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高效率高紧凑性垂直硅基光栅耦合器研究

光子学报 2025年第1期54卷 1-9页

作者：段宁李聪聪袁征难师晨曦马丁琪曹鹏飞闫格兰州大学信息科学与工程学院兰州730030 兰州空间技术物理研究所兰州730030 兰州真空设备有限责任公司兰州730050

聚焦于硅基光电子芯片光学接口的设计,以实现高耦合效率、低制造成本和高集成度的目标。采用形状优化逆向设计算法,结合动态参数更新机制,利用参数化剖面和加噪处理,快速生成初始设计方案。通过降余弦衰减策略调节参数更新率,加快光栅... 详细信息

聚焦于硅基光电子芯片光学接口的设计,以实现高耦合效率、低制造成本和高集成度的目标。采用形状优化逆向设计算法,结合动态参数更新机制,利用参数化剖面和加噪处理,快速生成初始设计方案。通过降余弦衰减策略调节参数更新率,加快光栅耦合器优化收敛过程,有效降低计算成本并提高设计效率。设计出无需额外材料层的紧凑型光栅耦合器。光栅区长度为18μm,在100 nm线宽条件下,在1550 nm波长下实现了-0.85 dB的单端口仿真耦合效率和28 nm的3 dB带宽。在10 nm刻蚀深度制备误差的情况下,实验单端口峰值耦合效率达到了-3.62 dB。对比于近期报道的光栅耦合器,在无需额外材料层的情况下,实现了220 nm硅层厚度的SOI平台上目前所知最高的耦合效率。此研究开发出一种高效率、低成本,兼具紧凑结构的光学接口,可为实现硅光芯片间的互联提供有效的解决方案。

关键词：集成光学硅基光栅耦合器形状优化逆向设计光学接口设计动态参数更新逆向设计

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风向对路堑周围风沙流场影响的数值模拟

铁道学报 2025年第1期47卷 131-137页

作者：石龙王玉竹韩峰薛春晓兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 中铁西北科学研究院有限公司甘肃兰州730030

为认识风沙环境下风向对路堑沙害的影响,利用计算流体力学中的欧拉双流体非稳态模型,分析不同风向角(风向与路堑走向的夹角)场景下风沙流对路堑的响应规律,并研究其响应机理。数值模拟结果与现场监测结果相吻合,但由于数值模型中存在阻... 详细信息

为认识风沙环境下风向对路堑沙害的影响,利用计算流体力学中的欧拉双流体非稳态模型,分析不同风向角(风向与路堑走向的夹角)场景下风沙流对路堑的响应规律,并研究其响应机理。数值模拟结果与现场监测结果相吻合,但由于数值模型中存在阻塞效应致使前者略微高估了路堑周围的风速。路堑内部沉沙区面积、路堑对气流的扰动能力和路堑内部的积沙量与风向角呈正相关。风向角β≤30°,路堑内部未观察到循环泡,风向角β>30°,路堑内部可观察到明显的循环泡,且随着风向角的增大其面积呈递增趋势。本质上,风向角的减小相当于减缓路堑边坡坡率,进而减少其内部的积沙量。路堑内部沙害程度与风向角呈正相关,为减轻风积沙对线路的危害,路堑应以小风向角穿越风沙地区,有条件时风向角宜控制在30°以内。

关键词：路堑风沙流场风向现场测试数值模拟

基于SAO-VMD-S的双端柔性直流输电故障测距方案

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电力系统保护与控制 2025年第1期53卷 1-12页

作者：王思华王羚佰兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室(兰州交通大学) 甘肃兰州730070

针对柔性直流输电线路故障定位过程中信号易受噪声干扰、耐过渡电阻能力差的问题,提出了采用小波变换(wavelet transform,WT)进行消噪处理、并结合变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的柔性直流输电线路故障定位方案。... 详细信息

针对柔性直流输电线路故障定位过程中信号易受噪声干扰、耐过渡电阻能力差的问题,提出了采用小波变换(wavelet transform,WT)进行消噪处理、并结合变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的柔性直流输电线路故障定位方案。首先利用基于Logistic函数的循环位移小波阈值去噪对故障信号进行处理。然后采用雪消融优化器(snow ablation optimizer,SAO)结合VMD对信号进行有效分解。最后对分解后的高频分量进行S变换(S-transform,ST),选取对应频率下的幅值曲线进行波头标定。此外,提出了一种不依赖波速的测距算法。在PSCAD/EMTDC平台中搭建双端柔性直流系统并进行仿真验证。结果表明,所提方案不仅对采样率要求低,且能耐受300Ω的过渡电阻和30 dB的噪声,在不同故障距离下均能准确进行测距。

关键词：柔性直流输电小波去噪雪消融优化器变分模态分解 S变换故障测距

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基于G2-CRITIC-UMT模型的铁路隧道低碳施工评价研究

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铁道标准设计 2025年第1期69卷 139-146页

作者：靳春玲安祥贡力姬照泰管巧玉兰州交通大学土木工程学院兰州730070

促进铁路建设全生命周期低碳转型,关键是发展以铁路施工为主的低碳理念。以碳排放评价作为切入点,基于完整性与可操作性等原则,选取4个具有代表性的一级指标,遴选11个重要影响因素,建立低碳施工评价指标体系,选用G2法及CRITIC法进行主... 详细信息

促进铁路建设全生命周期低碳转型,关键是发展以铁路施工为主的低碳理念。以碳排放评价作为切入点,基于完整性与可操作性等原则,选取4个具有代表性的一级指标,遴选11个重要影响因素,建立低碳施工评价指标体系,选用G2法及CRITIC法进行主客观权重计算,构建未确知测度理论评价模型,采用置信度识别准则进行等级识别,对广汕铁路8个典型隧道段低碳施工碳排放进行分级评价。研究结果表明:弃渣场复垦率、水土流失防护程度、废水达标排放率、施工材料本地化率等指标会极大地影响铁路隧道低碳施工效果;计算得到其中5个隧道低碳施工等级为Ⅱ级、3个隧道低碳施工等级为Ⅲ级。通过论证,G2-CRITIC-UMT模型评价结果相比于BP神经网络模型准确度更高,与实际情况符合程度由62.5%提高到87.5%,验证模型的准确性,可为铁路隧道低碳施工评价提供新思路。

关键词：铁路隧道低碳施工 G2法 CRITIC法未确知测度理论

激光锡等离子体的状态参数分布和极紫外波段辐射的模拟研究

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物理学报 2025年第3期74卷 1-15页

作者：敏琦王国栋何朝伟何思奇卢海东刘兴邦武艳红苏茂根董晨钟西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室兰州730070 兰州工业学院计算机与人工智能学院兰州730050

激光锡(Sn)等离子体光源是当前先进极紫外(EUV)光刻机中最为核心的分系统,其辐射出的13.5 nm附近2%带宽内的EUV光的功率值和稳定性是决定整个光刻机是否成功的关键指标之一,本文针对激光Sn等离子体光源这一复杂系统,开展了详细的关于等... 详细信息

激光锡(Sn)等离子体光源是当前先进极紫外(EUV)光刻机中最为核心的分系统,其辐射出的13.5 nm附近2%带宽内的EUV光的功率值和稳定性是决定整个光刻机是否成功的关键指标之一,本文针对激光Sn等离子体光源这一复杂系统,开展了详细的关于等离子体状态参数分布以及EUV辐射光谱的数值模拟研究.首先基于细致能级模型,在局域热动平衡近似条件下计算得到了Sn等离子体在12—16 nm波段的辐射不透明度数据.随后利用激光等离子体辐射流体力学程序RHDLPP,分别模拟了纳秒激光脉冲作用于Sn平面固体靶和液滴靶所产生的等离子体的温度和电子密度等状态参数的分布.结合辐射不透明度数据和等离子体状态数据,利用光谱模拟后处理子程序SpeIma3D完成了平面靶等离子体的空间分辨EUV光谱以及液滴靶等离子体在60°观测角下的角分辨EUV光谱的模拟.最后,得到了液滴靶等离子体在13.5nm,2%带宽内的带内辐射强度随观测角度的变化规律.本文获得的所有等离子体状态参数分布和EUV光谱模拟结果与现有的实验结果具有很好的一致性,证明了RHDLPP程序在激光Sn等离子体EUV光源方面的模拟能力,相关结果可以为EUV光刻以及国产化EUV光源的研制提供一定的支持.

关键词：极紫外光刻光源激光锡等离子体辐射流体力学程序极紫外光谱

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多层网络视角下的中欧海铁运输网络级联失效脆弱性分析

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计算机工程与应用 2025年第5期61卷 298-308页

作者：张玉召康欢欢邓雨露兰州交通大学交通运输学院兰州730070 高原铁路运输智慧管控铁路行业重点实验室兰州730070

为研究多层网络建模方法及结构特性、多层网络节点重要度计算与级联失效过程各因素对脆弱性动态变化的影响,利用多层网络理论构建双层运输网络拓扑模型并分析其拓扑特性,提出一种多层网络节点重要度计算方法,并设计考虑节点容量、节点... 详细信息

为研究多层网络建模方法及结构特性、多层网络节点重要度计算与级联失效过程各因素对脆弱性动态变化的影响,利用多层网络理论构建双层运输网络拓扑模型并分析其拓扑特性,提出一种多层网络节点重要度计算方法,并设计考虑节点容量、节点状态、节点重要度的负载-容量级联失效模型,仿真分析影响网络脆弱性的因素与变化规律。研究表明,中欧海铁双层运输网络符合复杂网络的无标度特性,网络层间异配耦合连接,节点容量系数、不同类型节点及负载分配方式对网络脆弱性影响较大,并验证了多层网络节点重要度计算方法的合理性。结论显示,发生突发事件时要优先保护重要节点,设计车站时要预留一定负载冗余空间,以提升节点失效后的负载承受能力。

关键词：复杂网络多层网络节点重要性级联失效网络脆弱性

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甘青隧道火灾烟气扩散特征研究

铁道标准设计 2025年第1期69卷 147-155页

作者：杨家伟刘屈瑶梁庆国曹生慧孙纬宇吴晓辉周仁中铁二局集团第四工程有限公司成都610031 兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰新铁路甘青有限公司兰州730030

研究高海拔地区特长铁路隧道火灾烟气的变化规律对优化设计特长铁路隧道防灾救援具有重要的指导意义,但由于高海拔地区复杂的地理位置和使用环境,采用试验方法进行研究较为困难,相关研究较少。依托甘青隧道工程,基于Fire Dynamics Simul... 详细信息

研究高海拔地区特长铁路隧道火灾烟气的变化规律对优化设计特长铁路隧道防灾救援具有重要的指导意义,但由于高海拔地区复杂的地理位置和使用环境,采用试验方法进行研究较为困难,相关研究较少。依托甘青隧道工程,基于Fire Dynamics Simulator(FDS)开展高海拔地区特长铁路隧道火灾场景数值模拟,通过改变隧道纵向风速大小以及纵向风作用方向,以期获得依托工程发生火灾下的致灾因素以及最佳控烟方案,并与平原地区火灾发生时的致灾因素仿真模拟结果进行对比。研究结果表明:高海拔地区火灾烟气扩散速度以及特征高度处最高温度、最高CO浓度均高于平原地区;高海拔地区隧道发生火灾时,施加纵向风较有利,且随着纵向风速增加,顺风侧烟气扩散速度加快,逆风侧逆流长度能够得到有效控制;高海拔地区特长隧道内可视度是达到危险限值最快、影响最大的致灾因素,且不受风速影响;有无纵向风作用下,隧道一侧均存在低可视度危险区;纵向风越大,烟气扩散速度越快,特征高度处温度越低,对高温烟气扩散的抑制作用越明显;本工程条件下建议加强隧道下坡段风机的设计,并应控制纵向风速≮3 m/s。

关键词：高海拔地区铁路隧道特长隧道烟气扩散致灾因素控烟方案

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铁路隧道岩溶突水灾害风险综合评价研究

武汉大学学报(工学版) 2025年第1期58卷 33-38页

作者：李雨浓鲍学英兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为有效预防铁路隧道工程施工过程中的岩溶突水灾害风险,提出一种基于二维云模型的岩溶突水灾害风险等级评价体系。考虑岩溶突水灾害各风险因素的发生概率及发生后所造成的损失这2个方面,通过二维云模型实现定性概念和定量数值之间的转换... 详细信息

为有效预防铁路隧道工程施工过程中的岩溶突水灾害风险,提出一种基于二维云模型的岩溶突水灾害风险等级评价体系。考虑岩溶突水灾害各风险因素的发生概率及发生后所造成的损失这2个方面,通过二维云模型实现定性概念和定量数值之间的转换,并运用熵权法确定评价指标权重,利用数学贴近度的方法将最终得到的综合风险云与各风险等级标准云进行比较,从而得出岩溶突水灾害的风险等级。在实际案例应用中,评价结果与实际情况具有良好的吻合性,验证了所设计的评价指标及方法的合理性。

关键词：铁路隧道岩溶突水二维云模型熵权法贴近度

基于核磁共振技术的玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土孔隙特征分析

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复合材料学报 2025年第2期42卷 1034-1048页

作者：黄观送苏丽薛翠真朱翔琛付勇叶付凯乔宏霞兰州理工大学土木工程学院甘肃省先进土木工程材料工程研究中心

采用核磁共振（Nuclear magnetic resonance,NMR）测试了玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土（HBPRC）的孔隙特征，对比分析了玄武岩纤维（BF）和聚丙烯纤维（PF）及二者混杂对HBPRC的抗压强度、孔隙率、孔径分布和曲折度的影响，并基于核磁共... 详细信息

采用核磁共振（Nuclear magnetic resonance,NMR）测试了玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土（HBPRC）的孔隙特征，对比分析了玄武岩纤维（BF）和聚丙烯纤维（PF）及二者混杂对HBPRC的抗压强度、孔隙率、孔径分布和曲折度的影响，并基于核磁共振T2谱和孔隙结构分形理论对4个孔径区域的孔隙结构分形维数进行了量化。结果表明：随着BF的添加，T2谱反映出适量的BF可以减小混凝土的孔隙率，而且有利于减小大孔体积占比；而随着PF含量增加，T2谱面积增加，且混凝土内部孔隙有变大的趋势。掺入BF-PF混杂纤维对混凝土的孔隙特征会产生正协同作用，当BF和PF掺量均为0.05vol%时，协同作用最佳，与普通混凝土相比，抗压强度提高了3.52%、孔隙率降低了1.47%、曲折度提高了8.20%。凝胶孔体积占比增大了8.76%，大孔体积占比降低了5.30%，孔径分布得到优化。HBPRC的孔隙结构具有明显的分形特征，孔隙结构分形维数在过渡孔、毛细孔和大孔区域依次增加，此外，分形维数越大，抗压强度越大。通过微观分析认为，纤维在混凝土基体中的粘结状态和分布是影响HBPRC孔隙分形特征的主要原因。

关键词：玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土核磁共振孔隙特征抗压强度孔隙结构分形维数

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