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基于多测量矢量压缩感知的超分辨荧光显微成像研究

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红外与激光工程 2021年第11期50卷 395-402页

作者：张赛文邓亚琦王冲冷潇泠张光富文兵邓杨保谭伟石田野李稳国湖南城市学院信息与电子工程学院湖南益阳413000 湖南城市学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000

在超分辨荧光显微成像技术中,单分子定位显微方法是被广泛应用的技术之一。根据荧光显微成像原理构造多测量矢量压缩感知模型(Multiple Measurement Vector-Compressed Sensing,MMVCS),并采用多重稀疏贝叶斯学习算法进行求解,来实现超... 详细信息

在超分辨荧光显微成像技术中,单分子定位显微方法是被广泛应用的技术之一。根据荧光显微成像原理构造多测量矢量压缩感知模型(Multiple Measurement Vector-Compressed Sensing,MMVCS),并采用多重稀疏贝叶斯学习算法进行求解,来实现超分辨荧光图像重建。分析了有效像元大小、荧光分子生成的光子数和背景信号泊松化噪声对重建结果的影响,以及在图像进行分块处理时算法运行时间的分析。模拟和实验计算分析表明,当点扩展函数的标准差在160 nm时,有效像元大小在120、160、200 nm能取得较好的重构效果,而在60 nm时效果较差。探测器收集的光子数越多,重构效果越好,随着背景信号光子数增加时,离得越近的样品结构越不能分辨。在同样的分块处理情况下,MMV-CS比同伦算法(L1-Homotopy,L1-H)和凸优化算法(CVX)分别快一个数量级和三个数量级,因此,在研究三维超分辨荧光显微成像时,MMV-CS算法在运行时间上具有更大的优势。

关键词：单分子定位显微多测量矢量压缩感知超分辨成像稀疏贝叶斯学习

几何结构对电流驱动纳米带内磁斯格明子移动特性的影响

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材料导报 2022年第12期36卷 39-43页

作者：张光富谭伟石张赛文文兵湖南城市学院信息与电子工程学院湖南益阳413000 全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000

研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内磁斯格明子的移动。磁斯格明子存在横向移动且移动速度慢是影响新一代自旋电子器件开发应用的主要因素。基于微磁学模拟研究了不同结构纳米带中磁斯格明子在电流驱动作用下的移动特性。电流... 详细信息

研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内磁斯格明子的移动。磁斯格明子存在横向移动且移动速度慢是影响新一代自旋电子器件开发应用的主要因素。基于微磁学模拟研究了不同结构纳米带中磁斯格明子在电流驱动作用下的移动特性。电流驱动纳米带内磁斯格明子移动过程中存在横向移动,因此存在最大的注入电流J_(max)和最大移动速度V_(max)。在矩形纳米带内,J_(max)和V_(max)相对较小。通过裁剪矩形纳米带中央形成凹槽纳米带,J_(max)和V_(max)可显著提高,但反映驱动效率的速度V_(x)与注入电流J的比值(V_(x)/J)不大。提出利用裁剪纳米带边缘形成引导型纳米带来增大V_(x)/J。相对于矩形纳米带,电流驱动的引导纳米带中磁斯格明子移动时,V_(x)/J显著增大,且在一定程度上增大了J_(max)和V_(max)。电流驱动纳米带中磁斯格明子移动的最优方案是集合了引导和凹槽纳米带优势的组合纳米带,可获得更大的电流驱动效率、更大的移动速度。这些研究结果可为开发设计新一代自旋电子器件提供理论依据。

关键词：磁斯格明子纳米带微磁学模拟自旋极化电流自旋电子器件

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微米级三维多孔高纯铝材料的制备与特性研究

中南大学学报（自然科学版） 2020年第11期51卷 3093-3100页

作者：张茂贵王君汤水贾明刘芳洋蒋良兴艾亮艾燕中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083 湖南艾华集团股份有限公司湖南益阳413000 全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南城市学院湖南益阳413000

采用浆料涂敷−烧结法制备一种微米级三维多孔高纯铝材料,研究黏结剂用量对样品电化学活性表面积AECS以及机械性能的影响。研究结果表明:通过将微米级铝粉与溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)均匀混合,配制成黏度适中... 详细信息

采用浆料涂敷−烧结法制备一种微米级三维多孔高纯铝材料,研究黏结剂用量对样品电化学活性表面积AECS以及机械性能的影响。研究结果表明:通过将微米级铝粉与溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)均匀混合,配制成黏度适中的浆料,将浆料双面涂敷在铝光箔上并加热固化,再经过烧结后,可获得AECS高于223.9 cm^2、折弯次数为88次、抗拉强度为1.5 kN/m的微米级三维多孔高纯铝材料;PVDF质量分数与三维多孔高纯铝材料的电化学活性表面积呈负相关,对机械性能影响较小。

关键词：多孔铝浆料烧结机械性能

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Airy缠绕孤子的产生及操控

红外与激光工程 2019年第4期48卷 147-155页

作者：文兵赵政春曾专武张学军邓杨保傅喜泉湖南城市学院信息与电子工程学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000 湖南大学信息科学与工程学院微纳光电器件教育部重点实验室湖南长沙410082

利用分步傅里叶方法数值模拟研究了相同振幅的平行输入正反Airy光束在Kerr介质中脱落孤子的演化,并进一步研究了高阶效应对脱落孤子的影响。研究结果发现:Kerr介质中正反Airy光束由于相互作用,将产生类似于DNA结构的缠绕孤子,通过调整... 详细信息

利用分步傅里叶方法数值模拟研究了相同振幅的平行输入正反Airy光束在Kerr介质中脱落孤子的演化,并进一步研究了高阶效应对脱落孤子的影响。研究结果发现:Kerr介质中正反Airy光束由于相互作用,将产生类似于DNA结构的缠绕孤子,通过调整初始输入的振幅和间距,可以影响缠绕孤子的特性。另外发现:当存在单个高阶效应(三阶色散,拉曼,自陡)或者同时存在多个高阶效应时,缠绕孤子在时域和频域的演化会发生很大影响。研究结果可以为调控Airy光束产生的脱落孤子提供一些理论基础,也可以为Airy光束在超连续谱产生和宽带光源方面提供潜在的应用前景。

关键词： Airy光束高阶效应脱落孤子演化

动力锂离子电池电极结构对其极化特性影响的仿真研究

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中国有色金属学报 2020年第3期30卷 620-628页

作者：贾明李立祥李书国刘宇蒋良兴刘芳洋艾燕顾慧军中南大学冶金与环境学院长沙410083 湖南城市学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室益阳413000 湖南华慧新能源股份有限公司益阳413000

基于COMSOL数值仿真平台构建锂离子动力电池电化学-热耦合模型,深入研究了正极材料厚度,正、负极材料颗粒半径与电池内部极化间的作用规律,并在此基础上,归纳阐明了动力锂离子电池放电电压平台衰退、放电周期骤减与电池内部极化间的内... 详细信息

基于COMSOL数值仿真平台构建锂离子动力电池电化学-热耦合模型,深入研究了正极材料厚度,正、负极材料颗粒半径与电池内部极化间的作用规律,并在此基础上,归纳阐明了动力锂离子电池放电电压平台衰退、放电周期骤减与电池内部极化间的内在关联。结果表明:正、负极活化极化随正极厚度的增加变化差异较大,正极活化极化在18~31 m V之间波动,而负极可达到260 m V;放电末期负极固相浓差极化急剧增加,最大值达到425 mV。正极颗粒半径对极化的影响较小;负极颗粒半径减小为原来的一半,即0.5Rn时放电中期的负极活化过电势约为55 mV,较1Rn降低45%左右。负极活化极化的增加将导致电池放电电压平台下降,负极活化极化和固相浓差极化在放电末期急剧增加,是电压提前达到放电截止电压的最主要原因。

关键词：锂离子电池正极厚度颗粒半径固相浓差极化活化极化

基于压缩感知的三维单分子定位显微成像方法研究

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中国光学 2020年第5期13卷 1065-1074页

作者：张赛文林丹樱于斌冷潇泠张光富田野谭伟石湖南城市学院信息与电子工程学院湖南益阳413000 湖南城市学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室深圳518060

本文建立了一种三维压缩感知模型以实现对高密度荧光分子图像的快速三维定位。首先,根据荧光显微的三维点扩展函数成像理论,设计测量矩阵,并建立压缩感知模型。接着,对荧光显微成像过程进行了模拟,并采用凸优化方法(CVX)、正交匹配追踪(... 详细信息

本文建立了一种三维压缩感知模型以实现对高密度荧光分子图像的快速三维定位。首先,根据荧光显微的三维点扩展函数成像理论,设计测量矩阵,并建立压缩感知模型。接着,对荧光显微成像过程进行了模拟,并采用凸优化方法(CVX)、正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法和同伦算法对建立的压缩感知模型中模拟生成的图像进行了定位分析,分别从恢复率、定位精度、重构时间几方面进行了对比。最后,采用同伦算法对模拟的生物样品和实验室采集的细胞进行了三维定位,并获得了三维超分辨图像。对比结果表明:在重构密度和定位精度接近的情况下,同伦算法比CVX方法的重构速度快2个数量级。同伦算法较OMP算法的定位精度要高一倍。采用同伦算法来实现三维的超分辨荧光显微成像在节约计算时间、实现实时成像方面具有一定的意义。

关键词：压缩感知单分子定位图像重构同伦算法

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PT对称介质中Airy光束的演化特性研究

红外与激光工程 2020年第S1期49卷 26-33页

作者：文兵邓杨保张赛文韦家谋邓曙光张光富湖南城市学院信息与电子工程学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413002 湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件教育部重点实验室湖南长沙410082

利用分步傅里叶方法,研究了PT对称介质中Airy光束的演化特性,并从截断系数、调制深度、调制宽度三个参数,研究了其对Airy光束所脱落出的孤子的传输特性的影响。研究结果发现:Airy光束在PT对称介质中传输时,在主峰位置处脱落出一个周期... 详细信息

利用分步傅里叶方法,研究了PT对称介质中Airy光束的演化特性,并从截断系数、调制深度、调制宽度三个参数,研究了其对Airy光束所脱落出的孤子的传输特性的影响。研究结果发现:Airy光束在PT对称介质中传输时,在主峰位置处脱落出一个周期性变化的孤子并且孤子波形会产生一个横向位置的偏移;另外发现,截断系数a越小、调制深度P和调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰均比越大,产生的光束干扰和光束畸变越大,阻碍光纤通信;调制深度P越小、调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰值和峰均比出现了明显的跳跃,传输的稳定性减小,但是脱落出的孤子依然能够稳定地长距离传输。

关键词： Airy光束 PT对称脱落孤子演化

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电流驱动凹槽磁纳米带内斯格明子的移动特性

计算物理 2021年第2期38卷 199-205页

作者：张光富张赛文邓杨保熊翠秀谭伟石湖南城市学院信息与电子工程学院湖南益阳413000 全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000

基于微磁学理论和模拟研究电流驱动的斯格明子的移动特性。相对于纳米带,凹槽纳米带可提供更大的边缘排斥力抑制斯格明子横向移动,最大驱动电流(J_(max))和最大斯格明子移动速度(V_(max))显著增加。随着注入电流密度的增加,凹槽纳米带... 详细信息

基于微磁学理论和模拟研究电流驱动的斯格明子的移动特性。相对于纳米带,凹槽纳米带可提供更大的边缘排斥力抑制斯格明子横向移动,最大驱动电流(J_(max))和最大斯格明子移动速度(V_(max))显著增加。随着注入电流密度的增加,凹槽纳米带内斯格明子移动速度先增加到最大速度,而后减小或保持不变。通过增加边缘宽度或厚度,J_(max)和V_(max)线性增加。研究凹槽纳米带边缘厚度与宽度对斯格明子移动的调制规律,并基于微磁学理论对其进行解释。为基于纳米带结构的自旋电子器件的开发提供理论依据。

关键词：磁纳米带斯格明子微磁学模拟自旋转移力矩

双零色散介质中cosh-Airy脉冲超连续谱产生与操控

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红外与激光工程 2022年第7期51卷 156-166页

作者：文兵邓杨保韦家谋张赛文陈德鹏邓曙光张光富湖南城市学院信息与电子工程学院全固态储能材料与器件湖南省重点实验室湖南益阳413000 湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件教育部重点实验室湖南长沙410082

结合分步傅里叶方法和四阶Runge-Kutta积分法,研究了有限能量cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的超连续谱产生与操控。首先,详细讨论了特征参数截断系数a、初始啁啾C和分布因子χ_(0)对cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的演化影响,并统计了a... 详细信息

结合分步傅里叶方法和四阶Runge-Kutta积分法,研究了有限能量cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的超连续谱产生与操控。首先,详细讨论了特征参数截断系数a、初始啁啾C和分布因子χ_(0)对cosh-Airy脉冲在双零色散介质中的演化影响,并统计了a、C和χ_(0)对超连续谱宽度的影响。然后,进一步研究了高阶非线性效应对cosh-Airy脉冲产生超连续谱的影响。结果表明:通过操控coshAiry脉冲的特征参数可以控制超连续谱的宽度;当存在高阶非线性效应时,超连续谱的平坦性会受到影响。研究结果为超连续谱的产生和操控以及宽带激光光源提供一些理论基础。

关键词： cosh-Airy脉冲双零色散介质超连续谱操控