许多生物分子的振动及转动能级都在太赫兹波段, 因此太赫兹时域光谱技术可以用来探测生物分子。 并且由于太赫兹波的光子能量较低, 仅为毫电子伏量级, 在探测过程中不会破坏生物样品, 所以太赫兹时域光谱技术在未来生化检测等研究领域具有非常广泛的应用前景。 研究表明, 大多数生物分子需要在液体环境中才能充分发挥其生物活性, 然而水溶液中的氢键在太赫兹波段会产生强烈的吸收。 另外, 水分子是极性分子, 太赫兹波对极性分子也有很强的共振吸收, 这使得利用太赫兹时域光谱技术检测液体环境中的活性生物分子非常困难。 因此, 许多研究团队将太赫兹时域光谱技术与微流控技术相结合, 以减少各种因素对生物分子检测的影响。 微流控技术是通过减小微流控芯片中液体池的深度来减少液体样品与太赫兹波的作用距离, 从而减少水溶液对太赫兹波的吸收。 使用对太赫兹波的透过率高达95%的环烯烃共聚物（COC: Zeonor 1420R）为材料制作了双层微流控芯片, 该微流控芯片内部液体池的长度和宽度均为4 cm, 深度为50 μm。 此外, 由于在电解质溶液中存在大量自由移动的阴阳离子, 所以为了探究电解质溶液中自由移动的阴阳离子对太赫兹透射特性的影响, 使用外加电场装置对注入液体样品的微流控芯片施加电压。 该外加电场装置包括电源, 一个封装在有机玻璃盒中的 ZVS电路和一个输出电压为10 000 V的直流高压包。 在此基础上研究了五种相同浓度的钾盐溶液以及这五种钾盐溶液在外加不同时间的恒定电场中的太赫兹波的透射特性, 为进一步加强THz技术在生物化学中的应用提供了依据。 再者, 电解质溶液中的大量阴阳离子在外加电场的作用下会发生运动, 这为利用太赫兹时域光谱技术研究电解质溶液的动态特性提供了技术支持。

探究基于改进U-net++网络以及增加多通道特征融合的方法, 实现准确高效的超声图像结直肠子宫内膜异位区域自动检测。所提神经网络在U-net++为原型的分割网络上进行改进, 采用端到端的结构, 输入超声图像和其边缘提取图像, 输出结直肠子宫内膜异位区域检测结果。实验数据来自深圳市人民医院的166例结直肠子宫内膜异位患者的超声内镜图像, 随机选择133例作为训练样本, 33例测试样本。在网络训练过程中, 采用十折交叉验证法进行验证。 结果说明: 在33例测试集样本上, 方法最终的平均检出率、精确率、召回率分别为90.9%、72.4%、89.8%。改进神经网络以及多通道特征融合输入的方式可自动检测结直肠子宫内膜异位区域, 且检测鲁棒性及精度较高, 可作为参考辅助医生进行临床决策和干预。

自动显微细胞注射能克服人工注射时间长, 易疲劳的缺点, 为解决卵胞浆内自动单精子注射过程中细胞和针尖定位问题, 通过基于YOLOv3神经网络和水平集相结合的方法, 分割卵细胞和注射针, 进而定位注射针的针尖。对比实验证明了方法能够解决传统水平集难以分割细胞和注射针的问题, 完整分割出显微注射过程中发生形变的细胞, 以及实现细胞内针尖的定位, 且误差较其他算法小。

在太阳光照射下, 利用半导体光催化去除污染物是最绿色、 有效的方法之一, 其核心问题是获得高效光催化剂。 目前研究最多的光催化剂是TiO2和ZnO等, 但由于其禁带宽度大故不能充分利用太阳光, 从而限制了其实际使用。 除了对TiO2等改性以改进其可见光催化活性外, 开发其他材料作为光催化剂也是解决的重要途径。 铋基化合物半导体由于原材料丰富、 种类多、 太阳光响应性好及优良的光催化活性而成为重要研究对象。 其中卤氧铋系化合物［BiOX, X=Cl, Br, I］由于层状结构特点而具有良好的光催化活性, 但单独使用时光催化效率较低。 研究表明, BiOX间能通过形成固体溶液(即彼此呈分子分散的固体混合物)进一步改善其光催化降解污染物的能力。 本文利用低温湿化学法, 以Bi2O3为铋源, 在醋酸溶液中加入一定比例的KI/KBr或KI/KCl水溶液, 室温下反应0.5 h, 分别得到片状结构的BiOCl1-xIx和BiOBr1-xIx固体溶液。 X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析结果表明, 所合成的BiOCl1-xIx和BiOBr1-xIx样品结晶性良好, 且能在x=0～1的范围内形成固体溶液。 透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)测得所制备的固体溶液呈不规则的薄片状。 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)测试进一步证明了其表面元素组成及化学状态。 紫外-可见漫反射光谱(diffuse reflectance spectroscopy, DRS)分析表明, 随着碘元素含量的增加, 固体溶液的吸收边界发生红移、 禁带宽度减小, 故可见光吸收能力增强、 产生的载流子数目将增加。 在可见光激发下对甲基橙(methyl orange, MO)降解的光催化性能研究表明, BiOCl0.25I0.75及BiOBr0.25I0.75拥有最高的光催化活性。 循环实验表明, BiOCl0.25I0.75及BiOBr0.25I0.75都具有较高稳定性。 光催化机理研究发现, 这些卤氧铋样品光催化降解MO过程中的活性物种主要为空穴和超氧离子自由基。 结合其能带结构, 认为固体溶液的形成不但增加了可见光吸收能力, 而且调变了其能带结构, 相对于BiOI而言, 固体溶液的形成降低了价带电位, 提高了导带电位, 因而增强了光生电子的还原能力及空穴的氧化能力, 故催化性能提高。 该工作的创新之处在于: 采用的固体溶液制备方法, 避免了高温水热法或加入表面活性剂等, 而且所制备的BiOCl1-xIx和BiOBr1-xIx固体溶液, 尤其是BiOCl0.25I0.75和BiOBr0.25I0.75, 在可见光激发下对MO具有良好的降解能力, 且催化剂的重复使用及稳定性良好, 有望在环境治理中得到应用。

在激光陀螺谐振腔上精确装配微小光学器件合光棱镜和光电管的过程称为合光, 它是激光陀螺制造过程中的关键环节。传统的人工合光装配效率低、质量一致性差, 已不能满足激光陀螺的生产需求。因此, 本文在分析合光原理的基础上, 开发一套由合光机构、信号处理、视觉检测及控制模块等组成的自动合光装配系统。根据合光装配特点, 设计了双臂协同运动的合光机构, 保证操作精准度的同时提高装配效率。激光陀螺合光信号易受干扰, 提出采用Sallen-Key低通滤波器对合光信号进行滤波处理, 有效地滤除了残杂噪声。控制模块通过机器视觉辅助完成合光棱镜的粗调, 采用层次分析法综合多个评价参数确定光学器件的最佳位姿, 实现合光装配自动化。试验结果表明, 开发的激光陀螺合光装配系统能够成功地完成光学器件的精确装配。

通过提升谐振腔抗光路变形能力, 可以有效提高机械抖动激光陀螺的抗振动性能。对机械抖动激光陀螺振动中光路扭偏的产生机理进行了理论计算与仿真分析, 分析结果表明, 抖动切向惯性力和振动冲击惯性力是引起振动中光路扭偏的主要原因。通过振动中光路扭偏对振动性能影响的理论分析指出, 减小振动附加上去的朗缪尔零偏, 提高陀螺抗振性能的两大有效措施是减小工作电流和提高光路抗失谐能力。通过物理试验验证了振动中光路扭偏机理仿真分析的正确性。不同工作电流的振动对比试验表明, 降低工作电流可显著提高陀螺的振动性能, 这对于机抖激光陀螺振动特性的提升具有重要指导意义和工程实用价值。

激光驱动的冲击波进行高压物态方程(EOS)研究中，为保证高压物态方程的精确测量，需要在实验中保证样品中冲击波的稳定性。利用一维辐射流体力学程序MULTI对功率密度为8.1×1013 W/cm2、波长为1.053 μm、脉宽为1.0 ns的准高斯型脉冲激光驱动的冲击波在各种厚度的平面固体Al靶中传播的稳定性进行了模拟研究。研究表明在阻抗匹配靶的设计中要保证样品中测得的冲击波的稳定性，衬底的厚度应当大于冲击波在靶中加速传播的距离,而样品的厚度应当近似等于冲击波在靶中稳定传播的距离，这样就可使样品中测得的冲击波的平均速度与样品中的稳定传播速度基本一致。

为了判定被测激光的模式特征, 基于激光的频率特性, 提出了一种测量激光陀螺谐振腔横模特征的方法.利用F-P扫描干涉仪, 可以实时在线测量激光模式分布特性, 该方法以已知F-P扫描干涉仪的频率间隔和扫频速度为比例尺, 将难以测量的横模频率间隔转化为易于测量的时间间隔, 通过测量从扫描干涉仪给出的谱图, 计算出不同横模的频率间隔与纵模间隔的比例系数, 并与该陀螺的理论比例系数进行比较, 从而实现对激光陀螺谐振腔横模特征的精确判定.通过对某型环形激光谐振腔的测量实验, 得到了该陀螺模式特征随着工作电流大小变化的规律: 随着放电电流的增加, 激光陀螺腔内所振荡的横模由单一的基模逐渐转变为基模和高阶模的混合模,并准确地判定出该谐振腔横模特征, 其测量结果与理论结果误差小于2%.利用该方法横模频率间隔测量准确度可达1 MHz, 重复性可达0.4 MHz.

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响，基于谐振腔理论，建立了衍射损耗理论计算模型，通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化，从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发，分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出: 当反射镜曲率变化小于0.3 m时，引起衍射损耗变化3%，导致零偏最大变化约0.013; 当反射镜曲率变化0.6 m时，引起衍射损耗变化约15%，导致零偏最大变化约0.021; 而曲率半径变化大于1.5 m时，衍射损耗变化达30%以上，这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率，测量陀螺腔损耗和性能，所得的试验结果和理论计算一致，曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。