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基于双物理场零空间介质的电磁-热分束器

光学学报 2024年

作者：陈韶婕孙非刘一超陈汉川齐雅雯太原理工大学电子信息与光学工程学院太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室

电磁分束器和热流分束器分别能够实现电磁波和热流的分束效果。电磁分束器主要用于传感、检测和通讯等需要产生两束电磁相干信号的领域，热流分束器主要用于散热和热保护等需要将热流分流热管理的领域。随着片上系统集成度的不断提高，... 详细信息

电磁分束器和热流分束器分别能够实现电磁波和热流的分束效果。电磁分束器主要用于传感、检测和通讯等需要产生两束电磁相干信号的领域，热流分束器主要用于散热和热保护等需要将热流分流热管理的领域。随着片上系统集成度的不断提高，人们越来越希望能够通过单一结构同时实现对电磁波和热流的分束。然而，目前尚缺乏对能同时进行电磁波和热流分束的电磁-热分束器的相关研究。为了解决这一问题，本研究借助于铝合金板和聚氯乙烯发泡板交错排列的双物理场零空间介质，设计得到一种可同时分束横向磁极化的电磁波（TM平面波）和热流的电磁-热分束器。数值模拟结果与实验结果均验证了该结构的双物理场分束效果，并且通过调整两种材料排列的数目还可以实现对分束比的调控。这为双场检测、高集成度片上系统、电子设备等需要同时考虑电磁兼容和热管理的场合，提供了一种新的电磁-热调控方法。

关键词：电磁-热结构分束器双场调控零空间介质

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钯纳米颗粒超晶格薄膜光学特性研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：史作盐黄信王芳虞应刘绍鼎太原理工大学电子信息与光学工程学院太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室

钯纳米颗粒具有大比表面积、高效催化以及良好的电化学性能，在光催化和传感等领域展现出广泛的应用前景。其中如何提高纳米颗粒与光场的相互作用是提高光学器件性能的关键。本文提出通过自组装方法制备钯纳米颗粒超晶格薄膜，基于超晶... 详细信息

钯纳米颗粒具有大比表面积、高效催化以及良好的电化学性能，在光催化和传感等领域展现出广泛的应用前景。其中如何提高纳米颗粒与光场的相互作用是提高光学器件性能的关键。本文提出通过自组装方法制备钯纳米颗粒超晶格薄膜，基于超晶格极化激元模式的激发增强有效提升了钯纳米颗粒超晶格结构对入射光场能量的聚焦。实验及计算透/反射光谱表明，所制备的钯纳米颗粒超晶格能够有效激发极化激元模式，同阶极化激元模式随超晶格薄膜层数的增加红移，同时产生高阶极化激元模式。更重要的是这种超晶格结构能够在纳米颗粒之间间隔处形成增强的局域场，与离散钯纳米颗粒相比其局域场增强因子获得了约一倍的提升，实现了对入射场能量的有效聚焦。这一研究为设计高性能光催化和光传感器件提供了较好的参考价值。

关键词：钯纳米颗粒超晶格极化激元自组装

基于参数优化随机编码的长距离BOTDR传感系统研究

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中国激光 2024年

作者：姚志玺王宇孙志杰白清王璇刘昕靳宝全太原理工大学电子信息与光学工程学院山西省智慧交通实验室有限公司智慧交通山西省实验室太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室

传统单脉冲布里渊光时域反射仪（Brillouin optical time domain reflectometer, BOTDR）在长距离探测时存在信噪比较低的问题，导致传感距离难以进一步提升。本文采用随机脉冲编码方法提升BOTDR探测光能量，并进一步通过编码参数优化... 详细信息

传统单脉冲布里渊光时域反射仪（Brillouin optical time domain reflectometer, BOTDR）在长距离探测时存在信噪比较低的问题，导致传感距离难以进一步提升。本文采用随机脉冲编码方法提升BOTDR探测光能量，并进一步通过编码参数优化实现传感距离提升。分析了随机脉冲序列信号的时域分布特征及自相关特性，阐述了随机脉冲探测BOTDR解码原理，研究了编码码长及组数对自相关函数旁瓣噪声及解码结果精度的影响并进行了仿真验证。搭建了长距离BOTDR传感系统，采用峰值功率30 mW、码长640 bit、20组随机脉冲编码进行了实验验证。实验结果表明，本文在保持单码脉冲2 m空间分辨率的条件下，实现了81.23 km传感光纤末端布里渊频移有效探测，测量均方根误差（Root mean square error, RMSE）≤3 MHz。研究结果证明，通过优化随机数编码参数可显著提升BOTDR传感距离。

关键词：光纤传感随机脉冲编码信噪比提升传感距离提升布里渊光时域反射仪

基于改进LSTM的蘑菇生长状态时空预测算法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 221-230页

作者：杨淑珍黄杰苑进上海第二工业大学智能制造与控制工程学院上海201209 山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018

密集蘑菇簇会严重影响蘑菇质量和自动采摘成功率。为避免形成超密集蘑菇簇,提出一种蘑菇生长状态时空预测算法,对蘑菇生长状态进行预测以指导提前疏蕾。该算法采用编码器-预测器框架,将历史序列图像转换为3D张量序列作为模型的输入;编... 详细信息

密集蘑菇簇会严重影响蘑菇质量和自动采摘成功率。为避免形成超密集蘑菇簇,提出一种蘑菇生长状态时空预测算法,对蘑菇生长状态进行预测以指导提前疏蕾。该算法采用编码器-预测器框架,将历史序列图像转换为3D张量序列作为模型的输入;编码器网络中将卷积和长短时记忆(Long short term memory, LSTM)网络融合实现对蘑菇生长的时空相关性特征的提取;在预测网络中加入扩散模型以解决预测图像的模糊问题;此外,在损失函数中增加了蘑菇面积差异损失函数来进一步减小预测蘑菇与实际蘑菇的形状和位置偏差。实验结果表明,本文算法峰值信噪比可达35.611 dB、多层级结构相似性为0.927、蘑菇预测准确性高达0.93,有效提高了蘑菇生长状态图像预测质量和精度,为食用菌生长预测提供了一种新思路。

关键词：蘑菇生长状态预测长短时记忆网络扩散模型面积差异损失函数

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基于核共轭梯度演化模糊系统的混沌时间序列在线预测

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控制与决策 2024年第9期39卷 3099-3107页

作者：胡磊韩敏大连理工大学电子信息与电气工程学部大连理工大学教育部工业设备智能控制与优化重点实验室

为了增强演化模糊系统在混沌时间序列中的在线预测性能,提出一种基于核共轭梯度的演化模糊系统模型.该模型通过基于结构演化的前件部分,挖掘并捕获隐藏在时间序列中的模糊规则.同时,基于参数更新的后件部分有机结合稀疏学习策略和核共... 详细信息

为了增强演化模糊系统在混沌时间序列中的在线预测性能,提出一种基于核共轭梯度的演化模糊系统模型.该模型通过基于结构演化的前件部分,挖掘并捕获隐藏在时间序列中的模糊规则.同时,基于参数更新的后件部分有机结合稀疏学习策略和核共轭梯度算法,以降低计算复杂度和提高模型收敛性能.基于核共轭梯度的演化模糊系统不仅剔除了样本中的冗余信息,而且有效平衡了模型的预测精度和预测效率.实验结果表明,所提模型在标杆和真实混沌时间序列的在线预测任务中具有有效性.

关键词：混沌时间序列在线预测演化模糊系统模糊规则稀疏学习策略核共轭梯度

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仿生偏振光罗盘太阳位置检测方法

中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 548-559页

作者：杨江涛王明凯刘思拓梁磊刘志郭越太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学先进控制与装备智能化山西省重点实验室山西太原030024

针对偏振光导航对天空中特征点精确位置信息的需求,提出一种基于全天域偏振模式成像系统对太阳位置进行精确检测的方法。与传统的基于光斑的太阳位置检测方法相比,该方法利用大气中固有的偏振信息完成对太阳位置的精确测量,具有检测方... 详细信息

针对偏振光导航对天空中特征点精确位置信息的需求,提出一种基于全天域偏振模式成像系统对太阳位置进行精确检测的方法。与传统的基于光斑的太阳位置检测方法相比,该方法利用大气中固有的偏振信息完成对太阳位置的精确测量,具有检测方法简单、精度高且适用范围广等特点。搭建的光学采集系统由三个微小型的大视场摄像头模组和偏振片构成,使得结构更加紧凑,体积更小,高度更低。从原理出发,仿真分析太阳位置求解算法,采用搭建的光学采集系统对本算法在3种天气(晴天、遮挡、气溶胶)环境下进行验证。结果显示:当天气晴朗时,在同一天不同时刻,测量的太阳高度角和方位角的精度分别为0.024°和0.03°;当太阳被高层建筑物遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.08°和0.05°;当太阳被树木的枝叶遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.3°和0.1°。研究发现当气溶胶的浓度超过一定量时就会破坏偏振光的Rayleigh分布模式,进而会影响太阳位置的检测精度。实验结果表明,这种新型的检测方法不仅能够满足偏振光导航对太阳位置精确信息的需求,还能为喜欢探索宇宙奥秘的爱好者提供一种新的探索思路。

关键词：大气光学大气偏振模式太阳空间位置光学CCD

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基于障碍函数内点法的防御武器配系部署建模与智能优化

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工程科学学报 2024年第1期46卷 157-165页

作者：宋晓程李陟陈鹏飞张坤邹尧贺威北京电子工程总体研究所北京100854 中国航天科工防御技术研究院北京100854 北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学智能仿生无人系统感知与控制教育部重点实验室北京100083

针对防空任务中我方多平台、多武器、多区域部署带来的防御武器配系难以建模和实时优化难的问题,在考虑敌我双方攻防武器对抗博弈的条件下,提出了一种基于障碍函数内点法的我方防御武器部署优化模型,并综合武器防御效能、防御成本、保... 详细信息

针对防空任务中我方多平台、多武器、多区域部署带来的防御武器配系难以建模和实时优化难的问题,在考虑敌我双方攻防武器对抗博弈的条件下,提出了一种基于障碍函数内点法的我方防御武器部署优化模型,并综合武器防御效能、防御成本、保卫目标的资产价值等指标对模型进行智能优化解算与分析.首先,建立我方部阵地、防御武器与保卫目标的参数化模型,并建立我方武器对于敌方武器拦截的概率函数与约束条件;然后,将防御武器优化部署问题转化为性能指标函数为凸函数的无约束优化问题;最后,引入障碍函数内点法对其进行快速求解,给出了防御阵地武器部署的最优配置方案.所提方法充分考虑了来袭目标的不同类型、异构特性以及大气层内外防御的多元化火力运用方式;能够在具有混合整数非线性、约束强耦合、变量规模大等特征的防御武器配系场景下快速给出最优配置结果.并且,通过数值仿真验证了在对抗博弈条件下所提部署建模与智能优化方法的有效性与优越性.

关键词：障碍函数内点法凸优化防空任务防御武器配系部署建模

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大面积自组装金纳米颗粒超晶格薄膜的制备及光学特性研究

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光电工程 2024年第6期51卷 12-20页

作者：黄信史作盐宋明霞虞应刘绍鼎太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024

自组装贵金属纳米颗粒超晶格等离激元与光场的耦合能够激发极化激元模式,在增强光谱及传感等领域具有重要的应用前景。然而目前自组装方法制备超晶格薄膜层数较难控制,同时样品尺寸较小,限制了相关应用的发展。本文基于润湿增强的界面... 详细信息

自组装贵金属纳米颗粒超晶格等离激元与光场的耦合能够激发极化激元模式,在增强光谱及传感等领域具有重要的应用前景。然而目前自组装方法制备超晶格薄膜层数较难控制,同时样品尺寸较小,限制了相关应用的发展。本文基于润湿增强的界面自组装方法可快速、大面积制备单层密排纳米颗粒薄膜的特性,采用逐层堆叠方法制备了具有不同层数的大面积、均匀分布的金纳米颗粒超晶格薄膜样品。实验及计算透/反射光谱表明,所制备超晶格样品能够有效激发极化激元模式,同时高阶极化激元模式随着超晶格层数的增加也可被有效激发。此外,通过调整纳米颗粒尺寸也可有效调制极化激元模式的共振峰位。这些研究为制备大面积高质量纳米颗粒超晶格薄膜提供了一种有效的方案,有望用于高性能微纳光子器件的设计。

关键词：金纳米颗粒纳米颗粒超晶格时域有限差分法极化激元模式

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闭环胰岛素输送系统的研究进展

中国现代应用药学 2024年第10期41卷 1303-1312页

作者：魏翔骞张秀雯王延芳魏鑫伟张娟季康凡张世明顾臻王金强浙江大学药学院浙江省先进递药系统重点实验室香港大学电机电子工程系香港大学智能可穿戴实验室浙江大学金华研究院先进药物递释系统全国重点实验室浙江大学医学中心良渚实验室浙江大学高分子科学与工程学系高分子合成与功能构造教育重点实验室浙江大学医学院附属邵逸夫医院普外科浙江大学医学院附属第二医院药学部

1型糖尿病和进展型2型糖尿病患者胰岛素分泌不足，表现出高血糖症状。为了维持血糖正常，这些糖尿病患者需每天多次注射胰岛素。然而，胰岛素的需求受饮食、运动、疾病等多重因素影响，加之胰岛素本身治疗指数极窄，因此胰岛素剂量难以... 详细信息

1型糖尿病和进展型2型糖尿病患者胰岛素分泌不足，表现出高血糖症状。为了维持血糖正常，这些糖尿病患者需每天多次注射胰岛素。然而，胰岛素的需求受饮食、运动、疾病等多重因素影响，加之胰岛素本身治疗指数极窄，因此胰岛素剂量难以估算准确，若胰岛素注射过量可危及生命。此外，每日多次注射胰岛素给患者带来了较大的生理和心理负担。为了解决以上问题，研究人员着手开发闭环胰岛素输送系统，使胰岛素剂量能够依据糖尿病患者实时血糖水平变化进行调整，从而提升控制血糖的安全性和有效性。本综述按照闭环胰岛素输送系统的组成属性，将闭环胰岛素输送系统分为电子类闭环胰岛素输送系统和剂型类闭环胰岛素输送系统。从2种闭环胰岛素输送系统的组成元件、发展历程、临床应用、目前优劣以及后续的发展方向等几个方面进行阐述，着重对比了两类闭环胰岛素输送系统的相对优势。

关键词：药物递送闭环治疗胰岛素输送系统 1型糖尿病糖响应