1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆邮电大学智能通信与网络安全研究院，重庆 400065
由于卷积神经网络（CNN）识别精度与人类接近，故其在计算机视觉、图像和语音处理等方面取得了巨大的成功，但这种成功离不开硬件加速器的支撑。受到电子器件功率与速率的限制，当前的电加速器难以满足未来大规模卷积运算对硬件算力和能耗的需求。作为一种替代方案，提出了一种低能耗存算一体光子CNN加速器结构。该结构采用微环谐振器和非易失性相变材料Ge2Sb2Te5构成无源光学矩阵乘法器来实现存内计算，从而减小了权重数据读取的能耗。利用Ansys Lumerical 仿真平台验证了10 Gb/s与20 Gb/s速率下4×4规模的光学矩阵乘法的运算。与传统的基于电光微环谐振器的光子CNN加速器数字电子与模拟光子（DEAP）相比，所提加速器结构在保持原运算速率的情况下减少了48.75%的功耗，并且在矩阵运算处的面积能够减少49.75%。此外，基于MNIST与notMNIST数据集对所提加速器的推理效果进行了仿真验证，识别精度分别为97.80%和92.45%。
机器视觉 光子卷积神经网络加速器 微环谐振器 相变材料 存算一体
1 中国石化西北油田分公司 石油工程技术研究院，乌鲁木齐 830011
2 中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室，乌鲁木齐 830011
3 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，徐州 221116
爆破裂纹的空间形态是进行爆破设计的理论依据。地下超深孔爆破炮孔处在围压作用之中，无爆破自由面，此种条件下爆破裂纹空间形态有待进一步的研究。采用4000 kN大型真三轴加载设备和煤矿许用导爆索分别提供围压静载和爆炸动载，并浇筑300 mm×300 mm×300 mm尺寸水泥砂浆立方体试块，采用的等效炸药量均为3 g，围压条件下试块加载的第一、第二、第三主应力分别为8.50 MPa、7.00 MPa、5.75 MPa，对比分析有、无围压两种条件爆破裂纹的空间形态差异。研究发现：围压条件下的爆破裂纹空间形态与拥有爆破自由面条件的爆破裂纹空间形态差异极大，四周拥有爆破自由面条件下试块爆破破碎为碎块，在块度尺寸L<100 mm和100 mm≤L≤200 mm范围内的破碎块度质量分别占试块总质量的30%和70%，其中大尺寸150 mm≤L<200 mm范围内的块度质量占比达到55.32%，但是数量较少，并且都产生于试块表面; 围压条件下，在垂直于第二主应力方向产生一个以封孔器为中心对称的宏观破裂面，在试块的其它表面上产生了几条宏观裂纹。试块剖开后，在炮孔壁部产生微裂纹，在预先射孔方向的孔壁处产生明显的裂纹。
爆炸致裂 围压 真三轴设备 裂纹空间形态 blasting fracturing confining pressure true triaxial equipment spatial morphology of crack
1 1.深圳大学 增材制造研究所, 深圳 518060
2 2.广东省电磁控制与智能机器人重点实验室, 深圳 518060
3 3.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
4 4.华中科技大学 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉 430074
陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。
激光增材制造 激光选区烧结 激光选区熔化 激光近净成形技术 陶瓷 综述 laser additive manufacturing selective laser sintering selective laser melting laser engineered net shaping ceramic review
1 南京航空航天大学 航天学院，江苏 南京 211106
2 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
大口径凹椭球面反射镜光轴偏心会引起遥感相机光学系统失调，导致成像焦面与设计位置偏离。针对此问题，根据反射镜的几何参数设计了基于平晶补偿的消球差系统，通过灵敏度分析计算得到系统中平晶失调1″对系统像差无影响，主镜失调1″带来0.04λ (λ=632.8 nm)的彗差。结合仿真计算的结果，搭建测试光路，并利用经纬仪和激光跟踪仪对反射镜进行偏心测量。误差分析表明：主镜倾斜测量误差约为1.2″，主镜偏心测量误差为0.028 mm，可以满足绝大部分空间遥感相机大口径反射镜的测量需求。
波前测试 光轴 椭球面 偏心测量 wavefront test optical axis ellipsoid eccentricity measurement 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210196
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
针对离轴三反多谱段空间相机光学件自由度多、通道多且装调复杂的难题，进行了光学仿真分析和计算机辅助装调。根据光学设计结果，设计了基于光线追迹的视场光阑，给出了红外通道和可见光通道的波像差,并仿真分析了次镜和三镜的灵敏度矩阵。用可见光干涉仪对全反射式红外通道进行了装调。根据干涉仪得到的Zernike像差系数，结合计算机辅助装调仿真结果，以主镜为基准调整了次镜与三镜的空间位置关系，直至系统波前满足设计要求。红外通道中心视场和边缘视场的波前均方根(Root Mean Square,RMS)装调结果分别为0.15λ (λ=632.8 nm)和0.33λ；可见光通道中心视场和边缘视场的RMS值分别为0.06λ和0.07λ。考虑到加工和装调误差，装调结果与设计结果基本一致。相机在轨图像清晰，成像质量高。
空间相机 多谱段 多通道 装调 space camera multispectral multichannel alignment
华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 200237
通过球磨混粉的方式在316L不锈钢3D打印专用粉体表面引入纳米V8C7颗粒,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了V8C7/316L复合材料试样及点阵结构件。在优化的SLM工艺参数下获得的复合材料实体件的致密度高达99.4%;在激光熔化-凝固过程中,V8C7通过分解-析出机制生成的VCx增强相成为纳米级形核质点,其在细化奥氏体相晶粒的同时沿奥氏体晶界分布,可以阻止奥氏体晶粒在快速凝固过程中的长大;纳米尺度的VCx增强相及超细的近等轴晶金属基体均有助于大幅提升增材制造V8C7/316L结构的比强度。
激光技术 选区激光熔化 工艺优化 点阵结构 性能强化机理 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 241401
1 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 同方威视技术股份有限公司, 北京 100084
3 中国电子科技集团公司第四十九研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种改进的集成雪崩光电二极管器件结构, 由硅和锗材料的雪崩光电二极管结构集成, 分别包含吸收区、电荷区和倍增区结构。该改进雪崩光电二极管对光线波长的探测范围扩展到200~1 400 nm。对雪崩光电二极管的关键参数, 如器件内电场分布、暗电流、光电流、增益和光响应等进行了分析。仿真结果表明改进雪崩光电二极管的击穿电压为145 V。当阴极偏置电压为140 V时, 该器件对900 nm波长光线的峰值响应可以达到22 A/W。在器件击穿之前, 400 nm波长光线的电流增益可以对达到50。对改进雪崩光电二极管器件的工艺流程也进行了讨论。
雪崩光电二极管 波长范围 器件仿真 avalanche photodiode wavelength region device simulation 红外与激光工程
2016, 45(s1): S120002
1 中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085
2 北京石油化工学院, 北京 102617
采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的纳米金溶胶, 并检测了其作为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)基底的性质。粒度和透射电子显微镜测试结果表明金溶胶为平均粒径30 nm左右的球形颗粒, 并且紫外-可见特征吸收峰出现在520 nm, 为典型的金纳米颗粒特征吸收峰。以罗丹明6G(R6G)为探针分子证明了金溶胶良好的SERS增强效果, 用金溶胶对除草剂敌草快(DQ)进行检测, 最低检测限可达1×10-7 mol/L。结果表明所制备的金溶胶具有良好的表面增强拉曼散射活性。
金纳米粒子 敌草快 Au nanoparticles diquat SERS SERS
1 哈尔滨工业大学 控制科学与工程系,哈尔滨 150001
2 太原科技大学 自动化系,太原 030024
针对时滞光电跟踪提出了一种内模PID(IMC-PID)控制器设计与参数整定的解析方法。首先建立了系统的一阶时滞积分(FODI)模型,并用二阶加时滞(SOPDT)模型进行逼近,然后利用一阶Taylor 表达式代替系统模型中的时滞项,导出了控制器参数的整定规则。特别是为了保证系统的鲁棒性,可以根据最大灵敏度解析计算内模PID控制器的可调参数λn。仿真结果表明,与常规方法相比,所提方法不仅提供了较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性。另外,实验结果也证实了该方法能够提高系统跟踪性能和跟踪精度。
内模PID 光电跟踪系统 时滞系统 IMC-PID opto-electronic tracking system time-delay system
