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基于LED同质集成效应的智慧屏幕系统

南京邮电大学学报（自然科学版） 2021年第1期41卷 51-57页

作者：傅康王永进绪锌羽南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

文中实现了面向未来的、基于LED本身同质集成效应的、集显示和探测一体化的智慧屏幕系统,并研制出4×4 MQW二极管阵列,结合自己设计的基于java软件的控制界面,从而设计实现探测照明显示一体的未来军民用智慧屏幕,显示模式下可实现16像... 详细信息

文中实现了面向未来的、基于LED本身同质集成效应的、集显示和探测一体化的智慧屏幕系统,并研制出4×4 MQW二极管阵列,结合自己设计的基于java软件的控制界面,从而设计实现探测照明显示一体的未来军民用智慧屏幕,显示模式下可实现16像素点的自编写显示块,以显示特定字符或图像功能,探测模式下能无接触探测屏幕前方物体大小及远近,此模块可无限扩展。当下COVID⁃19病毒肆虐,电梯间、交通工具等公共场合内交叉污染的风险大大增加,该系统无需接触,从而消除对手动操作的需要,降低了交叉感染的风险。

关键词： 4×4 MQW二极管阵列智慧屏幕同质集成无接触

全柔性同质集成摩擦效应增强型能量收集器设计及性能研究

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全柔性同质集成摩擦效应增强型能量收集器设计及性能研究

作者：张胜男中北大学

学位级别：硕士

随着可穿戴电子设备在多样化的场景如健康检测、运动监测、军事等领域中得到广泛应用,能量收集扮演着越来越重要的角色。能量收集器件可以利用人体运动机械能(行走、跑步、跳跃、拍打等)转化为电能,实现为各种可穿戴监测设备可靠持续供... 详细信息

随着可穿戴电子设备在多样化的场景如健康检测、运动监测、军事等领域中得到广泛应用,能量收集扮演着越来越重要的角色。能量收集器件可以利用人体运动机械能(行走、跑步、跳跃、拍打等)转化为电能,实现为各种可穿戴监测设备可靠持续供电,解决了传统电池质地坚硬、体积大、容量有限、污染环境的缺陷。近年来,越来越多的研究者不断优化结构和创新材料,但是垂直接触-分离式摩擦起电式能量收集器的功能层多数由异质集成,在受到外界强烈的激励下容易损坏,结构牢固性有待提高。此外,织物型摩擦起电式能量收集器中摩擦材料之间的接触-分离效率有限,从而限制了最终器件的输出性能,还需进一步改进完善。本文主要从优化摩擦起电式能量收集器的结构入手,旨在研制兼具高发电效能和可拉伸性的换能材料,并适应人体运动特点的大面积、低成本纤维织物,同时具备良好换能机制的便携式能量收集器件。采用具有高拉伸性的高温硫化硅橡胶作为基体材料,并在此基础上填充导电粒子和负性摩擦材料,研究胶体硫化、粉体分散等材料制备工艺,从而实现高效换能材料的制备。通过砂纸倒模和高温硫化工艺,制备出摩擦层与间隔层一体化,且各功能层同质集成于一体的气腔式小型柔性摩擦发电单元,增强了器件的结构稳定性。在此基础上通过经线和纬线的结构设计实现了层内、层间和层外摩擦起电式能量收集,提高了器件的摩擦发电性能。利用搭建的电学测试平台对器件进行输出性能研究,测试结果表明,摩擦发电单元(1×1 cm)的输出电流(峰峰值)和输出电压(峰峰值)分别为1.1μA和130 V,在持续10000次循坏撞击后输出性能未曾出现明显衰减,进一步确保器件良好的可靠性能。通过对该摩擦发电单元的充电特性进行测试,实现了人体运动能量如走步、踮脚、跳跃的收集。当施加外力50 N,频率为3 Hz时,摩擦效应增强型发电织物的峰峰短路电流达到16.6μA,峰峰开路电压达到728 V。当外部连接有10Ω匹配电阻时,摩擦效应增强型发电织物的输出功率密度达到1.77 W/m。探究了不同激励频率对摩擦效应增强型发电织物电压电流输出性能的影响、耐久性以及摩擦效应增强型发电织物的电容充电响应。将摩擦效应增强型发电织物放置于经常与手掌和手臂摩擦的衣服部位,通过人体不同的摇摆以及拍打方式探究器件对人体运动能采集的能力,验证器件在可穿戴领域的可靠性。

关键词：储能与转换柔性织物可穿戴硅橡胶同质集成

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GaN单片同质集成可见光通信芯片研究

GaN单片同质集成可见光通信芯片研究

作者：袁佳磊南京邮电大学

学位级别：硕士

GaN作为第三代半导体材料以其优异的性能,在现代光通信系统中起着至关重要的作用,其制作的LED器件具有禁带宽度大,发光效率高和频率响应快等优点,对社会信息化快速发展起了至关重要的作用。同时随着InGaN/GaN多量子阱器件作为光电探测... 详细信息

GaN作为第三代半导体材料以其优异的性能,在现代光通信系统中起着至关重要的作用,其制作的LED器件具有禁带宽度大,发光效率高和频率响应快等优点,对社会信息化快速发展起了至关重要的作用。同时随着InGaN/GaN多量子阱器件作为光电探测器使用的研究越来越深入,对于GaN单片同质集成光源、光波导和光电探测器的可见光通信芯片的研究也随之大热。本文主要研究用于连接可见光片内通信芯片中LED光源和光电探测器的不同波导结构,提出包括直波导定向耦合结构、分束器结构和反射结构等多种不同连接结构,并使用Rsoft软件的BeamProp和FDTD数值分析法对波导的光耦合性能进行了仿真分析。GaN材料与空气的高折射率差,使悬空结构波导具有强光场限制功能。研究紫外光刻、感应离子耦合刻蚀、深硅刻蚀、电子束蒸镀和快速退火等主要工艺,实现了InGaN/GaN多量子阱悬空光源、光波导和光电探测器的单片同质集成制备。采用深硅刻蚀和背后减薄刻蚀双面工艺实现了悬空结构波导。之后,使用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等设备对器件的结构、电极区域和薄膜表面粗糙度进行了测试和分析。最后使用高速信号发生器、示波器和网络矢量分析仪等仪器对集成通信芯片的通信性能进行测试。

关键词：氮化镓同质集成波导结构通信芯片

基于AlInGaAs多量子阱的同质集成光子芯片的特性研究

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基于AlInGaAs多量子阱的同质集成光子芯片的特性研究

作者：倪曙煜南京邮电大学

学位级别：硕士

面对集成电路中愈加明显的元器件数量剧增与排布困难问题,光子集成技术为芯片制造提供了新的方向。相较于使用异质集成技术制造的光子芯片,同质集成光子芯片具有制作步骤简单、材料与加工成本较低等巨大优势。基于量子阱二极管具有光发... 详细信息

面对集成电路中愈加明显的元器件数量剧增与排布困难问题,光子集成技术为芯片制造提供了新的方向。相较于使用异质集成技术制造的光子芯片,同质集成光子芯片具有制作步骤简单、材料与加工成本较低等巨大优势。基于量子阱二极管具有光发射和探测共存的能力,同质集成光子芯片已经在可见光波段和紫外波段取得了巨大进展。本文提出了一种在红外波段内具有多功能光发射和探测性能的同质集成光子芯片,并在In P衬底的Al In Ga As多量子阱材料上成功实现了该芯片的制作,同时研究了其光电特性与片内通信性能,主要工作如下:本文首先设计了该多功能发射和探测芯片里的光子器件结构,设计了结构相同的Al In Ga As多量子阱二极管分别用作光发射器与光电探测器。随后在二者之间设计了一个直波导结构传递光信号。通过RSOFT仿真软件的模拟与反复调整,最后设定的波导参数可以使光子损耗降至4%。在利用光刻、刻蚀与镀膜等工艺在In P基底的Al In Ga As多量子阱材料上成功制作出该芯片后,本文使用光学显微镜、原子力显微镜对芯片外貌进行了细致的表征,其中光子器件形貌完整,侧壁光滑且陡直性优秀。本文还针对芯片内二极管器件进行了光电性能测试,主要包括电流-电压特性、电容-电压特性、电致发光特性和光致发光特性等。测试结果显示该二极管器件开启电压低、电流响应快,同时有良好的光电转换特性。特别的,在外部红外激光作用下,用于检测的二极管的光谱响应度随负偏压的增加而呈现蓝移。最后本文以不同的速率测试了收发两端间的单向信号传输功能,结果证明该同质集成芯片能够实现片内通信传输。本文针对红外波段的同质集成光子芯片的研究表明,该光子芯片的二极管器件不但可以独立的用作发射或者探测装置,同时还可以结合In P光波导实现片内的通信功能。另一方面,考虑到制作精度以及二极管波导结构等因素的影响,在进行更进一步的研究和优化后,相信片内红外通信速率可以得到更进一步的提高。本文所做研究表明,基于Al In Ga As多量子阱的同质集成光子芯片在红外波段内具有包含传输光信号在内的各种潜在应用等待发掘。

关键词：同质集成 AlInGaAs多量子阱光子芯片红外通信

On-chip optical interconnect using visible light

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2017年第9期18卷 1288-1294页

作者： Wei CAI Bing-cheng ZHU Xu-min GAO Yong-chao YANG Jia-lei YUAN Gui-xia ZHU Yong-jin WANG Peter GRUNBERG Peter Griinberg Research Center Nanjing University of Posts and Telecommunications Nanjing 210003 China School of Computer Engineering Nanjing Institute of Technology Nanjing 211167 China

本文采用晶圆级微纳加工技术,基于硅衬底氮化镓晶圆,提出并制备了同质集成发射极、集电极和基极的可见光互联芯片。利用In Ga N/Ga N量子阱二极管器件发光探测共存的特性,芯片的发射极和集电极采用相同的量子阱结构,并通过相同的制备工... 详细信息

本文采用晶圆级微纳加工技术,基于硅衬底氮化镓晶圆,提出并制备了同质集成发射极、集电极和基极的可见光互联芯片。利用In Ga N/Ga N量子阱二极管器件发光探测共存的特性,芯片的发射极和集电极采用相同的量子阱结构,并通过相同的制备工艺实现。发射极和集电极之间通过悬空的光波导连接,实现器件之间的光互联。同质集成可见光互联芯片集成两个共基极的光致晶体管,实现芯片内可见光的发射、传输和探测功能。该可见光互联芯片可以广泛应用于光致类脑神经形态芯片、芯片内可见光通信、智能显示、微纳成像及光传感等领域。

关键词：同质集成量子阱二极管可见光互联发光探测共存现象

一种提升机器学习岩性识别精度的集成学习方法研究

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一种提升机器学习岩性识别精度的集成学习方法研究

作者：孙延明中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

基于机器学习的测井岩性识别是近年来较为常用的岩性解释手段,如何优选机器学习方法和相关参数是制约所建立岩性识别模型精度的难题。本文提出了一种提升机器学习岩性识别精度的集成学习方法,从而对随机森林算法进行了一定程度的推广,... 详细信息

基于机器学习的测井岩性识别是近年来较为常用的岩性解释手段,如何优选机器学习方法和相关参数是制约所建立岩性识别模型精度的难题。本文提出了一种提升机器学习岩性识别精度的集成学习方法,从而对随机森林算法进行了一定程度的推广,该方法沿用套袋法(Bagging)框架,将原始的子分类器从决策树算法推广到任意机器学习算法,形成同质集成学习算法。同时,总结了子分类器优选和参数优选的准则,以提高相较于单种机器学习算法岩性识别的精度。在同质学习的基础上,进一步将子分类器推广到不同子分类器的组合,形成了异质集成学习算法,并提出了子分类器优选方法,以获得最优的机器学习岩性识别算法。为验证集成学习方法的有效性,选取鄂尔多斯盆地大牛地气田岩性数据进行对比实验,结果表明:所有类型的分类器都可以作为同质集成学习的子分类器,且子分类器参数优选规律能够使得同质集成模型相较于原始模型在准确率方面提升1.5～10%;子分类器优选算法对于组合同质集成模型是有效的,所建的异质集成模型相较于同质集成模型在准确率方面有提升且取得了约85%的准确率。尽管异质集成模型的构建较为复杂,但其更适合于建立更强大的岩性识别模型,是一种有效提升机器学习岩性识别精度的集成学习方法。

关键词：岩性识别机器学习集成学习同质集成异质集成

基于量子阱二极管发光探测共存现象的空间实时光输入系统

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基于量子阱二极管发光探测共存现象的空间实时光输入系统

作者：傅康南京邮电大学

学位级别：硕士

可见光通信（VLC）技术是21世纪以来逐渐兴起的一项新技术,它被列为国家重点发展的下一代新兴技术之一,并被明确列入了我国“十三五”发展规划中。在本世纪初期,以日本的Tanaka Yuichi为首的团队,一马当先提出了室内光通信技术,他们是VL... 详细信息

可见光通信（VLC）技术是21世纪以来逐渐兴起的一项新技术,它被列为国家重点发展的下一代新兴技术之一,并被明确列入了我国“十三五”发展规划中。在本世纪初期,以日本的Tanaka Yuichi为首的团队,一马当先提出了室内光通信技术,他们是VLC技术的先锋团队,自此,越来越多的研究人员,发现了这项技术的重要性。可见光通信由于其高度保密性,便携性,开启了可见光通信技术的研究热潮。而In Ga N/Ga N多量子阱器件同质集成以及发光探测一体概念的提出,更是促进了可见光通信飞速发展,原本发光和探测两种不同功能模式,现在在一颗二极管灯珠上便可以同时实现。随着研究的不断深入,发光二极管的作用已远不止照明,更是可以探测成像,这种新发现使得Ga N单片同质集成的可见光通信芯片,具备了勃勃生机。本文主要研究一种基于可见光通信技术的空间实时光写入技术,它不仅仅可以看作是发光探测效应的具体实现,更是未来智慧屏幕的雏形——它是一种全新的非接触式屏幕,不仅仅可以用来成像,更可以实现对外部光强变化的感知,也就是说,它实现了显示成像与环境监控一体化,这对于未来的无线保密通信,有着重要的启发意义。论文从芯片本身着手,通过光学显微镜,扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等设备,对器件本身的结构进行了全面的测试,并且对器件的发光谱,探测谱以及通信性能进行了分析。在此基础上,利用硬件电路设计搭配软件算法实现,使得量子阱二极管阵列具备了显示,探测双重功能,它具有很强的扩展性,保密性和便携性,是一款真正意义上的基于可见光通信和发光探测效应的基础系统实现,如果在此基础上延伸像素点阵,直至显示屏分辨率的规模,那就是一款全新概念的未来智慧屏幕。

关键词：可见光通信发光探测一体同质集成智慧屏幕

多模数据驱动的胃癌筛查智能辅助决策方法研究

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多模数据驱动的胃癌筛查智能辅助决策方法研究

作者：胡世康合肥工业大学

学位级别：硕士

胃镜检查是发现胃部可疑病灶、实施胃癌筛查和早期诊断的重要手段。不同等级医疗机构的胃癌筛查能力存在较大差异,基层医疗机构的胃癌筛查水平相对较低,导致胃癌早期诊断的敏感性在全球范围内长期处于较低水平,胃镜报告辅助分析系统是... 详细信息

胃镜检查是发现胃部可疑病灶、实施胃癌筛查和早期诊断的重要手段。不同等级医疗机构的胃癌筛查能力存在较大差异,基层医疗机构的胃癌筛查水平相对较低,导致胃癌早期诊断的敏感性在全球范围内长期处于较低水平,胃镜报告辅助分析系统是解决该问题的关键。因此,对胃癌筛查智能辅助决策方法的研究具有重大的理论意义与实践价值。本文围绕现有胃癌筛查智能辅助决策方法面临的非结构化胃镜报告文本处理困难、易过拟合、胃癌误诊与漏诊的负面影响非均等的问题,提出一种基于同质集成学习的胃癌筛查智能辅助决策方法Endo-GCS;在此基础上,考虑到Endo-GCS方法依赖手工特征构造、无法处理多模态医学数据、诊断缺乏可解释性等问题,提出一种基于多模语义融合的胃癌筛查智能辅助决策方法ID-GCS。本文具体研究内容和创新点如下:(1)提出了一种基于同质集成学习的胃癌筛查智能辅助决策方法Endo-GCS,构建了递进式局部权重求解算法PLWA,设计了分类阈值最优估计算法OTEA,用于提升Endo-GCS方法对胃癌筛查的特异性和敏感性。最后使用真实的胃镜检查报告开展对比实验,验证Endo-GCS方法对胃癌筛查效率与敏感性的提升。(2)提出了一种基于多模语义融合的胃癌筛查智能辅助决策方法ID-GCS,构建了胃镜图像语义抽取网络GCSNet和胃镜报告文本语义抽取网络TextGCS,设计了多模语义融合方法并融合了多模态医学数据的语义表示。使用真实的胃镜检查报告和胃镜图像数据进行对比实验以验证ID-GCS的胃癌筛查性能,并进行语义可视化以突显其可解释性。

关键词：胃癌筛查同质集成敏感性可解释性多模态

基于ELM的异质集成模型及其在信用风险评估中的应用

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基于ELM的异质集成模型及其在信用风险评估中的应用

作者：宋翠兰州大学

学位级别：硕士

近年来,金融机构越来越重视信用风险评估,对借款人进行分类是信用风险评估中的一个重要环节.随着计算机技术在数据科学方面的发展,越来越多的信用风险研究人员把注意力放在了人工智能领域.在机器学习中,集成模型比单一模型具有更强大的... 详细信息

近年来,金融机构越来越重视信用风险评估,对借款人进行分类是信用风险评估中的一个重要环节.随着计算机技术在数据科学方面的发展,越来越多的信用风险研究人员把注意力放在了人工智能领域.在机器学习中,集成模型比单一模型具有更强大的学习能力.最近研究表明,在区分好的借款人与坏的借款人方面,集成模型通常优于其他的信用风险评估模型.根据笔者对前沿文献的研读,异质集成模型在信用风险评估中的应用非常少,而本文就提出了一种基于ELM的异质集成模型用于区分好的借款人与坏的借款人.为了增加模型的多样性,本文采用了Bagging算法来训练初级学习器LR、ANN和SVM.本文的创新在于采用了ELM这种学习速度快,泛化能力强的分类器作为元学习器来构建异质集成模型.并选择了ACC、MCC、Recall、Precision、第一类错误率、第二类错误率和F-score七个常用的评价指标对模型进行评价.为了证实本文所提出的基于ELM的异质集成模型的性能,我们还与常见的机器学习模型和基于vote的集成模型进行了比较,结果表明,本文所提出的基于ELM的异质集成模型更胜一筹.另外,本文还使用了三个信用风险数据集来测试该模型的鲁棒性,结果表明,该模型具有较强的鲁棒性.

关键词：异质集成同质集成 Bagging Bootstrap Smote