青岛科技大学自动化与电子工程学院， 山东 青岛 266061
针对衰减全反射-傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱仪用于测量结晶过程溶液浓度时， 因光谱谱线维度高、 无关变量多， 导致的标定模型预测精度低、 可解释性差等问题， 提出了一种变量稳定加权混合收缩的新方法。 首先提出对光谱变量进行随机二进采样， 将建立的优秀子模型中变量被选频率与所有子模型中变量回归系数的稳定性指标进行加权评价的稳定加权变量种群分析法（SWVCPA）。 通过对变量的重要性进行排序， 采用指数递减函数在迭代过程中逐渐强制滤除重要性低的变量， 实现了对光谱变量空间的初步收缩， 并大幅提高了收缩的稳定性。 然后在收缩后的子空间继续使用一种新的动态麻雀算法（DSSA）， 以最小化训练预测均方根误差（RMSEC）为适应度函数进一步优化变量组合。 这种混合优化方式融合了两类变量选择算法的优点， 通过子模型竞争的方法确保了前期变量收缩的稳定性， 防止算法陷入局部最优; 通过智能优化算法避免了对剩余变量组合的遍历寻优， 允许保留更多的变量进行精准选择。 为了验证新方法的性能， 使用L-谷氨酸溶液冷却结晶过程中6种不同浓度下采集到的ATR-FTIR光谱数据进行测试。 结果表明， 新方法将光谱变量数从613个减少到46个， 与原始光谱相比， 使用选择后变量建立的偏最小二乘法（PLSR）模型其预测均方根误差（RMSEP）为从1.727 9降低到0.165 4， 预测决定系数（R2）从0.973 7提高到0.999 7。 另外相比于特征谱段、 遗传算法（GA）以及变量种群组合分析法（VCPA）选择变量建立的模型， 使用新方法建立的溶液浓度预测模型具有更高的准确性和稳定性， 说明该方法对提高使用ATR-FTIR光谱法测量冷却结晶过程溶液浓度准确性和可靠性具有一定的实际应用价值。
变量选择 溶液浓度测量 结晶 ATR-FTIR光谱 智能优化算法 Variable Selection Solution concentration monitoring Crystallization ATR-FTIR spectra Intelligent optimization algorithm 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1413
1 华中科技大学, 温州先进制造技术研究院, 浙江 温州 325035
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
微波介质陶瓷是制造5G通信元件的关键材料, 采用传统的固相反应法制备BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)微波介质陶瓷, 研究Ge4+取代Si4+对BaSnSi3O9陶瓷烧结行为、晶体结构和微波介电性能的影响。结果表明: BaSnSi3O9陶瓷在最佳的 1 450 ℃烧结温度下表现出多孔的微观结构, 并呈现较差的微波介电性能(介电常数εr=6.61, 品质因数Q×f=7 977 GHz (谐振频率为15.03 GHz), τf=-37.8×10-6/℃)。通过Ge4+对Si4+的取代能形成BaSn(Si1-xGex)3O9固溶体, 其晶体结构为六方结构和P-6c2空间群。采用Ge4+对Si4+的取代促进了BaSn(Si1-xGex)3O9 (0≤x≤1.0)陶瓷的烧结, 改变了晶体结构参数实现对陶瓷微波介电性能的优化。BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)陶瓷的Q×f值主要与Si/Ge-O和Sn-O键中共价键的比例有关, 在x=1.0时BaSn(Si1-xGex)3O9陶瓷具有最优的微波介电性能: εr=8.53, Q×f=15 829 GHz (谐振频率为14.41 GHz), τf =-34.2×10-6 ℃-1。
陶瓷 烧结行为 晶体结构参数 微波介电性能 ceramics sintering behavior crystal structural parameter microwave dielectric properties
1 山西乡宁焦煤集团燕家河煤业有限公司,临汾 042100
2 中国矿业大学(北京)研究生院,北京 100083
3 太原理工大学化学工程与技术学院,太原 030024
新型光催化剂的研制是光驱动下CO2转化为高附加值化学品或燃料的核心问题,对实现“碳达峰·碳中和”目标具有重要意义。本文通过乙二胺四乙酸(EDTA)辅助水热法合成一系列新型Bi-Y-O光催化剂体系,发现样品的晶体结构随EDTA的添加量不同而发生变化。添加0.4 g EDTA或未添加EDTA时均可得到BiYO3晶体,而添加0.8 g和1.2 g EDTA时分别制得Bi1.46Y0.54O3和Bi3YO6晶体。光催化CO2还原性能测试结果表明,添加0.4 g EDTA制备的BiYO3具有最佳光催化CO2还原活性,其CO产率为18.29 μmol·g-1·h-1,且3次循环使用后CO产率仍达17.32 μmol·g-1·h-1,明显高于其他样品。结合表征结果分析可知: EDTA的引入不仅可调控BiYO3的结构形貌,而且拓宽其光响应范围、提高光生电子-空穴的分离效率,从而增强光催化还原CO2性能,为新型高效B-Y-O光催化体系的研究提供基础科学数据。
EDTA辅助水热法 光催化 CO2还原 作用机理 碳中和 BiYO3 BiYO3 EDTA-assisted hydrothermal method photocatalysis CO2 reduction action mechanism carbon neutralization
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对传统暗通道去雾算法对天空区域处理能力不足,复原效果常伴有色彩失真及光晕现象等问题,提出了一种结合天空区域分割和加权融合的去雾算法。利用天空区域的亮度特性设置众数约束阈值,将雾图分割为天空和非天空区域;结合不同滤波尺寸暗通道优势,构造融合暗通道;在天空区域分割的基础上采用加权技术获得更可靠的大气光值;设置过渡区域对天空和非天空区域的透射率进行结合。实验结果表明,针对含有天空区域的雾图,本文算法的去雾效果明显,改善了天空区域颜色失真的问题,并抑制了边缘区域的光晕效应。
图像处理 图像去雾 暗通道先验 天空区域分割 透射率 图像复原 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1610021
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对暗通道和线性变换算法的局限性,提出了一种基于改进线性变换的迭代优化去雾算法。首先,从最小颜色分量出发,建立大气耗散函数与最小颜色分量的自适应线性变换模型,以获得介质传输率的初始估计;然后,针对雾图中明亮区域的介质传输率进行自适应修正;其次,使用Kirsch和Laplacian算子构成的高阶滤波器进行迭代处理,得到最优介质传输率;最后,将优化后的介质传输率和基于四叉树子块搜索法获得的大气光值代入大气散射模型,得到复原图像。实验结果表明,本算法能恢复出清晰、自然的图像,对单幅图像的去雾效果较好。
图像处理 大气散射模型 图像去雾 迭代优化 线性变换 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0610011
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Applied Physics and Chemistry, Ministry of Education, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Science, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
2 Université Polytechnique Hauts de France, IEMN DOAE CNRS, Campus Le Mont Houy, 59309, Valenciennes Cedex, France
Goodness of fit is demonstrated for theoretical calculation of z-scan data based on beams propagating in the nonlinear medium and the Fresnel–Kirchhoff diffraction integral in experiments with high nonlinear refraction and absorption. The constancy of nonlinear optical parameters is achieved regardless of sample thickness and laser intensity, which clarifies the physical significance of optical parameters. We have obtained = 2.0 × 10?19 m2/W and = 5.0 × 10?13 m/W for carbon disulfide excited by a pulsed laser at 800 nm with pulse duration of 35 fs, which are independent of sample thickness and laser intensity. Affirming constancy of the extracted parameters to the incident light intensity may become a practice to verify the goodness of the z-scan experiment.
z-scan technique nonlinear refraction and absorption nonlinear optical coefficient carbon disulfide Chinese Optics Letters
2020, 18(7): 071903
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Applied Physics and Chemistry, Ministry of Education, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Science, North Western Polytechnical University, Xi’an 710072, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 117583, Singapore
3 LEES Program, Singapore-MIT Alliance for Research & Technology (SMART), Singapore 138602, Singapore
A polarization-insensitive plasmonic absorber is designed consisting of Au fishnet structures on a TiO2 spacer/Ag mirror. The fishnet structures excite localized surface plasmon and generate hot electrons from the absorbed photons, while the TiO2 layer induces Fabry–Perot resonance, and the Ag mirror acts as a back reflector. Through optimizing the TiO2 layer thickness, numerical simulation shows that 97% of the incident light is absorbed in the Au layer. The maximum responsivity and external quantum efficiency of the device can approach 5 mA/W and ～1%, respectively, at the wavelength of 700 nm.
plasmonic absorber Fabry–Perot resonance internal photoemission surface plasmon Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052402
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间新技术部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决高空间分辨率和微小卫星空间紧张之间的矛盾,基于像差理论和同轴四反光学系统,设计了一种同轴超紧凑型主三镜一体化光学系统。在焦距为1750 mm、F数为7、全视场角为1.4°的条件下对光学系统进行验证,并分析了其公差和信噪比。结果表明:光学系统的整体长度小于200 mm,仅为焦距的1/8.75,实现了光学系统的超紧凑化和小遮拦比设计。增加遮拦后,在奈奎斯特频率为78 lp/mm处,全视场传递函数优于0.26,全视场波像差优于λ/50;在太阳高度角为30°、地表反射率为0.05时,信噪比优于24.9。系统结构简单、紧凑,且成像质量良好,对微小卫星高分辨光学系统的设计有一定的借鉴作用。
光学系统设计 同轴四反光学系统 像差理论 一体化设计 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 072202
利用自行设计的直接耦合石英管微波等离子体化学气相沉积装置, 以氢气和甲烷为反应气体, 沉积出八个金刚石膜样品。研究了氢气浓度对所沉积金刚石膜色度的影响。结果表明, 饱和纯度和色纯度随着H2浓度的增大而升高; 当H2浓度达到94.137%时, 饱和纯度和色度纯度达到最大, 分别为8.5%和9.5%; 之后随着H2浓度的进一步升高饱和纯度和色纯度开始下降。
色度学 金刚石膜 饱和纯度 色度纯度 Colourometry diamond film saturated purity color purity
