为了改善微弱压力传感器的灵敏度, 利用微结构来产生压阻效应的方法, 制备出一种性能优异的压力传感器。研究了三种不同结构的石墨烯压力传感器, 并设计和研究了石墨烯压力传感器的版图结构、工艺制备流程和材料表征。最后, 对三种不同结构的石墨烯压力传感器进行了灵敏度测试。实验结果表明, 网状结构的石墨烯压力传感器具有较高的灵敏度, 在低压强下(0~200 Pa)的灵敏度可达到0303 kPa-1, 最低可检测到245 Pa的压强。该网状结构的石墨烯压力传感器是一种可以感知微弱压力变化的高性能压力传感器。

神经内科疾病为临床常见疾病。其发病机制复杂, 若不及时干预治疗, 易导致所患疾病恶化, 并伴随多种并发症, 严重危害患者的身心健康。因此, 深入了解大脑中枢神经细胞的调控机制成为神经科学领域的主要任务。近几年, 随着光遗传学的建立与飞速发展, 这项能够进入神经元并且精确控制细胞的技术为研究者在细胞水平上进一步探索神经内科疾病的发病机制, 以及治疗此类疾病的方法提供了帮助。从光遗传学的发展历史、光敏感蛋白的发现以及光遗传学在部分常见神经系统疾病中的研究进展三个方面对光遗传学进行阐述, 为研究者在探索临床上治疗神经内科疾病提出了新方法, 进一步促进了人类对大脑各神经元作用的了解。

单光子计数技术是利用光电倍增管探测微弱光信号的一种有效方法,广泛应用于航空领域的激光雷达探测。针对激光雷达回波信号强度弱、数据量大、实时要求高等特点,设计了基于FPGA芯片的高速数据采集系统。该系统利用光电倍增管精确探测微弱的雷达回波信号,两个光子计数器通过乒乓操作实现了无时间间隙的计数采集,利用存储控制器和传输控制器对外围芯片进行控制,实现了对采集数据的实时缓存和高速传输。为验证采集系统的有效性,将其应用于米散射微脉冲激光雷达,实现7.5 km的有效探测,探测精度为7.5 m。在此基础上,将采集系统与EASY-MCS光子计数器的测量结果进行对比,其均方误差为8%,表明本系统具有良好的准确性和稳定性,可满足激光雷达对微弱回波信号采集的要求,在航空气象探测领域具有广阔的应用前景。

针对井下近钻头处随钻测斜仪内径受限、井下环境温度梯度大等特殊恶劣环境,设计了一种用于测量石油井眼轨迹惯性的椭圆柱形光纤陀螺。由于光纤环存在热致非互易相移问题,以光纤环的Shupe误差为基础,采用4极对称绕法,建立了椭圆柱形光纤环的三维温度瞬态响应数学模型。结合光纤陀螺实际的工作环境,利用有限元法对椭圆柱形光纤环进行了数值仿真,定量分析其工作温度梯度下光纤环的Shupe误差,实验验证了模型的正确性。在光纤长度、光纤环层数和光纤环半径一定的条件下分别对圆柱形光纤环和椭圆柱形光纤环施加相同的温度激励,比较两种光纤环的热致误差速率。结果表明:椭圆柱形光纤环热致误差速率比圆柱形光纤环小35%~39%,在满足井下测量仪器体积受限的同时,可提高井眼轨迹惯性测量的精度。

为了提高3维激光雷达回波分解的精度和准确度, 采用粒子群算法与最小二乘法相结合的方法, 分析了激光雷达回波分解原理以及粒子群算法原理, 研究了粒子群算法在激光雷达回波信号分解中的应用;进行了理论分析与实际数据验证, 取得了实际激光雷达回波数据的分解结果。结果表明, 采用粒子群算法与最小二乘法相结合的分解方法, 激光雷达回波可以更高精度地分解为一系列单个波形的叠加, 并获得了延时、强度及脉宽等参量, 拟合度提高至0.989, 一定程度上抑制了噪声的干扰。该算法可以有效提高激光雷达回波分解的精度。

介绍了一种用于MEMS设计的六面体网格划分方法。MEMS工艺决定了大部分MEMS模型都是层状结构,本文针对这种结构提出了一种简便的2.5维划分方法,适用于所有面平行于(x,y)平面或者z轴的层状结构。该方法在(x,y)平面内将模型划分为四边形网格,然后在z方向延伸形成六面体。相比于如今使用最多的Sweep划分算法,它在划分前的预处理更少,由于仅仅需要输入划分大小,使得整个划分过程更加方便,速度也比Sweep方法快了10～1000倍,10000个六面体以内的划分可在10s内完成。同时,该方法也可以通过输入工艺过程参数按照实际MEMS工艺步骤产生3维MEMS模型,完成从2维版图到3维网格的直接生成。

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗，提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术，在调制频率为10 GHz下，得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出，其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围，使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出，可调谐范围达40 nm，峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。