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量子级联激光器的数值优化及其光电调制特性研究

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量子级联激光器的数值优化及其光电调制特性研究

作者：孙远昆重庆大学

学位级别：硕士

众所周知,爱因斯坦的受激辐射理论为激光器的产生奠定了理论基础。激光器按工作介质可以分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器。量子级联激光器属于半导体激光器,它是一种高性能的相干光源,具有功率高、线宽窄、输出... 详细信息

众所周知,爱因斯坦的受激辐射理论为激光器的产生奠定了理论基础。激光器按工作介质可以分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器。量子级联激光器属于半导体激光器,它是一种高性能的相干光源,具有功率高、线宽窄、输出波长可调谐等优势,其输出波长已从中红外波段增至太赫兹波段,在分子光谱学、气体检测、医学诊断、化学传感、自由空间光通信、工业生产过程控制等领域有着广阔的应用前景。本论文主要从理论和实验两个方面对量子级联激光器的输出特性进行了全面而深入的研究。理论上,利用Matlab分析软件,采用传输矩阵法和有限差分法求解单电子的薛定谔方程,得到了各能级和电子波函数分布。基于此,针对现有量子级联激光器,进行了模拟分析研究,验证了方法的有效性,且在保证计算精度的前提下,通过有限差分法能将计算速度提高至原来的3倍左右。进而,采用粒子群算法,优化了量子级联激光器的仿真模型,计算了各能级的电子温度,模拟了量子级联激光器的输出特性,分析讨论了各能级的电子温度对量子级联激光器输出特性的影响,仿真得到的量子级联激光器的阈值电流密度为1.82k A/cm,实测光发射功率和模拟光发射功率数据之间只有大约50m A的差异,模型更加优化的呈现于实验的相关性和指导性,这可以为进一步从理论上研究量子级联激光器全光调制物理机制奠定了重要基础。实验上,构建了基于光致发光光谱评估量子级联激光器全光调制的实验装置,确定了最佳调制波长为1560nm、光斑位置为5.045mm等,此可用于优化量子级联激光器的全光调制。同时,建立了基于量子级联激光器的直接吸收光谱实验系统,基于此,开展了检测NO气体实验研究。在1000ns内,获得了NO气体的直接吸收光谱,测得了直接吸收光谱NO气体浓度检测工作曲线,进行了NO气体浓度定量测试工作,计算出最小的吸光度为0.05345,对应的气体浓度为6.47ppm。

关键词：量子级联激光器粒子群算法直接吸收光谱全光调制 NO气体

太赫兹波对钾离子通道蛋白二级结构影响的分子动力学模拟

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物理学报 2021年第24期70卷 321-326页

作者：孙远昆郭良浩王凯程王少萌宫玉彬电子科技大学电子科学与工程学院(示范性微电子学院) 微波电真空器件国家级重点实验室成都610054

钾离子通道在神经细胞动作电位复极过程中起着重要作用.钾离子通道蛋白种类繁多,钾离子通道允许钾离子特异性穿过细胞膜,从而维持神经细胞静息电位.离子通道蛋白的二级结构决定其功能特性,皮秒尺度内二级结构的波动会对离子通道蛋白的功... 详细信息

钾离子通道在神经细胞动作电位复极过程中起着重要作用.钾离子通道蛋白种类繁多,钾离子通道允许钾离子特异性穿过细胞膜,从而维持神经细胞静息电位.离子通道蛋白的二级结构决定其功能特性,皮秒尺度内二级结构的波动会对离子通道蛋白的功能,即离子通过速率有很大的影响.本文使用分子动力学模拟方法,模拟施加不同幅值的53.7 THz的太赫兹波对真实KcsA钾通道蛋白二级结构和钾离子通过速率的影响.研究发现,在53.7 THz的太赫兹波的作用下, KcsA钾通道蛋白中α螺旋数量减少,β折叠以及卷曲数量增加.此外, 53.7 THz的太赫兹波能够加速钾离子通过KcsA钾通道.本文从蛋白质的二级结构分析太赫兹波对钾离子通道蛋白的影响,为太赫兹波和生物功能分子相互作用之间提供了新的观察角度.

关键词：钾通道蛋白二级结构钾离子速率共振吸收

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太赫兹电磁生物效应及生物表征技术研究

真空电子技术 2021年第2期34卷 1-9页

作者：孙远昆王凯程郭良浩王少萌电子科技大学微波电真空器件国家级重点实验室四川成都610054

太赫兹因其自身优异的穿透性和非电离特性受到研究人员的广泛关注。本文根据研究对象属性的不同,将太赫兹生物效应分为细胞膜的通透性、离子通道和基因表达三个层次的内容;又介绍了生物神经信号的研究进展;最后根据检测方式和信号处理... 详细信息

太赫兹因其自身优异的穿透性和非电离特性受到研究人员的广泛关注。本文根据研究对象属性的不同,将太赫兹生物效应分为细胞膜的通透性、离子通道和基因表达三个层次的内容;又介绍了生物神经信号的研究进展;最后根据检测方式和信号处理方法的不同,将太赫兹生物表征技术分为太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术两大类。目前,太赫兹生物领域的研究尚处于起步阶段,本文尝试较为全面的对太赫兹生物效应、生物神经信号以及生物表征技术等领域的成果进行归纳和总结,旨在为太赫兹生物方面的研究提供参考。

关键词：太赫兹生物效应生物神经信号太赫兹光谱技术太赫兹成像技术

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准二维各向同性激光冷却的光场仿真

光学学报 2024年第3期44卷 155-165页

作者：张孝王鑫王文丽孙远刘亮中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的... 详细信息

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明,与自由空间光入射相比,激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场,因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数,实现对光场均匀度的优化。此外,随着腔体边长的等比放大,腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维,在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下,能够获得呈准二维分布的冷原子,在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。

关键词：光场仿真漫反射准二维光场各向同性激光冷却

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考虑换道切入安全的混行车辆队列控制方法

应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 643-665页

作者：王庞伟孙远哲王欣荻张龙张名芳刘江北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京市重点实验室北京交通大学电子信息工程学院

智能网联车辆以队列行驶可以大幅提升道路的通行能力，但也会带来新的道路交通安全问题.针对随机车辆换道切入引发的碰撞风险，提出一种基于深度强化学习的混行车辆队列分布式控制方法.首先，针对车辆换道切入场景特点，考虑多控制目标... 详细信息

智能网联车辆以队列行驶可以大幅提升道路的通行能力，但也会带来新的道路交通安全问题.针对随机车辆换道切入引发的碰撞风险，提出一种基于深度强化学习的混行车辆队列分布式控制方法.首先，针对车辆换道切入场景特点，考虑多控制目标建立深度强化学习奖励和智能体网络结构，建立混行车辆队列分层控制模型；其次，结合多因素道路安全性评价指标，利用复频域方法分析控制系统稳定性，得到车辆队列行驶安全性约束条件；最后，与线性控制和模型预测控制方法进行Prescan/Simulink联合仿真对比验证，相同条件下考虑换道切入安全的混行车辆队列控制方法使车间距降幅减小56.9%和52.1%,速度降幅减小58.72%和51.19%,车速标准差峰值降低54.8%和49%,碰撞时间最小值提高420.7%和265%,表明该方法应用于混行车辆队列行驶可大幅提升道路安全性.

关键词：智能交通道路交通安全智能网联车辆车辆队列行驶车辆换道切入深度强化学习队列稳定性

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现代司法视阈下韦伯整体理性观的反思与重塑

法制与社会发展 2024年第1期30卷 110-128页

作者：孙远航吉林大学法学院

在中国学者看来,韦伯关于司法理性化的研究在实践和理论两个向度上都是可质疑的。在实践向度上,现代司法不是韦伯所说的纯粹的形式理性司法;在理论向度上,韦伯的整体理性观在根本上受限于其“自我指涉”的困境,这使得韦伯的特定理性类... 详细信息

在中国学者看来,韦伯关于司法理性化的研究在实践和理论两个向度上都是可质疑的。在实践向度上,现代司法不是韦伯所说的纯粹的形式理性司法;在理论向度上,韦伯的整体理性观在根本上受限于其“自我指涉”的困境,这使得韦伯的特定理性类型不能表现出其整体理性观的内在统一性。基于对中美两国现代司法实践的分析,韦伯的特定理性类型不能展现和解释现代司法中多元理性共存的格局。“中庸理性”提供了一种不同于西方知识传统的、整体式的、能够有效整合与重塑韦伯整体理性观的“二阶观察”框架。基于“中庸理性”,韦伯的形式理性、实质理性和实用理性概念在现代司法视阈下可以得到重塑和展开。

关键词：司法理性形式理性实质理性实用理性二阶观察

佩斯利与忍冬纹:从东亚到西亚、欧洲的文化交流之痕

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故宫博物院院刊 2024年第3期 85-98,141页

作者：常樱孙远正石家庄铁道大学建筑与艺术学院

在艺术装饰中,佩斯利纹的来源一直不甚明了。其发展早期可以追溯至公元6世纪末至7世纪初的拜占庭,纹饰的植物来源、轮廓线条和细节表现均与我国东魏晚期邻和公主墓金饰具有可比性。拜占庭佩斯利纹的连珠纹轮廓线及其成对出现、在主体两... 详细信息

在艺术装饰中,佩斯利纹的来源一直不甚明了。其发展早期可以追溯至公元6世纪末至7世纪初的拜占庭,纹饰的植物来源、轮廓线条和细节表现均与我国东魏晚期邻和公主墓金饰具有可比性。拜占庭佩斯利纹的连珠纹轮廓线及其成对出现、在主体两侧形成护佑感的特点,借鉴了西亚的传统,特别是6世纪的波斯翼纹。早期佩斯利纹往往伴生中国忍冬纹,从其忍冬纹特质分析,可推测佩斯利纹扭转水滴形的动感可能受到了中国南北朝造型的影响。

关键词：佩斯利纹丝绸之路 7世纪萨珊波斯邻和公主墓

基于虚拟点的反应流Navier-Stokes特征边界条件及其应用

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北京理工大学学报 2024年第4期44卷 348-358页

作者：赵俊琪钱琛庚王成孙远翔北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室辽宁沈阳110034

针对通风条件下大尺度加氢站事故模拟,从一维局部无黏特征分析出发,发展了使用虚拟点的三维反应流Navier-Stokes无反射特征边界条件,通过引入横向项和化学反应源项,有效消除了火焰面、亚声速流场与计算域边界相互作用时产生的非物理反射... 详细信息

针对通风条件下大尺度加氢站事故模拟,从一维局部无黏特征分析出发,发展了使用虚拟点的三维反应流Navier-Stokes无反射特征边界条件,通过引入横向项和化学反应源项,有效消除了火焰面、亚声速流场与计算域边界相互作用时产生的非物理反射,实现了计算域边界处通风条件的无反射施加,提高了开放空间数值模拟的计算效率.通过开展51 m×51 m×10 m加氢站中长管拖车、加注机意外氢气泄漏扩散的数值模拟,给出了多种风况下可燃气云扩散结果,探究了通风条件及复杂环境对可燃气云发展规律的影响,对潜在危险区域进行了定量分析,并选取最危险氢气泄漏扩散结果开展高度非均匀气云爆炸的数值模拟,对不同设备处接收的超压和冲量进行了定量转化,完成了加氢站典型事故的风险评估.

关键词：无反射边界条件高压氢气泄漏非均匀气云爆炸数值模拟

运用RBF神经网络响应面的岸桥有限元模型修正

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机械科学与技术 2024年

作者：秦仙蓉王鹏丁旭杨穹孙远韬同济大学机械与能源工程学院

本文针对岸桥结构健康监测问题，建立岸桥有限元模型，并利用实测数据对模型进行修正。构建岸桥有限元模型，进行整机模态分析；对原始数据进行预处理，基于频域分解法对实际岸桥结构的十组加速度监测数据进行参数识别得到试验模态数据... 详细信息

本文针对岸桥结构健康监测问题，建立岸桥有限元模型，并利用实测数据对模型进行修正。构建岸桥有限元模型，进行整机模态分析；对原始数据进行预处理，基于频域分解法对实际岸桥结构的十组加速度监测数据进行参数识别得到试验模态数据；通过试验设计构建8个设计参数与前5阶模态频率的数据集，使用RBF神经网络构建岸桥的替代模型，构建基于前5阶频率残差最小的优化数学模型，基于权重系数法对模型修正的优化问题进行求解，结果表明修正后的模型能得到更高精度的前5阶模态频率。本文研究能对岸桥结构健康监测问题提供设计思路与理论支持。

关键词：岸桥结构健康监测有限元模型修正响应面 RBF神经网络