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Long distance all-optical logic operations through a single multimode fiber empowered by wavefront shaping

Photonics Research 2024年第3期12卷 587-597页

作者： ZHIPENG yu TIANTING ZHONG HUANHAO LI HAORAN LI CHI MAN WOO shengfu CHENG SHUMING JIAO HONGLIN LIU CHAO LU PUXIANG LAI Department of Biomedical Engineering The Hong Kong Polytechnic UniversityHong Kong SARChina Hong Kong Polytechnic University Shenzhen Research Institute Shenzhen 518000China Peng Cheng Laboratory Shenzhen 518055China Key Laboratory for Quantum Optics Shanghai Institute of Optics and Fine MechanicsChinese Academy of SciencesShanghai 201800China Department of Electronic and Information Engineering The Hong Kong Polytechnic UniversityHong Kong SARChina Photonics Research Institute The Hong Kong Polytechnic UniversityHong Kong SARChina

Multimode fibers(MMFs)are a promising solution for high-throughput signal transmission in the time domain.However,crosstalk among different optical modes within the MMF scrambles input information and creates seemingly random speckle patterns at the output.To characterize this process,a transmission matrix(TM)can be used to relate input and output fields.Recent innovations use TMs to manipulate the output field by shaping the input wavefront for exciting advances in deep-brain imaging,neuron stimulation,quantum networks,and analog operators.However,these approaches consider input/output segments as independent,limiting their use for separate signal processing,such as logic operations.Our proposed method,which makes input/output segments as interdependent,adjusts the phase of corresponding output fields using phase bias maps superimposed on input segments.Coherent superposition enables signal logic operations through a 15-m-long MMF.In experiments,a single optical logic gate containing three basic logic functions and cascading multiple logic gates to handle binary operands is demonstrated.Bitwise operations are performed for multi-bit logic operations,and multiple optical logic gates are reconstructed simultaneously in a single logic gate with polarization multiplexing.The proposed method may open new avenues for long-range logic signal processing and transmission via MMFs.

关键词： optical polarization fiber

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Arc additive manufacturing of gradient hot forging die with shaped waterways

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China Welding 2024年第1期33卷 27-39页

作者：余圣甫林海涛邱源 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

Under the working environment of high temperature and strong load impact,hot forging die is prone to failure which reduces the service life of die.Using arc additive manufacturing in the die cavity,a gradient material hot forging die with high precision,superior per-formance,and conformal cooling channels is developed.This improves the toughness of the die cavity and reduces the working temperature,thereby forming an isothermal field,which is an effective method to enhance the lifespan of the hot forging die.Three kinds of gradient flux-cored wires are designed for the surface of 5CrNiMo steel,and the microstructure and mechanical properties between gradient interfaces were studied.Based on the spatial curved structure of shaped waterways in the hot forging die cavity,a study was conducted on the strategy of partitioned forming for the manufacturing of the die with shaped waterways.In order to avoid interference with the arc gun,the hot for-ging die is divided into four regions,namely the transition region,upper,middle,and lower region,based on a combination of cavity depth and internal U-shaped and quadrilateral structures.The results show that the developed flux-cored wires have good moldability with straight sides of deposited metal under different process parameters and flat surface without cracks,pores and other defects.Under the same working conditions,the life of hot forging die formed by the gradient materials is more than multiple times that of the single material hot forging die,and the temperature gradient field of the shaped waterway die is 7℃/cm smaller than that of traditional straight waterway.

关键词： gradient materials shaped waterways arc additive manufacturing mechanical property

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Effect of Niobium Addition on Hot Deformation Behaviors of Medium Carbon Ultra-high Strength Steels

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2017年第1期32卷 162-172页

作者：杨秀芝张李超史玉升 yu shengfu HUA Wenlin Hubei Polytechnic University Huangshi 435003China State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of MaterialsScience and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

The hot deformation behaviors of two medium carbon ultra-high strength steels with different niobium contents were investigated by using Zener-Hollmom parameter and processing map,and the effect of niobium addition on the hot deformation behavior of medium carbon steel was determined.The hot compression tests were conducted on a Gleeble-3500 thermo-mechanical simulator deformed at temperatures from 850 to 1 200 ℃ and strain rates from 0.001 to 1 s^-1.The processing maps of two test steels were built at a true strain of 0.7 based on dynamic materials model（DMM）.There are two peak efficiency domains and two flow instability regions in both test steels.However,the peak efficiency domains of Nb-bearing steel move to higher temperature due to the inhibition of dynamic recrystaUization（DRX）,and the instability domains of Nb-bearing steel are enlarged due to the precipitation of Nb-containing particles during hot deformation.The optimum process parameters of Nb-bearing and Nb-free steels for industrial production were determined according to the processing map and the microstructural observation.

关键词： Nb addition hot workability processing map rolling process

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Effective Microstructure Unit in Control of Impact Toughness in CGHAZ for High Strength Bridge Steel

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2018年第1期33卷 177-184页

作者：杨秀芝张李超史玉升 yu shengfu DONG Chunfa HUA Wenlin LI Xuan State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology School of Materials Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China Institute of Mechanical Engineering Hubei Polytechnic University Huangshi 435003 China Institute of Mechanical Engineering Wuhan Textile University Wuhan 430073China

The high strength bridge steel was processed with the simulated coarse grain heat affected zone（CGHAZ） thermal cycle with heat input varying from 30 to 60 kJ/cm, the microstructures were investigated by means of optical microscope（OM）, scanning electron microscope（SEM）, electron backscattering diffraction（EBSD） and transmission electron microscope（TEM）, and the impact properties were evaluated from the welding thermal cycle treated samples. The results indicate that the microstructure is primarily composed of lath bainite. With decreasing heat input, both bainite packet and block are significantly refined, and the toughness has an increasing tendency due to the grain refinement. The fracture surfaces all present cleavage or fracture for the samples with different heat inputs. Moreover, the average cleavage facet size for the CGHAZ is nearly equal to the average bainite packet size and the bainitic packet boundary can strongly impede the crack propagation, indicating that the bainitic packet is the most effective unit in control of impact toughness in the simulated CGHAZ of high strength bridge steel.

关键词： heat affected zone （HAZ） impact toughness EBSD bainite

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不同施用量生物炭对绿豆镉吸收的阻控效应

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期39卷 95-103页

作者：邱子豪张煜闫宇鹏陈生福张旭陈远其湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学生命科学与健康学院湖南湘潭411201

探究不同施用量生物炭对不同生长期绿豆(Vigna radiata(L.)R.Wilczek)镉(Cd)吸收的阻控效果.通过盆栽试验,以Cd污染旱地土壤为基质,对其进行2.5%和5.0%(质量分数)的鸡粪生物炭添加处理,同时以无生物炭添加(0%)作为对照处理,所有处理均... 详细信息

探究不同施用量生物炭对不同生长期绿豆(Vigna radiata(L.)R.Wilczek)镉(Cd)吸收的阻控效果.通过盆栽试验,以Cd污染旱地土壤为基质,对其进行2.5%和5.0%(质量分数)的鸡粪生物炭添加处理,同时以无生物炭添加(0%)作为对照处理,所有处理均种植绿豆(生长周期为70 d),探讨不同施用量的生物炭对结荚期和收获期的土壤pH、土壤Cd化学形态以及绿豆Cd吸收的影响.结果表明:生物炭添加降低了结荚期和收获期绿豆植株中Cd的富集,且植株地上、地下部分Cd吸收对不同剂量生物炭添加的响应存在差异.结荚期,不同施用量生物炭添加均显著降低绿豆植株根部Cd含量,添加2.5%生物炭对绿豆植株茎部Cd富集的阻控效应最强,而添加5.0%生物炭对绿豆植株叶片Cd富集的阻控效应最强;收获期,绿豆植株地上部分(叶、茎)的Cd含量表现为添加2.5%生物炭处理显著低于添加5.0%生物炭处理,植株地下部分(根)的Cd含量则表现为添加5.0%生物炭处理显著低于添加2.5%生物炭处理.生物炭添加改变了土壤中Cd化学形态的分布,显著降低了酸可提取态Cd的相对含量.在结荚期与收获期,添加5.0%生物炭的土壤其酸可提取态Cd的相对含量均最低,对同一处理不同生长期而言,添加2.5%生物炭的土壤中酸可提取态Cd占比减少的效果最显著,收获期降低幅度达26.68%.由此可见:在使用生物炭修复Cd污染土壤时,生物炭施用量、植物生长期和植物组织利用都应予以考虑.本研究结果可为农用旱地土壤污染治理与安全利用提供参考.

关键词：生物炭镉绿豆施用量生长期

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Materials,fundamentals,and technologies of liquid metals toward carbon neutrality

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Science China(Technological Sciences) 2023年第6期66卷 1576-1594页

作者： DENG yueGuang E ErTai LI Jing JIANG Yi MEI shengfu yu Yang School of Aerospace Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Ruixin College Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Jinggong College Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China North Information Control Research Academy Group Co. Ltd.Yangzhou 225001China Beijing DREAMInk Technologies Co. Ltd.Beijing 100080China

Carbon-neutral technologies are critical to ensure a stable future climate.Currently,low-melting-point liquid metals are emerging rapidly as important energy materials with significant potential to contribute to carbon neutrality.The advantages of gallium-and bismuth-based liquid metals,such as their high fluidity,low melting point,high thermal/electrical conductivity,unique chemical properties,non-flammability,and nontoxic characteristics,render them highly attractive for the development of advanced carbon-neutral technologies.Although their significance in both academia and industry has increased gradually,to the best of our knowledge,a systematic monograph of liquid-metal materials,mechanisms,and technologies toward carbon neutrality is not yet available.Therefore,we presented a comprehensive review of low-melting-point liquid metals for carbon neutrality.First,liquid-metal materials,including fluids,pastes,solids,and their composites were introduced.Subsequently,the mechanisms of liquid-metal technologies used to achieve carbon neutrality were interpreted.Finally,typical liquid-metal applications of carbon neutrality in the power,industry,transport,and building sectors were presented.Both the fundamental mechanisms and promising technologies were elaborated upon,and the critical assessment criteria for carbon-neutral technologies were discussed.The scientific and technical challenges and future perspectives in these areas were also highlighted.

关键词： liquid metal carbon neutrality heat transfer battery hydrogen catalyst carbon capture

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大型阀门环形焊缝变姿态焊接路径规划

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焊接 2024年第4期 14-19,27页

作者：何天英余圣甫王雄文王洪运华中科技大学材料成形与模具国家重点实验室武汉430000 湖北洪城通用机械有限公司湖北荆州434000

针对大型阀门环形焊缝,采用等高圆弧填充路径规划策略,建立了基于坡口尺寸和焊接道次、焊枪碰撞验证、焊枪角度修正的多层多道路径规划方法。通过将焊缝拟合成扇形焊缝、等腰圆弧梯形焊缝与扇环焊缝,计算出每一道焊缝的焊枪位置、焊枪... 详细信息

针对大型阀门环形焊缝,采用等高圆弧填充路径规划策略,建立了基于坡口尺寸和焊接道次、焊枪碰撞验证、焊枪角度修正的多层多道路径规划方法。通过将焊缝拟合成扇形焊缝、等腰圆弧梯形焊缝与扇环焊缝,计算出每一道焊缝的焊枪位置、焊枪角度、摆动幅度,对焊缝干涉判断,确定焊枪偏转角,实现机器人阀门变姿态焊接的离线编程,避免了焊接过程中的机器人干涉碰撞。最终实现了大型蝶阀的焊接,焊接接头表面平面,无裂纹、未熔合的缺陷,经过超声探伤,无内部缺陷,焊缝合格率为100%。焊接接头组织由珠光体和铁素体组成,晶粒细小均匀,其抗拉强度为536 MPa,屈服强度为468 MPa,断后伸长率为14%,0℃冲击吸收能量为54 J。

关键词：大型阀门机器人自动焊变姿态路径规划组织与性能

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大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

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焊接 2024年第2期 1-8,25页

作者：汪阳余圣甫权利汪能陈胜元华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430000 湖北鸿路钢结构有限公司湖北黄冈438800

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分... 详细信息

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32 mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。

关键词：七向钢节点电弧增材制造路径规划成形精度

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冶金工艺设计与研究课程线上线下融合教学模式探索与实践

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中国冶金教育 2024年第1期 36-37,43页

作者：徐健吕学伟陈泽军张生富余江重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

利用线上教学的优势丰富线下教学,建立线上线下融合模式对于推进数字化教学实践有重要作用。以冶金专业高年级本科生研讨类课程为对象,围绕4个阶段开展线上线下融合教学实践,并基于学生反馈对模式细节进行了优化。

关键词：研讨类课程线上线下融合模式混合式教学

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深层生物组织光学技术发展及其应用(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 330-353页

作者：赖溥祥赵麒周颖颖程圣福胡子敏李焕浩余志鹏黄夏子姚靖庞未然李浩然黄浩梵李文钊郑源东王志远袁楚琪仲天庭香港理工大学生物医学工程系中国香港九龙999077 香港理工大学深圳研究院广东深圳518055 香港理工大学光子技术研究院中国香港九龙999077 香港理工大学体育科技研究院中国香港九龙999077

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色,其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究,包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀... 详细信息

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色,其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究,包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的,光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响,故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”;高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层,当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来,为解决这一问题,研究者提出了不同的方法,例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数,在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号,逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变,或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘,从光在生物组织中的传播特性出发,梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索,以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足,但随着硬件设备的更新和计算技术的发展,在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中,新方法和新能力将不断激发新的应用灵感,为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。

关键词：生物光学光学成像生物医学光子学深层组织光学波前整形光声成像

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