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发光学报 2024年第7期45卷 1114-1122页

作者：张浩祺丁庆阳陈发艺缪煜清禹德朝张大伟上海理工大学材料与化学学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

高性能稀土掺杂多色荧光材料的研发是发展先进荧光防伪技术的必要基础。本文通过高温固相法制备了一系列Tb^(3+)掺杂Mg_(7)Ga_(2)GeO_(12)荧光粉,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)对荧光粉的物相、颗粒... 详细信息

高性能稀土掺杂多色荧光材料的研发是发展先进荧光防伪技术的必要基础。本文通过高温固相法制备了一系列Tb^(3+)掺杂Mg_(7)Ga_(2)GeO_(12)荧光粉,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)对荧光粉的物相、颗粒尺寸与微观形貌、元素分布进行了系统表征,证实制得了结晶度良好的无规则微米级纯相荧光粉。在紫外377 nm激发下,Mg_(7)Ga_(2)GeO_(12)∶Tb^(3+)样品产生高效的Tb^(3+)蓝绿光特征发射,并具有20%Tb^(3+)最佳掺杂浓度,但同时还可发射峰值位于660 nm红光,其并不对应于Tb^(3+)离子的任何辐射跃迁。经电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和稳态/瞬态光谱分析,以及结合文献调研,证实红光~660 nm源于Mn^(4+)^(2)Eg→^(4)A_(2g)电子跃迁发射,Mn杂质元素来自于原材料。综合Tb^(3+)离子和Mn^(4+)杂质离子荧光性能,Mg_(7)Ga_(2)GeO_(12)∶Tb^(3+)样品具有200~420 nm范围内激发波长依赖的发光可调谐特性,可实现青、绿、黄、白、红等可视化多色显示效果,有望应用于多色荧光防伪与调控技术。

关键词：荧光粉可调谐激发多色发光荧光防伪 Tb^(3+)离子

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机载激光通信光学窗口气动光学效应分析

红外与激光工程 2024年第4期53卷 254-265页

作者：姜逸渊孟立新张立中刘智董科研长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空地激光通信技术重点学科实验室吉林长春130022

机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高,光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化,降低通信性能。为此,通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析,利... 详细信息

机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高,光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化,降低通信性能。为此,通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析,利用相位屏分析远场自由衍射光斑变化。结果表明,共形窗口在俯仰、高度和速度变化中的流场更加稳定,呈现更为一致的变化趋势,且在远场衍射中表现更好。平面窗口在方位转角变化大与低速的飞行工况下,RMS值低于共形窗口。远场光斑发生偏移和弥散的程度与波面畸变成正相关,但在波面畸变较大的情况下,RMS值不能完全定义其对光学系统的影响。同时,当俯仰角靠近机体表面、降低飞行高度、增加飞行速度均会增强波面畸变。

关键词：机载激光通信气动光学远场衍射光学窗口

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快照式高光谱偏振变焦成像光学系统设计

光学学报 2024年

作者：史浩东范瑞晗王稼禹王祺江晟吴雨芳李英超付强长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室长春理工大学光电工程学院长春理工大学物理学院

针对传统快照式光谱偏振成像系统难以一体化集成高偏振成像分辨率与高光谱分辨率的问题，提出基于空间维编码的两档快速变焦快照式光谱偏振一体化成像方案。建立反远距型变焦物镜光焦度分配模型，设计出反远距系数为2.5的超长后截距变... 详细信息

针对传统快照式光谱偏振成像系统难以一体化集成高偏振成像分辨率与高光谱分辨率的问题，提出基于空间维编码的两档快速变焦快照式光谱偏振一体化成像方案。建立反远距型变焦物镜光焦度分配模型，设计出反远距系数为2.5的超长后截距变焦物镜，破解光路遮挡难题；提出编码、偏振与色散等器件多参量联合优化方法，提升系统光谱分辨率及像元匹配精度。设计出400nm-650nm波段36mm/109mm两档变焦高光谱偏振成像光学系统。设计结果表明，全焦段全视场全波段下调制传递函数(MTF)在奈奎斯特频率144lp/mm处均大于0.205，光谱分辨率优于1.06nm，空间分辨率0.192mrad/0.064mrad可调，满足成像要求。搭建原理验证系统，标定偏振度精度、光谱偏振成像分辨率和光谱重构精度，开展动态目标成像实验，实现单次曝光获取速度10m/s车辆的高光谱偏振图像，与传统强度图像相比，目标对比度提升50.36%以上，验证了所提方案的可行性。本研究为未来机载高光谱偏振成像系统的设计与应用提供了理论支撑。

关键词：成像系统快照式高光谱偏振变焦光学设计

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水下无线光通信抗湍流调制技术

光通信技术 2024年

作者：张林王大帅张鹏杨珂琛王乐赵婷长春理工大学电子信息工程学院大陆汽车电子(长春)有限公司净月分公司长春理工大学光电工程学院

光信号在水下传输时，光束经过水下湍流信道后会造成光强闪烁，引起接收端光功率抖动，导致系统误码性能下降。为解决水下湍流带来的接收信号强度抖动问题，提出了一种准相干通信方法，基于广义伽马分布模型，仿真分析水下湍流对光强信... 详细信息

光信号在水下传输时，光束经过水下湍流信道后会造成光强闪烁，引起接收端光功率抖动，导致系统误码性能下降。为解决水下湍流带来的接收信号强度抖动问题，提出了一种准相干通信方法，基于广义伽马分布模型，仿真分析水下湍流对光强信号频率的影响，并进行准相干通信方法的仿真，仿真结果验证了所提方法的可行性，证明准相干通信方法在抗湍流方面的可靠性。

关键词：光强闪烁抗湍流广义伽马分布准相干通信方法频率

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基于ACPI的磁浮球系统控制方法

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1180-1188页

作者：张昌琪曾喆昭王伟长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410076

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电... 详细信息

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电磁线圈的动态模型,形成以电压为控制输入的磁浮球位置动态系统。在磁浮球动力学模型的基础上,再将不确定高阶项、电磁线圈的未知电流动态以及外部未知有界扰动定义为总扰动,从而可将一个非线性不确定磁浮球系统映射为一个2阶线性扰动系统。其次,基于ACPID控制量纲匹配构造的误差函数,可将2阶线性扰动系统映射为1阶线性系统,进而构建一个在总扰动反相激励下的闭环受控误差系统,据此设计了基于速度因子的磁浮球位置通道控制器,建立磁浮球位置控制系统并进行鲁棒稳定性分析,理论证明了ACPI方法的有效性。最后与国外现有较为先进的控制方法进行对比仿真,分别进行了方波跟踪实验、正弦跟踪实验、抗扰动实验以及鲁棒性实验。与NTSMC+GPIO方法相比,在方波跟踪实验中ACPI控制系统的响应速度提升了50%,ITAE值降低了82%,RMSE值降低了22.4%,其他仿真实验下的控制性能也有明显的提升。研究结果表明,ACPI控制策略不仅可以实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较高的控制精度、较强的抗扰动能力以及较好的鲁棒性,而且控制器结构简单、计算量小,在磁浮球控制系统领域具有一定的应用前景。

关键词：磁浮球自耦PID(Auto-coupling PID,ACPID)控制总扰动误差函数速度因子

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结构化砂轮磨削蓝宝石微沟槽底面质量的研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 20-26页

作者：周飞许金凯张文通于化东长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室吉林长春130022 吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130025

针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割(Wire Electrical Discharge Machining,WEDM)技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构... 详细信息

针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割(Wire Electrical Discharge Machining,WEDM)技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构,研究顺磨和逆磨方式下,结构化砂轮磨削速度、磨削深度和进给速度对蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度的影响规律.研究结果表明,结构化砂轮磨削蓝宝石表面微沟槽形貌基本完整,且相对120µm的加工深度,尺寸误差仅为1.4µm,微沟槽的垂直度较好,垂直度偏差仅为4.9°;顺、逆磨方式下,随着磨削速度增大,磨削深度和进给速度减小,都可以减小蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度;相较于逆磨方式,顺磨方式下微沟槽底面微坑较小,底面质量更优;在较优加工参数砂轮磨削速度35m/s、磨削深度1µm、工件进给速度200mm/min下,表面粗糙度从4.487µm降低至2.923µm.

关键词：蓝宝石磨削表面粗糙度结构化砂轮磨削方式微沟槽

混合级联H桥逆变器的新型SHEPWM功率均衡控制策略

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电机与控制学报 2024年第7期28卷 178-186页

作者：顾军丁超卜荣荣蔡润哲王伟健安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001

对于直流侧电压比为1∶1∶2的混合级联H桥逆变器,传统的指定谐波消除脉宽调制法(SHEPWM)存在各单元间输出功率不均衡问题,因此,提出一种双层功率均衡调制策略。首先,通过对消谐方程组中的基波幅值方程表达式进行等效拆分,使2个低压H桥... 详细信息

对于直流侧电压比为1∶1∶2的混合级联H桥逆变器,传统的指定谐波消除脉宽调制法(SHEPWM)存在各单元间输出功率不均衡问题,因此,提出一种双层功率均衡调制策略。首先,通过对消谐方程组中的基波幅值方程表达式进行等效拆分,使2个低压H桥单元的输出电压基波幅值之和与高压H桥单元的输出电压基波幅值相等,实现了高低压H桥单元间的功率均衡,即外层功率均衡。其次,利用逻辑运算的方法对低压单元的初始驱动信号进行逻辑重组,实现2个低压单元间的功率均衡,即内层功率均衡;然后使用改进的实数型遗传算法(IRCGA-2)求出消谐方程组的解,消除指定的谐波,得到高质量的输出电压。最后,通过仿真和实验证明了调制策略的正确性与有效性。

关键词：混合级联H桥逆变器指定谐波消除双层功率均衡基波幅值逻辑运算改进的实数型遗传算法

多自由度尺寸可调下肢外骨骼机器人的设计与分析

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：丁海涛刘鹏王京华马天赐许星宇邓泽珩长春理工大学机电工程学院

针对当前下肢外骨骼结构冗余及人机匹配性差的问题，设计了一种多自由度尺寸可调的下肢助力外骨骼机器人，并在关节处设置了限位装置；采用有限元方法模拟了外骨骼结构在行走过程中的受力、变形、应力和共振情况；利用足底压力传感器系... 详细信息

针对当前下肢外骨骼结构冗余及人机匹配性差的问题，设计了一种多自由度尺寸可调的下肢助力外骨骼机器人，并在关节处设置了限位装置；采用有限元方法模拟了外骨骼结构在行走过程中的受力、变形、应力和共振情况；利用足底压力传感器系统采集和分析了人体足底的受力及变化规律；采用拉格朗日方程建立了外骨骼关节机械腿的动力学模型，并求解了各关节的受力情况；然后，将实验和求解结果作为关节驱动函数的参数，对外骨骼进行动力学仿真，获得了外骨骼运动的样条数据。所得结果为后续机器人的驱动控制提供了依据，验证了下肢助力外骨骼机器人的人机协调性和合理性。

关键词：下肢外骨骼动力学仿真足底压力结构设计

基于超快光纤光源的脉冲内差频产生中红外激光的研究进展

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光学学报 2024年

作者：陈晨罗万里刘雪明南京信息工程大学自动化学院长春理工大学光电工程学院东南大学电子科学与工程学院

超快中红外（Mid-infrared, MIR）激光处于大气透射窗口和人眼安全波段范围内，在环境监测、光电对抗、激光雷达和外科手术等领域有着重要作用。例如，MIR波段激光覆盖H2O、CO2、NH3和O3的吸收波段，可应用于环境监测以及差分吸收激光... 详细信息

超快中红外（Mid-infrared, MIR）激光处于大气透射窗口和人眼安全波段范围内，在环境监测、光电对抗、激光雷达和外科手术等领域有着重要作用。例如，MIR波段激光覆盖H2O、CO2、NH3和O3的吸收波段，可应用于环境监测以及差分吸收激光雷达；此外，该波段激光在生物组织中具有较大的吸收系数并且穿透的深度较浅，被广泛的应用于激光医疗手术中。目前主要由晶体的非线性频率变化来产生宽带宽、长波长以及窄脉冲的超快中红外激光。其中，基于短波长的超快光纤激光源的脉冲内差频（Intra-pulse difference frequency generation, IP-DFG）技术是一种非常简便的非线性频率变换方法。本文阐述了MIR激光的产生、IP-DFG的基本原理和研究进展以及超快MIR激光的应用，并且对IP-DFG系统未来的发展与应用前景进行展望。

关键词：激光器中红外激光非线性频率变换脉冲内差频