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关键词： 相变材料   Ge2Sb2Se4Te1   布拉格光栅   复折射率   光通信  

摘要： 相变材料是一种可以快速可逆相变的材料,由于相变过程中材料的微观结构发生改变,常常伴随着物理性质的显著变化。自硫族化合物组成的相变材料被发现以来,因其具有的相变非易失性,在相变存储、光通信以及集成光子学等领域受到了极大关注,成为当前研究热点之一。然而,尽管该类材料具有显著的光电性能对比度、非易失性、快速相变等一系列的优异性质,但在通信或其他近中红外波段内逐渐显示出一些劣势,尤其是在光通信中的波分复用和滤波器等无源器件应用,这主要是因为晶态硫系化合物本身对光的吸收能力难以避免。因此,以Ge2Sb2Te5为代表的硫系相变材料掺杂研究与日俱增,其中四元硫系相变材料Ge2Sb2Se4Te1是优化结果较好的一种,Se元素的掺杂使材料在保留了非易失性以外,还显著降低了其晶态的消光系数,且因其传统与互补金属氧化物半导体优秀的兼容性,得以应用于集成硅光子器件中,是目前极具前景的光学相变材料。本论文的研究工作主要对四元硫化物Ge2Sb2Se4Te1(GSST)薄膜的材料特性改善及其在光通信方面的应用进行了研究,主要内容如下:1.面向光通信的相变类布拉格光栅结构研究。采用三维时域有限差分法,分析研究了基于GSST的相变布拉格光栅多参数可调谐滤波器。在不改变器件结构的情况下,该器件获得具有“开”和“关”的两种光通特性,分别对应于光通信中的通带和阻带,其相应消光比为13.015dB的消光比,若采用反相位光栅结构可达最高消光比17.354dB;而且,通过控制滤波器的各个参数,可以改变相变布拉格光栅的折射率分布,从而实现滤波通道数目的调节及透射率带宽的可调谐。***相变材料光学性能的掺杂改性研究。利用脉冲激光沉积法对GSST相变薄膜进行Ag元素掺杂(AGSST),并对其光学特性进行表征,对比研究了掺杂前后GSST薄膜的微观结构与相变性能。通过调控GSST薄膜退火温度、薄膜厚度以及掺杂浓度等参数并研究其对GSST薄膜光学性能的影响,找到了最佳工艺,得到了具有最佳品质因数(figure-of-merit,FOM)的GSST相变薄膜,在1550 nm波长处Ag掺杂浓度为0.81%样品对应的非晶态薄膜的复折射率为3.18+1 × 10-5i,晶化后的复折射率为4.75+0.21i。AGSST作为新型光学相变材料具有巨大的应用潜力,值得进一步研究。

关键词： 边缘分割   配油盘   光栅投影   点云分割   球面拟合   尺寸测量  

摘要： 液压系统在工业生产、航空航天等领域中发挥着重要作用,配油盘作为液压系统中常用的关键零部件之一,其加工精度决定着液压系统的整体性能。配油盘曲面中的球面区域是其工作面,是配油盘尺寸测量的核心区域,其尺寸参数的测量直接影响着配油盘零部件的加工精度。非接触式测量方法因检测速度快、效率高,可以满足配油盘生产线高精度大批量检测的要求,但因测量过程中,现有针对三维点云分割的方法精度不高,造成测量精度较低。为此,本文提出了一种基于分割出的配油盘曲面图像,采用光栅投影获取曲面三维点云的方法,进而将曲面三维点云拟合成球体计算球径尺寸。本文主要工作内容为:首先,因三维点云的分割精度取决于配油盘图像球面部分边缘分割精度,本文通过对配油盘图像进行降噪、表面高光预处理和边缘增强的方法提高图像边缘分割精度。首先选择双边滤波法对配油盘图像去噪,处理过后的图像表面噪点较少,并且很好保留了表面细节;然后将多幅在不同曝光时间下的低动态配油盘图像进行融合去除高光点后,采用对数变换的方法处理图像对比度,明显提升了较暗区域的灰度值,保留了更多的光栅条纹信息;最后采用Sobel算子增强配油盘图像边缘,锐化效果较好,边缘清晰,很好的保留了边缘细节,提高了配油盘图像球面部分轮廓提取精度。其次,研究数字光栅投影下配油盘三维点云的计算原理与过程。采用四步光栅相移条纹法提取配油盘图像相位主值,由于相位主值被包裹在一个周期内,采用双频外差法解算被包裹的相位主值,接着考虑到测量系统各装置位置关系等约束条件,本文提出了一种没有约束的灵活测量模型,确定图像坐标系中各点的相位主值与对应相机坐标系中点的坐标之间的关系,通过一系列运算求解相关系统标定参数。最后,搭建了一个面向液压元件的高精度三维曲面批量检测自动平台。采用最大类间方差法对采集的配油盘图像进行二值化后提取配油盘球面部分轮廓制成掩膜,通过掩膜分割出球面部分的四步相移图,采用四步相移法求解相位主值,并使用双频外差法展开相位后结合系统标定参数计算得到配油盘球面部分的三维点云数据,通过最小二乘法将点云数据拟合成球面测量球径尺寸,精度为99.238%,并与依据z轴高度分割、基于区域生长分割、基于RANSAC分割和采用矩形方框人工框选点云数据的球径拟合结果进行对比,上述四种方法的测量精度分别为97.996%、93.679%、99.130%、79.535%,分析验证了本文方法可实现配油盘的高精度批量检测,实现光栅投影下配油盘的曲面点云分割及尺寸测量,提升了三维曲面的检测水平,可为液压元件的精确测量提供参考价值。图[41]表[6]参[64]

关键词： 热式流量传感技术   光纤光栅   流量测量  

摘要： 流量测量是现代测量技术的重要组成部分，在众多流量测量仪器中，热式质量流量计是一种常用类型。传统热式质量流量计普遍采用电信号测量，易受电磁干扰，不适用于石油化工等易燃易爆行业。当前，在传感领域，光纤光栅具有灵敏度高、抗电磁干扰强和体积小等优点，将光纤光栅传感技术与传统热式流量计结合，用光信号代替电信号进行传感，能有效提高传统热式流量计的性能并使其向着微型化、多功能化和全光学传感方向发展。因此，基于光纤光栅的热式流量传感技术具有重要研究意义。　　本文对光纤光栅热式流量传感技术进行了系统性的分析与总结，并开展了全光学流量测量和提高传感灵敏度的研究，主要工作内容如下:　　(1)围绕当前光纤光栅热式流量传感技术的国内外研究成果，总结并提出了这一传感技术实施过程中的四个重点方向:光纤加热技术、传感结构设计、温度补偿、封装与增敏。此外，详细阐述了光纤光栅热式流量传感机理，给出了流量与光纤布拉格光栅中心波长之间的计算公式及其推导过程，并开展数值仿真计算分析传感器换热面积和加热功率对流量传感灵敏度的影响。　　(2)在全光学流量测量研究方面，提出了一种采用掺钴高衰减光纤自发热的光纤光栅热线式流量计，并进行了传感器制作、温度传感特性测定和流量测量实验。结果表明:所提出的基于8.9dB/cm(～1480nm)衰减系数的掺钴光纤布拉格光栅具有10.37pm/℃的温度灵敏度，对温度的线性度超过0.998;流量计在液体流量为400L/h至3700L/h的范围内能高重复度地实现测量，流量与光纤布拉格光栅中心波长响应关系遵循特定非线性函数，流量计的平均灵敏度约为6.3L/h/pm。　　(3)在提高传感灵敏度研究方面，提出了一种非本征相移光纤布拉格光栅(EPS-FBG)结构，并基于该结构设计了一种热线式流量计。所提出的EPS-FBG是通过切割常规光纤布拉格光栅以形成微米间隙同时填充环氧树脂聚合物而获得的，其反射谱中呈现出线宽极窄的相移峰，流量测量是通过监测相移峰的波长变化来实现的。温度传感特性实验表明:EPS-FBG具有28.3pm/℃的温度灵敏度，对温度的线性度为0.996。在300L/h至4000L/h的范围内进行了流量测量，实验表明:该流量计的流量与相移峰波长响应关系遵循特定非线性函数，拟合度超过0.998;在33W的加热功率下，流量计的平均灵敏度为12L/h/pm,在较低的流速下，灵敏度可达到1pm/L/h。所提出的EPS-FBG结构为微流量测量和高灵敏度测量提供了新思路。

关键词： 超构光栅   衍射模式   功能切换   波束调控  

摘要： 在无线通信领域,超表面作为近年研究热点而广受关注,多功能集成化的可重构超表面在异常折射、全息成像等领域也应用广泛,但超表面从原理上受相位梯度的限制,其难以控制更复杂的波束形成且对波束的控制效率低,尤其是在大角度下。超构光栅基于与超表面不同的波束控制原理,通过对线电流的控制,抑制不必要的衍射模式,可精确高效地调控更高阶的衍射模式。可重构超构光栅更是满足了无线通信日益多样化的应用需求,为顺应多功能、小型化、易集成、高效率的可重构器件的发展需求,本文主要对超构光栅及其可重构性进行研究,实现衍射波前的动态调控。 通过整理归纳现有的用于波束调控的可重构超表面,并将其与在复杂波束调控领域具有优势的超构光栅结合,本文探究超构光栅调控衍射波前的机理和其设计过程,借助电容负载结构仿真设计了工作在高阶衍射模式下的不可调超构光栅,验证了其能够在衍射阶之间任意赋能及大角度偏转的能力,所设计的超构光栅最大衍射阶对应的偏转角度为74°,散射效率均在90%左右。然后为了解决不可调超构光栅功能单一的问题,引入PIN二极管,利用其开关特性设计了能够异常反射和波束分裂切换的双功能超构光栅。关状态下超构光栅在偏转角度-39°处单波束辐射,在同一工作频率的开状态下于偏转角度±39°处双波束辐射,并仿真和实验测试了其功能切换的性能。最后为实现更多功能的动态调控,通过引入变容二极管,利用其电容值连续可调特性设计了能够波束赋能及波束扫描的可重构超构光栅。仿真结果表明,该光栅可以在-1、0、+1三个衍射阶之间动态地调节能量分配,并实现0°、15.8°、22.5°、39.6°、50°、55°的波束偏转。 与现有研究相比,本文工作的意义和创新性有以下四点:(1)仿真设计了具有高阶衍射模式的无源超构光栅,验证了其对衍射阶之间任意赋能及大角度偏转的能力(2)利用PIN二极管设计实现了双功能可切换的超构光栅,并对组成超构原子的元原子结构进行优化从而简化了加工制备和控制系统的复杂度。(3)利用变容二极管设计实现了可重构超构光栅,动态地对波束进行灵活高效的调控,实现波束扫描和波束赋能等功能。(4)可以将FPGA器件与所设计的超构光栅结合实现多功能小型化的可编程超构光栅,适用于多种应用场景,对无线通信的未来发展具有重要的应用价值。

关键词： 一致超图   张量   迹   Estrada指数   完美匹配   超树   单圈超图   太阳花超图  

摘要： 图论在建模现实社会网络结构中发挥了重要作用.然而很多高阶的复杂结构不能用图来很好地描述.超图为研究这种复杂的结构提供了有效的方法.2005年,祁力群和林力行独立地提出了张量特征值的有关概念.2012年,Coop-er 等在此基础之上给出了超图的邻接张量表示.至此,超图的谱理论成为了代数图论的一个活跃的研究方向. 2011年,Morozov和Shakirov定义了张量T的d次迹Trd(T).2013年,胡胜龙等证明了Trd(T)即为T的所有特征值的d次幂之和.2015年,邵嘉裕等给出了张量d次迹的图论解释.一致超图H的d次迹定义为它的邻接张量的d次迹,是与超图谱密切相关的重要参数.2021年,Clark和Cooper通过将超图的迹表示为在一类Veblen超图上的赋权和,把简单图的Harary-Sachs定理推广到一致超图上.2021年,卜长江等用超树中子超树的个数给出了超树的谱矩(或迹)的显式公式. 超图的迹与超图的Estrada指数有着密切的联系.Estrada在2000年首次提出了Estrada指数的概念,该指数在生物和网络等方面有着广泛的应用.2021年,孙丽珠等引入了超图的Estrada指数,并给出了该指数的一些界.最近,范益政等证明了在给定边数的所有超树中,超路是Estrada指数最小的超图,超星是Estrada指数最大的超图. 本文继续对超图的迹和Estrada指数进行研究,给出几类特殊超图迹的更为详细的显式表示,并刻画了若干超图类中具有最大Estrada指数的极图结构. 在本文第二章,我们给出两类线性超图:超树和线性单圈超图的迹的新表达式,并考虑超图在局部结构改变时迹的扰动.利用该扰动结果,我们确定了在给定边数的所有具有完美匹配的一致超树中Estrada指数达到最大的唯一超图,并刻画了在给定边数和围长的所有线性单圈超图中Estrada指数达到最大的超图结构.特别地,我们确定了给定边数的围长为3的线性单圈超图中Estrada指数达到最大的唯一超图. 在本文第三章,首先,我们考虑一类非线性超图:太阳花超图SHn,qm的迹,给出当q=2时太阳花超图SHn,2m迹的显式表达.其次,我们确定在给定边数的太阳花型超图中Estrada指数达到最大的唯一超图.最后,我们刻画了给定边数和围长的所有单圈超图中Estrada指数达到最大的超图的结构. 在本文第四章,总结了本文的主要研究工作和研究结果,并提出进一步研究的问题.

关键词： 光纤布拉格光栅   少模光纤   光纤光栅传感   光纤光栅灵敏度  

摘要： 光纤布拉格光栅(FBG)被广泛应用于传感与通信领域中。目前常见的FBG传感器通常使用单模光纤制作光栅作为传感元件,这种传感器因受到单模光纤光栅的光谱特性和传感特性的限制,具有测量精度不高、误差大等不足。相比于单模光纤只支持单一空间模式传播的特点,少模光纤具有更多的传输模式,更高的带宽,能够在相同的距离上传输更多的数据。同时,少模光纤具有较大的芯径且光栅具有多个反射峰,这使得基于少模光纤刻写的布拉格光栅(FM-FBG)制作的传感器拥有更高的灵敏度和分辨率,并且具有更宽的测量范围以及更好的稳定性和耐久性。在光纤传感与光纤通信领域,这种基于FM-FBG的传感器逐渐成为当前传感领域的研究热点,因此研究FM-FBG的光谱特性、传感特性及其应用具有重要意义。本文从FBG传感原理入手,研究了FM-FBG的刻写、退火、涂覆及封装等制作过程,实现在少模光纤中利用相位掩模法写入了布拉格光栅,进一步分析了光栅的曝光次数与栅区长度对于FM-FBG光谱特性的影响。并以单模光纤布拉格光栅(SM-FBG)作为参考,研究了FM-FBG的温度与位移传感特性及其与普通SM-FBG的性能差异。最后对FM-FBG传感器件进行了封装并将其用于汽车发动机温度的实时监测。主要研究内容如下:(1)设计并搭建了一套基于248 nm Kr F准分子激光器的相位掩模法FM-FBG刻写平台,实现了FM-FBG的刻写与实时监测,探究了激光器曝光次数、光栅栅区长度以及不同退火条件对FM-FBG光谱性能的影响。通过定量测试探究了激光器曝光次数以及光栅栅区长度对FM-FBG的性能影响。通过调整光纤与掩模版的角度成功在少模光纤上写入了倾斜角度分别为4°和5°的少模光纤倾斜布拉格光栅(FMF-TFBG)。(2)使用Opti Grating仿真软件分别对SM-FBG与FM-FBG的温度与应变传感特性进行了数值模拟,结果表明SM-FBG的温度和应变灵敏度分别为13.67 pm/℃、1.24 pm/με;FM-FBG四个反射峰的温度和应变灵敏度一致,分别为14.22 pm/℃、1.33 pm/με。进一步对FM-FBG的温度与应变传感特性进行了实验验证,测得通过本文工艺所制备的FM-FBG的温度和位移灵敏度分别为10.52±0.1 pm/℃、5.359±0.012 nm/mm,SM-FBG温度和位移灵敏度分别为8.71±0.01 pm/℃、4.204±0.001 pm/mm。测试发现FM-FBG的四个反射峰对于温度、位移的灵敏度具有高度的一致性且线性度较好,与仿真结果一致,且灵敏度明显高于同等制备条件下的SM-FBG。另外对FM-FBG与SM-FBG进行了强度测试,测试结果显示FM-FBG裸栅的极限拉伸距离为7.095 mm,SM-FBG裸栅的极限拉伸距离为5.068 mm,FM-FBG的机械强度稍好于SM-FBG。(3)针对汽车发动机老化过热致使汽车自燃问题,本文对FM-FBG传感器件进行了封装并通过模拟实际工作场景对封装后的FM-FBG进行了温度测试。结果表明该FM-FBG温度传感器的温度灵敏度为36.94 pm/℃,测温线性度较好,能够用于发动机温度的实时监测应用。

关键词： 水力压裂   P波到时拾取   矩张量   震源机制反演   地应力反演  

摘要： 非常规油气资源将在“双碳”目标的实现过程中起到重要作用,其往往依靠水力压裂技术实现开采。水力压裂会改变储层应力并使岩石破裂,产生微地震事件。通过对微震震源机制的研究,可揭示微震的产生机理和地下储层的应力变化规律,为裂缝构造提供信息支撑。在压裂过程中,需要不间断地采集来自地下的微震信号。针对大量连续的信号,准确高效的P波到时拾取技术在压裂实时监测中就变得十分必要。本文在此应用基础上首先提出了基于阻尼能量的长短时窗与AIC法则结合的自动拾取方法,给出了在水力压裂过程中微地震事件自动识别的解决方案。并对其进行系统性测试,证明文中提出的方法相较于传统AIC方法更加准确,为后续的震源机制反演提供基础。其次,在震源机制反演方面,本文采用矩张量模型对压裂微震震源进行表征。使用P波初动极性与振幅比信息作为约束条件进行震源机制反演,同时使用均方差作为目标函数来衡量理论振幅与观测振幅的误差。针对在自动拾取P波初动极性时产生的极性误判问题,进行了极性失配百分比的测试,论证了文中提出的P波拾取算法在震源机制反演方面对解的准确性方面有进一步的提升。然后,从震源机制解得到的参数出发,本文采用阻尼应力反演方法。将研究区域进行网格划分,分别反演得到主压应力、中间应力与主张应力方向和相对应力因子大小,根据其四者的方向与大小,分析地应力走向。接着,通过收集西北某地水力压裂井在施工过程中的微地震事件波形,反演得到该研究区域的震源机制解特征,并由震源机制解进行阻尼应力张量反演进而研究该区域的应力场特征,对缝网的形成与发育进行解释。研究发现该地区在水力压裂过程中产生的微地震事件大多是由于新开裂缝引起(大部分事件具有较高CLVD分量),少部分是由于应力传导引起原有断层的滑动;该地区应力分布围绕井口具有一定的复杂性,推断其与水力压裂过程中高压流体注入有关。最后,对全文进行了总结,并对压裂产生的微地震事件震源机制与地应力反演研究中下一步的研究思路和方向进行了展望。

关键词： 物理机制神经网络   波动方程   自适应   梯度加强   孤子解  

摘要： 传统的数值方法在求解非线性偏微分方程时会受到多方面的限制,例如网格生成复杂、反问题求解困难、带参数的高维波动方程问题无法解决等。目前,深度学习模型已经成为一种很有前景的数值计算方法。本文主要基于物理机制的神经网络(PINN)模型提出了两种改进算法,并将其应用于两类非线性波动方程。首先,通过将加权PINN(WPINN)与自适应残差点分布算法相结合,提出了一种基于自适应取点的带权重PINN(A-WPINN)算法。与传统的PINN算法随机取点不同,该算法采用了自适应取点的方法,以提高对具有陡峭梯度解的训练效率,并通过对训练样本进行加权,以达到提高学习效率的目的。特别地,本文将A-WPINN算法应用于一个广义耦合非线性薛定谔方程,通过实验分析和比较,说明了该算法比传统PINN算法具有更高的训练效率和更小的误差。其次,本文还将残差的梯度信息嵌入神经网络损失函数中,并进一步与自适应混合(AM)采样方法融合,提出了基于自适应混合采样的梯度加强PINN(AM-GPINN)算法。为了验证AM-GPINN算法的高效性及稳定性,本文将其应用于一个变系数共振非线性薛定谔方程,并讨论了不同参数条件下数据驱动的自治孤子解与非自治孤子解的演化特性,实验结果表明,AM-GPINN算法的相对误差比原PINN算法的精度提高了一个数量级。

关键词： 在线三维测量   相位测量轮廓术   傅里叶变换轮廓术   光栅参数优化   SIFT特征匹配  

摘要： 计算机技术和图像处理技术等高新技术的发展加快了现代检测技术的前进步伐,光学三维测量技术作为现代检测技术的主流技术,被广泛应用到工业流水线生产过程中。其中最常用的两种光学在线测量方法分别是傅里叶变换轮廓术(Fourier Transform Profil ome-try,FTP)和相位测量轮廓术(Phase Measuring Profilometry,PMP)。在线 FTP 是利用一帧参考条纹和一帧变形条纹来重建物体三维形貌。通过对变形条纹图进行傅里叶变换得到频域信息,再对其进行滤波和傅里叶逆变换得到物体处于不同位置时的相位分布信息。在线PMP测量方法由计算机编译一帧正弦参考光栅,采集系统采集N(N≥3)帧具有一定相移量的变形条纹图,采取合适的相位计算方法获得相位信息,对相位展开后,利用相位与高度之间的映射关系重构在线运动物体的三维形貌。为了提高在线三维测量精度的同时也提高企业生产效率,本文从测量算法入手,将光栅参数优化应用在测量过程中,首先利用FTP方法提取物体的连续相位分布,以物体处于不同位置时的相位信息作为研究前提,提出了基于SIFT相位特征提取的像素匹配方法。以下对本文所研究的内容进行详细概述:1.将光栅参数优化应用到在线三维测量过程中。计算机仿真模拟椭球形物体,改变不同的光栅周期,对其进行重构,并计算测量误差。发现不同的光栅周期重构误差不同,周期为10像素时,测量误差最小。为了验证这一结论,模拟Peaks函数形物体,并在周期不同的情况下对其进行重构,并计算测量误差,所得结论与上述结论一致,即周期为10像素时,重构误差最小。在同一周期下,改变条纹对比度,分别对椭球形物体和Peaks函数形物体进行重构,发现随着条纹对比度的增加,测量误差呈减小趋势,并且当条纹对比度在0.96时,测量误差最小。2.在光栅参数优化的基础上,提出基于SIFT特征相位提取的像素匹配方法。物体在生产线上运动的过程中,采集变形条纹图,但每一帧的物体像素点并不对应。本文利用FTP方法预测物体相位信息,辅助完成在线像素匹配过程。采用FTP方法对变形条纹图的光强灰度值分布进行运算,得到物体处于不同位置时的相位信息。运用SIFT算法提取每帧相位分布图的特征点,对相邻两帧分布图的特征点进行匹配后,通过坐标变换,计算待测物体在水平线上所移动的距离,在完成像素匹配的同时也得到一组等效变形条纹图,最后利用改进的Stoilov算法重新构建待测物体的三维面型,计算误差分布为0.021 mm。与标准PMP的重构误差进行对比,验证了所提方法的有效性。

关键词： 光学薄膜   循环神经网络   强化学习  

摘要： 在现代光学工程中,众多精密高性能光学仪器、光电设备和各种光电系统都依赖于光学薄膜。光学薄膜成膜系统的设计和优化是提高薄膜性能的关键,为此,包括模拟退火法(GSAM)、粒子群优化(PSO)、遗传算法(GA)、蚁群算法、模因算法(Memetic)被应用在膜系设计当中。随着科学技术的进步,对光学薄膜要求越来越高,薄膜层数也在不断增加,此外,设计大带宽频谱需要考虑材料的折射率随波长的变化。随着参数量的增加,传统优化算法效率低且因容易陷入局部最优解,优化效果显著下降。近年来,人工智能机器学习发展迅速,使得利用人工智能算法进行光学薄膜设计成为可能,目前有研究使用监督学习进行光学薄膜优化设计,尽管能够实现部分设计任务,但是其需要大量的已知数据去训练模型,另外,在光学薄膜的优化过程中,由于搜索空间大,这种监督学习很难完成对未知的光学薄膜结构和材料的预测。本文针对当前光学薄膜设计所存在的上述问题,在对光学薄膜理论进行深入分析的基础上,发现采用长短期记忆神经网络(LSTM)十分有利于实现光学薄膜结构的自动生成,进而采用深度Q学习(DQN)与光学薄膜设计理论相结合的方法可以实现对膜层结构的高效和高精度优化;完成了算法设计和程序编写,并对方法的有效性和全局优化能力进行了仿真验证;最后,通过加入非重复门控系统,进一步提高了该算法的收敛速度和优化效果。论文所完成的主要工作如下:1.基于LSTM算法,设计了光学薄膜结构生成方法,并将DQN算法与光学薄膜设计理论结合,设计奖励函数,搭建了智能体和薄膜优化设计环境,完成了算法设计。使用python编程语言完成了LSTM+DQN光学薄膜设计算法的编程,实现了应用该算法进行光学薄膜设计的功能;2.分别对高透膜、高反射膜、1:1分光膜、光学薄膜滤波器、远红外宽带增透膜等典型应用场景进行了膜系优化设计,并与目前广泛用于薄膜设计的算法模因算法进行了分析对比。在无需人工干预情况下,基于LSTM+DQN算法的设计均优于模因算法,尤其在设计1:1分光膜时,所设计出的薄膜结构,评价函数值相较模因算法减小了一个数量级。计算结果表明,LSTM+DQN算法相对传统智能算法有更好的全局优化能力;3.在上述LSTM+DQN基础算法的基础上,通过设计并加入一个非重复门控系统,有效避免了算法对相邻材料的重复选择。为验证该门控系统对设计的影响,在高反射膜设计任务中,经500个训练周期后高反膜平均反射率相对于LSTM+DQN基础算法提高了 1.5%,表明该门控系统对于提高算法的收敛速度和优化效果具有明显的作用。