Intelligent food packaging with the multisensory analysis is promising as the next generation technology of food packaging. The oxygen content in food packaging is one of the crucial parameters affecting the food quality and shelf life. Caviar is among the most nutritious and costly food sources. Here, a photonic oxygen-sensing system, based on the time-resolved phosphorescence spectroscopy of a platinum complex, is developed for non-contact, non-intrusive, and real-time vacuum packaging quality control, and implemented for caviar packaging. The sensor is embedded in protective polyethylene layers and excited with a short-pulsed light emitting diode (LED) source. Integration of a blue pulsed light source, a fast and amplified silicon photodiode controlled by the Spartan-6 field programmable gate array (FPGA), and a long lifetime platinum complex results in a photonics-based oxygen sensor with a fast response and high sensitivity to the vacuum packaging damage, which is suitable for caviar. It is revealed that applying the polyethylene layers protects the caviar from the platinum complex, leaching while not interfering with the sensor functionality. Characterizing the photonic system based on its sensitivity, repeatability, stability, and long-term operation demonstrates its capability for this application.

环境扫描电子显微镜（ESEM）能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差，采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题，最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题，本文从电子光学理论出发，综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构，将两者结合在一起进行优化设计，提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法，并搭建了实验平台，开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明，在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下，工作距离为15 mm时，20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。

高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件, 利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点, 电子注和电磁波能够高效互作用, 可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO), 可以实现大功率输出, 在 W波段能达到百瓦量级, 太赫兹波段能达到瓦级; 采用周期永磁聚焦系统, 可以实现小体积轻质量; 慢波结构尺寸短, 结构简单; 成本低, 具有批量生产能力。本文提出可构建 3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构 (FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理, 采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极, 设计和研发了频率在 100 GHz以上的几种带边振荡器, 实现了 100 GHz频段 140 W的功率输出, 120 GHz频段实现了 30 W的功率输出, 在 300 GHz实现了 1W以上的功率输出。

短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点, 在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平, 以及作者近年来研发的行波管, 频率覆盖 E波段、W波段、G波段和 Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率, 在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场 (PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究, 为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。