维荧光光谱结合多元校正分析对石油类污染物复杂多组分体系测定方法多谱图混叠, 且易受到空白荧光和干扰物荧光影响降低了测定准确性。 提出在三维荧光光谱中增加一维温度信息构造激发波长-发射波长-温度-样品(EEM-temperature data array)的四维荧光光谱数据阵列, 应用四线性成分模型建立高维荧光光谱定性定量分析的方法。 实验证明在15～25 ℃温度范围内, 矿物油荧光光谱轮廓形状不随温度变化, 而其强度随温度线性变化, 满足四线性要求, 这为构建四维荧光光谱发展高维数据的三阶校正提取更丰富的有效信息提供了可能。 三阶校正不仅可以在干扰物共存的情况下对感兴趣组份进行定量测定, 即具有“二阶优势”, 还具有更高的选择性和灵敏性, 可以对高共线性和背景干扰的重叠光谱表现更好的解析能力, 即“三阶优势”。 对0#柴油、 97#汽油和机油为混合油待测组分, 腐殖酸为水体干扰组分组成的复杂体系污染油样品为进行实验, 得到的三维荧光光谱利用平行因子(PARAFAC)算法和交替惩罚三线性分解(APTLD)算法进行二阶校正分析, 将三维荧光光谱在温度方向上堆叠构成增加温度维度的四维荧光光谱数阵, 并将其利用四维平行因子算法(4-PARAFAC)和交替惩罚四线性分解(APQLD)算法进行三阶校正分析, 比较, 0#柴油、 97#汽油和机油的预测结果表明增加了影响荧光光谱的温度因素构造的四维荧光光谱提高了有效信息提取能力, 四维荧光光谱结合高阶校正算法能提高油种光谱识别和浓度精确检测, 较传统的三维荧光光谱分析提高了回收率(recovery rate)和预测均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP), 有利于石油类污染物的有效, 准确, 实时, 绿色环保检测。 同时指出了4-PARAFAC和APQLD算法各自的特点及其不同适用环境, 为油类污染物检测具体情况提供算法选择依据。 引入温度参量的四维荧光光谱结合三阶校正算法的检测技术较三维荧光光谱技术, 在组分光谱定性分辨和浓度定量检测方面能对复杂体系油类污染物实现快速有效, 绿色无污染地检测, 实现“数学分离”更有效代替“化学分离”。
四维荧光光谱 石油类污染物 三阶校正 高阶优势 Four dimensional fluorescence spectra Petroleum pollutants Third order correction Higher-order advantage 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2546
1 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
以多环芳烃中的芴和苊为研究对象, 提出一种将三维荧光光谱技术与Krawtchouk图像矩、 广义回归神经网络相结合的定量分析的方法。 利用FS920荧光光谱仪获取样品的三维荧光光谱数据, 得到对应的三维光谱灰度图。 直接计算三维光谱灰度图的Krawtchouk矩, 将得到的Krawtchouk矩经平均影响值筛选后作为广义回归神经网络的输入, 建立多环芳烃(PAHs)的定量模型。 预测8组混合溶液的测试样本, 芴和苊的平均相对误差分别为0.98%和2.15%。 研究结果表明, Krawtchouk矩经过筛选后预测结果更为准确, 该方法能够有效提取光谱的特征信息, 简单、 准确的预测PAHs的浓度。
三维荧光光谱 Krawtchouk矩 平均影响值 广义回归神经网络 Three-dimensional fluorescence spectroscopy Krawtchouk moment Mean impact value Generalized regression neural network 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3785
燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室， 河北 秦皇岛 066004
为了实现对掺伪芝麻油的快速鉴别， 应用FS920荧光光谱仪测定样品的三维荧光光谱数据。 将三维荧光光谱图视为灰度图， 在没有任何预处理的前提下， 直接应用Zernike图像矩提取三维光谱灰度图的特征信息， 然后采用类平均法对特征信息进行聚类分析， 从定性角度实现掺伪芝麻油的鉴别， 并解析其组成成分。 最后应用广义回归神经网络（GRNN）对掺伪样本的成分进行定量分析。 聚类分析能够以很高的辨识率来识别掺伪芝麻油， 并能够正确解析其组成成分。 定量模型预测了2组掺伪样本中各成分的相对体积， 其平均相对误差分别为2.23%， 8.00%， 9.70%和9.70%。 分析结果表明， Zernike矩能够有效提取光谱的特征信息， 光谱数据的Zernike矩特征结合聚类分析以及GRNN模型能够获得良好的定性和定量分析结果， 为掺伪芝麻油的鉴别提供了一种新的方法。
三维荧光光谱 Zernike图像矩 聚类分析 定量分析 掺伪鉴别 Three-dimensional fluorescence spectroscopy Zernike image moments Clustering analysis Quantitative analysis Adulteration identification 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2456
1 燕山大学 测试计量技术及仪器河北省重点实验室， 河北 秦皇岛066004
2 燕山大学 信息科学与工程学院， 河北 秦皇岛066004
应用FS920荧光光谱仪测定样品的三维荧光光谱数据，直接利用Tchebichef矩提取三维光谱灰度图的特征信息，然后对其进行聚类分析，最后通过逐步回归建立样本中各成分的线性模型。聚类分析能够准确识别掺伪芝麻油，并正确解析其组成成分,得到的线性模型相关系数R＞0.99。研究表明，Tchebichef矩能够有效提取光谱的特征信息，应用于掺伪芝麻油鉴别可获得良好的定性和定量分析结果。
三维荧光光谱 Tchebichef矩 聚类分析 定量分析 掺伪鉴别 three-dimensional fluorescence spectroscopy Tchebichef moments clustering analysis quantitative analysis adulteration identification
1 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 河北环境工程学院, 河北 秦皇岛 066102
3 沈阳仪表科学研究院有限公司, 辽宁 沈阳 110043
提出了一种光谱重叠的多种矿物油混合物组分含量测定的新方法。 将偏最小二乘方法(PLS)推广至三维扩展(tri-PLS), 不需要解决特征值问题。 利用该方法对柴油、 汽油和煤油混合物的三维荧光光谱进行研究, 根据样本序列、 激发波长、 发射波长构造出三维数据矩阵, 结合浓度矩阵应用tri-PLS法建立校正模型, 对实验样本进行预测, 实验结果表明tri-PLS方法的建模精度比常用的平行因子法优越。
三维荧光光谱 油类混合物 建模精度 Tri-PLS tri-PLS Three-dimensional fluorescence spectra Oil mixture Modeling accuracy 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3771
