1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
应用太赫兹时域光谱技术结合区间偏最小二乘法筛选玉米种子水分THz特征波段, 并采用支持向量机构建基于特征谱区的抗非线性干扰的种子水分快速定量分析模型。 实验以郑单958玉米种子为例, 制备含水量范围9.58%~12.71%的种子粉末样本40组(每组取样3份), 采用衰减全反射(ATR)附件扫描得到120份样本太赫兹时域光谱, 根据SPXY(光谱-理化值共生距离算法)法划分得到训练集样本90份, 测试集样本30份。 种子水分对太赫兹波具有强烈吸收, 首先采用基于偏最小二乘线性回归的移动区间(mwPLS)、 独立区间(iPLS)、 后向区间(biPLS)和联合区间(siPLS)方法筛选最优特征谱区组合; 鉴于环境水分、 种子其他成分及系统噪声对种子水分太赫兹光谱存在不可避免的非线性干扰, 在上述光谱特征区间进一步采用基于RBF核函数的支持向量机和网格搜索法构建得到预测性能最优的种子水分快速定量分析非线性模型, 训练集均方根误差为0.021 2, 预测集均方根误差为0.069 7, 相对分析误差为12.345 7, 相较于传统偏最小二乘线性回归模型, 模型性能得到提升。 种子水分含量是影响种子贮藏安全和种子活力的重要因素, 实验结果表明: 太赫兹时域光谱结合化学计量学可以有效筛选种子水分特征吸收谱区, 建立抗干扰、 高精度的种子水分快速定量分析模型, 有望成为未来种子质量快速测定领域一项极具应用潜力的补充技术。
太赫兹时域光谱 衰减全反射 种子水分 谱区筛选 支持向量机 Terahertz time-domain spectral Attenuated total reflection Seed moisture Spectral region screening Support vector machine 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2005
1 河北工业大学 电子信息工程学院, 天津 300401
2 河北工业大学 电气工程学院, 天津 300130
为了分析质子轰击垂直腔面发射激光器（VCSEL）中注入电流引起的激光模式竞争过程, 在三维空间中对VCSEL激射后光电热进行了研究。给出仿真光电热的方程之后, 在室温连续工作条件下, 对电流孔半径r为4 μm、阈值电流Ith为4.5 mA的VCSEL进行自洽求解。当注入电流Iin分别为5.0, 5.5, 6.0 mA时, 得到了对应的外加电压和输出光功率, 并绘制了VCSEL的电势、注入电流、载流子、光场和热场的空间分布,给出了连续工作下输出光功率随注入电流变化的曲线。仿真结果表明: 随着注入VCSEL中的电流增加, 电流密度增大, 激光的横向基模和横向一阶模式同时增强。横向一阶模式增加的强度及扩展的范围大于横向基模, 激光输出能量逐渐向横向一阶模式过渡, 横向模式竞争的同时产生载流子空间烧孔, 因此在电流孔半径r≥4 μm的VCSEL中, 连续工作激光模式不稳定。
垂直腔面发射激光器 横模 光电热仿真 vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL) transverse modes opto-electro-thermal simulation
1 北京工商大学 计算机与信息工程学院，北京 100048
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所, 光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300072
从实验和理论两方面来研究了亚波长样品中周期变化时对透过曲线的影响。首先，利用聚焦离子束刻蚀方法和电子束直写系统制备了实验样品：正方和六角晶格空气孔及H-形空气槽。然后，研究了正方和六角晶格空气孔在可见光及近红外波段周期性对透过曲线的影响，证明表面等离子体对透过曲线的增强作用。测量了H-形空气槽在近红外波段的透过曲线，通过H-形空气槽的宽度和周期变化时，透过峰的位置和透过率都有明显变化的实验，进一步证明：表面等离子体对透过光增强起决定性的作用。理论模拟都是基于平面波的传输矩阵方法(TMM)，实验和理论模拟很好的结合起来。
亚波长空气孔 表面等离子体 传输矩阵方法 subwavelength holes surface plasmons transfer matrix method
1 北京工商大学 计算机与信息工程学院,北京 100048
2 天津大学 精仪学院激光与光电子研究所,天津 300072
利用电子束直写系统和反应离子束刻蚀的方法制作了周期性排列H-形空气槽.样品的参量：金膜的厚度为120 nm,石英基底的厚度0.8 mm(其中有5 nm厚的铬层),样品是由30×30个单个H-形周期排列形成的,总体尺寸为40×40 μm2.每个H-形之间的周期为1.1 μm,H-形的臂长均为500 nm,空气槽的宽度为120 nm.然后用实验的方法测量了在近红外波段的透过曲线,在近红外波段1.6 μm处的透过率约为16.3%,用传输矩阵的方法对H-形空气槽结构进行了理论模拟,实验与理论模拟结果吻合较好.随后研究了当入射光的偏振方向与H-形结构的长轴之间的夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°时透过曲线的变化情况.通过实验和理论表明,表面等离子体在这种特殊的结构中仍然存在,并且在光的增强透过起着决定性的作用.
亚波长 聚电子束直写系统 H-形空气槽 Subwavelength holes EBL H-shaped arrays
1 北京工商大学 计算机与信息工程学院,北京 100048
2 天津大学 精仪学院激光与光电子研究所光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
利用电子束直写系统(EBL)和反应离子束刻蚀系统(RIE)制作了两级正交偶极分形槽样品,其中空气槽的宽度为0.12 μm,两级正交偶极分形槽结构中第一级和第二级的臂长分别为1.8 μm 和0.8 μm。样品总体尺寸为35 μm×35 μm,是由20×20个正交偶极排列而成的,每个正交偶极之间的周期为1.5 μm。采用实验和传输矩阵(TMM)理论模拟的方法研究了分形槽结构在近红外和中红外波段的透射曲线,正交偶极分形槽结构在1.7 μm和5.2 μm波长处得到两个增强透射峰,其透射率分别为36%和49%。理论模拟结果与实验测量结果基本一致。证明了两级正交偶极分形结构中自相似性的存在。
分形结构 正交偶极 自相似性 传输矩阵 激光与光电子学进展
2010, 47(9): 091301
1 河北工业大学 研究生学院,天津 300401
2 河北工业大学 信息工程学院, 天津 300401
3 河北工业大学 研究生学院, 天津 300401
微通道热沉是解决高功率半导体激光器阵列散热有效的途径,本文利用有限元方法研究半导体激光器的温度,给出了横向尺寸为200 μm×60 μm 单个及间距100 μm 的3,5,9 的微通道热沉中的温度,得到微通道数量影响激光器最高温度变化。结果表明,单个微通道构成的热沉可以把注入电流为36 A 稳态工作的激光器阵列冷却到342 K,9 个微通道可以冷却到306 K。仿真了增加微通道间距的温度分布,发现为间距260 μm 的5 个微通道热沉,可以将激光器冷却到308 K。
高功率激光器阵列 微通道 温度 有限元法 激光器 high power laser array micro-channel temperature finite element method laser
1 北京工商大学 信息工程学院,北京 100048
2 天津大学 精仪学院激光与光电子研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
利用聚焦离子束(focused ion beam,FIB)刻蚀方法在120 nm厚的金膜上制备了实验测量样品。再用实验的方法测量了在可见光波段及近红外波段的透射曲线,当样品具有相同的晶格常数以及空气孔直径时,环形空气孔结构,不仅具有六重旋转对称性还具有中心对称性,它的最大透射率大约是正方角晶格空气孔的5倍。亚波长环形空气孔结构透射增强峰的在可见光波段,而正方晶格空气孔的透射增强峰在近红外波段,样品的透射强度和透射增强峰的位置各不相同,证明了结构的旋转对称性对透射曲线的影响。
表面光学 聚焦离子束刻蚀方法 环形空气孔结构 旋转对称性 亚波长
