The discharged capillary plasma channel has been extensively studied as a high-gradient particle acceleration and transmission medium. A novel measurement method of plasma channel density profiles has been employed, where the role of plasma channels guiding the advantages of lasers has shown strong appeal. Here, we have studied the high-order transverse plasma density profile distribution using a channel-guided laser, and made detailed measurements of its evolution under various parameters. The paraxial wave equation in a plasma channel with high-order density profile components is analyzed, and the approximate propagation process based on the Gaussian profile laser is obtained on this basis, which agrees well with the simulation under phase conditions. In the experiments, by measuring the integrated transverse laser intensities at the outlet of the channels, the radial quartic density profiles of the plasma channels have been obtained. By precisely synchronizing the detection laser pulses and the plasma channels at various moments, the reconstructed density profile shows an evolution from the radial quartic profile to the quasi-parabolic profile, and the high-order component is indicated as an exponential decline tendency over time. Factors affecting the evolution rate were investigated by varying the incentive source and capillary parameters. It can be found that the discharge voltages and currents are positive factors quickening the evolution, while the electron-ion heating, capillary radii and pressures are negative ones. One plausible explanation is that quartic profile contributions may be linked to plasma heating. This work helps one to understand the mechanisms of the formation, the evolutions of the guiding channel electron-density profiles and their dependences on the external controllable parameters. It provides support and reflection for physical research on discharged capillary plasma and optimizing plasma channels in various applications.

采用近红外高光谱成像技术对大豆水分含量进行快速无损检测, 实现大豆水分含量可视化。 采集了96个不同品种大豆样本在900~2 500 nm的高光谱图像, 采用直接干燥法测量每个大豆样品的水分含量。 利用系统自带的HSI Analyzer软件提取图像感兴趣区域(ROI)的平均光谱信息, 代表样品的光谱信息。 利用SPXY算法划分样品校正集和预测集, 并保留938~2 215 nm波段范围内的光谱数据。 采用移动平滑(moving average)、 S-G平滑、 基线校正(baseline)、 归一化(normalize)、 标准正态变量变换(standard normal variate, SNV)、 多元散射校正(multiple scattering correction, MSC)、 去趋势(detrending)共7种光谱预处理方法, 发现Normalize方法处理后的PLSR模型效果较好。 为了去除光谱冗余信息, 简化预测模型, 采用连续投影算法(SPA)、 竞争性自适应加权算法(CARS)、 无信息消除变量法(UVE)提取特征波长, 其中SPA, CARS和UVE三种算法优选出14, 16和29个波长, 分别占总波长的6.5%, 7.4%和13.4%。 分别对938~2 215 nm波段光谱和特征波长建立预测模型, 并将效果较优的模型与Normalize方法结合。 建立的14种预测模型效果相比较, 发现SPA算法筛选的特征波长建模预测效果较好, 并优选出Normalize-SPA-PCR模型, 模型的RC2和RP2值较高, 分别为0.974 6和0.977 8, RMSEP和RMSECV值较低, 分别为0.238和0.313, 模型的稳定性和预测性较好, 可以对大豆水分含量进行准确预测。 将Normalize-SPA-PCR模型作为大豆水分含量可视化预测模型, 计算高光谱图像每个像素点的水分含量, 得到灰度图像, 对灰度图像进行伪彩色变换, 得到大豆水分含量可视化彩色图像。 对预测集的24个大豆品种进行可视化处理, 发现不同水分含量大豆的可视化图像颜色不同, 水分含量变化对应的颜色变化较为明显。 结果表明, 高光谱成像技术结合化学计量学可以准确快速无损预测大豆水分含量, 实现大豆水分含量可视化, 为大豆收获、 贮藏加工过程中水分含量检测提供了技术支持。

为了降低零模波导照明系统的成本、缩小尺寸，设计并完成衍射光栅、光波导以及零模波导的片上集成，并对集成化芯片的微纳结构及性能进行验证。采用时域有限差分法对集成化芯片进行了仿真设计，基于微纳加工手段制备出片上衍射光栅、光波导以及零模波导阵列结构，对微观结构进行表征，并借助荧光微球对芯片的性能进行验证。通过荧光微球测试，制备的集成化芯片可以实现荧光微球的有效激发；通过微观结构表征，衍射光栅周期为（352.8±2.6） nm，齿宽为（155.3±2.4） nm，刻蚀深度为（67.8±3.5） nm；光波导芯层的宽度为（504.05±10.35） nm，高度为（184.9±8.9） nm；零模波导直径为（200.2±6.4） nm，深度为（301.3±7.6） nm，满足设计要求。芯片尺寸为22 mm×22 mm，最小线宽为155 nm，通过8个衍射光栅、约1 000条光波导以及数十万个零模波导阵列结构的片上集成，为零模波导的照明提供了一种紧凑且有效的解决方案。

针对高精度柔性扫描平台以现有速度曲线模型运动时运算量、残余振动大以及稳态时间长等问题，基于时间最优原则建立了最优阶多项式速度曲线，降低高精度柔性扫描平台运动时的残余振动与稳态时间。建立高精度柔性扫描平台简化模型，以速度、加速度、加加速度及其一阶导数等限制条件为边界，对不同阶数多项式速度曲线进行残余振动仿真分析，由仿真结果确定多项式速度曲线最优阶，随后构建最优阶多项式速度曲线方程并以高精度柔性扫描平台为对象进行残余振动实验。最优阶多项式速度曲线与传统梯形速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了67.91%，稳态时间缩短了49.92%；与常规三阶多项式速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了42.94%，稳态时间缩短了32.50%，具有较好性能。本文提出的最优阶多项式速度曲线模型克服了现有速度曲线在高精度柔性扫描平台应用中运算量与残余振动较大，稳态时间较长的问题，实验结果表明该速度曲线模型有效降低了残余振动，缩短了稳态时间，提高了运行效率，进而提高了高精度柔性扫描平台的性能。

传统的数字PCR检测仅针对扩增终点的核酸样本执行终点式的荧光分析，依据反应后的荧光图像进行阴阳性统计及样本浓度计算，分析结果极易受假阳性及非特异性扩增影响。本文提出了一种基于过程的实时微孔式数字PCR芯片阴阳性分析方法，从时间维度对数字PCR结果进行定量分析，提高数字PCR检测的准确性。设计支持实时数字PCR分析的硬件系统并与终点式数字PCR仪进行对比，验证系统性能。在此系统上检测不同浓度的人类Ⅳ型疱疹病毒样本，获取实时扩增曲线，采用支持向量机算法对扩增曲线的特征进行学习并应用于检测曲线分类。实验结果表明，所设计的实时数字PCR系统与终点式数字PCR仪扩增结果具有高度一致性。本文所述的基于支持向量机的分类算法对扩增曲线的分类准确率达到98%以上，能准确识别假阳性及非特异性扩增微孔。相比于传统阈值分割法，本方法对阳性点识别的平均准确率提高了17.60%，并且目标模板拷贝数越低，效果越明显。与传统的终点式数字PCR相比，本文提出的基于实时数字PCR系统的数据分析方法具有准确性更高的优势，尤其在低拷贝数检测下可以获取更为精确的定量结果。

本文设计并研制了一种改进的零模波导器件，采用此种器件实现了荧光信号的增强，解决了荧光串扰等问题。采用微纳加工手段实现了这一器件的制备，该器件通过微透镜与纳米孔的结合减少了荧光的发散角，荧光的相长干涉增强了检测信号的强度。具体地，采用电子束光刻制备了直径可控的纳米孔阵列，结合紫外光刻及反应离子刻蚀实现了角度可调的微透镜阵列，并采用ImageJ读取荧光灰度值进行了信号比对。通过与未改进的零模波导器件相比，改进后的器件其荧光信号增强了14.5倍，信噪比提升了9倍。通过SEM表征，该器件的纳米孔直径为（100.3±4.9 ）nm；微透镜倾角（21.1±0.7）°。改进的零模波导器件在增强了荧光信号的同时有效减少了荧光串扰的问题，相关研究对微弱荧光检测、荧光串扰等问题提供了一种可行的解决思路。