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关键词： 光的衍射   夫琅禾费衍射   菲涅耳衍射   单缝衍射   平行光   远场衍射   泊松亮斑   激光笔  

摘要： 在人教版高中物理选择性必修第一册第四章第5节《光的衍射》教学过程中,笔者有试过演示实验,也利用信息技术进行光的衍射仿真实验,但教材中明确指出这一实验用单色平行光照射狭缝,而教学过程中,教师易忽略平行光这一重要概念,只强调这是单缝衍射,在进行光的衍射实验时,常见的做法是用激光笔作为光源照射单缝进行演示,其实这并不是平行光,从光源的特点来说,可以将衍射分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。在教材的第106页科学漫步中,在对泊松亮斑的发现有提及菲涅耳深入研究了光的衍射。衍射分远场衍射和近场衍射。

关键词： 全张量重力梯度   正演计算   可视化   计算机代数  

摘要： 全张量重力梯度测量技术是一种高精度地球物理探测方法,在密度异常精准识别与深入解析方面具有独特优势,在重力梯度探测资料解释工作体系中,梯度正演计算至关重要。然而,此前相关研究虽涉及重力梯度正演计算可视化展示,但存在计算灵活性不足、可视化手段单一等问题。为解决此问题,借助Mathematica代数系统,完成了对矩形棱体正演公式的推导与梯度张量的正演计算,以及多个棱柱体单元组成的复杂质体梯度张量正演计算。同时,利用Mathematica构建了多种典型地质模型的重力梯度计算可视化系统。该系统参数设置灵活,能模拟不同物性参数下密度体重力梯度响应结果,并提供实时动态可视化展示,可视化结果可进行三维、二维等多方式显示,三维曲面可任意调整观测视角,二维曲线可任意选择测线位置进行显示,该可变参数的正演可视化系统将使正演计算更高效、易灵活应用。

关键词： 隧道变形监测   监测系统   光纤光栅传感   混合固态三维激光雷达扫描  

摘要： 为解决传统的隧道变形监测方法存在测量效率低、可视化和自动化程度不高、实时性差等问题,在介绍光纤光栅传感技术原理和混合固态三维激光雷达扫描技术原理的基础上,提出基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术相结合的隧道安全综合监测系统总体结构,分析设备配置和工作原理。以云南省某铁路隧道1个月的实际数据为例,分析隧道安全综合监测系统监测数据,结果表明:由混合固态三维激光雷达扫描仪得到的可视化三维点云数据,能够完整展示隧道全息变形情况;采用布拉格光纤光栅传感器,能够实时动态监测隧道截面位移变化情况。通过以上2种监测方法的“点面结合”,经过综合分析,认为该时间段内该隧道结构安全稳定。研究成果对于提高隧道变形监测的智能化及准确性具有重要参考价值和现实意义。

关键词： 急性脑梗死   脑水肿   磁共振弥散张量成像   小而密低密度脂蛋白胆固醇   bcl-2同源结构域蛋白  

摘要： 目的探讨急性脑梗死(ACI)患者磁共振弥散张量成像(DTI)参数、血清小而密低密度脂蛋白胆固醇(sd LDL-C)、bcl-2同源结构域蛋白(Beclin-1)水平与神经功能缺损程度、脑水肿严重程度的相关性。方法回顾性选取2023年1月至2024年1月商丘市中医院收治的105例ACI患者作为观察组[男62例、女43例,年龄(63.29±3.28岁)],同期健康志愿者35例作为对照组[男20例、女15例,年龄(64.11±3.02岁)],比较两组DTI参数[各向异性指数(FA)、平均弥散系数(DCavg)]与血清sd LDL-C、Beclin-1水平。观察组患者依据美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)分为轻度损伤39例、中度损伤34例、重度损伤32例,依据脑水肿严重程度分为轻度68例、重度37例,比较其DTI参数、血清sd LDL-C与Beclin-1水平。组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析,计数资料采用χ^(2)检验,Spearman相关分析其与神经功能缺损程度、脑水肿严重程度的相关性。受试者工作特征曲线(ROC)分析DTI参数、血清sd LDL-C与Beclin-1对脑水肿严重程度的评估价值。结果观察组FA、DCavg分别为(0.19±0.04)、(5.03±1.07),低于对照组[(0.35±0.06)、(8.62±1.28)],血清sd LDL-C、Beclin-1水平分别为(1.24±0.31)mmol/L、(3.29±0.85)μg/L,高于对照组[(0.45±0.11)mmol/L、(1.09±0.29)μg/L],差异均有统计学意义(均P<0.05);随着神经功能缺损程度加重,FA、DCavg呈下降趋势,血清sd LDL-C、Beclin-1水平呈上升趋势(均P<0.05);重度脑水肿的FA、DCavg低于轻度者,血清sd LDL-C、Beclin-1水平高于轻度者(均P<0.05);FA、DCavg与神经功能缺损程度、脑水肿严重程度呈负相关(rFA=-0.528、-0.627,r_(DCavg)=-0.559、-0.603,均P<0.05),而血清sd LDL-C、Beclin-1与神经功能缺损程度、脑水肿严重程度呈正相关(r_(sd LDL-C)=0.485、0.501,r_(Beclin-1)=0.449、0.621,均P<0.05);FA、DCavg与血清sd LDL-C、Beclin-1单项及联合评估脑水肿严重程度的AUC分别为0.740、0.763、0.788、0.811、0.908,联合评估的AUC优于单项指标(P<0.05)。结论ACI患者FA、DCavg降低,血清sd LDL-C、Beclin-1水平升高,且与神经功能缺损程度、脑水肿严重程度密切相关,联合检测对脑水肿程度具有一定评估价值。

关键词： 多线性系统   张量   Richardson迭代法   预处理子   收敛性  

摘要： Richardson迭代法是求解ℳ张量多线性系统的一种有效方法。为了进一步加快其收敛速度,本文给出一个新的预处理子并提出一种新预处理Richardson迭代法。理论上证明所提预处理Richardson迭代法的收敛性。最后,通过数值例子验证该方法的有效性和可行性。The Richardson iterative method is an effective method for solving multi-linear systems with ℳ-tensors. In this paper, a new preconditioner and new preconditioned Richardson iterative method are proposed to accelerate the convergence of multi-linear systems with ℳ-tensors. In the theory, the convergence of the preconditioned Richardson iterative method is proved. Finally, a numerical example is given to verify the effectiveness and feasibility of the proposed method.

关键词： 光纤光栅   轨道区段   状态检测   无线网络  

摘要： 轨道区段状态检测失效可能导致较严重的铁路交通事故,针对现有轨道区段状态检测设备存在电磁信号的干扰、数据传输速度慢、轨道分路不良等缺陷,结合光纤光栅传感器不受电磁信号干扰等特点,利用光纤光栅技术、超声波技术、NB-IoT无线物联网等技术实现具有远程监控和自动检测轨道区段状态的测系统。实际测试证明,所设计的检测系统能够实现轨道区段占用、钢轨温度、钢轨断裂等状态检测,满足对断轨进行实时检测的要求,大大地提高铁路运行的安全,在轨道交通领域具有广阔的应用前景和市场。

关键词： 取样光栅   分布布拉格反射   直接晶片键合   硅基激光器阵列   异质集成   倏逝波耦合  

摘要： 提出了一种波长间隔0.8 nm的四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列。在四通道硅波导表面设计了两组分布布拉格取样光栅,分别作为前反射镜和后反射镜,形成Ⅲ-V/Si激光器的谐振腔。优化设计分布布拉格取样光栅的参数,选择四个通道的取样光栅的一阶子光栅对应的波长进行振荡和输出。采用直接晶片键合技术,将图案化的绝缘体上硅晶片和Ⅲ-V外延晶片非集成在一起,实现了Ⅲ-V波导与硅波导的自对准和高效倏逝波耦合。在室温下连续波条件下,制备的四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列的硅波导输出功率均大于0.7 mW@60 mA,阈值电流均小于25 mA,激射波长分别为1 569.64 nm、1 570.45 nm、1 571.27 nm和1 572.08 nm,波长间距为0.8 nm±0.2 nm。这种四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列经优化后可应用于密集波分复用硅光学系统。

关键词： 阻抗匹配   功率流传输   正交耦合器  

摘要： 针对激光陀螺谐振腔背向散射光测量中的背向散射光模式信号获取需要特定频段的低噪声放大器问题,提出了一种平衡式多级低噪声放大器。该低噪声放大器采用平衡式多级级联结构,设计专用正交耦合器以实现与光电器件的共轭匹配,基于负反馈方式进行稳定性调整,对偏置电路进行了噪声优化,基于噪声和增益选择阻抗点,从功率流传输的角度分析并对正交耦合器结构做出创新。最终达到了“阻抗匹配,噪声最小”的设计目标。验证表明,在2.3 GHz~2.7 GHz增益可达20 dB,增益平坦度约为3 dB,整体输入驻波比小于1.50,对光电探测器输出噪声有明显的抑制效果。设计结果可参考应用在高频光电器件信号放大、混频器设计和TR组件等场景,解决普通单支路低噪声放大器增益较低和噪声较大的问题。

关键词： 光纤布拉格光栅   多点分布   强振动   遥感相机   仿真模型   试验验证  

摘要： 为验证光纤光栅传感器在强振动环境下对遥感相机进行多点分布式测量的可行性及精度,实现光纤布拉格光栅(FBG)在空间遥感器振动传感领域的应用。首先对光学遥感相机构建有限元仿真模型,进行模态分析、振动响应分析。设计实施了系统级装机环境下光纤光栅传感器与相机不同部位、形式、材料的连接工艺,提出一种使用光纤光栅传感器对遥感相机进行单光纤多点分布测量的试验方法,开展正弦振动和随机振动试验。经光纤光栅传感器测量结果与标准压电式振动传感器测量结果的对比,正弦振动加速度响应测量的最大误差为3.25%,随机振动均方根加速度响应测量的最大误差为3.14%,测量值吻合良好,拟合精度均达到0.99;仿真分析结果与测量结果的拟合精度达到0.97,具有较好的一致性。可见,光纤光栅传感器在强振动环境下对相机进行多点分布式加速度测量的精度高、可行,满足系统监测要求,为光纤光栅传感在空间遥感器强振动响应的高精度测量应用提供借鉴。

关键词： 极化-DOA估计   解相干参数估计   空间平滑   张量域  

摘要： 为了提高传统空间平滑算法对相干信号的估计精度,提出了一种张量域空间平滑多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)解相干算法。首先,利用四元数的正交特性重新构造极化域导向矢量;其次,考虑阵列接收数据固有的多维结构特征,构造三阶张量表示的阵列接收数据模型;接着,借鉴二维空间平滑算法的思想,在张量接收数据模型中构建三阶张量子阵块,再使该子阵块在张量域进行前向空间平滑,继而得到平滑后的张量协方差矩阵;最后,通过高阶奇异值分解(Higher-order Singular Value Decomposition,HOSVD)得到信号子空间,利用降维MUSIC算法对相干信号源的二维波达方向(Direction of Arrival,DOA)进行估计,并根据已经获得的DOA信息求解出相干信号的极化参数。仿真结果表明,在信噪比为0 dB以及快拍数为100的情况下,该算法的估计精度比空间平滑算法提高了约70%,成功分辨概率提高了约89%,且无需进行四维谱峰搜索,降低了算法的复杂度,对相干信号具有更高的估计精度和分辨能力。