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结构陶瓷——承载人类文明的基石

无机材料学报 2024年第6期39卷 569-570页

作者：董绍明王京阳倪德伟中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院金属研究所沈阳110016

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同... 详细信息

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同构筑起人类文明的物质基石。其中,先进结构陶瓷更是以其耐高温、抗腐蚀以及优异的力学性能等特性.

关键词：结构陶瓷先进陶瓷人工合成材料传统陶瓷力学性能抗腐蚀创新精神耐高温

消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 83-94页

作者：吴双张健怡陈洪雷丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放... 详细信息

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放大器(RTIA),实现小信号大增益、大信号小增益的自动切换,将集成3.86 fF积分电容的CTIA电荷容量拓展到1.63 Me^(–)。在15μm像元中心距的像元内集成相关双采样(CDS)结构,大幅减小噪声。对CDS大信号注入产生的折叠效应进行理论分析,并设计抗折叠结构。采用180 nm 3.3V CMOS工艺,完成640×512规模的读出电路的设计、仿真、流片、测试。测试结果显示,该电路可消除CDS折叠效应,噪声电子数17 e^(–),动态范围拓展到99.66 dB。

关键词：红外焦平面读出电路增益自适应抗折叠CDS CTIA 高动态范围低噪声

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低秩聚类被动压缩鬼成像

光学精密工程 2024年第1期32卷 12-23页

作者：雷腾张义民马一哲丁学专吴滢跃王世勇中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049 中国科学院红外探测与成像技术实验室上海200083

低采样率下的高质量鬼成像(GI)对于科学研究和实际应用具有重要意义,为了在低采样率条件下重建高质量图像,提出了一种高质量的被动式压缩鬼成像重构算法(PCGI-LRC)。基于图像的非局域相似块堆叠而成的矩阵具有低秩和稀疏奇异值的假设,... 详细信息

低采样率下的高质量鬼成像(GI)对于科学研究和实际应用具有重要意义,为了在低采样率条件下重建高质量图像,提出了一种高质量的被动式压缩鬼成像重构算法(PCGI-LRC)。基于图像的非局域相似块堆叠而成的矩阵具有低秩和稀疏奇异值的假设,从理论和实验上证明了一种对最小二乘问题与非局域相似块低秩近似问题进行联合迭代求解的方法,能够在低采样率(6.25%~50%)条件下实现高质量鬼成像。实验结果表明:与基于稀疏基约束的GI(GI-SBC)和基于全变分约束的GI(GI-TVC)相比,PCGI-LRC在峰值信噪比、结构相似性系数和视觉观测等方面均更优,在抑制重构噪声的同时保持了目标的细节信息,其中PSNR提升效果优于1.1 dB,SSIM提升效果优于0.04。

关键词：鬼成像图像重构图像压缩单像素成像

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激光诱导透明陶瓷损伤研究进展

硅酸盐学报 2024年第3期52卷 973-992页

作者：陈跃姜本学冯涛张龙中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在激光诱导损伤的响应中,透明陶瓷既有与其他光学元件的相似性,也表现出损伤的特殊性因其具有晶界、微气孔等微结构缺陷。强激光对透明陶瓷诱导损伤的形貌、分析损伤的规律并揭示损伤的机理的工作被开展,这有利于完善激光陶瓷的制备工艺... 详细信息

在激光诱导损伤的响应中,透明陶瓷既有与其他光学元件的相似性,也表现出损伤的特殊性因其具有晶界、微气孔等微结构缺陷。强激光对透明陶瓷诱导损伤的形貌、分析损伤的规律并揭示损伤的机理的工作被开展,这有利于完善激光陶瓷的制备工艺,对降低高能激光系统的运行成本和提高负载能力均具有现实意义。本文综述了透明陶瓷激光诱导损伤的探究方法、损伤的影响因素和提升损伤阈值的途径3方面内容,并结合其他类光学元件较为成熟的研究思路或典型的探究方法。探讨了激光诱导透明陶瓷损伤中的几个研究重点及解决对策,对于高损伤阈值透明陶瓷的研制以及在强激光系统中的合理应用具有重要的参考价值。

关键词：透明陶瓷激光损伤表面损伤体内损伤损伤动力学

面向非均匀不连续X射线望远镜的最优化精密温控方法与试验验证

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光学精密工程 2024年第14期32卷 2225-2235页

作者：张晓峰冯建朝马佳廖星张永合陈勇中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院高能物理研究所北京100049

本文旨在实现EP卫星X射线望远镜的精密控温,通过建立Wolter-I型掠入射X射线望远镜数学传热模型,揭示了热量在聚焦镜组中的传递规律,并设计了两类主动控温加热器。针对望远镜非均匀、不连续构型导致的热场调控难题,提出了最优化精密控温... 详细信息

本文旨在实现EP卫星X射线望远镜的精密控温,通过建立Wolter-I型掠入射X射线望远镜数学传热模型,揭示了热量在聚焦镜组中的传递规律,并设计了两类主动控温加热器。针对望远镜非均匀、不连续构型导致的热场调控难题,提出了最优化精密控温方法,兼顾控温指标与工艺研制难度,构建了关于热量补偿如何分区调配的代价函数。通过设置关于平均偏差、最大偏差、区域个数、最小区域长度的权重参数,获得了第一类加热器最优化设计方案。整星级真空试验结果表明:54个镜片温度范围为19.1~20.9℃,且时域温度稳定性较好,波动小于0.2℃,满足X射线望远镜(20±1)℃的指标要求,权重参数设计合理。本研究提出的方法,成功应对了非均匀、不连续X射线望远镜精密控温难题,为温度要求较高的空间科学探测器提供了技术支持。

关键词：精密控温最优化 X射线非均匀不连续 EP卫星

^(14)N_(2)和^(15)N_(2)在解离通道N(^(2)D_(5/2,3/2))+N(^(2)D_(5/2,3/2))阈值以上光解离产物精细结构分支比N(^(2)D_(5/2))/N(^(2)D_(3/2))的测量

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第2期37卷 264-270,I0102,I0103页

作者：芦丽亚蒋攀程敏高蕻中国科学院化学研究所北京分子科学国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

精确测量解离产物的自旋-轨道耦合精细结构分支比对于进一步了解小分子的光解动力学具有十分重要的意义。本文利用真空紫外泵浦-真空紫外探测时间切片离子速度成像装置,测量了^(14)N_(2)的c4′1∑_(u)^(+)(v′=6)态和b′1∑_(u)^(+)(v′... 详细信息

精确测量解离产物的自旋-轨道耦合精细结构分支比对于进一步了解小分子的光解动力学具有十分重要的意义。本文利用真空紫外泵浦-真空紫外探测时间切片离子速度成像装置,测量了^(14)N_(2)的c4′1∑_(u)^(+)(v′=6)态和b′1∑_(u)^(+)(v′=21)态以及^(15)N_(2)的b′∑_(u)^(0)(=20)态和b′1∑_(u)^(+)(v′=20)态和b′1∑_(u)^(+)(v′=21)解离至通道N(2D_(5/2,3/2))+N(2D_(5/2.3/2))产物精细结构分支比N(2D_(5/2))/N(2D_(3/2)).实验结果表明,产物精细结构分支比N(2D_(5/2))/N(2D_(3/2))与^(14)N_(2)或^(15)N_(2)所在的转动能级无关而与其电子态和振动能级的性质有关。^(14)N_(2)的c4′1∑_(u)^(+)(v′=6)态和^(15)N_(2)的b′1∑_(u)^(+)(v′=20)态均接近解离通道N(2D_(5/2,3/2))+N(2D_(5/2,3/2))的阈值,产物精细结构分支比N(2D_(5/2))/N(2D_(3/2))数值均为-1.35;而^(14)N_(2)和^(15)N_(2)的b′∑_(u)^(+)(v′=21)态均远高于解离通道N(2D_(5/2,3/2))+N(2D_(5/2,3/2))的阈值,产物精细结构分支比N(2D_(5/2))/N(2D_(3/2))数值均为-1.00.本文猜测氮气在接近解离通道值时是一个遵循统计规律的解离过程,而在远高于解离通道阈值时是一个非绝热过程,这可能是本实验中观测到的产物精细结构分支比振动依赖现象的原因.要定量解释本实验的测量结果,需要在该解离通道阈值附近的氮气高精度势能曲线及其相互作用信息。

关键词：精细结构分支比真空紫外光氮气分子光解离动力学科里奥利作用

基于自适应时间步脉冲神经网络的高效图像分类

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自动化学报 2024年第9期50卷 1724-1735页

作者：李千鹏贾顺程张铁林陈亮中国科学院自动化研究所北京100190 中国科学院大学人工智能学院北京101408 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031

脉冲神经网络(Spiking neural network,SNN)由于具有相对人工神经网络(Artifcial neural network,ANN)更低的计算能耗而受到广泛关注.然而,现有SNN大多基于同步计算模式且往往采用多时间步的方式来模拟动态的信息整合过程,因此带来了推... 详细信息

脉冲神经网络(Spiking neural network,SNN)由于具有相对人工神经网络(Artifcial neural network,ANN)更低的计算能耗而受到广泛关注.然而,现有SNN大多基于同步计算模式且往往采用多时间步的方式来模拟动态的信息整合过程,因此带来了推理延迟增大和计算能耗增高等问题,使其在边缘智能设备上的高效运行大打折扣.针对这个问题,本文提出一种自适应时间步脉冲神经网络(Adaptive timestep improved spiking neural network,ATSNN)算法.该算法可以根据不同样本特征自适应选择合适的推理时间步,并通过设计一个时间依赖的新型损失函数来约束不同计算时间步的重要性.与此同时,针对上述ATSNN特点设计一款低能耗脉冲神经网络加速器,支持ATSNN算法在VGG和ResNet等成熟框架上的应用部署.在CIFAR10、CIFAR100、CIFAR10-DVS等标准数据集上软硬件实验结果显示,与当前固定时间步的SNN算法相比,ATSNN算法的精度基本不下降,并且推理延迟减少36.7%~58.7%,计算复杂度减少33.0%~57.0%.在硬件模拟器上的运行结果显示,ATSNN的计算能耗仅为GPU RTX 3090Ti的4.43%~7.88%.显示出脑启发神经形态软硬件的巨大优势.

关键词：脉冲神经网络低功耗推理高效训练低延迟

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氧化物神经元器件及其神经网络应用

无机材料学报 2024年第4期39卷 345-358页

作者：李宗晓胡令祥王敬蕊诸葛飞中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 宁波工程学院电子与信息工程学院宁波315211 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心上海200031 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100029 浙江大学温州研究院温州325006

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计... 详细信息

目前,人工智能在人类社会发挥着越来越重要的作用,以深度学习为代表的人工智能算法对硬件算力的要求也越来越高。然而随着摩尔定律逼近极限,传统冯·诺依曼计算架构越来越难以满足硬件算力提升的迫切需求。受人脑启发的新型神经形态计算采用数据处理与存储一体架构,有望为开发低能耗、高算力的新型人工智能技术提供重要的硬件基础。人工神经元和人工突触作为神经形态计算系统的核心组成部分,是当前研究的前沿和热点。本文聚焦氧化物人工神经元,从神经元数学模型出发,重点介绍了基于氧化物电子器件的霍奇金–赫胥黎神经元、泄漏–累积–发射神经元和振荡神经元的最新研究进展,系统分析了器件结构、工作机制对神经元功能模拟的影响规律。进一步,根据不同尖峰发射动态行为,阐述了基于氧化物神经元硬件的脉冲神经网络和振荡神经网络的研究进展。最后,讨论了氧化物神经元在器件、阵列、神经网络等层面面临的挑战,并展望了其在神经形态计算等领域的发展前景。

关键词：氧化物神经元器件类脑计算神经形态计算人工神经网络综述

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一种空间细胞实验显微图像增强方法

红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 288-294页

作者：李媛媛袁永春阮丽华赵青青张涛中国科学院上海技术物理研究所上海200083 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

高图像质量对于空间细胞实验至关重要,因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而,在空间实验中,由于空间限制和环境因素的影响,成像设备在一些性能方面受到比较强的约束,这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地... 详细信息

高图像质量对于空间细胞实验至关重要,因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而,在空间实验中,由于空间限制和环境因素的影响,成像设备在一些性能方面受到比较强的约束,这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地面的分析需要对图像进行特征提取和计数等任务,但光照不均会严重影响分割效果。为此,本文提出了一种名为STAR-ADF的方法,实验结果证明该方法能够有效去除噪声、均衡光照,增强评价指标较原图提升了12.5%,并具有一定的鲁棒性。

关键词：微重力细胞培养光照不均图像增强