1 苏州大学电子信息学院，江苏 苏州 215006
2 科大亨芯半导体技术有限公司，江苏 苏州 215200
3 亨通集团有限公司，江苏 苏州 215200
基于4电平脉冲幅度调制（PAM4）的强度调制直接检测（IMDD）是目前中短距应用的主要解决方案之一。然而，基于高阶脉冲调制的IMDD方案检测灵敏度明显下降。另一方面，拥有更高灵敏度的标准相干检测技术又面临成本和复杂度方面的挑战。因此，自零差相干检测（SHCD）和差分检测等自相干检测方案，因其优于PAM4的性能和低于标准相干检测的硬件成本而在新一代中短距应用中具备优势。本文综述和比较自零差相干以及差分自相干检测（DSCD）系统各自的特征、优点和挑战。文中进一步针对光功率受限和光信噪比受限的不同传输场景，分析比较基于SHCD-正交相移键控（QPSK）和DSCD-差分正交相移键控（DQPSK）方案的系统性能，展示了DSCD-DQPSK系统相较其他方案在硬件成本和系统性能方面的综合优势。
光通信 相干检测 自相干检测 差分调制 数字信号处理 光学学报
2023, 43(15): 1506004
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 肯特大学工程学院，英国 肯特郡 CT2 7NZ
表面等离子共振（SPR）现象因其对表面折射率变化的敏感而受到广泛关注，相应的SPR传感器以其独特的无标记、高灵敏度和快速检测的优势，在生物标志物检测、食品过敏原筛查和环境监测等领域具有广阔的应用潜力。本文介绍了SPR生物传感器的3种主要结构类型：棱镜耦合结构、光栅耦合结构、光纤耦合结构；着重研究了3种结构的检测原理、典型结构等传感特性及其进展；重点论述了SPR生物传感技术中生物功能化的研究现状和技术难题以及不同材料表面特性的SPR传感器；分析了目前SPR生物传感实际应用遇到的问题以及探讨了未来的研究方向；最后，结合实际情况，从结构和材料等方面展望了新型生物传感器的发展趋势。
生物传感 表面等离子共振 生物敏感材料 生物功能化 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106004
1 中国科学院 力学研究所，北京0090
2 中国科学院大学 工程科学学院，北京100049
载荷装备通过软土地面会引起了软土地面的变形，车轮侵入软土的深度是软土地面装备通行性评估的重要参数。本文提出了连续-非连续单元法（Continuum-discontinuum Element Method， CDEM）与物质点法（Material Point Method， MPM）耦合的数值计算方法，建立了车轮-软土地面耦合模型，模拟了车轮和软土地面相互作用过程，定量分析车轮载重、软土弹性模量、软土强度参数（黏聚力、摩擦角）与软土表面压应力、侵入深度等参数之间的关系，获得车轮侵入软土深度的变化规律。研究表明：软土侵入深度与车轮载重接近线性正相关，相对改变量约为179%；与弹性模量非线性负相关，相对改变量约为23%；与强度参数非线性负相关，相对改变量约为164%。当车轮载重一定时，非线性变化的车轮侵入深度对软土强度参数更敏感。建立强度参数（黏聚力、摩擦角）和侵入深度变化的三维关系，可为软土地面装备通行性评估中现场待测的关键参数提供理论依据。
CDEM-MPM 软土变形 侵入深度 软土强度 通行性 CDEM-MPM soft-soil deformation intrusion depth soft-soil strength trafficability
1 贵州大学化学与化工学院, 贵阳 550025
2 贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室, 贵阳 550025
磷石膏(PG)是磷酸湿法工艺中产生的固体废渣, 大量堆存造成环境污染。PG经球磨和煅烧处理得到的无水磷石膏(APG)再经表面疏水改性后可用作高分子材料的填料, 在材料中起到增韧、增强作用, 提高材料的综合力学性能, 成为PG资源化利用的一种有效途径。以APG为主要原料, 以活化指数为响应值, 通过单因素试验和响应面法对APG疏水改性工艺条件进行优化。结果表明, 响应曲面建立的数学模型拟合度较高, NaOH浓度、KH570添加量和反应时间3个因素对活化指数均有显著影响, 其中KH570添加量是影响改性效果的主要因素。APG最优疏水改性条件为: NaOH浓度2.6 mol/L, KH570添加量3.10 g, 反应时间149 min。最优条件下改性APG的活化指数为0.968 9, 接触角为84.51°。
响应面法 无水磷石膏 填料 改性 活化指数 疏水 工艺优化 response surface methodology anhydrous phosphogypsum filler modification activation index hydrophobic process optimization
1 陆军航空兵学院, 北京 101121
2 中国人民解放军69036部队, 新疆 库尔勒 841000
湍流引起的恒定相位波前随机起伏会使大气通道波前到达角连续变化。 研究了在倾斜大气湍流通道中非Kolmogorov湍流作用下的新的平面波和球面波到达角模型, 其特征在于在1/l0附近的高波数下上升很小。湍流内外尺度对不同斜链路到达角的影响不同: 下行到达角起伏小于上行到达角起伏, 到达角起伏随着内外尺度的增大而增大, 随着接收机孔径的增大而显著减小。该结果将为卫星激光通信之类的相关应用提供一定参考。
卫星激光通信 大气传输 到达角 湍流 斜程链路 satellite laser communication atmospheric propagation angle of arrival turbulence slanted path
1 中国电子科技集团公司光电研究院，天津
2 陆军航空兵学院某研究所，北京 通州
为研究一种新型图像去噪的手段，采用机器学习中的自编码器模型对图像进行优化。通过对原始的清晰图像添加噪声，作为编码器模型的输入数据，未添加噪声的原始图像作为标准值，对编码器模型进行训练以提高其图像去噪能力。结果表明，经过一定程度训练的自编码器模型，具备了一定的图像去噪功能。
机器学习 自编码器 图像去噪 machine learning auto-encoder image denoising
1 中国华阴兵器试验中心, 陕西 华阴
2 陆军航空兵学院某研究所, 北京 通州
围绕红外成像系统重要参数最小可分辨温差(MRTD)的测试问题展开研究。首先, 介绍了传统MRTD测试方法及测试原理, 分析了其存在的缺陷。其次, 讨论了两种MRTD客观测试方法以及在此基础上发展的智能测试方法。最后, 介绍了国际上两种改进的代替测试方法最小温差接收模型(MTDP)和三角方向识别法(TOD), 并分析了各自的优缺点。
红外成像系统 最小可分辨温差 三角方向识别法 infrared imaging system minimum resolvable temperature difference (MRTD) triangle orientation discrimination (TOD)
1 清华大学环境学院环境污染溯源与精细监管技术研究中心, 北京 100084
3 常州市环境科学研究院, 江苏 常州 213022
基于三维荧光光谱随荧光有机物的种类和浓度的不同与水体或污染排放源呈现对应关系的特性, 水质荧光指纹溯源技术能够通过水体的三维荧光信号追溯污染排放源。 以我国南方C市地表水A河为主要研究对象, 利用水质荧光指纹溯源技术对A河及其上游来水方向J河进行了水质荧光指纹特征解析和污染排放源溯源。 A河水质荧光指纹主要包括三个特征荧光峰, 其[激发波长, 发射波长]分别为[280, 320], [235, 345]和[255, 460] nm, 其上、 中、 下游水质指纹之间相似度均大于99%, 具有典型的印染废水污染特征。 A河上游由J河分流汇入, J河水质荧光指纹与A河相似度低于60%, 且强度不超过A河的40%。 J河对A河水质荧光指纹形成过程的影响较小, A河的荧光强度主要由A河上游区域贡献。 溯源结果表明, A河河水与A河上游印染纺织工业园区的印染废水水质荧光指纹相似度为94%, A河污染很可能来自其上游未经处理的印染废水的排放。 A河和J河河水水质荧光指纹各荧光峰强度与高锰酸盐指数的线性相关系数R2分别达到0.956 4, 0.937 5和0.985 4, 而水质荧光指纹法感知污染的灵敏度更高。 与其他三维荧光光谱相似度算法的结果对比表明, 水质荧光指纹溯源技术是一种可靠的水环境监管技术, 能够为进一步实现污染源头治理和环境精细化管理提供有力的技术支撑。
水质荧光指纹 地表水 污染溯源 三维荧光 Aqueous fluorescence fingerprint Surface water Discharge source identification Three-dimensional fluorescence 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2142
1 安徽科技学院资源与环境学院, 安徽 凤阳 233100
2 中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室, 江苏 南京 210008
3 安徽科技学院农学院, 安徽 凤阳 233100
堆肥是小麦秸秆资源化利用重要的途径之一, 然而目前关于秸秆单一物料堆肥的研究较少。 水溶性有机物（DOM）被普遍认为是堆肥中最活跃的有机组分, 因此探讨DOM的演变特征可有效评价秸秆的腐熟过程。 以小麦秸秆好氧堆肥过程中的DOM为研究对象, 利用总有机碳、 紫外-可见光光谱（UV-Vis）、 三维荧光光谱（EEM）结合平行因子（PARAFAC）分析方法, 阐明小麦秸秆堆肥过程中DOM的含量、 结构和组成的演变特征。 结果表明: 堆肥过程中DOM的有机碳含量降低了23%, 说明DOM是堆肥中活跃的有机质组分。 值得注意的是, 堆肥前期DOM微生物降解最为剧烈。 UV-Vis谱图显示DOM光谱随堆肥进行不断降低, 表明堆肥过程芳香族物质不断降解。 EEM光谱显示出显著的荧光峰演变趋势, 由堆肥前期较强的类蛋白荧光峰（D, E）演变为堆肥后期较强的类腐殖质荧光峰（H）, 表明堆肥过程DOM的物质组成发生改变。 通过光谱参数SUVA254和HIX的观测, 发现随着堆肥进行, DOM的芳香度和腐殖化程度呈现动态变化, 整体呈增强趋势。 由此可推测堆肥过程DOM降解的成分主要为非腐殖质, 而腐殖质类物质的相对含量则不断提升、 整体芳构化和腐殖化程度增加。 EEM-PARAFAC进一步定量分析了DOM组分的演变特征。 随着堆肥的进行, DOM中的类蛋白物质（C3）相对含量显著降低（~46%）, 而类富里酸（C1）和类腐殖酸（C2）物质相对含量分别提高了45%和80%。 DOM中的组成由堆肥初期的C1∶C2∶C3=41∶17∶42演变成堆肥后期的53∶27∶20。 结果揭示出堆肥过程中类蛋白物质发生显著的降解, 而类腐殖质则由于分子聚合生成作用和微生物降解速率较慢等因素逐渐演变成堆肥DOM的主要组分。 相关性分析结果显示HIX与C1和C2均呈现极显著正相关（r=0.806~0.853）, 表明腐殖化指数(HIX)可有效指示DOM的腐殖质物质组成。 本研究结果可为进一步优化小麦秸秆堆肥条件, 改善秸秆有机肥质量提供科学依据。
秸秆堆肥 水溶性有机物 芳香度 腐殖化 三维荧光-平行因子分析 Wheat straw composting Water soluble organic matters Aromaticity Humification EEM-PARAFAC 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1199
