1 山西农业大学农业工程学院, 山西 太谷 030801
2 山西农业大学谷子研究所, 山西 长治 046000
准确预测农田土壤有机质含量有助于评估农田肥力状况, 为精准农业提供数据依据。 为解决单模型实现快速估测农田土壤表层有机质含量精度较低和泛化能力较弱的问题, 以山西省典型褐土农田表层土壤为研究对象, 基于近红外-可见光高光谱数据, 提出了一种堆叠泛化模型(SGM)用于预测有机质含量。 首先对原高光谱数据采用小波平滑, 对平滑数据进行倒数一阶微分、 对数倒数一阶微分变换, 采用相关系数与递归特征消除法进行特征波段提取。 同时, 引入机器学习中的集成学习随机森林Random Forest(RF)、 梯度提升决策树Gradient Boosting Decision Tree (GBDT)、 极限梯度提升eXtreme Gradient Boosting (XGBoost)、 AdaBoost 4个初级机器学习器模型通过5折交叉验证对有机质含量进行预测, 在初级学习器预测结果基础上, 采用随机梯度下降SGD (stochastic gradient descent)作为元学习器建立SGM堆叠泛化模型。 突破单模型精度较低和不稳定的制约, 实现有机质含量的快速稳定检测。 结果表明: 倒数一阶微分变换后的光谱信息与有机质含量具有较好的相关性, 相关性最大值达到了-0.611; 相比单模型, 堆叠泛化预测模型的决定系数(R2)和相对分析误差(RPD)分别为0. 819和2.256, 较其他算法平均决定系数(R2)和平均相对分析误差(RPD)分别提高了0.055和0.323; 平均绝对误差(MAE)、 均方根误差(RMSE)分别为1.742和2.308 g·kg-1, 较其他算法平均绝对误差(MAE)和平均均方根误差(RMSE)分别降低了0.406和0.389 g·kg-1, 优化效果明显, 可用于农田土壤表层有机质含量的有效估测。 研究成果可为农田土壤表层有机质含量的高光谱快速检测提供依据和参考。
可见光-近红外 高光谱预测 有机质含量 堆叠泛化模型 Visible-near infrared Hyperspectral estinmation Soil Organic Matter Stacked generalization model
1 山东大学物理学院，济南 250100
2 山东大学，激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，青岛 266000
铌酸锂晶体集电光、声光和非线性光学等物理特性于一身，且透光范围宽，作为一种重要的光学材料被广泛应用于通信、传感等领域。通过离子注入与直接键合的方式制备出的铌酸锂单晶薄膜材料，保留了铌酸锂体材料的优秀物理特性，并且具有高折射率对比度的优点，使光子器件在集成度和性能上都得到了很大程度的提升。本文介绍了铌酸锂薄膜的制备及应用，展示了直径6英寸(1英寸=2.54 cm)的铌酸锂单晶薄膜。将硅单晶薄膜覆盖在铌酸锂单晶薄膜上面，形成一种新型的复合薄膜材料，结合了铌酸锂出色的光学性能和硅出色的电学性能，本文报道了直径3英寸的复合薄膜材料，X射线证明硅薄膜是单晶结构，这种复合薄膜在未来的集成光电芯片中具有应用潜力。
铌酸锂 薄膜 离子注入 直接键合 化学机械抛光 lithium niobate thin film ion implantation direct bonding chemical mechanical polishing
Author Affiliations
Abstract
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
The heterogeneous integration of silicon thin film and lithium niobate (LN) thin film combines both the advantages of the excellent electronics properties and mature micro-processing technology of Si and the excellent optical properties of LN, comprising a potentially promising material platform for photonic integrated circuits. Based on ion-implantation and wafer-bonding technologies, a 3 inch wafer-scale hybrid mono-crystalline Si/LN thin film was fabricated. A high-resolution transmission electron microscope was used to investigate the crystal-lattice arrangement of each layer and the interfaces. Only the H-atom-concentration distribution was investigated using secondary-ion mass spectroscopy. High-resolution X-ray-diffraction scanning was used to study the lattice properties of the Si/LN thin films. Raman measurements were performed to investigate the bulk Si and the Si thin films. Si strip-loaded straight waveguides were fabricated, and the optical propagation loss of a 5-μm-width waveguide was 6 dB/cm for the quasi-TE mode at 1550 nm. The characterization results provide useful information regarding this hybrid material.
Si thin film lithium niobate thin film hybrid material integrated optics Chinese Optics Letters
2021, 19(6): 060017
