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关键词： 干涉术   四波横向剪切干涉   定量相位成像   相位测量   相位光栅  

摘要： 定量相位成像具有无标记、非入侵及三维观测的特点,在生物医学、工业检测等领域有着显著的优势。本文提出利用二维朗奇相位光栅实现基于四波横向剪切干涉的定量相位成像的方法。理论分析了光栅周期和照明波长对四波剪切干涉的影响,得到了光栅周期与探测器像素尺寸的最佳匹配关系,论证了宽光谱光源照明下定量相位成像的可行性。实验搭建了结构紧凑的四波剪切干涉定量相位显微成像装置,实现了对PMMA微球、微透镜阵列和葡根霉菌切片的定量相位成像和测量。该装置可方便地与普通光学显微镜相结合,具有巨大的应用潜力。

关键词： 光纤光学   光频域反射   超弱光纤布拉格光栅   钢梁   应变   空间分辨率  

摘要： 为研究光频域反射(OFDR)和超弱光纤布拉格光栅(UWFBG)技术在桥梁钢结构中的监测性能,开展了H型钢梁弯曲测量实验。沿钢梁通长布设了四根光纤,在重、轻载工况下进行了钢梁四点加载受弯变形的分布式应变测量实验。结果表明,OFDR和UWFBG技术在钢梁分布式应变测量中均表现出较好的监测性能,相比应变片的测试结果,重载工况下OFDR和UWFBG的平均测量误差分别在3με和2με内,轻载工况下OFDR和UWFBG的平均测量误差分别在2με和1με内。0.9 mm紧套光纤和裸纤的测试结果相同。这表明紧套不会降低光纤的应变传递率。此外,通过实验设计可提高UWFBG技术测量结果的空间分辨率,提高程度取决于布设光纤自身的栅点密度和相邻光纤之间的相对栅点间隔。

关键词： 弥散张量成像   影像后处理   白质纤维   连接组   PANDA  

摘要： 随着脑磁共振弥散张量成像(DTI)在临床研究方面的广泛应用,与其相关的后处理及分析软件也随之增多。多数DTI分析研究的后处理工具操作复杂,需要大量专业的计算机知识背景,令多数临床医生望而却步。近年来,由北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开发的一个用于分析脑扩散图像的管道工具箱(PANDA),实现了对脑弥散图像的全自动、批量处理,操作步骤简单易学。本文简要介绍其主要功能及其在临床研究中的应用价值,最后对PANDA的局限性及其发展状况进行总结。

关键词： 温室   断丝   监测   磁场梯度张量   断丝位置   断丝数量  

摘要： 针对目前兴起的拉索损伤磁记忆检测方法易受环境干扰磁场影响的问题,该研究基于磁场梯度张量和磁荷面积分理论研究温室拉索断丝监测方法,推导拉索钢丝的磁场梯度计算公式,提出拉索断丝位置和断丝数量的判定方法,并采用磁场试验进行对比验证。为了验证试验的可重复性,对于每一种测试工况均设定了2组试验。理论计算表明,3个方向的磁感应强度沿拉索长度方向的磁场梯度(Bxz,Byz和Bzz)曲线均在断丝位置(500 mm)出现突变,一束拉索中断丝2根与断丝1根时3个磁场梯度曲线突变处包围的面积的比值的平均值约为2。磁场试验结果表明,断丝位置为496 mm,与实际断丝位置(500mm)的误差为0.8%,通过2次测量,一束拉索中断丝2根与断丝1根时3个磁场梯度曲线突变处包围的面积的比值的平均值约为2。2次测量结果的差别极小,验证了试验的可重复性和可靠性。实际工程中,取3个磁场梯度判断的断丝数量的平均值,可以有效减小三轴磁传感器探头位置带来的误差。该研究为拉索断丝监测提供了理论依据,且有效排除了环境磁场干扰。

关键词： 光栅干涉系统   四维协变量   光栅多普勒效应   姿态误差   测量分辨率  

摘要： 光栅干涉系统中的装配与角度调试误差是探测光发生几何错位、偏离探测器感光中心的直接原因。为厘清探测光综合姿态误差对干涉相位和位移测量结果的影响,本文基于狭义相对论波矢量的四维表达形式,将光频率和光波矢与光栅方程直接关联,构建了以任意角度入射、光栅沿任意方向运动的多普勒频移理论体系,论证了在不同光栅入射角度下,同级次衍射光频移关系具有一致性的物理特征。通过激光、光栅干涉系统之间物理图像的对比,阐明了即使系统光几何路径不随运动改变,也仍产生相位变化的原因是光栅表面的特殊波矢调制关系。结论表明,光栅干涉系统在探测光存在综合姿态误差情况下位移转化关系仍保持不变,光栅周期方向的偏转是系统几何测量误差的关键来源。最后,为初判某一系统的测量性能指标,文中给出了一种能够快速判断其位移测量原始分辨率的方法。由于本文的频移理论从物理底层逻辑出发,因此相关结论具有普适性,这不仅对所有光栅干涉系统的原理分析具有指导作用,同时还对各种先进系统中的几何测量误差分析具有重要参考价值。

关键词： 基坑监测   光栅光纤   光纤监测   自动化监测  

摘要： 一直以来,如何实现基坑的自动化监测是基坑监测的热门研究方向之一,而传感器的选择是其中的重要一环。目前,应用在自动化监测当中的传感器种类有很多,但由于传感器的类型不统一,导致各类型监测设备的精度指标、监测参数不尽相同。光纤光栅传感器作为新型传感设备的出现,或许可以解决此项问题。根据光纤光栅自身的特点,结合深圳市某基坑的部分监测项目,在利用光纤光栅传感技术实施基坑监测上做了一定的尝试,尤其是光纤光栅传感器在进行设备安装的过程中总结出来的一些经验,为后续拟采用光纤光栅传感器进行自动化监测的项目提供一些参考。

关键词： 量子级联激光器   Bragg光栅   分布反馈   耦合系数   TM模  

摘要： 为探究Bragg光栅结构对TM模反馈特性的影响,利用有限时域差分法对具有TM模的分布反馈(DFB)量子级联激光器Bragg光栅结构进行仿真研究。重点分析了侧向耦合光栅的光学特性以及光栅侧壁倾角对光栅反射谱、损耗的影响及原因,并探究了光栅刻蚀深度及占空比与TM模的耦合系数、损耗的关系。结果表明有效折射率是影响Bragg波长的主要因素,而光限制因子是不同周期的侧向耦合光栅结构耦合系数产生巨大差别的原因,当光栅侧壁倾角90°时镜面损耗最小。光栅周期、占空比、刻蚀深度与耦合系数的关系表明:这些参数不仅影响光栅的相对介电常数,也会对光限制因子产生作用,从而影响耦合系数的大小;耦合系数与刻蚀深度具有正比关系,大周期光栅耦合系数随占空比的变化率较小。对光栅光反馈特性的理论研究有利于提升对DFB量子级联激光器的认识,促进激光器性能的提升和发展。

关键词： 张量分析   几何方程   平衡微分方程   柱坐标系   球坐标系   弹性力学  

摘要： 利用正交曲线坐标系与笛卡儿坐标系单位矢量的关系,以及笛卡儿坐标系单位矢量为常矢量的特性,从单位矢量变换的角度,推导柱坐标系和球坐标系中的梯度算子,以及单位矢量对坐标的偏导数.并根据张量的场论基础,通过微分运算,推导出位移矢量的梯度和应力张量的散度.再根据几何方程和平衡微分方程的张量表达形式,推导出柱坐标系和球坐标系中的应变几何方程和应力平衡微分方程.

关键词： OBE   BOPPPS   教学模式  

摘要： 为解决高中物理教学过程中学生参与度低、教学目标不明确等问题,设计了基于OBE理念的BOPPPS教学模式.以光的全反射为例,对教学的课前、课中、课后各个环节进行了详细的研究与说明,希望借此能够在提升课堂教学质量与效率等方面给教师提供新的思路.

关键词： 激光损伤   自动化测试系统   光栅扫描   人工缺陷   泵浦-探测   损伤演化   光学薄膜  

摘要： 基于我国强激光装置建设和工程任务需求,同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统,该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能,测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法;此外,通过国际损伤阈值评测,实现了测量结果的国际对标。十多年来,利用该激光损伤阈值测试系统,我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律;根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征,研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理;此外,基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术,同时,为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。