银纳米团簇因其独特的与尺寸相关的光、电、磁和催化性能,引起了相关研究人员的高度关注,我们团队一直专注于研究用基于DNA保护的银纳米团簇监测DNA、Hg2+和巯基化合物。发现发生在DNA/银纳米复合物与G-四链体/血红素之间光诱导电子转移(PET),伴随着DNA/银纳米荧光减弱。这一新的PET系统使目标生物分子,如DNA和敏感性高的ATP获得特异性和多样性的检测。首次提出一种以DNA单体作为支架的高产率银纳米簇的合成方法。在这项研究中,采用密度泛函计算理论解释了DNA保护的银纳米团簇的形成机理以及为什么富胞嘧啶DNA是荧光银纳米簇的良好支架。研究结果对DNA保护荧光银纳米簇进一步实验和理论研究提供了基本指导思想,最终可能有助于程序化合成具有光致发光性能的DNA稳定银纳米团簇。

1905年爱因斯坦首次提出“光量子”概念,标志着“量子光学”诞生,并有力推动其后“量子力学”的创建。本文将简述“光量子”如何诞生,“光子”有何奇异特性,着重介绍“光子”在量子信息领域的应用,包括量子密码、量子纠缠网络、量子模拟、量子计量和量子计算等。最后研讨“光子究竟是什么”。

肿瘤是严重威胁人类健康和生命的第二大疾病, 尽管已发展多种治疗方法,目前仍然是医学界所面临的挑战之一。针对癌症发生的根源,我们发展了新型激光免疫疗法。激光免疫疗法有效结合光热靶向治疗和免疫治疗,通过局部肿瘤损伤,激发宿主免疫防御系统,诱导宿主产生特异性抗肿瘤免疫反应。临床前和初步临床研究表明,激光免疫疗法能够有效地治疗转移肿瘤,并在对晚期恶性黑色素瘤患者及乳腺癌患者治疗中取得令人满意的疗效。基于原位自体全细胞抗肿瘤疫苗的原理,激光免疫疗法能够局部产生全细胞疫苗,诱发机体系统、长期的抗肿瘤免疫反应。本文将介绍激光免疫疗法的发展及临床应用。

针对投影显示系统中变焦投影机构结构复杂、需要手动调节等不足,设计了一种基于LCoS空间光调制器的可变焦投影显示系统。在DMD投影系统中添加LCoS空间光调制器取代传统的光学变焦透镜组,利用LCoS的相位调制特性在LCoS中加载所需透镜的理想相位灰度图,实现对投影图像的调制。实验结果表明:加载相位调制因子的LCoS空间光调制器可实现投影系统中的数字变焦透镜作用,同时调制因子可动态改变,系统能够实时实现图像的大小调整和位置平移。该系统无机械运动结构、全电化,具有很好的鲁棒性。

为满足电力巡线中对输电线实时跟踪的需要,利用FPGA+DSP的成熟架构,提出了一种新的红外线性目标跟踪方法,根据输电线的特征,将传统的二维跟踪转换为一维搜索跟踪。首先利用FPGA的并行计算能力对图像进行预处理滤除部分噪声的影响,然后利用DSP对图像作Sobel卷积求得图像的梯度并归一化和阈值化,最后依据红外线性目标的方向特征对特定方向的梯度求重心得到跟踪坐标。工程应用表明,该方法能够实时稳定地跟踪红外线性目标并具有较强的抗干扰能力。

传统的时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的激光采样通过采用单个激光探测器探测激光干涉强度变化生成采样脉冲,其采样原理简单易实现。但该方法无法判断动镜移动的方向,也难以实现高频采样。对时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的采样方案进行了对比分析,并针对快扫描采样方法提出了具体的实施方案。从原理和光路设计上介绍了一种适用于时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的新的采样方法。该方法在传统引入参考激光的基础上,采用偏振的手段将参考激光分为具有固定相位差的两束光,并利用这两束光实现动镜移动方向的判断,以及干涉图样的4倍过采样。从原理上综合考虑了各个光学元件的偏振特性,并将该方法从基于正入射的平面镜推广到斜入射的中空角锥反射镜,扩大了该方法的适用范围,从原理上论证了该方法的可行性。

基于LCTF的多光谱成像系统与传统机械滤光片式的成像光谱仪有所不同,它利用液晶电控双折射效应实现分光,从而得到二维图像信息和一维光谱信息。针对基于LCTF的多光谱成像系统自身的结构和性能特点,采用了基于积分球+光谱辐射计的定标方法,从暗电流、稳定性、响应均匀性和响应线性度等方面阐述了定标内容,通过两点校正的图像校正算法提高了图像质量,并对辐射定标的不确定度进行了分析,通过实验验证了定标精度。结果表明:采用的定标方法和数据处理算法获取的定标系数准确有效,定标后的系统精度较好。

介绍了由Ho∶YAG声光调Q激光器输出2.1 μm激光脉冲泵浦ZGP光参量振荡器。利用1.9 μm激光器作为Ho∶YAG激光器的泵浦源,调Q重复频率为15 kHz时,激光器输出功率21.5 W单一波长窄线宽激光。由Ho∶YAG激光器泵浦ZGP-OPO,最大输出中波红外激光8.85 W,激光脉冲宽度14.5 ns,激光器输出斜效率高达80.9%。该激光器在气体检测及光电对抗等领域有广泛的应用前景。

水下连续光成像系统在海洋探测领域具有广泛的应用,但其成像距离受到水体衰减作用的限制,通常使用衰减系数较小的蓝绿光作为水下成像系统的照明光源。以一种已知粒径分布的水体为算例计算了水体对于蓝绿光波段不同波长光的吸收和散射系数,分析了水下连续光成像系统的后向散射光噪声对于其成像质量的影响,研究了目标反射光信号和水体后向散射光噪声与光波长之间的关系,提出使用光束扩展系数来间接评价水下连续光成像系统的成像质量。仿真结果表明:不同波长的光在水体中所形成的后向散射光噪声不同,对于已知粒径分布的水体而言,存在着使光束扩展系数为最小值的光波长,可以将其视为水下连续光成像系统照明光源的最优化波长。

从激光敌我识别原理和询问信号编码模式分析出发,研究了重频激光对PPM编码调制的激光敌我识别系统的干扰机理,得出了在一定重复频率激光干扰环境下激光敌我识别概率的数学表达式。针对干扰激光重频、询问信号编码、应答设备波门等参数对激光敌我识别概率的影响进行了仿真计算和分析,得出了不同参数设置对激光敌我识别概率的影响。仿真结果表明,对于同一种激光询问信号,正确识别概率随着干扰激光重频的升高而明显降低,可以通过缩短应答设备的波门宽度、降低询问信号基频或提高询问信号中有效脉位的占空比等方法,改变激光询问信号的参数,以降低其受非询问激光信号的干扰程度,从而提高激光敌我识别系统的抗重频激光干扰能力,对提高激光敌我识别系统的抗激光干扰能力具有一定的参考价值。

跟踪环路设计是实现北斗卫星导航接收机的关键环节,为实现接收机的环路跟踪,设计了一种基于DSP+FPGA的数字BDS接收机实时高精度跟踪环路,并阐述了环路跟踪的原理和方法。采用二阶锁频环辅助三阶锁相环完成北斗载波信号的高精度稳定闭环跟踪,同时使用载波来实时地辅助码环跟踪,从而完成北斗卫星信号的实时高精度跟踪。试验结果表明,该跟踪环路能实现对北斗卫星信号的跟踪,并且环路在0.4 s就进入稳态,同时具有良好的动态性能。

里程计标度因数受载车负载、轮胎变形、气压、温度等外部条件影响,在与激光惯导组合时易使定位误差发散。为解决此问题,建立了高阶卡尔曼滤波器,通过实时估计里程计标度因子误差及其安装误差,并进行补偿,大幅度提高组合导航精度。利用现有设备,进行了跑车测试,路面包括市区道路、一般国道、高速公路、泥石路等各种复杂路面条件,与目前常用组合导航方法相比,技术指标大幅度提高,一般定位导航误差最大值在30 m以内,可以较好满足载车对高精度导航的实时需求。

针对双轴调制激光惯导系统(D-INS)导航误差随时间发散的问题,提出了一种D-INS组合点校技术,利用多普勒计程仪的对地速度信息进行D-INS速度误差量测,基于最优估计理论完成D-INS姿态误差的估计与补偿,根据卫星导航系统的单点精确位置信息对D-INS位置误差进行校正,实现D-INS导航误差重调的同时有效抑制陀螺角随机游走引起的积累震荡误差,克服了现有两点校正误差重调技术需外界提供间隔特定时间的两点精确位置信息的使用限制。试验结果表明,利用该技术进行D-INS误差重调,可以实现系统一个自主导航周期的导航误差减小为相同条件下单点位置校正的50%,有效提高了系统长航时导航精度。

近年来,石墨烯(GN)由于具有非凡的物理和化学性质而受到广泛关注,这为分析化学的发展带来了新的活力。电化学器件与GN的耦合提供了一个很好的平台,来实现对许多生物材料的诊断和检测。我们小组首次报道,利用石墨烯电极电化学自发检测存在于ssDNA和dsDNA的所有4个DNA碱基,该检测是在生理pH条件下,并且不需要预水解步骤。我们研究证明了利用独特的GO/适配体相互作用和特异性核酸适体目标识别,GO/适配子系统可以程序化地完成较复杂的OR and INHIBIT逻辑门。在不同输入相同波长的不同荧光强度下,进行多靶点调节荧光强度和OR and INHIBIT逻辑门,从而组合成组合逻辑门。组合逻辑门可利用荧光成像进行高通量诊断。在组合逻辑门的输出的基础上,我们可以找出ATP和凝血酶是否存在。这个概念的证明可以为多重分析和纳米生物医学器件对多个输入的化学物质响应提供一种新方法。

为提高导航设备的适装性,设计了一个基于DSP-ARM的低成本MEMS_IMU/GNSS组合导航系统,系统采用ARM芯片对惯性测量单元和卫星接收机模块进行原始数据采集和器件配置,并实现原始数据解码和打包发送给DSP,DSP芯片接收ARM发送的打包数据,进行组合导航解算,并将原始数据与导航数据输出。介绍了组合导航系统的组成结构,给出了硬件系统和软件系统的设计,采用初始对准、惯导解算和组合导航算法,并对算法进行了仿真分析和跑车试验,试验结果表明,设计的组合导航系统的位置误差为10 m以内,速度误差为0.1 m/s以内,航向误差为2°以内。

量子信息处理中许多任务都要求量子通道必须是最大纠缠态,但最大纠缠态不可避免地要受到环境噪声等因素的影响,变成部分纠缠态或混合态,因此纠缠纯化至关重要。早期人们基于交叉克尔非线性主要针对单个自由度进行纯化,或者用超纠缠的一个自由度去纯化另一个自由度,很少有方案涉及到超纠缠纯化。提出了一种基于交叉克尔非线性的超纠缠纯化方案,几乎确定性地实现了空间自由度和偏振自由度两个自由度的纯化。该方案只需要线性光学元件、弱的克尔非线性、强的相干光场和零差探测。

目前高光谱成像技术正往轻量化、小型化、低功耗的方向发展,同时轻小型化的高光谱产品具有巨大商业价值。CMOS探测器的较高集成度能大大简化外围电路设计,能使高光谱成像系统获得轻量化、小型化、低功耗等技术优势。基于CMOS的性能特点,分析CMOS用于轻小型成像光谱仪的技术路线,然后结合几个典型的产品阐述CMOS光谱探测技术的发展现状,最后讨论CMOS在高光谱成像领域的应用前景及趋势。

通过对掺杂有二色性染料扭曲向列液晶器件的结构和光学原理的分析,采用光学测试设备扫描得到不同理论光程差的发射光谱。并运用光谱所对应的透过率及其相应理论光程差的比例关系,使用回归拟合曲线,得到测定有效光程差的方法,其线性相关的程度R2可达到0.995 7。该方法具有快速,简易的特点,对研究掺杂二色性染料扭曲向列液晶光程差的测量有参考作用。