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基于连续化制备的核壳结构压感纤维阵列式精准轮廓识别垫

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 665-677页

作者：欧阳静宇欧阳举胡佳雨刘晓娟李攀杨麦萍王佳希侯冲张其冲陶光明华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074 华中科技大学材料科学与工程学院材料加工与模具技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 华中科技大学光学与电子信息学院武汉430074 中国科学院多功能材料与轻巧系统重点实验室中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所苏州215123

记录和理解外界压力刺激对于人与周围环境交互的研究和智能机器人的开发具有重要意义.现有的压力传感设备多为刚性结构难以自然贴附于物体表面,且低密度传感单元使得物体压力特征信息的获取受到限制,一种可适形、全覆盖、高密度的压力... 详细信息

记录和理解外界压力刺激对于人与周围环境交互的研究和智能机器人的开发具有重要意义.现有的压力传感设备多为刚性结构难以自然贴附于物体表面,且低密度传感单元使得物体压力特征信息的获取受到限制,一种可适形、全覆盖、高密度的压力传感与分析系统亟待研究.本文采用湿法纺丝工艺连续化制备了芯层为混纺导电芯材,包层为碳纳米管掺杂的聚氨酯的核壳结构压感纤维,通过缝纫、刺绣方式在织物表面构筑经纬结构的交叉点压力传感阵列.结合阵列数据采集实时捕获压力图谱帧,基于深度学习卷积神经网络驱动的算法模型,实现了物体轮廓识别垫对环境物体的轮廓精准分类识别.该识别系统准确率高达99.4%,证明了其在提取物体的压力信息和揭示物体的形态特征的应用潜能.

关键词：压感纤维传感织物阵列数据采集深度学习卷积神经网络

Q235钢扫描激光热丝焊接工艺特性与组织性能研究

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中国激光 2024年第12期51卷 50-58页

作者：于宸乾任刚黄映杰高明华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 九江中科激光技术研究院江西九江332005

以Q235低碳钢为材料,研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在扫描激光的作用下,焊缝的成形变得更加均匀,飞溅减少,焊缝熔深减小,熔宽增大,截面熔合区底部变得更加平滑;扫描激光的加入降低了... 详细信息

以Q235低碳钢为材料,研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在扫描激光的作用下,焊缝的成形变得更加均匀,飞溅减少,焊缝熔深减小,熔宽增大,截面熔合区底部变得更加平滑;扫描激光的加入降低了熔池的温度梯度,抑制了粗大柱状晶的生长,改变了铁素体晶粒形态,细化了熔合区组织,提高了焊缝韧性及延伸率;扫描激光促进了焊缝成分的均匀化分布,抑制了偏析,降低了熔合区显微硬度。由于激光作用面积增大等因素,光束扫描增强了激光热丝焊接对间隙的桥接能力。

关键词：激光技术激光热丝焊接光束扫描微观组织力学性能

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锂离子电池快充石墨负极材料研究进展

储能科学与技术 2024年第1期13卷 130-142页

作者：廖雅贇周峰张颖曦吕途安何阳陈晓燕霍开富华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本... 详细信息

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。

关键词：锂离子电池石墨负极改性策略快充性能功率特性

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非集成微腔中的光学频率梳研究进展(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 3-22页

作者：施雷张日尧周晗刘鹏飞张新亮华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074 湖北光谷实验室武汉430074 西安电子科技大学西安710126

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学... 详细信息

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统由固态锁模激光器构成,系统复杂且体积庞大。近年来,新兴的微腔光频梳以小型化、低功耗、相对简易的产生系统等优势极大促进了光频梳技术的发展。由于制备相对简单,且具有超高的品质因子和丰富的模式族,非片上集成的光学微腔为克尔光频梳提供了更为便利的研究平台,进一步拓展了克尔光频梳的应用场景。本文介绍了微腔光频梳的理论模型,描述了微腔光频梳的产生过程与产生方式,梳理了克尔光频梳在各类非集成微腔中的研究进展,展示了非集成微腔光梳的应用场景,总结了目前非集成微腔光梳研究所面临的挑战,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

关键词：光学频率梳光学微腔非集成微腔微腔光频梳耗散克尔孤子

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全息存储中的纠错码研究综述

计算机工程与科学 2024年第4期46卷 571-579页

作者：于勤吴非张猛谢长生华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

大数据时代对于高密度大容量的存储技术需求与日俱增。与传统存储技术的按位记录方式不同,全息存储以二维数据页为读写单位,采用三维体存储模式,凭借存储密度高、数据转换速率快、节能安全以及超长期保存等优势,成为海量冷数据存储的有... 详细信息

大数据时代对于高密度大容量的存储技术需求与日俱增。与传统存储技术的按位记录方式不同,全息存储以二维数据页为读写单位,采用三维体存储模式,凭借存储密度高、数据转换速率快、节能安全以及超长期保存等优势,成为海量冷数据存储的有力竞争者。重点介绍了相位调制的同轴全息存储,分析了目前面向全息存储的纠错码研究现状,并详细介绍了一种参考光辅助的低密度奇偶校验LDPC码优化方案。

关键词：全息存储相位调制可靠性纠错码低密度奇偶校验码

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光束质量对铝合金激光焊接效率与良率的影响

中国激光 2024年第12期51卷 3-11页

作者：张帅刘同争徐志宏代小光朱朝晖高明郭少锋湖南大科激光有限公司湖南湘阴414615 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

为了满足当前新能源动力电池高速生产线极限制造的需求,基于激光焊接过程中的能量分布特征,系统分析了铝合金激光焊接中光纤激光器的光束质量效应,研究了光束质量与焊接稳定性和焊接效率之间的定量关系。随着激光器光束质量因子(M^(2))... 详细信息

为了满足当前新能源动力电池高速生产线极限制造的需求,基于激光焊接过程中的能量分布特征,系统分析了铝合金激光焊接中光纤激光器的光束质量效应,研究了光束质量与焊接稳定性和焊接效率之间的定量关系。随着激光器光束质量因子(M^(2))的减小,焊缝熔深为2.7 mm时焊接速度呈增大趋势,焊接熔深的工序能力指数(CPK)值也呈增大趋势;当M^(2)从11.60减小到1.25时,焊缝熔深为2.7 mm时激光器的焊接速度增加了5.5倍,焊接熔深CPK值提升了2.3倍。基于激光能量分布特征的分析结果,激光器光束质量效应的提升机制为:在保持相同熔深的条件下,M^(2)越小,能量密度极大值越大,且焊道边缘与中间区域之间的能量密度极值差越大,工件材料的能量吸收效率会越高,则激光器的焊接效率越高。提出将激光器能量密度极大值和能量密度极值差这两者的乘积作为激光器能量密度焊接效率影响因子,由理论计算可知,M^(2)为1.18时的激光器能量密度焊接效率影响因子比M^(2)为11.6时的增加了5.2倍,与实验结果基本一致。

关键词：激光技术激光焊接光束质量能量分布铝合金

单锥形掺镱光纤在纳秒脉冲放大器中的激光性能

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中国激光 2024年第13期51卷 1-8页

作者：刘韦志王晓亮林贤峰张志伦罗涛肖润珩邢颍滨彭景刚李海清戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 武汉长进光子技术股份有限公司湖北武汉430206

为了抑制高平均功率、高单脉冲能量纳秒脉冲激光放大器中的受激拉曼散射效应与光束质量退化,制备了纤芯直径为31~62μm、内包层直径为250~500μm的单锥形掺镱光纤。基于自行研制的单锥形掺镱光纤搭建了全光纤结构的纳秒脉冲激光放大器,... 详细信息

为了抑制高平均功率、高单脉冲能量纳秒脉冲激光放大器中的受激拉曼散射效应与光束质量退化,制备了纤芯直径为31~62μm、内包层直径为250~500μm的单锥形掺镱光纤。基于自行研制的单锥形掺镱光纤搭建了全光纤结构的纳秒脉冲激光放大器,在重复频率为100 kHz的条件下,实现了平均功率为832 W、单脉冲能量为8.32 mJ、峰值功率为24.8 kW的纳秒脉冲激光输出。在相近输出功率下,与纤芯/内包层直径为50μm/400μm的均匀光纤相比,单锥形掺镱光纤将受激拉曼散射效应出现的阈值功率提升了约31%,光束质量因子由约4.8减小至约3.5。实验验证了单锥形掺镱光纤对受激拉曼散射效应与光束质量退化的抑制效果。

关键词：单锥形光纤纳秒脉冲激光受激拉曼散射效应光束质量

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用于细胞活性研究的高重频脉冲磁场装置

电工技术学报 2024年第13期39卷 3907-3916页

作者：樊俊显张绍哲李可欣相文佩韩小涛华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074 华中科技大学同济医学院生殖健康研究所武汉430074

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁... 详细信息

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁场期望值同步调节,后级电路是桥式电路,用于实现脉冲磁场波形周期、振幅、稳定度、刺激间隔等参数的控制,为了实现电流从快速上升到稳定值的平滑过渡,引入一种由滞环控制器和PI控制器组成的混合型控制器。在此基础上,研制了频率范围为1 Hz~5 kHz、脉冲边沿小于50μs、可调精度为0.1 mT、峰值强度高达10 mT的便携式高频脉冲磁场发生装置样机,并应用于脉冲磁场对高龄小鼠的体外成熟卵母细胞受精和胚胎发育能力影响的研究。在脉冲磁场作用下囊胚形成率从15.15%提高至52.94%,表明脉冲磁场显著促进了高龄小鼠体外成熟卵母细胞的发育能力。

关键词：重频脉冲磁场细胞活性磁场发生装置混合型控制器

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大带宽光信号探测技术研究进展(特邀)

光学学报 2024年第13期44卷 1-17页

作者：李仑刘赛阳龚绎天张驰张新亮华中科技大学武汉光电国家研究中心光学与电子信息学院湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

传统时域探测技术对光电探测器和模数转换器的带宽要求较高,面临着测量分辨率及测量信息完整度的挑战。基于傅里叶域的测量方案被陆续提出,通过全光频率-时间转换技术将受限的频率带宽转换到不受限的时间维度,突破大带宽光信号实时测量... 详细信息

传统时域探测技术对光电探测器和模数转换器的带宽要求较高,面临着测量分辨率及测量信息完整度的挑战。基于傅里叶域的测量方案被陆续提出,通过全光频率-时间转换技术将受限的频率带宽转换到不受限的时间维度,突破大带宽光信号实时测量的带宽限制。回顾了大带宽光信号探测技术的研究进展,分析了各方案的原理及应用场景,并对目前存在的应用限制提出了解决思路与技术方案。

关键词：光通信大带宽光信号探测高速光通信傅里叶域测量