Author Affiliations
Abstract
1 Quantum Institute for Light and Atoms, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Department of Physics, School of Physics and Electronic Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Shanghai Branch, Hefei National Laboratory, Shanghai 201315, China
3 School of Physics and Astronomy, and Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
4 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
5 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Quantum parameter estimation is a crucial tool for inferring unknown parameters in physical models from experimental data. The Jaynes–Cummings model is a widely used model in quantum optics that describes the interaction between an atom and a single-mode quantum optical field. In this Letter, we systematically investigate the problem of estimating the atom-light coupling strength in this model and optimize the initial state in the full Hilbert space. We compare the precision limits achievable for different optical field quantum states, including coherent states, amplitude- and phase-squeezed states, and provide experimental suggestions with an easily prepared substitute for the optimal state. Our results provide valuable insights into optimizing quantum parameter estimation in the Jaynes–Cummings model and can have practical implications for quantum metrology with hybrid quantum systems.
quantum Fisher information Jaynes–Cummings model parameter estimation theory Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 102701
1 微米纳米加工技术全国重点实验室, 上海 200241
2 上海交通大学 微纳电子学系, 上海 200241
近年来仿生扑翼飞行器利用视觉系统自主飞行成为一个具有广泛前景的研究方向, 然而, 其有限的带载能力对视觉传感器的类型、尺寸和重量提出了严格要求。目前商用图像处理模块的尺寸和重量较大, 且需要回传图像信息至地面控制系统处理, 文章旨在设计一款轻量化机载单目视觉系统, 帮助微型仿生扑翼飞行器获取外界信息并实现智能自主的飞行。相比于其他图像处理模块, 此系统以国产高算力芯片K210为核心进行设计, 可脱离电脑端完成图像处理, 尺寸仅为2.2cm×2.3cm, 重量仅为3g, 内部兼容轻量化网络模型实现分类识别, 通过串口进行信息交互, 控制扑翼飞行器实现手势识别和目标追踪。
仿生飞行器 单目视觉系统 卷积神经网络 轻量化 目标识别 机载图像处理 串口通信 自主飞行 bionic aircraft monocular vision system convolution neural network lightweight target recognition onboard image processing serial communication autonomous flight
1 微米纳米加工技术国家级重点实验室, 上海 200240
2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 上海 200240
提出并研制了一种具有高机械灵敏度和低零偏稳定性的新型波浪式MEMS谐振陀螺(WDRG)。该结构的设计方法是将传统的环式MEMS谐振陀螺(DRG)转变为波浪式环, 以提供更高的热弹性品质因数。此外, 与传统DRG相比, WDRG具有更高的制造误差抗扰度。通过优化结构参数, 进一步提高了WDRG的性能。通过有限元法(FEM)给出了主要结构参数对WDRG性能的影响。优化后WDRG的热弹性品质因数、机械灵敏度和偏置稳定性分别为450k, 1.05μm/(°/s)和0.076(°)/h。与传统DRG相比, 零偏稳定性降低了90%, 热弹性品质因数和机械灵敏度分别提高了215%和950%。
1 上海交通大学 微米/纳米加工技术国家级重点实验室
2 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 上海 200240
3 上海交通大学 微米/纳米加工技术国家级重点实验室
微谐振陀螺仪是一种固体波动陀螺, 常采用微纳制造工艺进行加工, 具有小体积、高性能、低功耗、批量化等特点。自1975年世界上第一个半球谐振陀螺诞生以来, 微谐振陀螺的谐振子拓扑结构经历了三维结构到二维结构的演变。文章以拓扑结构的发展脉络为主线, 对微谐振陀螺的发展过程进行了梳理和总结, 最后对目前存在的问题进行了分析, 对未来的发展进行了展望。
1 上海交通大学 微米纳米加工技术国家级重点实验室, 上海 200240
2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院微纳电子学系, 上海200240
为了探测月面静海熔岩管道区域, 该文设计了一套微型折叠探测机器人控制系统。采用MPU6050姿态传感器、光照传感器、红外传感器等构建机器人感知系统, 使用NRF24L01远距离通信电路和图像传输接收机构建机器人数据通信链路, 使用基于Qt的C++编程设计微型探测机器人控制系统上位机实现微型折叠探测机器人的运行。测试结果表明, 微型折叠探测机器人运行速度可达0.5 m/s, 爬坡角度为20.0°, 折叠角度为47.3°, 通信距离为200.0 m, 质量仅204.1 g。
探测机器人 上位机 比例、积分、微分(PID) detection robot NRF24L01 NRF24L01 STM32 STM32 host computer proportion、integral、differential(PID)
1 上海交通大学 1. 微米/纳米加工技术国家级重点实验室
2 2. 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 上海 200240
为了满足微型无人飞行器实时控制的要求, 文章对Yolo-V4单阶段图像检测算法进行了轻量化设计, 并基于单目摄像头设计了实时目标识别系统。该轻量化算法首先通过优化输入网络的分辨率和卷积层参数等方法, 将主干网络由73层压缩到16层; 然后通过简化残差结构和跨级结构, 解决深层网络梯度消失问题, 减少梯度信息重复; 最后自下而上将网络浅层和深层特征进行了精简融合。采用K均值聚类算法训练轻量化模型以优化预选框参数, 提高算法对特定目标的检测精度。测试表明, 改进后的轻量化算法对特定目标的预测精度为98%, 召回率为92%, 均值平均精度达90.70%, 单张图片检测时间为7.8ms, 对视频的处理速度可达125.6f/s, 满足微型无人飞行器的实时应用要求。
实时目标识别 深度学习 轻量化 单目视觉 YoloV4 YoloV4 real-time target recognition deep learning lightweight monocular vision
1 上海交通大学 1. 微米纳米加工技术国家级重点实验室
2 2. 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 上海 200240
基于准稳态模型和动量理论, 探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题。针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题, 使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解, 得到实验样机的诱导角为15°。实验样机的实际升力为40g, 忽略诱导角后准稳态模型理论升力为46g, 而考虑诱导角的理论升力为37g, 验证了计算诱导角可以提高准稳态模型预测升力的准确性。基于实验样机翅膀被动扭转的实际, 采用最小二乘法计算出实际最佳几何攻角为55°, 能有效指导微型飞行器翅膀的设计, 从而提高飞行器最大升力和飞行效率。
微型扑翼飞行器 空气动力学 列文伯格-马夸尔特算法 最佳几何攻角 flapping-wing micro air vehicle aerodynamics Levenberg-Marquardt algorithm best geometric angle of attack
1 上海交通大学 1. 微米/纳米加工技术国家级重点实验室
2 2. 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构, 其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术, 分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术, 将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合, 在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺, 利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连, 实现单轴惯性传感器的集成, 制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。
微惯性测量单元 折叠MEMS 聚酰亚胺 圆盘谐振陀螺 micro IMU folded MEMS SOI SOI polyimide DRG
上海交通大学 微米/纳米加工技术国家级重点实验室,电子信息与电气工程学院 微纳电子学系,上海 200240
该文设计、制作和研究了一种亚手掌尺度的双驱扑翼微飞行器。飞行器主要采用多层平面材料的智能复合微结构(SCM)加工工艺进行加工。装配得到的样机整机质量为244 mg,翼展61 mm。对样机的压电驱动器性能进行了测试。测试结果表明, 压电驱动器空载共振频率约为1 100 Hz, 负载共振频率约为28 Hz; 对样机进行了升力测试, 得到样机的升力为 0.689 mN。
扑翼微飞行器 智能复合微结构 传动机构 激光切割 双压电驱动器 flapping wing micro-aircraft smart composite microstructures transmission mechanism laser cutting double piezoelectric actuator
1 广西大学电气工程学院, 广西 南宁 530004
2 广西大学物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
为了提高平面光栅成像系统的点扩展函数(PSF)提取准确度,构建PSF模型,提出一种基于Boltzmann函数的刃边函数拟合方法。构建以入射角为自变量的双曲线型变化PSF模型,揭示了光栅成像系统PSF的分布规律。最后,采用Lucy-Richardson算法对不同模糊程度的图像进行复原,并对复原后的图像进行质量评价,其中灰度平均梯度(GMG)提升均在60.2%以上,结构相似度(SSIM)提升均在66.5%以上。对比不同拟合方法的复原效果,结果表明,所提方法在对像差较大的图像进行复原时,效果明显优于其他同类方法,建立的PSF模型也可以准确地表现光栅成像系统的特性。
光栅 光栅成像 刃边函数拟合 Boltzmann函数 点扩展函数模型 图像复原 光学学报
2020, 40(14): 1405003
