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量子点(Quantum Dots,QDs)是一种零维纳米材料,其尺寸小于或接近激子玻尔半径。随着纳米技术的发展,金属硫化物量子点因其独特的光学、电学和磁学性质而受到广泛关注,可将其分为过渡金属硫化物量子点(TMD QDs)、Ⅱ-Ⅵ族量子点及Ⅳ-Ⅵ族量子点等。超声法制备量子点具有高效、环保、易于控制和可扩展性等优点,逐渐成为制备金属硫化物量子点的重要技术之一。金属硫化物量子点有着别于传统体相材料的优异光电特性,在近些年里,其优越而又独特的性能使得在更多的领域中得到了深入的研究和应用,如光电器件、生物成像、光催化等。本文综述了超声法制备不同金属硫化物量子点的研究进展,并对其性质和应用进行了归纳和总结。最后,对超声法制备金属硫化物量子点进行了展望。

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可移动超稳腔可以减小环境振动对激光稳定性带来的影响,适合振动强度较大的运输条件。本文展示了一种由低膨胀系数玻璃制作的光学谐振腔,并测试了激光锁定到该可移动超稳腔的频率稳定性。支杆固定于金属热屏蔽罩内的机械设计使其具有良好的稳定性和可移动性。采用短延迟自外差干涉法测量了激光器锁定到超稳腔后的线宽,并且借助振动平台测试其稳定性。实验发现锁定后的激光器线宽和振动频率存在线性关系,激光器线宽会随着振动加速度增大出现饱和效应。去除振动时激光线宽可以恢复到无振动时的数值,证实该超稳腔具有较高稳定性。

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种子注入式太赫兹波参量产生源(is TPG)基于非线性晶体中的受激电磁偶子散射,具有线宽窄、相干性好、室温运转、可调谐等优点。本文基于5摩尔百分比氧化镁掺杂的同成分铌酸锂晶体(MgO∶CLN),对连续/脉冲种子注入式太赫兹波参量产生源(is/ips TPG)调谐范围、输出能量、阈值等方面进行了研究。相比于is TPG系统,ips TPG系统调谐范围范围扩大约80。is TPG系统与ips TPG系统3dB带宽分别为1 THz与141 THz,占各自调谐范围的51和39。ips TPG系统相比is TPG系统3dB带宽范围扩大了41。在相近的平均功率密度下,由于ips TPG具有更高的峰值功率密度降低了阈值,产生了更强的THz波输出,最大转换效率为101×10-5。不同形式种子光的注入对太赫兹波参量辐射源有着显著的影响,实验结果表明ips TPG系统的输出特性更为突出在实际应用中具有更高的价值。本文最后对其未来发展进行了分析和展望。

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针对点云配准过程中点云数据冗余、易出现误匹配点对和配准精度低的问题,提出了一种融合超体素及几何特征的点云配准方法。首先使用超体素与法向量信息相结合的方法提取特征点；其次,在粗配准中,通过使用快速特征点直方图(Fast Point Feature Histograms,FPFH)进行特征描述,采用双向最近邻比获取初始特征点对应关系,基于法向量夹角策略和随机采样一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法进行对应关系的优化,获取良好的初始位姿；最后,在精配准中,基于初始位姿与改进的迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)算法完成点云配准。通过在斯坦福数据集中进行配准实验,验证了所提算法具有更好的鲁棒性,能高效且精准的完成点云配准。

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针对电力场景下因激光雷达扫描范围有限、电力设备部件相互遮挡等因素导致电力设备部件点云缺失的问题,提出了基于点特征传递的电力设备部件激光点云补全网络PPC Net(Power Point cloud Complete Net)。该网络使用多尺度特征融合编码器提取不同尺度输入残缺点云的全局和局部特征,以避免多维度映射特征导致的电力设备部件细节特征丢失问题,并引入EdgeConv加强对点云邻域信息提取；在精细完整点云生成阶段提出DT模块整合父级点到子级点的特征传递,以保留生成点云的局部特征；设计平滑优化模块,经三级平滑采样算法输出分布均匀、表面平滑的电力设备部件完整点云。在自建电力设备部件点云数据集ELE及公开数据集PCN上实验表明,PPC Net对残缺的电力设备部件点云有较好的补全效果,并在一般形状点云上有良好泛化性。

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针对光场所受到的湍流畸变影响,提出了一种模拟激光传输大气湍流效应的新方法,利用大气湍流效应的统计学特性,实现了激光传输大气湍流效应在幅度域和相位域两个维度的联合模拟,且该方法适用于弱、中、强三种湍流情况。基于可描述不同湍流强度下光场幅度畸变的两种统计模型,采用随机微分方法得到光波幅度变化序列,光波幅度变化序列模拟结果与理论计算结果在不同湍流强度下均较好地吻合,拟合系数均大于09767；基于低频次谐波补偿的功率谱反演方法,采用三阶贝塞尔函数随机曲线设计生成时变相位屏对大气湍流效应中的相位畸变进行模拟。在不同湍流强度下,采用高斯光束作为光源,通过对时变相位屏移动过程中接收光斑强度进行归一化统计,模拟结果表明,所构建的大气湍流效应复域仿真模型模拟的效果与实际大气湍流畸变过程吻合。

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提出了一种基于涡旋光轨道角动量特性与8进制数据编码相结合的数据传输方法。原理为将传输数据进行8进制编码,并将每个比特映射为不同大小的拓扑荷值,使用轨道角动量键控法得到相应拓扑荷值的涡旋光,并使用复二重振幅光栅进行拓扑荷检测从而得到相应的编码数据并最后进行反向解码。通过仿真验证了,相比于普通的二进制光传输涡旋光8进制数据传输具有更大的信道容量。最后通过具体实验得到实际的涡旋光九宫格图像并进行分析,验证了涡旋光8进制数据加密传输的可行性。

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马鞍形焊缝自动焊接存在焊缝难以识别定位以及焊枪姿态难以规划的问题,为了实现马鞍形焊缝的自动焊接,选取实际装配的管类交叉结构件作为研究对象,提出一种基于点云的马鞍形焊缝识别与规划方法。根据马鞍形焊缝的空间语义特征,提出基于法向量和空间距离的紧耦合约束的方法提取焊缝关键点,之后用三次B样条曲线对关键点进行近似拟合,得到最终的空间焊接曲线。实验表明,提取出的焊缝轨迹与真实轨迹相比,最大误差为068mm,最大均方根误差为029。该方法具有较高的精度和鲁棒性,可满足实际焊接的需求。此方法的实用性不仅局限于马鞍形焊缝,也能处理其他具有曲线变化的焊缝。

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为探究平顶激光清洗碳纤维增强复合材料(CFRP)的作用机制,本研究考虑CFRP的组分对激光的吸收、反射特性差异显著,将激光载荷分层施加到CFRP的细观有限元模型上,引入热烧蚀-热应力双重作用效果,还原不同能量密度下单脉冲平顶激光清洗形貌,并完成了试验验证。结果表明:分层施加激光载荷较传统表面加载模式能够有效提升仿真精度,采用热烧蚀-热应力双重判据能够进一步提升形貌还原效果,本研究模型的仿真形貌长轴贴合度不低于9664,面积贴合度达到8000,并通过高精度模型瞬时温度场分布能够指导激光清洗CFRP表面树脂的实际工艺。

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CO作为火电、冶金、化工等行业产生的重要中间产物或排放物质,具有易燃、剧毒等特性,对其进行高精度在线检测对提高锅炉燃烧安全及实现碳减排具有重要意义。因此,本文采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)和赫里奥特(Herriott)多次反射池实现了浓度为10-6(μL/L)量级的CO高精度在线测量,其检测限可达到035 μL/L。在此基础上,利用该测量系统开展了CO催化转化性能研究实验,探究催化剂含量及CO浓度对催化反应的影响。实验结果揭示了在常温常压、CO浓度为10～80 μL/L下,CO催化转化效率随催化剂含量的变化规律,即催化剂含量越高,CO转化效率越高。实验结果可为采用稀释取样法测量CO浓度时提供去除稀释气中CO的方法,保证痕量CO浓度的准确测量。

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为满足激光告警系统高角度分辨率与小型化设计兼容的需求,基于嵌入式系统开发流程,研究了MicroBlaze软核处理器的体系结构,设计并实现一个基于MicroBlaze软核的激光告警最小处理系统。该设计通过MicroBlaze软核搭建微处理器平台,与设备功能所需的外设IP核联合完成可编程系统芯片(SOPC)的设计,单片集成处理的设计使得信号流转发生在单个芯片内部,大大提高了数据运算速度与数据交互的实时性。实验结果表明,该系统很好实现了对激光信号的采集、处理,与外部设备串口通信结果符合预期。

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对红外探测器锗窗口无助焊剂回流焊接工艺进行了研究,在还原性气氛下使用铟焊料片对不同镀层体系的锗窗口和可伐合金进行了焊接试验。通过对不同镀层体系下焊接的窗口部件的焊缝形貌、真空漏率分析、X射线无损检测分析以及可靠性试验分析,表明通过对锗窗口和可伐合金焊接面镀金处理,在还原性气氛下回流焊接可以制备出满足密封要求和环境适应性要求的窗口部件。

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分析了国内早期中波320×256红外焦平面探测器组件与国外同类产品在装机性能上的差异,采用三种实验方法检测了国内外探测器组件的光电性能,通过对探测器组件光电转换和结构的分析,确定出杂散光在冷屏内部的反射是导致测试结果差异的原因,冷屏内表面黑化层和结构形式是影响组件实际应用的关键。冷屏结构改进后,有效改善了国内探测器组件的实际应用性能。

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为了更好地优化红外遥感相机成像参数,文章首次提出信噪比-动态范围积相机性能综合评价指标。建立了红外遥感相机的噪声电压模型并深入分析噪声影响,当恒定噪声电压项远大于时变噪声电压项时噪声电压模型可以近似简化为线性模型。进而建模分析了积分电容和积分时间对信噪比和动态范围的影响,并首次提出信噪比-动态范围积作为相机性能评价的指标。信噪比-动态范围积随着积分时间同步增大,积分时间较小时增速较快,积分时间较大时增速迅速下降；信噪比-动态范围积随着积分电容的增大先增加后减小,存在极值。研究结果对红外遥感相机的参数优化设计具有重要作用。

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为了解决非色散红外CO2传感器在测量过程中易受温度影响的问题,提出双半椭球形双通道气体吸收腔室和广义高斯径向基函数神经网络补偿温度的新方法。首先双半椭球形双通道气体吸收腔室的半椭球形长轴右侧焦点与右半椭球形长轴左侧焦点重合,红外光源位于左、右半椭球形长轴的焦点重合处,检测器位于半椭球形长轴的另外一个焦点处,该结构能够使光线被气体充分接收,减小了光线传播过程中的损耗。接着差分计算单波长双通道热释电探测器输出电压获得CO2气体浓度。最后分析广义高斯径向基函数神经网络形状参数与辅助形状参数对提高逼近效果的影响。实验显示在双半椭球形双通道气体吸收腔室结构中,长轴长度为4cm和短轴长度为3cm则CO2气体吸收率达到最大值。常温25℃时,CO2不同浓度测量误差变化不大,绝对误差波动范围在0004～0006之间,相对误差波动范围在0067～0100之间。CO2浓度2时,不同温度测量误差变化较大,绝对误差波动范围在0001～0024之间,相对误差波动范围在0017～0400之间,测量浓度为2的CO2气体传感器响应时间的6次平均值为2746s,具有较快的响应时间。

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以某高精密搜跟一体光电设备为目标对象,根据该产品的技术指标要求,设计了一种高精密光电转台,对高精密光电转台样机进行装配与检测,确保轴系晃动误差值满足技术指标要求运用 ANSYS 软件对光电转台的三维模型进行模态分析,得出高精密光电转台的固有频率高于工作频率,不会产生共振现象。该高精密光电转台的实际使用效果表明该结构设计是成功的,对同类型转台类产品结构设计具有参考借鉴意义。

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针对机载密闭空间电子组件散热问题,对被动风冷翅片散热器进行了设计优化及仿真分析。首先基于正交实验设计方法以翅片厚度、翅片间距以及翅片高度为分析因素设计了三因素四水平正交实验；基于CFD数值仿真方法对不同翅片形式的散热器进行了仿真分析；最后基于极值分析对各因素对散热器散热性能的影响显著程度进行了分析。结果表明,翅片高度对散热器性能影响最大,翅片间距次之,翅片厚度影响最小,并得到了最优的翅片形式。

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数字孪生技术将多学科多物理场的系统通过多维异构时序数据进行统一设计和管理,可构建高保真度的数字化镜像模型。本文基于此项技术,对典型光电系统的数字化模型提出了构建的思路和方法；同时结合场景要素本征物理特性分析,描述了高真实感红外场景数字孪生仿真的关键技术。数字模型和场景仿真的有机结合能够准确地实现光电系统的实时交互和迭代运行及优化,高效高质量地缩短产品的研制周期。

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根据高精度星敏感器地面测试任务中模拟无穷远处目标星体的实际应用需求,针对常规星模拟器体积庞大,装调及校准困难等实际问题,设计了一种大口径、长焦距、可实现自准直功能的离轴反射式星模拟器光机结构,用来模拟无穷远处的恒星所发出的平行光。采用离轴反射式光学设计,避免中心遮拦。采用光管焦面分光方式,通过半透半反式分光镜的反射与透射功能实现光路的传递,压缩了镜筒长度；通过探测器接收分光镜透射的光像可直接辨别光学系统的准直性能,便于装调,且方便后期使用与校准；采用顶丝调节姿态降低了装调难度。实际测试结果表明:光机系统的入瞳口径210mm,出瞳距离2100mm,整机的系统波像差(rms)测量值为0030 λ,可精确模拟0～7等星,工作波段500～800nm,满足当前对高精度星敏感器的标定技术指标要求,为星模拟器的高效快速研制提供了一种设计方法。

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为了解决传统潜艇目标检测缺乏对复杂背景和噪声的鲁棒性、对光照变化和视角变化敏感、难以处理大规模数据集等问题,提出了一种基于改进YOLOv5潜艇目标检测器。通过C3_Transformer结构,有效提升了特征的全局上下文建模能力和长距离依赖性捕捉能力；通过simOTA解决anchorbased算法中正负样本不平衡问题,增强模型对小目标和困难样本的学习能力；利用decoupledhead的思想解决分类和位置预测任务的互斥性问题,提高检测精度和鲁棒性。实验结果表明:相较于原始YOLOv5,改进后的模型Precision、Recall、mAP05、mAP 05∶095分别提高了28、109、38、147,这表明改进后的模型在潜艇目标检测的准确性、召回率以及在不同置信度阈值下的平均准确率等方面取得了明显的进步,同时在实际检测任务中改进后的模型有效解决了“漏检”、“误检”的问题。

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针对无人平台在未知环境缺乏全局障碍物位置信息难以进行实时避障的问题,提出一种融合深度神经网络和改进人工势场的动态避障方法。首先利用YOLOv5s轻量目标检测网络和轻量化深度估计网络构建障碍感知模块,探测障碍物位置和深度；其次使用目标框和等效深度描述周围障碍物的三维信息；然后将自身平台投影到图像平面形成核心区,并根据障碍物的等效深度网格与核心区的位置关系计算核心区在像平面虚拟势场受力方向、所需要的偏航角和线速度；最后控制系统接收到信号后引导无人平台转向或制动,使核心区内部深度大于设定的安全距离完成动态避障。实验基于单目可见光和红外进行避障测试,结果表明视觉感知模块可以准确探测常见障碍物的位置和深度,核心区能够直观地反映无人平台与障碍物的位置关系,方法仅依赖单目传感器便可实现有效避障,相比于传统方法成本低廉、部署灵活,为无人平台在日间、夜间的未知环境进行避障提供了新思路。

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针对航拍图像往往受雾霾天气影响出现图像模糊、细节丢失等问题,本研究提出了一种基于改进SRGAN的无人机航拍图像去雾算法,旨在快速高效地去除航拍图像中的雾霾并恢复图像细节和纹理信息。本文重新设计判别器核心结构SResblock并引入CBAM注意力机制,完成了对原始SRGAN的改进,提出DH SRGAN算法。在VISDRONE户外航拍合成雾数据集上测试结果显示,本算法在单幅图像去雾方面取得了显著提升,去雾后的图像与原始图像PSNR 达2448dB、SSIM 达9529,两项指标均优于传统算法。相比原始SRGAN,DH SRGAN算法更加轻量化,适合嵌入到无人机侦察任务中的图像预处理流程。

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硅光子调制器是硅基光学链路中重要的电光转换元件,而行波电极作为硅光调制器承载微波信号的关键部分,其性能是决定调制器的调制效率和传输损耗的关键因素。目前,行波电极的设计主要分为共面波导结构(CoplanarWaveguide,CPW)和共面带状线结构(Coplanar Stripline，CPS),共面带状线相对于共面波导具有更大的设计匹配范围,但信号屏蔽能力会低于CPW的双接地系统,导致高阶模式激发和多模干涉等问题出现。为优化调制器性能,许多学者提出手指形延伸电极,T型延伸电极,分段电极等形状来优化电极结构,实现阻抗匹配的同时,增强电光相互作用并降低传输损耗。本文综述了国内外学者对于行波电极的研究成果,并对行波电极的发展趋势进行了分析与展望。