设计了一种基于绝缘硅材料的超小微环相移器, 能够在自由频谱范围内实现2π相移的同时相移达到最佳线性化.根据全通微环谐振器的相移特性可知, 在临界耦合点时微环谐振器达到π的相移, 在过耦合领域达到2π相移.分析了直波导宽度及间距两个参量, 用精细度F表征间距, 讨论了由于这两个参量变化对微环谐振器相移的影响, 并且给出了设计的相移范围和相应的功率变化.实验结果表明: 若采用40 GHz的射频信号, 设计的微环相移器射频相移范围为0~4 rad, 功率变化不到6 dB.

在阴极玻璃面板上研发了一种新型的一体式冷阴极.印刷的银浆被烧结后用于形成银底电极.制备了薄层底电极浆料, 其中含有大量碳纳米管.将薄层底电极浆料印刷在银底电极表面, 然后再将普通碳纳米管浆料制作在烘烤的薄层底电极浆料上.利用高纯度氩气作为保护气体, 在烧结炉中对这两种浆料同时进行烧结.烧结后的薄层底电极将和银底电极相互融合在一起, 碳纳米管层则覆盖于薄层底电极的表面.同一阴极像素中制作了两个碳纳米管发射极.备用碳纳米管发射极的存在, 有利于延长整体显示器的使用寿命.利用薄层底电极作为碳纳米管层和银底电极之间的中间层, 能够有效改善碳纳米管的粘贴性能, 同时增强二者之间的可靠欧姆接触.利用碳纳米管作为阴极制作了一体式冷阴极场发射显示器.该显示器具有良好的发光图像质量以及更好的场发射特性.与普通碳纳米管阴极场发射显示器相比, 一体式冷阴极场发射显示器能够将开启场强从2.11 V/μm减小到1.68 V/μm; 将最大场发射电流从905 μA提高到1 866.2 μA; 数值为367 μA场发射电流的电流波动不超过4.5%.该一体式冷阴极场发射显示器已经以稳定的发光亮度而连续运行10余天.

分别采用化学气相沉积法和电弧放电法制备了多壁碳纳米管.利用扫描电镜测量了两种不同方法所制备样品的形貌, 并在室温下测量了这两种样品的喇曼光谱、吸收光谱和光致发光光谱.结果显示: 电弧法所制的纳米管管径较小, 且纳米管相互缠绕明显; 两种样品的喇曼光谱中均存在D模和G模, 但化学气相沉积法制备的碳管的结构更完美, 石墨化程度和碳管纯度更高; 两种样品都在250 nm处有一个强的吸收峰, 当采用共振激发时, 两种样品均在480 nm处有带状发射光谱, 而用550 nm的光激发时, 化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管在820 nm处具有光致发光, 电弧法制备的样品在此波段则无光致发光.

研究了多晶硅片在反应离子刻蚀制绒后与扩散工艺的匹配性.在相同的扩散工艺下, 反应离子刻蚀制绒后硅片的方块电阻值比酸制绒工艺硅片的方块电阻值高3～11 Ω/□, 而且其方块电阻不均匀度值约为普通酸制绒工艺硅片的方块电阻不均匀度值的80% . 测试了反应离子刻蚀制绒后多晶硅太阳能电池的外量子效率, 其外量子效率在340～1 000 nm波段范围与酸制绒多晶硅太阳能电池相比提高了约10% . 对反应离子刻蚀制绒电池的电性能进行了分析, 提出了与反应离子刻蚀制绒工艺匹配的高方阻扩散工艺. 通过优化调整扩散工艺气体中的小氮和干氧流量, 获得了在80 Ω/□方块电阻下, 反应离子刻蚀制绒多晶硅电池的光电转换效率提升至17.51%, 相对于酸制绒多晶硅电池的光电转换效率提高了0.5% .

在以太网无源光网络帧结构的基础上, 针对正交频分复用无源光网络的特点, 提出了一种适用于正交频分复用无源光网络的媒质接入控制协议.对多点控制协议、控制消息的结构、业务优先级等进行了设计, 提出了一种提供服务质量保障的特殊情况下区别用户服务等级的动态带宽分配算法.该算法引入两级调度的机制, 将带宽资源的分配分为不同优先级业务的调度和同类型业务下不同等级的光网络单元调度.文章对提出协议的时延、丢包率、吞吐量等方面的性能进行了仿真, 仿真结果显示提出的媒质接入控制协议很好地实现了对各业务的服务质量保障, 符合多业务接入对服务质量等的需求.

基于路径计算单元的光网络, 根据无充足空闲资源用于无需流量迁移状态的恢复光路建立的背景, 围绕故障恢复时尽量减少被中断连接的流量迁移过程, 对并行的流量迁移过程进行了研究, 建立了相应的数学模型, 提出了并行流量迁移的实现方法, 给出了可以得到并行流量迁移过程中连接新旧光路拆建顺序的启发式算法.文中提出的最小化最大中断连接资源需求数并行流量迁移算法包含依赖关系图分割算法和最小化最大中断连接资源需求数拆建顺序确定算法两大部分.仿真证明了最小化最大中断连接资源需求数并行流量迁移算法相对于普通串行流量迁移算法可以利用较少的额外中断得到迁移时间的大幅缩短.

随着智能电网的发展及其多种信息业务的涌现, 10G-EPON作为业务接入技术日益成为重要支撑; 然而业务的多元化对10G-EPON的多业务支撑能力提出了重要挑战.为了适应电力系统中多种不同类型业务的需求, 本文对智能电网的信息业务特性进行分析, 提出了一种基于贝叶斯分类的10G-EPON业务感知机制; 并且根据10G-EPON中OLT与ONU的主从式网络架构特点, 提出了业务感知的主从式实现方式.该机制使用贝叶斯网络分析数据包的特征, 进而确认待传送业务的类型.在贝叶斯业务分类的基础上, 通过OLT和ONU之间的交互决定业务的资源分配和传输策略.为了验证新机制的有效性, 分别从时延和丢包率两方面进行系统仿真.仿真结果表明, 所提出的基于贝叶斯分类的业务感知机制在时延和丢包率具有显著的优势, 能够实现业务与10G-EPON的高效匹配, 提高10G-EPON在智能电网应用中多业务的区分支持能力.

光孤子通信是解决光信息在光纤中长距离传输时衰减和色散问题的一种较为有效的方法.本文在现有带有群速度色散、非线性项、三阶非线性系数以及增益/损耗项的非线性薛定谔方程孤子解的基础上, 给出了灵活性的孤子解.采用具有复振幅的行波解作为试探解, 将试探解代入原方程, 在实部和虚部分离的基础上, 引入三个变量函数, 最后表征出孤子解波函数的平方, 并应用Matlab选择不同的变量函数进行数值模拟, 得到图示结果.结果表明孤子解对于参变量变化是敏感的.选择适当的参量, 得到合适的孤子, 这一结论对光纤中孤子通信具有重要意义.

采用熔融法制备了一种组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xYb2O3(x=0~1.6)(mol%)的掺镱碲酸盐玻璃材料, 测试了该玻璃材料的密度、热膨胀系数和折射率随波长的变化关系, 分析了其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命随Yb3+浓度的变化性质.利用McCumber理论计算了该玻璃系统中Yb3+离子从2F5/2到2F7/2能级跃迁的受激发射截面.实验表明: 当Yb2O3掺杂量为1 mol%时, Yb3+在1 004 nm波长处的发射截面为1.06×10-20 cm2, 荧光有效线宽为89.6 nm, 荧光寿命达到最大值为0.80 ms.激光性能评价结果表明, 该掺镱碲酸盐玻璃是实现超短脉冲激光的候选材料之一.

为了降低采用光子相关光谱法进行纳米颗粒测量时噪音对颗粒粒径反演结果的影响, 提出了一种基于加权非负最小二乘法的光子相关光谱纳米颗粒粒径计算方法.该方法以光子相关光谱自身作为权值,推导出反演算法的离散模型,避免了接近零点的测量数据波动对测量结果的影响.利用光子相关光谱纳米检测实验平台对90 nm、190 nm及混合的乳胶颗粒进行实验研究,并与传统非负最小二乘法反演结果进行了对比.60 s测量时间的30次实验数据表明: 对单峰颗粒群进行反演时,该方法多次测量结果与传统非负最小二乘法结果相近,但是多次重复测量的方差较小,证明该方法重复性较好; 对多峰颗粒群进行反演时,该方法反演结果更接近颗粒的真实值,而非负最小二乘法其反演结果与真实值有较大偏离.在不同测量时间的实验数据表明: 测量较短的情况下,该方法反演结果方差较小,能在更短的采样时间情况下,获得更准确的测量结果.

通过对左手材料的理论分析, 设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率, 金属线实现负介电常量, 经过合理的设计, 可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负, 即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明: 在其工作频段内存在一个通带并且在17.6~29.0 GHz频率范围内折射率实部为负, 而虚部接近于零; 同时在该频率范围内波阻抗实部大于零, 从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外, 相对左手带宽达到48.9%, 远远优于传统的左手材料.

基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT), 对中性硼化铝团簇AlBn(n=2~9)的几何结构、稳定性以及红外振动光谱进行了理论研究, 讨论了他们的不同点及AlB4、AlB5、AlB6和AlB7的基态构型和相对稳定性.对于中性AlBn(n=2~9)基态构型, 对比讨论了其失去［AlB+n(n=2~9)］和得到［AlB-n(n=2~9)］一个电子后化学键强度的变化、掺入铝原子的影响以及团簇几何结构的演化.计算结果表明: 虽然掺入Al之后, 团簇的稳定性差异变小, 但是硼团簇和硼化铝团簇都趋向于形成平面、准平面结构以获得更大的稳定性; 硼团簇的构型对硼化铝团簇的结构和稳定性起着决定性的作用; AlB3、AlB5和AlB8更稳定; 红外光谱的振动模式倾向于B原子和对称性优先的趋势.

针对目前全光纤电流传感器中光信号检测环节多是采用双路光强分析偏振度这一现状, 提出将斯托克斯矢量法应用于光纤电流传感器信号偏振度的演变分析, 在近似条件下, 推导得到基于穆勒矩阵的光纤电流传感器简化传输矩阵.从琼斯矢量法和实验结果的比较可知, 斯托克斯矢量法与琼斯矢量法的模拟效果十分接近, 此外它还具有传输矩阵中不存在复数、容易简化为稀疏矩阵以及最终偏振度只需计算总传输矩阵的第2个对角元即可等运算优势.这些优势使得该方法不仅可以很好地进行理论分析, 还可以有效地简化分析过程和运算过程.

生物超弱发光是来自细胞的电磁信号, 在揭示电磁生物学效应的机理研究中具有重要作用.为了研究极低频脉冲电场生物学效应及其机理, 采用基于玉米细胞电位波动频率的1 Hz极低频高压脉冲电场处理萌发玉米种子, 结果发现玉米种子的萌发过程明显加快, 根长和芽长均有显著增长.对萌发种子的自发发光和延迟发光的测量结果显示, 1 Hz极低频高压脉冲电场对萌发过程中玉米种子的自发发光和延迟发光积分强度都有明显的促进作用, 表明1 Hz极低频高压脉冲电场加速了玉米种子萌发过程中的DNA合成和细胞代谢.

构建细胞模型、“细胞基质”模型以及“细胞基质-细胞核”模型等3个模型, 分别表征不同层次细胞结构, 采用时域有限差分方法进行仿真计算, 分别比较了3个模型的远场雷达散射截面在5个散射区的数值差异, 分析了细胞器、细胞核和细胞基质等细胞亚显微结构对细胞电磁散射特性的影响.研究结果表明,生物细胞整体电磁散射特性主要由其细胞基质决定, 细胞核的存在显著增强了细胞在20°≤θ≤40°和150°≤θ≤180°两个散射区的散射能力, 随机分布的细胞器增强了细胞的侧向散射, 削弱了细胞核在上述两个散射区的散射效果, 使细胞散射波分布趋于均匀.

以铁线莲品种繁星(Clematis‘nelly moser’)的带节茎段为材料, 研究不同光照强度和光质对铁线莲不定芽繁殖的影响.以MS为基本培养基(含有0.2 mg/L 1-萘乙酸和2 mg/L 6-苄氨基腺嘌呤), 设置光照强度梯度为0、500、2 000、3 000和4 000 Lux的白光光照; 用透明玻璃纸得到蓝(440 nm) 、绿(560 nm) 、红(650 nm) 3种光质, 以白光为对照组, 强度均为3 000 Lux.结果表明: 在光照强度为3 000 Lux的白光光照下, 不定芽的诱导效果最好, 其诱导频率和每个外植体上不定芽的数量分别为100%和4.4, 每个外植体上不定芽的平均高度为5.66cm, 平均节数为4.6个; 蓝光能够显著提高不定芽的诱导数量, 是相同光强白光诱导数量的1.27倍, 蓝光下不定芽SOD和CAT的最大值显著高于其它光质下的数值, 且叶绿素a和b的比值最大.

为了研究量子通信信令系统, 实现多用户之间进行通信, 提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案, 阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令, 然后对光子进行相位调制, 通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉, 由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布, 导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系, 推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真, 结果表明本文提出的编码方案可以达到75%编码效率, 能够满足量子移动通信的需要.

本文提出了一个在光腔中利用可控逆非均匀展宽技术实现高效的量子存储方案.当光场在光腔中每次往返的吸收与透射到光腔中光场强度完全一样时(阻抗匹配条件),发现进入光腔中的光场可以完全被非均匀展宽原子系综吸收.通过计算得到无论是向前读取还是向后读取的方案, 量子存储效率在光深度很小时都可以达到1.若没有光腔100%的存储效率仅仅只有在光深度无穷大时才能得到. 在光深度很小时就能达到高效的量子存储在实验上非常容易实现. 因此该方案为实验上实现高效的量子存储提供一个确实可行的方法.

为了在图像放大中获得更好的视觉效果,提出了一种基于总广义变分性质的变分放大模型.该模型将原始低分辨图像作为被估计的高分辨放大图像到所在空间的某个子空间的投影,利用二阶总广义变分正则化迭代处理得到被估计放大图像.通过分析新模型的性质,给出了一种有效的原始对偶放大算法.实验结果表明: 该方法能去除总变分放大方法产生的图像阶梯块效应,恢复更多的细节边缘及纹理信息,从而重构出高质量的图像; 相比于总变分图像放大方法和小波图像放大方法,该方法具有更高的峰值信噪比和更小的均方误差.

针对高动态范围图像合成过程中相机响应函数标定速度低的问题, 提出了一种快速有效的相机响应函数标定的方法.首先根据不同曝光度的图像在成像过程中场景照度保持一致的特性, 提出构建一种新的最小平方代价函数, 以降低相机响应函数标定方程组的维数; 然后在保证标定方程组求解效率的前提下, 根据不同曝光度图像的噪音分布, 引入高斯加权函数, 有效减小多曝光图像在高亮或过暗区域成像过程中引入的噪音, 并利用稳健的QR分解算法提高标定方程组的求解速度; 最后采用查表的方法, 利用高斯加权函数完成场景照度的合成及相应的色调映射, 得到能表现整个场景亮区和暗区细节的可视化图像.实验结果表明, 与传统方法相比, 本文算法在保证相机响应函数标定准确度的同时, 具有计算量小、速度快的优点, 可实现相机响应函数的快速标定, 而且所获得的可视化图像主观效果有所提高, 在便携式摄像设备上具有广泛的应用前景.

自动曝光控制是通过控制曝光量使图像亮度最优化的过程, 由于图像亮度与曝光值有着直接的关系, 因而图像亮度在自动曝光算法中被广泛应用.虽然熵已用于各种图像处理应用, 但是很少应用在自动曝光中.基于图像熵提出一种新的自动曝光算法, 不同于传统的主要依赖于图像亮度的算法.首先根据图像熵值大小来判断光照条件, 通过图像熵大小的比较, 把图像的各区域划分为感兴趣区域与不感兴趣区域.然后由图像熵值大小采用分配权重方法对不同区域分配权重, 最后进行准确地自动曝光.由于该算法主要基于图像熵值的大小, 所以曝光效果不受图像中对象位置影响, 使得该算法更灵活.实验结果表明, 该算法对高动态范围场景可以准确地检测出各种光照条件, 提高相机系统输出图像的动态范围, 同时还增加了自动曝光的准确性.

为了解决纸张水分率指标的在线测量问题, 研究了基于近红外光谱分析的水分率测量技术, 阐述了介质对光谱吸收的基本原理, 分析了该原理应用于纸张水分率测量时存在的问题, 探索了采用两条谱线(测量谱线和参考谱线)的方法实现水分率在线检测的关键技术, 设计规划并实验研究了相应的测量方案, 论述了方案中各功能模块的作用.基于光谱法和干燥称重法的水分率对比测量实验表明,基于光谱法的测量准确度可控制在0.5%以内.因此该方法可实现在线检测且满足准确度要求.

贴片电阻生产过程中的缺陷主要依靠人工在显微镜下检测, 速度慢、长期成本高、误检率高.针对贴片电阻单元具有排列整齐、结构简单、图像灰度级少的特点, 在贴片电阻图像二值化、边缘提取、直线检测基础上, 以相邻电阻单元的相关系数作为电阻缺陷判别依据, 提出基于子图投影匹配的快速缺陷检测方法.采用主分量分析法压缩图像数据量, 提取缺陷特征, 以基于支持向量机对贴片电阻缺陷进行分类并建立实验系统.缺陷检测及识别实验表明, 缺陷检测正确率为92.5%, 算法的快速性和识别准确度满足系统快速高精的要求.