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关键词： 显微成像   柔性材料   级联光栅   多点扫描  

摘要： 构建了基于级联柔性光栅的多点扫描显微系统理论模型。该系统采用1550 nm波长的光源，扫描部分由两个栅线方向相互垂直的柔性光栅构成，利用拉伸夹具对柔性光栅进行等比例拉伸，从而控制高级次衍射光斑的位置，实现在样品表面的二维扫描。为了验证该系统的理论可行性，使用ZEMAX软件对其进行仿真分析。在照明光路的仿真中，为了确保照明的高分辨率和低像差特征，设计了由多个透镜组成的显微物镜，其数值孔径NA=0.611，分辨率为1.547μm。衍射光斑在样品表面形成的扫描视场为23.4μm×23.4μm,9个衍射光斑的调制传递函数（MTF）在空间频率N=701 lp/mm处大于0.1。在发射光路中，衍射光斑的MTF在空间频率N=464 lp/mm处大于0.1。

关键词： 地震勘探   随机噪声建模   物理信息神经网络   波动方程   噪声数值模拟  

摘要： 地震勘探是探查油气资源的有效手段。因受到风吹草动、人类活动等干扰,采集到的地震勘探数据混杂着强而复杂的随机噪声,降低了地震勘探数据的信噪比,导致无法有效地提取地下信息。研究地震勘探随机噪声的传播规律,刻画出随机噪声的复杂特性,对后续的地震数据处理及提高地震数据质量提供了理论支撑,从而对地质结构进行正确解释。 随机噪声的传播过程满足噪声源激励下的波动方程,通过对波动方程求解可以模拟随机噪声在近地表的响应,而不同的噪声源激励需重新推导地震噪声波场解的表达式,难以适应复杂多变的地震噪声类型和特性。针对该问题,本文提出了基于物理信息神经网络的地震勘探随机噪声模型(Source Physics-informed Neural Network,SR-PINN),利用格林函数法数值模拟不同噪声源激励下的地震勘探随机噪声。该模型将随机噪声源看作在不同位置不同时刻的点源的叠加,引入物理信息神经网络学习噪声点源激励下的格林函数,进一步综合点源激励响应以预测地震勘探噪声。SR-PINN由PINN模块和噪声预测模块构成。PINN模块利用全连接神经网络,在噪声波动方程及初值条件约束下,无监督学习无限边界表面的格林函数,挖掘地震勘探噪声动力学规律。噪声预测模块基于格林函数法预测噪声源激励下的随机噪声,将不同噪声源激励下的噪声叠加对实际地震噪声进行数值模拟。本文方法在地震噪声波动方程驱动下,实现SR-PINN的无监督学习,能够灵活地模拟不同场景、不同噪声源激励的地震噪声,而不需要重新训练。同时,本文基于PINN的方法能够从已知波场中学习到噪声波动方程的弹性系数。 本文利用SR-PINN对沙漠地区地震勘探随机噪声进行数值模拟。沙漠地区的地震勘探随机噪声主要由风成噪声、近场人文噪声和远场人文噪声三部分组成。利用训练好的SR-PINN模型分别模拟风成噪声,近场人文噪声和远场人文噪声,对三类噪声的时域特征和频率特征进行对比。结果表明,风成噪声是构成沙漠地区随机噪声的主要成分,是导致噪声能量集中在低频区域的主要因素。将三类噪声叠加生成模拟噪声数据与实际噪声数据的时域特征、频域特征和统计特征进行对比。结果表明地震勘探随机噪声模型SR-PINN模拟的随机噪声和沙漠地区实际地震勘探随机噪声具有一致性,验证了SR-PINN地震勘探噪声模型的有效性和准确性。

关键词： 激光累积效应   光学薄膜   损伤特性   损伤阈值   损伤形貌  

摘要： 在高功率激光系统中,光学薄膜元件是一个极为重要的部件。随着激光技术的不断发展,研究者对激光与薄膜之间的相互作用现象进行了大量的研究。薄膜吸收激光能量后在其表面和体内会引起多种复杂的物理、化学反应过程,其中激光累积效应是其中一个重要的研究领域。累积效应发生后,会导致薄膜损伤阈值降低,从而导致光学薄膜的损坏。因此,探究激光累积效应对光学薄膜损伤特性的影响尤为重要。基于此,本文从激光累积效应过程中的四个激光参数出发,进行了仿真计算和实验探究,讨论了抗激光损伤能力与累积效应影响因素之间的关系。 本文对激光诱导薄膜损伤进行了介绍,分析讨论了激光诱导损伤机理。由此提出本文研究重点激光累积效应,对累积效应的形成过程进行探究,从四个激光参数入手研究其对薄膜的损伤机理,为后续建立激光累积效应与薄膜损伤的模型提供理论基础。 从激光与薄膜相互作用理论出发,研究得到高能激光与Hf O2薄膜相互作用的损伤机制主要为热致损伤,因此本文建立了激光诱导薄膜损伤的热力场模型,通过有限元仿真,得到了Hf O2薄膜在激光累积效应作用下的温度场和热应力场分布。仿真结果表明:不同激光参数下的温度场和热应力场存在差异,但总体趋势相似。能量、脉宽和脉冲数的增大均会使薄膜中心烧蚀点的温度升高,热应力变大。脉宽10ns、能量增大到60m J时,薄膜温度为3010K;能量100m J、脉宽增大到10ns时,薄膜温度为4290K;能量40m J、脉宽10ns,脉冲数增大到两个时,薄膜温度为3700K,这时均达到Hf O2的熔点,材料受热开始熔化,并由于温度的变化产生热应力场,薄膜在累积效应作用下损伤变形。以激光烧蚀为中心,随着半径的增大,温度越来越低,变为室温。 在实验层面,采用电子束热蒸发法分别镀制了不同厚度的Hf O2、Si O2和Ti O2单层薄膜并对其进行厚度检测,使用自主研制的激光损伤阈值测试仪从能量、脉冲数和波长入手分别进行在激光累积效应下的光学薄膜损伤测试。研究发现:激光累积效应的作用会导致光学薄膜损伤阈值降低,损伤面积扩大,损伤程度加剧。损伤阈值与输出能量和脉冲数成反比,与波长成正比。1064nm波长下,Hf O2薄膜的损伤阈值最高,为3.7J/cm2;Ti O2薄膜的损伤阈值最低,为2.94J/cm2。随着输出能量和脉冲数的增大,薄膜元件损伤面积和深度均有不同程度的加大,抗损伤能力变差;532nm波长较与1064nm会使得薄膜材料更容易损伤,其损伤阈值更低。不同激光参数下不同材料的损伤形貌存在明显差异。

关键词： 集成光学   光频梳   集成微腔光梳   色散  

摘要： 集成微腔光梳技术，利用集成微腔内的光学非线性作用可在连续光泵浦下产生周期性光脉冲，其在频域上表现为等间隔的光学频率成分。与传统光梳相比，集成微腔光梳具有小型化、功耗低、重复频率大等优势，其独特的时频特性在推动传统光梳向片上化演进的同时，也可与波分复用技术结合，推动了片上集成并行化、大容量的信息传输、处理与感知。在微腔光梳的产生过程中，微腔的色散，即不同波长的光在腔内的群速度差异特性，具有决定性作用。面对不同的应用需求，不同的腔体色散设计至关重要。本文首先介绍了色散对光梳状态影响的研究进展，然后介绍了近年来集成微腔色散设计方面取得的进展，最后对当前的技术与问题进行总结，并对未来的发展进行展望。

关键词： 张量场   复杂系统   事故风险  

摘要： 复杂的安全相关系统在运行过程中面临的事故风险受到系统中不同组件的共同影响。在系统运行过程中,要想在确定时刻对事故发生的概率和严重程度做出准确的分析和预测,需要通过构建一系列基于事件的模型并通过描述极其复杂的因果关系来实现。为了克服这一难点,本文基于事故风险是一种张量场函数的观点,构建了基于张量场的系统事故风险模型。该模型通过对事故风险的观测坐标系进行转换,从事故发生概率和严重程度组成的参数坐标系转换到其他可观测的安全相关物理量所组成的参数坐标系,实现对事故风险的监测。实际数据分析结果验证了模型的合理性。