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关键词： 头相关传输函数   虚拟听觉重放   张量分解   数据降维  

摘要： 头相关传输函数(HRTF)是自由场条件下点声源到双耳的声学传输函数,是头部、耳廓和躯干等生理结构对声波的散射或综合滤波的结果。一般情况下,HRTF是个体、声源距离、方向及频率的函数。这种多变量特征使得完整的HRTF数据很复杂,尤其是与声源距离有关的近场HRTF。实验测量和数值计算是获取个性化HRTF最直接的方法。但在实际应用中,获取高方向分辨率的个性化HRTF数据存在一定的难度,特别是不同声源距离的近场HRTF。基函数分解的方法可以用于简化(降维)HRTF数据,并从少量方向的远场HRTF数据重构高方向分辨率的HRTF,以及简化虚拟听觉重放(VAD)中的信号处理算法。常用的基函数分解的方法可分为谱形状基函数分解(如主成分分析PCA或奇异值分解SVD)和空间基函数分解(如球贝塞尔-球谐函数分解,空间PCA)两大类。但这些基函数分解方法要么效率不够高,要么不完全适应HRTF(特别是近场)的多变量特征,因而在应用上不一定能得到理想的效果。作为传统PCA的高阶推广,张量分解考虑了多变量之间的相互作用,将HRTF分解为各变量的独立模态变化,可得到其更高效的低维表示。本文的工作是将Tucker张量分解的方法应用于简化HRTF的获取与虚拟听觉重放信号处理,主要工作包括以下四方面。第一是研究基于张量分解的近场HRTF物理特征分析方法。利用三阶张量分解,特定个体(KEMAR人工头)的近场HRTF幅度可分解为与距离相关、方向相关和频率相关模态的组合。通过分析不同的模态变化及其相互作用,揭示了近场HRTF幅度一些与距离、方向和频率相关的特性。分析结果表明,2个距离模态、8个方向模态和6个频率模态可以分别代表HRTF超过99%的该模态相关的能量变化。特别是,虽然近场HRTF包含有距离变化维度,但近场HRTF幅度随距离的变化并不是特别复杂,可用少量模态变化表示。同时,通过模态的截断,实现了近场HRTF数据的有效压缩。第二是基于张量分解,提出了一种从少量方向的远场HRTF数据重构全空间个性化远场HRTF的方法,从而简化了远场HRTF数据的获取。利用三阶张量分解,将个性化远场HRTF数据分解为方向、频率和少量个体模态的组合。通过对已有的包含足够个体的基线远场HRTF数据库进行统计分析,可得到公共(与个体无关)的方向模态矩阵、频率模态矩阵、和核心张量。对于基线数据库外的任意新个体,只要少量方向计算或测量的HRTF即可估计出个体模态的变化,并重构出个性化的高方向分辨率的HRTF数据。对两种远场HRTF数据库的计算表明,11个个体模态即可表示超过98%的个体相关的HRTF能量变化,并可以从约30个方向的计算或测量HRTF幅度重构出高方向分辨率(624个)的HRTF幅度,且重构总平均相对误差低于-17 d B。相应的心理声学实验验证重构和原始HRTF在听觉上没有明显差异。相对于现有的空间PCA或空间谐波分析等方法,在简化远场HRTF测量和改善精度方面有较大的提高。第三是基于更高阶的张量分解,进一步提出了一种从少量方向的计算或测量远场HRTF数据重构高方向分辨率个性化近场HRTF的方法,从而避免了直接获取近场HRTF的困难。利用四阶张量分解,将个性化近场HRTF分解为距离、方向、频率和少量个体相关模态的组合。通过对包含足够个体的基线近场HRTF数据库进行统计分析,可得到公共(与个体无关)的方向、距离、频率模态矩阵及核心张量。对于基线数据库外的任意新个体,只要少量方向的远场HRTF数据即可估计出个体模态的变化,并重构出其高分辨率的近场HRTF数据。对两种近场HRTF数据库的分析表明,15或14个个体模态即可表示超过98%的个体相关的近场HRTF幅度能量变化,并可以从少量方向(约30个)的计算或测量HRTF幅度重构出高方向分辨率(2520或865个)的HRTF幅度,且重构的总平均相对误差低于-15 d B。心理声学实验结果表明,重构的近场HRTF可以达到与原始HRTF相似的方向定位和距离感知效果,并且在听觉上没有明显差异。与现有方法如球谐函数近场HRTF重构相比,大大提高了测量或计算效率。第四是基于张量分解,提出了一种改善动态虚拟听觉重放(VAD)中双耳合成效率和性能的算法。首先利用三阶张量分解,特定个体(KEMAR人工头)的一组近场头相关脉冲响应(HRIR)分解为距离相关、方向相关和时间相关模态的组合。然后,通过一组与时间相关的公共卷积器(或滤波器)以及方向、距离相关的权重级联来实现VAD中的双耳合成。通过刷新权重而不是刷新HRIR的卷积器来生成动态双耳信号,从而实现虚拟源方向和距离的独立控制,同时避免了传统算法中刷新HRIR滤波器可能带来的可听缺陷。具体实例表明,每个耳采用一组8个公共卷积器(或滤波器)就能以足够的精度合成双耳信号,且总平均相对误差低于-20 d B。

关键词： 弥散张量成像   弥散参数   各向异性分数   三叉神经痛   三叉神经节   经皮立体定向射频热凝手术  

摘要： 研究背景:近年来,磁共振弥散张量成像(Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging,MR-DTI)技术被比较广泛的应用于研究三叉神经痛患者(Trigeminal Neuralgia,TN)的三叉神经(Cranial Nerve V,CNV)弥散表现。MR-DTI已在TN患者的微血管减压(Microvascular Decompression,MVD)和伽玛刀放射治疗(Gamma Knife Radiosurgery,GKRS)治疗的研究中,被用来探索患者的病理生理机制和评估治疗效果。在功能神经外科领域,经皮穿刺射频热凝术(Radiofrequency Thermocoagulation,RFT)作为一种传统的三叉神经痛的治疗方法,其手术过程是以卵圆孔(Foramen Ovale,FO)为穿刺靶点、以三叉神经节(Trigeminal Ganglion,TG)为治疗靶点。由于TG治疗靶点在术中是不可视的,因此,可否通过MR-DTI检测TN患者TG异常弥散表现的位置,即异常三叉神经节(abnormal trigeminal ganglion,ab-TG),进而进行直接针对ab-TG的经皮立体定向射频热凝术(Percutaneous Stereotactic Radiofrequency Thermocoagulation,PSR)以进一步提高TN患者的治疗效果,值得关注。目前,关于MR-DTI在PSR术中应用的研究,尚未见文献报道。目的:观察MR-DTI的弥散参数在TN患者PSR治疗中应用的可行性及其临床作用。方法:检测49名健康志愿者(对照组)和34名TN患者(TN组)的CNV各节段的弥散参数,包括:各向异性分数(Fractional Anisotropy,FA)、径向弥散参数(Radial Diffusivity,RD)、轴向弥散参数(Axial Diffusivity,AD)和平均弥散参数(Mean Diffusivity,MD)。MR-DTI图像扫描和采集均应用3.0 T西门子MR扫描仪完成,应用3D Slicer V4.11软件包应用程序(HTTP://***/)进行弥散张量影像后处理。全部MR-DTI均根据三维重建CNV束和color-FA图的融合图像完成CNV的分段、根据DTI弥散参数的标量图提取CNV各节段的弥散参数值。TN组分为PSR亚组和MVD亚组。对15例完成PSR的患者,在DTI图像的三维视图中以FA为检测指标,测量ab-TG的位置、形状及大小。根据ab-TG的FA值的两种不同的异常情况,将PSR亚组患者分为L-FA(低FA)型和N-FA(正常FA)型。PSR术前计划以ab-TG为治疗靶点确定立体定向穿刺弧角值,术中以MR-DTI结合3D-CT颅底重建引导的手术方式完成个体化的治疗。通过视觉模拟量表(VAS)疼痛评分和检测CNV各节段弥散参数值的变化,评判PSR手术患者术后的即时疗效(2-3天)、短期疗效(随访6个月)和长期疗效(随访1年)。对比TN患者的治疗效果与双侧CNV的弥散参数的纵向改变,评判弥散参数对手术疗效的客观定量评估的作用,及对PSR术后短期复发可能性的预判作用。结果:全部83例检测的CNV均可分为8个节段,其中,2-3节段在REZ区或脑池段,4-7节段在TG区。对照组,从CNV脑桥段到TG区,FA值平缓下降,而MD、AD、RD值平缓上升;TN组,检测到低FA(值<0.30)或与相邻节段的FA值相比减少的幅度(a decreased range of FA,d FA)>17%的节段被定义为ab-TG。TN组中,VAS评分为8-10分的25例患者均存在ab-TG,而VAS评分小于7分的6例患者均未见ab-TG。ab-TG的分布与CNV受累分支是有规律的,V1和V2分支受累最严重患者的ab-TG分别位于TG区第7节段(80%)和第6节段(50%)。ab-TG的面积(s)<3.4 mm,长径(L1)<2.3 mm,短径(L2)<1.7mm时,可被判断为“小ab-TG(small ab-TG)”。ab-TG位于TG的中心和其他位置的比例,分别为13.3%和86.7%。PSR亚组,15例患者包括10例(10/15,66.7%)TG区为低FA值(<0.30),即L-FA型;5例(5/15,33.3%)TG区为正常FA(FA值>0.30,d FA>17%),即N-FA型。PSR亚组患侧CNV的TG区弥散参数在治疗前,FA值显著低于对照组(P<0.001)、MD和RD数值显著高于对照组(P<0.01),AD值与对照组比较没有显著差异(P>0.05)。PSR治疗的患者,术中ab-TG的单次穿刺成功率为93.3%(14/15)。术后2-3天,所有患者

关键词： 液压管路   光纤光栅   应力分析   信号滤波   ANSYS  

摘要： 随着社会经济的发展,航空运输业在国民生活中发挥着日益重要的作用。发动机被喻为飞机的心脏,而液压管路系统则被称为航空发动机的血管。由于液压管路系统在恶劣的工作环境下工作,不时会造成管路破损甚至断裂,给飞机飞行带来极大的安全隐患。为了避免机毁人亡的惨剧,如何对液压管路的应力应变状态进行在线检测,就成了科技人员必须关注的重要内容。传统的应变测量方法如电阻应变片式等方法布置复杂,且易受电磁干扰,无法满足复杂管路系统分布式检测的要求。光纤光栅由于其具有应变传感特性,并且可复用进行串接多个传感器,目前在航空航天领域中被广泛应用于飞机机身、机翼以及内部结构的应变检测中。本文提出使用光纤光栅对航空液压管路表面进行应变检测。首先,结合光纤光栅的应变原理分析了光纤光栅传感器的封装方法。其次,研究了不同工况下液压管路的响应特性,为粘贴位置提供参考。最后,对光纤光栅的信号处理方法进行研究,进一步扩充光纤光栅使用数量。本论文的主要研究内容:分析国内外光纤光栅应变传感的研究现状,针对液压管路应变检测存在的问题,提出利用光纤光栅对液压管路应变进行分布式检测。结合液压管道应变检测原理,利用光纤光栅的应变传感特性,提出三层应变传递模型,对光纤光栅的应变传递理论公式进行推导,并对影响应变传递率的因素进行分析,得到了不同因素对应变传递效率的影响。采用ANSYS软件建立光纤光栅传感器测量液压管路应变模型,通过仿真分析来验证应变传递理论,为光纤光栅传感器的封装提供理论参考。建立液压管路系统中广泛使用的液压直管和液压Z型管模型,利用ANSYS软件分析液压管路在流固耦合以及基础激励下的振动响应状态。针对光纤光栅复用过程中,光纤光栅信号掺杂噪声,提出CEEMDAN联合改进阈值的小波滤波算法对光纤光栅信号处理。将过滤后的信号与传统的小波滤波以及EMD滤波的结果进行对比,并且利用信号的信噪比、均方差进行滤波效果的评价。

关键词： 垂直腔面发射激光器   零折射率对比度光栅   严格耦合波理论   时域有限差分方法  

摘要： 近年来,随着3D传感、物联网、激光雷达以及数据通信等市场规模迅速爆发,对垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）为主要相干光源的需求日益增大,研制出高效率、低成本、高稳定性的VCSEL器件成为各大研究机构与厂商亟待解决的问题。典型VCSEL的有源区夹在两个分布式布拉格反射器（DBR）之间,但由于DBR过多的层数会增大器件的串联电阻,并且不利于器件的小型化。只有简单层结构的亚波长光栅具有宽带高反射性能,可以在VCSEL设计中替代一部分或者全部DBR,能够有效地简化VCSEL结构,降低制备难度和成本,改善器件性能。因此,本文主要围绕用于VCSEL的零对比度亚波长光栅（ZCG）反射镜展开研究。具体内容如下:仿真研究了用于940nm VCSEL的Si基ZCG反射镜。（1）采用严格耦合波理论对有无低折射率层两种结构进行优化,讨论分析了不同偏振态下实现宽带高反射时各结构参数的优化区间。优化设计的含低折射率层的TM-ZCG,反射率R≥99.5%的高反射带位于850-1130nm,Δ/=29.8%;TE-ZCG反射率R≥99.5%的高反射带位于880-1113nm,Δ/=24.8%。而无低折射率层的ZCG在TM、TE下的高反射带宽分别达到85nm和74nm。（2）以含低折射率层的Si基ZCG为例,从器件制备角度对比分析了TM-ZCG、TE-ZCG反射镜的特性差异以及光栅形貌对ZCG反射性能的影响。（3）针对光栅厚度与占空比在实际制备的过程中不易精确控制的问题,提出了通过动态选择光栅参数的方法,在ZCG实现高反射率的同时还具有较大的制作容差。（4）结合FDTD方法,研究了ZCG的光场分布特性以及不同衍射级次的衍射效率,探讨了ZCG具有宽带高反射率的理论机制。在Si基ZCG设计的基础上,提出了一种具有简易结构的Ga As基ZCG反射镜。（1）使用严格耦合波理论详细分析了各光栅参数、波长与反射率间的关系,给出了光栅参数的最优值以及制造容差。优化设计的TM-ZCG反射率R≥99.5%的高反射带位于910-983nm;TE-ZCG反射率R≥99.5%的高反射带位于906nm-977nm。（2）对三种典型亚波长光栅的衍射特性进行了深入研究,分析了不同结构反射带宽存在较大差异的原因。（3）分析了Si基ZCG与Ga As基ZCG反射镜的偏振特性,其中Ga As基ZCG表现出更好的偏振选择性。（4）考虑了实际方面的限制因素,探究了光栅尺寸与氧化限制孔径大小对VCSEL性能的影响。本文所设计的两种不同材料体系的ZCG反射镜完全能够满足VCSEL谐振腔镜的要求,研究结果为ZCG反射镜在VCSEL中的应用提供了理论以及技术支撑。

关键词： 无监督机器学习   数据挖掘   高维聚类   多视图聚类   张量学习  

摘要： 聚类作为无监督机器学习与数据挖掘领域的关键研究方向之一,能够在无外部专家标签的场景下挖掘数据的潜在类簇分布,是实现从数据到知识的转化、多媒体大数据聚合、人类基因组学精准诊疗等应用的核心环节。多媒体、生物医疗、智能制造等现实生产场景产生大量高维、含噪声、多视图等特性的无标签复杂数据,针对此类复杂数据进行无监督聚类面临包括聚类性能不准确、不稳定等难点。近年来,基于张量的聚类方法在处理复杂数据方面受到广泛的关注。其主要原因在于,相比于基于矩阵的聚类算法,基于张量的模型能够描述数据中多个样本间的高阶关系,从而实现更全面的样本结构关系刻画和更鲁棒的相似度估计。针对复杂数据带来的聚类计算挑战,本文在深入探索张量特性基础上,围绕着判别性张量多元相似度设计、低内存开销的高效张量学习、张量表征的多视图鲁棒性融合三个方面开展研究,主要工作如下:(1)提出基于高维统计学的判别性张量谱聚类算法。高维数据存在维数灾难等困境,致使现有张量多元相似度面临聚集效应问题。聚集效应使得不同类别的高维样本的相似度趋同而难以区分,导致聚类精度不可靠。针对该聚集效应难题,本文根据高维统计学提出基于锚点距离的判别性张量谱聚类算法,从理论角度证明所提出方法能够极大缓解聚集效应,实现类别可区分的高维数据聚类。本文在包括模拟数据与文本、图像、生物信息在内的多个公开数据上进行实验验证。实验结果表明,判别性张量谱聚类相比于传统张量谱聚类算法取得一致的精度提升,大大缓解聚集效应带来的相似度偏差,有效降低特征中噪声的干扰。(2)提出一种低内存开销的深度张量谱聚类网络。基于张量的聚类算法面临计算空间复杂度极高问题,导致其可用性大大受限。为解决该问题,本文结合深度学习随机优化特性,提出基于深度张量谱聚类网络。该模型实现基于深度学习的高效张量谱聚类学习,以随机采样的方式大大降低张量计算复杂度。进一步地,在深度学习框架下,本文建立低存储消耗下的多阶张量谱聚类高效融合。该方法保障高维数据聚类的精度的同时,降低对计算内存的需求。本文在多个公开数据上展开内存与精度的对比实验。结果表明,相较于当前张量谱聚类基准方法,深度张量谱聚类网络能够在内存消耗实现接近1000倍降低的基础上,取得一致的聚类精度提升。(3)提出在流形空间上融合的鲁棒性多视图聚类算法。多视图数据存在特征强弱不一、噪声分布不均等特点,致使现有基于欧式空间的多视图融合算法极易受干扰而性能不稳定。为此,本文提出在Stiefel流形上融合的多视图聚类算法,利用多视图数据张量谱嵌入表征的流形结构缓解噪声干扰,实现多视图鲁棒性融合聚类。本文在包括含噪数据在内的多个公开数据集上进行对比实验。实验结果表明,基于Stiefel流形的多视图聚类算法能够保障,在不同尺度噪声干扰的聚类性能稳定,并相比于基准对比方法,在多个数据集上取得显著的精度提升。总而言之,本文提出判别性张量谱聚类,解决单个视图内高维数据的张量多元相似度聚集效应难题;提出深度张量谱聚类网络,解决张量计算空间复杂度极高问题;在前面两个工作基础上,提出在Stiefel流形上融合的多视图聚类算法,解决跨视图融合的噪声敏感性难题。本文在包括图像、文本、生物信息数据在内的公开数据集上开展对照实验。结果表明,本文所提出的三个方法相较于基准对比方法,表现出一致的聚类性能提升,并有效缓解聚集效应、降低内存开销,同时增强多视图融合鲁棒性。

关键词： 便携式光谱仪   透射光栅   光谱信号复原   Android  

摘要： 得益于当今信息时代的发展,光谱分析技术在实际工程应用中表现出了不可代替的重要性,光谱仪器也因此不断发展。便携式光谱仪克服了传统光谱仪器体积庞大、不方便携带的缺点,但也因自身限制而存在性能不佳的问题。基于此,论文提出利用透射光栅作为分光元件,智能手机代替传统的PC端,设计一套低成本、微型化的便携式光谱系统,并利用数据处理手段对光谱信号进行复原,探究便携式光谱仪分辨率提高的可能性。首先,论文以光谱仪的基本组成理论为基础,设计搭建了一套基于透射光栅的光谱分光系统,搭配智能手机可实现波长在400 nm-700 nm范围内不同光源的光谱数据采集。基于手机摄像头亮度响应曲线的标定,得到像素值与相对辐射强度之间的对应关系,利用色彩转换矩阵及色度图计算主波长原理,找到色品坐标与任意非纯色光波长值的映射关系,实现像素值与波长之间的转换,从而完成光谱分布的反演;其次,根据设计分光系统的自身特点,选择高斯模型,利用测量法获取系统的仪器响应函数,并依据分光系统的成像特点,选择Richardson-Lucy反卷积算法作为光谱信号复原方法。将不同高斯分布的光源经过仿真分光系统有损失的照度分布,利用算法进行复原,并与未经过仿真系统的原始光源照度对比,基于仿真说明复原算法用于透射光栅光谱系统的有效性;最后,基于Android studio完成了系统软件的开发,实现光谱曲线在智能手机界面上的展示。同时利用系统分别对波长为450 nm、532 nm、650 nm的激光笔光源进行光谱数据采集及信号复原实验,发现三种光源光谱曲线的半高全宽均有变窄、谱峰强度均有提高且谱峰对应波长位置更接近真实波长位置,并与滤除50%光强复原后的光谱数据对比,验证了 R-L反卷积算法用于透射光栅光谱系统进行光谱复原的准确性和稳定性。研究表明,考虑手机摄像头成像特点的透射光栅光谱系统反演得到的光谱分布更加准确,且利用数据处理手段进行光谱信号复原对提升系统分辨率具有有效性。论文整体得到的相关结论可以为解决便携式光谱仪性能不佳的问题,提供一定的参考思路。

关键词： 闪耀光栅   单晶硅   对准方法   各向异性湿法刻蚀  

摘要： 同步辐射作为目前世界上最多的大型装置,如同黑暗中一盏明灯,为人类点亮了微观世界。在同步辐射中,实现光束线的单色化必不可少的仪器就是单色仪,而光栅作为单色仪的重要组成器件,是保证光束线稳定运行的关键。我国也在不断推进同步辐射建设,对于软X射线波段的闪耀光栅需求十分迫切。研究适用于软X射线波段的小闪耀角光栅制作技术,这对实现国家同步辐射器件“国产化”具有重要意义。本论文针对软X射线波段的闪耀光栅展开研究,制作出符合设计要求的闪耀光栅。课题主要工作包括下面几部分:一、软X射线波段的小闪耀角光栅结构设计,基于严格耦合波理论模拟计算光栅衍射效率,对光栅的闪耀角、刻线密度、槽深等各项参数分析计算,确定高衍射效率所对应光栅的结构参数。优化结构参数并针对湿法刻蚀工艺加工过程中允许存在的误差展开计算。二、掩模线条和<111>晶向的对准,通过预刻蚀实现<111>晶向的标定,使标定过程更加便捷准确,预刻蚀晶向对准精度在0.053°以内;针对高刻线密度光栅掩模的制备进行了静态全息对准方式的研究,在对准过程中通过高精密转台实现硅片摆放位置的精确调整,利用莫尔条纹刻线密度倍频调整法制备了高刻线密度的光栅掩模,提高了晶向对准的准确度。三、单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺研究,优化改进工艺流程,探究减小光栅平台宽度和降低闪耀面粗糙度的方法。湿法刻蚀制备闪耀光栅会在顶端形成一个平台,为减小平台宽度,调节曝光显影参数,保证光刻胶掩模的平滑完整。结合光刻胶灰化工艺降低光刻胶掩模占宽比,实现降低平台宽度的目的。通过改变刻蚀液配比并且在刻蚀液中加入活性剂从而达到降低闪耀面粗糙度的目的。同时根据测量槽形来拟合光栅槽形函数,利用拟合槽形函数分析光栅衍射特性。探究实际制备光栅衍射效率,对比衍射效率的实际值和理想值,分析衍射效率降低的原因。

关键词： 光纤光栅   反射功率   光谱特征   功率补偿   质量分析  

摘要： 弱光纤光栅传感器因其特殊的传感特性广泛应用于隧道火灾预警、大型建筑结构健康监测、变电站侵入预警等领域进行温度、应力等测量。弱光纤光栅作为大规模传感网络的重要组成部分,其质量的好坏直接对大规模传感网络的性能产生影响。由于阴影效应、外界环境等因素的影响,光谱仪检测法有着较大的局限性,不能对大规模光纤光栅传感阵列进行实时检测。因为大规模光纤光栅传感阵列的质量检测系统不完善,光谱畸变评判标准不一,所以难以对光纤光栅传感阵列的质量进行快速分析。如果光栅阵列出现严重质量问题,不仅影响工程进度,甚至导致重大经济损失和灾难。因此对光纤光栅传感阵列的质量进行快速系统的分析是十分必要的。本文针对光纤光栅传感阵列的质量分析主要从光栅光谱入手,对造成光谱畸变的因素进行分析和仿真。设计光纤光栅质量评价系统,以实现快速精确解调和光谱的识别。首先针对大容量光纤光栅传感网络存在前端与末端反射率不一致的特点,探究造成反射率不一致的因素,利用一种自适应光功率补偿的方法,使经过补偿后的光纤光栅反射光谱的反射率达到一致,在此基础上对光谱进行质量分析探究,避免因反射率不一致导致光谱质量评价出现误差。其次为了解决光纤光栅的光谱质量评价体系不完整,提出了利用阈值、光谱信号特征提取以及特征数据计算对比,从反射强度、3DB带宽宽度、旁瓣抑制比、凹陷以及主峰不对称性等方面逐步进行质量评价,进而对整个光纤光栅传感阵列进行质量分析。本评价体系可以覆盖光纤光栅谱型的各个特征,有效完成光纤光栅光谱的质量分析。最后,利用两种不同反射强度的光纤光栅传感阵列进行实验验证。实验表明,利用光功率自适应补偿,解决了光谱反射率不一致问题,本评价体系可以全面快速的识别发生畸变的光纤光栅,并记录畸变类型,有利于针对不同类型的畸变进行处理修整,且误检率较低。

关键词： Hartree波动方程   初边值问题   整体解的存在性   渐近性   爆破  

摘要： 本文研究如下一类带有阻尼项和Hartree型源项的波动方程的初边值问题解的局部存在性、整体存在性和长时间行为(衰减和爆破性):其中Ω是Rn(≥3)中的有界凸区域,并具有光滑边界?Ω,α∈(0,n),n+α/n≤p≤n+α/n-2,且 1/|x|n-α*|u|p=∫Ω|u(y)|p/|x-y|n-αdy.利用经典的 Faedo-Galerkin方法,得到了局部解的存在性结果.再借助位势井理论,证明了整体解的存在性,利用能量扰动法得到了解的指数衰减估计.进一步利用凸性方法,在初始能量为正和负两种情况下得到了解在有限时刻爆破的充分条件.

关键词： 光刻机   光栅衍射干涉   对准方法   相位调制  

摘要： 光刻对准技术作为光刻机的关键核心技术之一，其性能水平直接影响光刻机的套刻精度指标。光刻对准系统的对准精度为光刻机套刻精度的1/5-1/3，目前主流光刻机的套刻精度指标已经达到了纳米量级，这对光刻对准系统的对准精度提出了更高的要求。ASML公司采用的光栅衍射光束干涉对准方法具有测量精度高、测量速度快以及工艺适应性强等优势，已成为了一种主流的对准技术方案。然而，现有的光刻对准系统主要存在杂散反射光束与测量光束干涉形成杂散干涉条纹信号难以有效抑制、多级次衍射光束的干涉对准信号难以有效分离与相位信息难以高精度提取以及测量光栅标记非对称形变导致的对准位置测量误差难以修正的问题。　　针对上述问题，本文开展了“基于相位调制的光栅衍射干涉对准方法研究”，主要研究内容如下：　　（1）开展了基于光栅衍射光束干涉的对准方法研究。建立了光栅衍射光束干涉对准理论模型，并分析了系统的对准过程。阐明了利用相位调制技术抑制系统内部杂散反射光束的机理，并分析了不同相位调制参数对测量结果的影响。仿真结果表明：加入相位调制后，由杂散干涉条纹信号引起的测量光栅标记位移误差平均减小了86.47%。　　（2）开展了多级次混叠对准信号分离与相位提取方法研究。设计了一种基于Prony模型的多级次混叠对准信号分离与相位提取方法，该方法通过构造多项式拟合函数来实现对多级次混叠对准信号的分离与相位信息提取。仿真结果表明：利用该方法对单一级次对准信号的相位提取精度优于±0.003°，对多级次混叠对准信号中各级次对准信号的相位提取精度优于±0.02°。　　（3）开展了光栅标记非对称形变对准误差修正方法研究。建立了非对称形变光栅的衍射场理论模型，并分析了光栅标记非对称形变对系统的对准位置测量精度的影响。设计了一种基于多级次对准信号的对准误差修正方法，该方法根据不同级次对准信号对光栅标记非对称形变程度的差异性，以及各级次对准信号所包含的对准位置偏差测量信息，来修正由光栅标记非对称形变引入的对准位置测量误差。仿真结果表明：采用该方法进行修正后，由光栅标记非对称形变所引入的对准误差小于0.2nm。　　（4）开展了基于相位调制的对准系统设计及实验验证。该系统使用相位调制模块对激光光束进行射频相位调制，利用自参考干涉镜组模块实现多级次衍射光束的混叠，采用归一化对准信号探测模块实现多级次混叠对准信号的测量。实验结果表明：加入相位调制后，系统在4μm测量范围内单一位置重复测量的标准差由19.2nm减小至13.5nm，在10个不同标记位置处的对准位置偏差重复测量结果与压电陶瓷位移台的实时位置数据相比，其对比误差范围由±42.5nm减小至±33.4nm。