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用于步进啁啾光纤光栅的掩模板原理和设计

光子学报 2001年第9期30卷 1115-1118页

作者：方晓惠杨淑雯李世忱贾光明马君显天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 深圳大学新技术研究中心深圳518060

本文提出了用于步进啁啾光纤光栅制作的相位掩模板的原理和设计；最后，作为在OCDMA编／解码器中的应用，阐述了对步进啁啾光纤光栅进行强度调制地址码编码的实现方法。

关键词：耦合模理论掩模板步进啁啾光纤光栅 OCDMA编/编码器原理设计

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高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

光谱学与光谱分析 2023年第2期43卷 356-362页

作者：褚致弘张逸竹曲秋红赵晋武何明霞天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 莱仪特太赫兹(天津)科技有限公司天津300019

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫... 详细信息

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现了极限空间分辨率约为157μm,去噪后图像极限空间分辨率处的瑞利判据鞍-峰比约为0.623,图像整体对比度为46.635;空间分辨率相比传统成像方法提高了约一倍,对比度提高约26%。研究结果为高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像方式提供了一种新的规范,并针对太赫兹频域较高频区域的图像噪声问题提供了一种新的解决方案。

关键词：太赫兹光谱成像空间分辨率图像去噪深度卷积神经网络

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可调控的太赫兹多频带吸收器特性

中国激光 2019年第12期46卷 298-304页

作者：初启航杨茂生陈俊曾彬张海婷宋效先叶云霞任云鹏张雅婷姚建铨江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院江苏镇江212013 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

基于不同形状和大小的谐振环对电磁场具有不同的响应原理,设计了对4个频带具有电磁响应的、由圆形谐振环结构组成的太赫兹吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)研究了该吸收器的特性,通过改变顶层金属环形图案几何尺寸、中间层电介质厚度... 详细信息

基于不同形状和大小的谐振环对电磁场具有不同的响应原理,设计了对4个频带具有电磁响应的、由圆形谐振环结构组成的太赫兹吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)研究了该吸收器的特性,通过改变顶层金属环形图案几何尺寸、中间层电介质厚度以及顶层金属圆环处的硅电导变化率,对太赫兹多频带吸收器进行设计与仿真。在耦合后的多频吸收器的吸收峰中,低频部分被完美吸收,高频部分吸收率由70%增至94%。同时,随着电导率变化,低频分别从0.775 THz和1.064 THz移动到0.697 THz和1.017 THz,分别移动了78 GHz和47 GHz,实现了连续频率调谐。

关键词：材料太赫兹波超材料吸收器隐身材料电导率

波浪能发电装置功率特性现场测试分析方法研究

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仪器仪表学报 2019年第1期40卷 70-76页

作者：王项南俞彦辉夏海南国家海洋技术中心天津300112 天津大学精密仪器及光电子工程学院天津300072

随着我国波浪能发电装置研发的迅速发展,多批波浪能发电装置均已开始投入实海况运行,提出系统可靠的波浪能发电装置功率特性评价方法日益迫切。参考国际电工委员会发布的波浪能发电装置功率特性测试规程,围绕波浪能发电装置运行特点以... 详细信息

随着我国波浪能发电装置研发的迅速发展,多批波浪能发电装置均已开始投入实海况运行,提出系统可靠的波浪能发电装置功率特性评价方法日益迫切。参考国际电工委员会发布的波浪能发电装置功率特性测试规程,围绕波浪能发电装置运行特点以及测试海域实际海况测量情况,提出包括准备阶段、测试阶段、数据处理阶段以及功率特性分析阶段的完整的波浪发电装置标准化测试系统。应用提出的测试方法,对我国自主研发的"万山号"波浪能发电装置及布放海域进行波浪能发电装置功率特性测试,测试结果验证了方法的可行性,为波浪发电装置技术创新打下了基础,为波浪能发电装置功率特性的评估提供了技术支持。

关键词：波浪能发电装置现场测试功率特性分析比恩法

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基于超材料的太赫兹光电导天线

中国激光 2021年第19期48卷 168-188页

作者：谷建强王可蒙许祎欧阳春梅田震韩家广张伟力天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心天津300072 俄克拉荷马州立大学电气与计算机工程学院俄克拉荷马静水城74078美国

发展高性能的光电导天线是推动太赫兹科学及其相关技术不断进步的重要手段。系统地介绍了基于金属和介质超材料的高效光电导天线的研究工作,梳理了此类天线的发展历程并展望了其应用前景。关于超材料天线的研究主要是基于两类方法展开的... 详细信息

发展高性能的光电导天线是推动太赫兹科学及其相关技术不断进步的重要手段。系统地介绍了基于金属和介质超材料的高效光电导天线的研究工作,梳理了此类天线的发展历程并展望了其应用前景。关于超材料天线的研究主要是基于两类方法展开的,第一类是利用纳米级金属/介质超材料操控飞秒泵浦激光与光电导天线衬底间的相互作用,第二类方法则是在原有天线结构的基础上设计微米级金属/介质超材料对太赫兹波进行直接操控。这些基于超材料的新方法极大地促进了光电导天线的发展及其在交叉领域的应用。

关键词：太赫兹技术超快光学光电导天线超材料局域场增强太赫兹辐射太赫兹探测

基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

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红外与激光工程 2017年第9期46卷 281-285页

作者：葛栋森许全魏明贵张学迁韩家广天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心天津300072

采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节... 详细信息

采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节微结构的双折射特性,进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位,使之振幅相近(约0.55),相位相差90°。实验上,通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品,并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好,实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片,对应的归一化椭圆率高达0.99,证实了该设计的有效性。此外,还通过改变微结构的几何参数,进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片,证明了该微结构的可调谐特性。

关键词：太赫兹介质超材料曲折线型微结构四分之一波片

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太赫兹光谱技术应用于聚烯烃薄膜孔隙率检测

激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 446-452页

作者：栗擎何明霞天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学太赫兹研究中心天津300072

聚烯烃薄膜材料的孔隙率会影响材料的力学性能、绝缘性和贯通性,但少有对聚烯烃孔隙率无损检测的精确方法。本文以有效介电常数为桥梁,建立了四种材料等效折射率与孔隙率之间的等效模型;通过实际测试电池隔膜及微孔滤膜的太赫兹时域光谱... 详细信息

聚烯烃薄膜材料的孔隙率会影响材料的力学性能、绝缘性和贯通性,但少有对聚烯烃孔隙率无损检测的精确方法。本文以有效介电常数为桥梁,建立了四种材料等效折射率与孔隙率之间的等效模型;通过实际测试电池隔膜及微孔滤膜的太赫兹时域光谱,定量得到材料的折射率、介电常数、孔隙率等数据。结果表明:对于聚烯烃材料与空气的两相介质,其孔隙率与介电常数存在高相关性;采用改进的有效介质模型测得的孔隙率与常规的气体置换法测得的孔隙率的平均相对误差在2.53%左右;利用太赫兹光谱测量聚烯烃薄膜的孔隙率具备一定的可行性,有望成为薄膜检测的补充手段。

关键词：光谱学太赫兹时域光谱薄膜孔隙率有效介质理论聚烯烃材料

同方期刊数据库

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无机盐混合溶液的太赫兹光谱定量分析

光谱学与光谱分析 2019年第12期39卷 3731-3736页

作者：何明霞孙珑玲陈达黄志轩刘立媛赵晋武张洪桢天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学太赫兹研究中心天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072

太赫兹生物医学是当前光谱研究领域的前沿热点,其主要难点在于如何在有效避免水分干扰的同时,实现复杂生物体系组分的精准分析。太赫兹光谱产生于分子振动的信息,其吸收谱较弱,吸收峰严重重叠,且多组分复杂样品的太赫兹光谱往往不是各... 详细信息

太赫兹生物医学是当前光谱研究领域的前沿热点,其主要难点在于如何在有效避免水分干扰的同时,实现复杂生物体系组分的精准分析。太赫兹光谱产生于分子振动的信息,其吸收谱较弱,吸收峰严重重叠,且多组分复杂样品的太赫兹光谱往往不是各组分光谱的简单叠加,难以用传统的峰高、峰面积标定技术进行定量计算。但采用多元校正技术可以方便地实现太赫兹光谱的定量分析,使太赫兹光谱成为一种快速、简便且适用范围广泛的分析技术。以KCl和NaCl的无机盐混合体系为典型研究体系,两种组分的浓度范围均为0.1~2 mol·L^-1,浓度间隔为0.1 mol·L^-1。获取20组浓度配比不同的混合溶液的吸收系数和折射率,巧妙利用水溶液体系中无机金属离子的水合氢键作用,由此采集无机盐溶液体系的太赫兹时域光谱,提取各组分的特征信息,建立多尺度数据驱动的定量分析模型,有望实现水溶液中无机金属离子的定量分析。针对太赫兹光谱数据规模大、基质干扰强及数据关联复杂等特点,构建复杂二维小波变换、多变量筛选、贝叶斯数据挖掘、深度学习和数据关联性分析技术为一体的算法数据库,由此构建基于多尺度数据驱动的太赫兹光谱解析方法。论文依据正交实验的原则,构建具备良好数据结构特征的混合溶液数据集,引导后续的光谱解析方法准确提取无机金属离子水合氢键信息。在此基础上,发展自适应算法,寻找光谱数据变量与浓度间的关系,并采用变量筛选技术,从原始光谱数据中提取无机盐水合氢键的特征信息,最终构建浓度与特征信息之间的数据驱动模型。计算结果表明,KCl和NaCl组分的预测误差分别为8.0%和9.1%,能有效满足大部分应用的检测精度要求。多尺度数据驱动模型方法充分利用太赫兹光谱信号的时域和频域多尺度特性,实现数据预处理与多元校正的一体化运算以避免重要信息丢失,具备高度自适应特征。因此,基于数据驱动建模的太赫兹光谱分析新方法为太赫兹生物医学研究提供了新思路。

关键词：混合溶液太赫兹时域光谱数据驱动建模定量分析

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用于靶球测量的激光共焦测头稳定性研究

传感技术学报 2009年第5期22卷 751-754页

作者：裘祖荣王婷陈本轩天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

为了解决微靶靶球在微靶装配体中的位置关系。介绍了一种基于动态主动调焦原理的光学非接触测头,这种测头能够测量具有强反射表面的高精度金属件和光学器件,解决了形貌检测领域的一个难题。微靶靶球是惯性核聚变中的关键部分,它的装配... 详细信息

为了解决微靶靶球在微靶装配体中的位置关系。介绍了一种基于动态主动调焦原理的光学非接触测头,这种测头能够测量具有强反射表面的高精度金属件和光学器件,解决了形貌检测领域的一个难题。微靶靶球是惯性核聚变中的关键部分,它的装配位置关系是否准确直接关系到"点火"的成败。由于微靶靶球的特殊性,利用共焦测头这种非接触测头对靶球中心位置进行检测,测量精度要求小于3μm。根据共焦测头的原理,得出了被测面高度差和振动部件位移的数学关系式,并分析了音叉振动参数对测量结果的影响。试验结果表明:音叉振动频率波动对时间差的影响为0.14‰;音叉振动幅值波动对时间差的影响为6.8‰;时间差输出值的标准差为0.0044。能够满足测量微靶靶球中心位置的非接触,高精度和稳定性要求。

关键词：共焦测头非接触测量微靶靶球稳定性