为了解决深度确定性策略梯度(DDPG)算法在规划无人机(UAV)安全避障路径时收敛速度慢、奖励函数设置困难等问题, 基于逆向强化学习提出了一种融合专家演示轨迹的UAV路径规划算法。首先, 基于模拟器软件采集专家操纵UAV避障的演示轨迹数据集; 其次, 采用混合采样机制, 在自探索数据中融合高质量专家演示轨迹数据更新网络参数, 以降低算法探索成本; 最后, 根据最大熵逆向强化学习算法求解专家经验中隐含的最优奖励函数, 解决了复杂任务中奖励函数设置困难的问题。对比实验结果表明, 改进后的算法能有效提升算法训练效率且避障性能更优。
无人机 路径规划 逆向强化学习 深度确定性策略梯度 UAV path planning reverse reinforcement learning DDPG
1 中国建材国际工程集团有限公司技术中心, 上海 200063
2 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司, 蚌埠 233000
太阳电池的光电转换效率随着组件温度升高而降低, 适当冷却可以改善电池效率, 延长使用寿命, 因此人们对运行中太阳电池的冷却问题越来越关注。相比主动冷却, 太阳电池的被动冷却具有自我维持和无额外能耗等优势, 近年来被广泛研究。其中基于光谱选择的被动冷却主要包括两个方面: 一是选择性地屏蔽太阳辐射(0.3~2.5 μm)中的亚带隙光, 减小吸收热, 但保持光电响应波段光的高透射率; 二是提高光伏表面中红外波段(4~25 μm)的发射率, 提升寄生热的辐射散热能力。本文从光谱选择的角度出发, 对促进太阳电池降温的太阳光谱选择、辐射制冷及全光谱选择的材料和结构进行了归纳和总结。通过刻蚀、溅射、辊涂等方法在玻璃表面制备的光谱选择材料可以屏蔽太阳光谱中不激发光电效应的波段, 增强中红外辐射制冷能力, 从而有效降低光伏温度和提高光电转换效率。此外, 文章还对被动式制冷材料的产业化潜力进行了展望, 为相关的开发提供参考。
太阳电池 辐射制冷 太阳光谱选择 被动冷却材料 光电转换效率 光子晶体 等离激元 solar photovoltaic radiative cooling spectral-selective passive cooling material photoelectric conversion efficiency photonic crystal plasmonic
1 中国建材国际工程集团有限公司, 上海 200063
2 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司, 蚌埠 233000
光致变色玻璃的透光率随光辐射强度的不同而变化, 因此, 光致变色玻璃可用于调控阳光进入建筑, 是具有节能功效的智能玻璃。然而, 目前光致变色玻璃在建筑中应用的研究较少, 缺少科学评价其节能性能的方法。本文以制备的卤化银光致变色玻璃为研究对象, 建立了光致变色玻璃节能性能简化模拟方法。利用DeST能耗软件研究了光致变色玻璃应用于不同建筑中的节能效果, 计算和比较了两种变色特性的光致变色玻璃在不同建筑中的冷热负荷和照明能耗。研究结果显示: 光致变色玻璃在建筑面积较大且窗墙比0.6以上的公共建筑中, 全年节能率最高超过10%; 在建筑面积和窗墙比较小的建筑中, 其主要作用在于阻隔紫外线和防眩光。本文的方法和结果可为光致变色玻璃节能性能的研究提供参考, 对光致变色玻璃的应用推广具有一定的促进作用。
光致变色玻璃 智能玻璃 建筑节能 窗墙比 照明能耗 冷热负荷 photochromic glass smart glass building energy conservation window wall ratio lighting energy consumption cooling and heating load
1 中国科学院上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 武汉工程大学, 湖北省光学信息技术重点实验室, 武汉 430205)
采用多孔坩埚温度梯度法生长了0.6at%Eu∶CaF2晶体和共掺0.6at%Eu, 6.4at%Na∶CaF2, 0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2晶体。XRD测试表明晶体仍均表现为纯CaF2的立方相, 共掺后吸收强度降低。以398 nm氙灯激发晶体材料, 荧光光谱表明共掺调剂离子后可明显增加Eu2+在424 nm处的发光强度, 而Eu3+的特征发射5D0→7FJ(J=1, 2, 3, 4) 除了表现出半峰宽变大外, 峰位和强度均无明显变化。0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2表现出Eu3+的5D2→7F3和5D0→7F0特征发射峰, 主要可能归因于共掺Gd3+后打破了非反演对称结构, R值(电、磁偶极跃迁比值)明显降低, 提高了晶体格位结构的对称性。共掺Na+后在CIE色域坐标图上显示坐标由(0.303 7,0.142 5)可变为(0.204 3,0.062 6), 对应从紫色到蓝色的色域调控。
Eu∶CaF2晶体 光谱调控 发光 Na+/Gd3+共掺 多孔坩埚温度梯度法 Eu∶CaF2 crystal spectroscopy tailoring luminescence co-doping Na+/Gd3+ porous crucible temperature gradient method
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 北京大学眼视光学研究中心，北京 100027
本文提出了一种新的角膜面形分析方法，不仅消除了角膜本体厚度对塑形后角膜面形分析的影响，同时也能体现塑形后角膜的不对称性。在角膜前表面高度数据分析中引入基准参考面，以消除角膜本体厚度的影响，进而将塑形后的角膜前表面划分为光学区、转换区和边缘区。分析表明，角膜塑形后的光学区口径为（1.9±0.27） mm，曲率半径为（8.32±0.38） mm；转换区口径为（6.56±0.38） mm，曲率半径为（7.48±0.55） mm；边缘区的曲率半径为（10.49±1.83） mm。角膜塑形后的转换区水平方向屈光能力小于竖直方向的屈光能力，鼻侧屈光能力大于颞侧屈光能力，上侧屈光能力大于下侧屈光能力。利用所得参数建立半定制化的眼模型，对眼模型进行分析，结果表明：角膜塑形后周边呈近视性离焦，各方向的离焦呈非对称性分布，符合临床表现。
角膜塑形镜 角膜分区 周边离焦 分区算法 眼模型 orthokeratology lens division of cornea peripheral defocus partition algorithm eye model
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所, 天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
为了使白内障患者在术后获得良好的视觉效果,提出一种扩展焦深的双区域非球面衍射人工晶状体(IOL)设计。在Zemax软件中基于无晶状体眼模型对其进行了优化和分析。分析结果表明,在±4°的视场内,从0.75 m到无穷远的物距,佩戴此人工晶体的人眼模型在550 nm波长、2.5 mm瞳孔直径的条件下调制传递函数(MTF)值在空间频率为50 cycles·mm -1时保持在0.30以上。对角膜非球面系数的变化进行了蒙特卡罗分析,结果表明,当角膜非球面系数在-0.70~0.60的范围内变化时,从0.75 m到无穷远的物距,空间频率为50 cycles·mm -1处约有90%的MTF大于0.29。此外,理论分析表明,所设计的人工晶体在不同瞳孔和白光照明的情况下,其成像性能基本保持稳定。
光学设计 人工晶体 角膜非球面系数 调制传递函数 光学学报
2020, 40(10): 1022001
1 囯网安徽省电力有限公司 信息通信分公司，合肥 230061
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
以“内生安全光通信理论与技术研究”国家自然基金重点项目为研究背景，详细介绍了物理层密钥分发的3种现有技术方案。为了实现高速率与现有通信系统兼容的物理层密钥分发，提出了一种基于光纤信道特征的物理层密钥分发技术；基于光纤信道传输误比特率特性和密钥分发技术，发送端和接收端使用双端环回测量误比特率方式提取和量化生成密钥。研究结果表明:该技术实现了光纤传输速率为10 Gb/s的200 km距离传输，物理层安全协商密钥生成速率达到400 kb/s时，安全协商密钥误比特率不超过2%。
物理层密钥分发 光纤信道特征 双端环回测量 误比特率 physical layer key distribution fiber channel characteristics double-ended loopback measurement bit error rate
1 国网安徽省电力有限公司信息通信分公司, 安徽 合肥 230061
2 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司), 江苏 南京 211000
3 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 211000
量子密钥分发利用量子力学特性来保证通信安全,它使通信的双方能够产生 并分享一个随机的、安全的密钥,用于对传输数据进行加解密。测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)是量子密钥 分发(QKD)的重要组成部分,能够解决QKD 协议中因为测量设备引起的安全漏洞,在保证协议安全性的同时延长通信 距离。分析了量子网络中量子隐形传态原理,针对MDI-QKD协议的特殊性,提出将量子隐形传态应用到MDI-QKD协议中。 该协议将Alice制备的量子态在量子网络中通过隐形传态的方式传送给David, 然后David与通信的另一方Bob一起运行 MDI-QKD协议。阐述了基于量子隐形传态的MDI-QKD协议的实现流程,并引入了量子态的保真度参数,对MDI-QKD协议的 密钥率进行了分析。仿真实验表明量子隐形传态对MDI-QKD协议的增益效果十分明显,可以大幅度延长密钥的安全传输 距离,保证了安全协议对测量设备的不依赖性,有效避免了QKD系统中测量器端的所有攻击。
量子信息 量子密钥分发 量子隐形传态 测量设备无关量子密钥分发 密钥率 quantum information quantum key distribution quantum teleportation measurement device-independent quantum key distrib key rate
1 国网安徽省电力有限公司信息通信分公司, 安徽 合肥 230061
2 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司), 江苏 南京 211000
3 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 211000
量子密码是量子理论和密钥学相结合的产物,是量子保密通信的重要组成部分。量子秘密共 享(Quantum secret sharing, QSS) 是量子密码的核心内容之一,它可以在不完全信任的通信双方间传递密钥,引起了国内外研究人员的高度关注。提出了一种基于诱骗态的BB84协议的量子秘密共享方案。Alice先产生一系列的弱相干脉冲串,并对该脉冲串进行偏振调制,然后通过分束 器分成两束,再分别对这两束脉冲通过诱骗态调制器进行强度调制后,分别发送给Bob和Charlie; Bob和Charlie 分别对发送过的脉冲进行测量并公 布结果,随后三方通过经典信道进行对基,通过协商和私密放大获得最终的安全的密钥。方案减少了量子比特产生器和测量器的数量,降低了 量子通信的费用,为量子秘密共享实用化提供了一种可参考的方法。
量子光学 量子秘密共享 诱骗态 BB84协议 quantum optics quantum secret sharing decoy states BB84 protocol
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津科技大学 应用文理学院, 天津 300457
首次提出了采用Er-Ta共溅、高温退火的方法, 在硅基二氧化硅表面制备高掺铒氧化钽(Er:Ta2O5)薄膜。利用棱镜耦合仪分析了铒掺杂浓度对Er:Ta2O5薄膜的折射率的影响, 结果表明: Er:Ta2O5薄膜的折射率随着Er掺杂浓度的增加而略微降低, 且所制备的薄膜没有明显的各向异性。在此基础上, 成功制备出Er掺杂浓度分别为0、2.5、5、7.5 mol%的硅基Er:Ta2O5脊形波导, 波导在1 550 nm波段可实现单模传输, 通过截断法得到波导在1 600 nm波长处的传输损耗分别为0.6、1.1、2.5、5.0 dB/cm。在所制备的Er:Ta2O5薄膜中, 尽管没有发现Er2O3结晶析出, 但薄膜中的Er3+会影响Ta2O5晶体的结晶程度, 进而增加波导的传输损耗。最终文中制备的掺杂浓度为2.5 mol%的硅基Er:Ta2O5脊形波导通过980 nm激光泵浦, 在1 531 nm信号波长下达到了3.1 dB/cm的净增益。
集成光学 铒掺杂 氧化钽薄膜 脊形波导 integrated optics Erbium-doping tantalum pentoxide film ridge waveguide 红外与激光工程
2017, 46(8): 0821002
