摘要:目前的同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)研究大多是基于静态场景的假设,而实际生活中动态物体是不可避免的。在视觉SLAM系统中加入深度学习,可以协同剔除场景中的动态物体,有效提升视觉SLAM在动态环境下的鲁棒性。文章首先介绍了动态环境下基于深度学习的视觉SLAM分类,然后详细介绍了基于目标检测、基于语义分割和基于实例分割的视觉SLAM,并对它们进行了分析比较。最后,结合近年来视觉SLAM的发展趋势,通过对动态环境下基于深度学习的视觉SLAM存在的主要问题进行分析,总结了未来可能的发展方向。

摘要:六方氮化硼是一种与石墨烯结构相似的材料,以六方氮化硼作为阻变介质层的忆阻器,具有良好的散热性能,不易发生介电击穿,能够实现小尺寸、低功耗和大的开关比；在计算机运算存储研究、人工神经网络和神经形态(即类脑)计算领域有极大的应用前景。文章主要介绍了忆阻器的分类,分析了六方氮化硼忆阻器的阻变机制,综述了六方氮化硼忆阻器的研究现状。最后,指出了六方氮化硼忆阻器当前面临的挑战,并展望了未来的发展方向。

摘要:提出了一种基于开口圆环结构的太赫兹分束器,其由两种单元结构组成,这两种结构的区别在于是否存在底层连续金属层,这两种结构的顶层金属图案由开口圆环组成,介质层为聚酰亚胺薄膜。通过改变开口圆环的开口大小和半径排列构成了8×8的相位梯度超表面。当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,电磁波会被分成沿x,y轴对称但能量分布不同的四束波,两种入射模式能够得到两种不同的分束比。在0.7THz下,当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,其分束比分别为0.8∶1和1.9∶1,实现对分束比的调谐。此分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹隐身等领域。

摘要:高速850nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的AlxGa1-xAs三元合金组成,可以在830~870nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,将GaAs吸收层所需的厚度降低到1040nm,兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850nm波长、-2V偏压下具有19.26GHz的-3dB带宽和0.4926A/W的响应度。

摘要:目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明:该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25mV/(cm·s-1)。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。

摘要:设计了一种根据光照强度自动调节增益的CMOS探测器,它能够在一帧时间内实现光照强度与积分增益自动适应,从而实现无论在弱光还是强光条件下CMOS探测器都能有适应的灵敏度和动态范围。相较于传统CTIA电路,自适应信号读出技术新增了比较器电路来控制CTIA积分电容大小,通过短曝光输出电压与参考阈值进行比较,输出信号结果用来调整长曝光积分增益,最终得到每个像素的输出电压和增益挡位。基于0.5μm 5V-CMOS工艺进行了128×1线阵CMOS探测器设计仿真与流片,仿真结果表明,光电流在2pA~100nA六个数量级内分别自适应四个积分增益,都能有良好的信号读出。

摘要:单光子雪崩二极管(SPAD)作为一种高效的光子探测器件被广泛应用于量子通信和三维成像等领域。在Cadence中建立了一个SPAD的Spice模型,通过Verilog-A语言,采用两个e指数函数的组合,以连续函数的方式描述了SPAD在盖革模式区等效电阻的动态变化。这两个e指数函数分别体现了高阻区和低阻区的等效电阻特性,解决了分段电阻模型仿真不收敛的问题。该Spice模型模拟了SPAD器件在“接收光子-雪崩产生脉冲-淬灭-复位”工作过程中的动态特性和SPAD从正偏到二次击穿的静态I-V特性。将其应用到4种不同淬灭电路的仿真中,验证了该模型的有效性和稳定性。

摘要:模拟生物突触结构的设备是实现神经网络计算的可行方案之一,其中人工视网膜器件为机器视觉和图像识别的实现提供了有力支持。通过旋涂制备聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE) 制备铁电栅层,热蒸发酞菁铜(CuPc)作为半导体层,探究该晶体管模拟突触功能的光电响应。实验结果表明,该光电晶体管在625nm具有显著的光响应,其能够产生兴奋性突触后电流(EPSC)并实现短期可塑性到长期可塑性的转变以及高通滤波功能。利用剩余极化强度模拟了大脑学习过程中提前施加注意的行为。此外,以栅电压和光照作为独立输入逻辑信号,在单个晶体管中实现了“与”和“或”的布尔逻辑功能。上述结果表明, CuPc可以与铁电材料进行良好结合并制备出具有突触响应特点的光电晶体管,这为人工视网膜器件的开发提供了有机铁电器件的参考。

摘要:法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500nm/RIU,可探测极限为4.00×10-5RIU；在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10⁴dB/RIU,可探测极限为5.52×10-6RIU。

摘要:提出并研究了一种偏振选择可调谐双带太赫兹吸收器。吸收器由顶层方形劈裂石墨烯环、中间SiO₂介质层以及底层金反射层组成。基于时域有限差分法的仿真结果显示,该吸收器在不同偏振光入射下均可以实现双带高效率吸收。x偏振光时在7.86和12.63THz处的吸收率分别为97.9%和91.2%；y偏振光时在6.30和10.52THz处的吸收率分别为94.1%和93.2%。通过改变石墨烯费米能级,可以对两个偏振的双带吸收峰波长进行调谐。此外,研究了介质层厚度和石墨烯劈裂环的物理参数对共振吸收峰的影响。因为在两个偏振状态下都能产生双带高吸收,所以此吸收器在太赫兹偏振成像、太赫兹传感、选择性光谱检测和偏振复用等领域有重要的潜在应用价值。

摘要:设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为1.5nm。优化后的AWG芯片采用深紫外光刻技术、电感耦合等离子体等技术制备。经测试,该AWG的插入损耗为3dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为2.3nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8nm范围内的解调精度可达11.26pm,波长分辨率为6pm。

摘要:铌酸锂马赫-曾德尔(M-Z)电光强度调制器光辐射模与光纤耦合是导致芯片与光纤组件耦合失效的主要原因。采用光纤与芯片高精度耦合扫描法对光波导和光辐射模进行扫描,研究了光辐射模中心位置分布、光辐射模输出光功率随偏置电压的变化特性,以及光辐射模、光波导与光纤耦合光能量的分布特性。测得光波导在X,Y方向的有效耦合范围分别为14~15.5μm和14~16μm,光辐射模在X,Y方向的有效耦合范围分别为89~92μm和92~96μm。根据所研究的光辐射模特性,制定了失效耦合的解决方案,解决了光辐射模耦合失效问题。

摘要:采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

摘要:针对大功率量子级联激光器对高散热能力的迫切需求,文章通过有限元法建立了常见器件结构的二维散热模型。在设置的热沉温度为293K、波长为8.3μm、波导宽为8μm、发热功率为12.4W的器件模型中,研究了不同器件散热结构和封装结构对量子级联激光器的温度及热通量分布的影响,进而评价器件的散热能力。结果表明,正焊无电镀金双沟道脊器件、正焊有电镀金双沟道脊器件和倒焊器件的最高温度分别为546,409和362K。在掩埋异质结器件中,正焊无电镀金器件、正焊有电镀金器件、倒焊器件的最高温度分别为404,401和361K。与使用铜底座相比,使用金刚石底座的掩埋异质结倒焊器件有源区的最高温度为355K。对模型热通量分布进行了分析,发现掩埋异质结器件的热量分布更加均匀,有源区温度更低,这表明掩埋异质结更适合高功率器件。

摘要:模拟大脑中的神经突触是实现下一代计算机——类脑神经形态计算的关键一步。为了利用光子模拟神经突触的可塑性进而发展全光人工神经突触器件,文章开展了基于可控光诱导抑制效应的硫系非晶态半导体人工神经突触的实验研究。分析了材料化学组分和抽运光功率对该人工神经突触的调控作用,描述了该人工神经突触的可塑性。结果表明掺入不同杂质的硫系非晶态半导体平面波导具有不同的可控光诱导抑制过程,且抑制深度受控于抽运光功率的变化。基于这些特性,该人工神经突触展现出了配对脉冲易化功能、短程抑制功能、长程抑制功能,具有良好的可塑性。

摘要:为降低光纤陀螺因温度效应产生的零偏漂移,以基于最小二乘法的多项式补偿模型和经遗传算法优化后的BP神经网络模型(GA-BP)为基学习器,通过集成学习算法建立了光纤陀螺的温度补偿模型,并对补偿后的光纤陀螺进行在线温度补偿实验。实验结果表明,该模型在-40~+60℃温变环境下将光纤陀螺的全过程零偏漂移降低了85%以上,且补偿后的启动段零偏输出均值更接近零位。

摘要:用高压水平温度梯度定向结晶技术合成了磷化铟(InP)多晶。分析了不同温度梯度对多晶配比度的影响,结果表明当温度梯度低于4℃/cm时,多晶呈明显富铟状态,配比度在97%以下；当温度梯度在5℃/cm以上时多晶致密、无铟夹杂,达到近化学配比状态,配比度达到99%以上。对多晶样品进行了霍尔测试和辉光放电质谱(GDMS)测试,合成的高配比度磷化铟多晶载流子浓度在8×10¹⁵cm-3以下,迁移率在3900cm²·V-1·s-1以上,纯度达到99.99999%以上。多晶中的杂质主要有Si,S,Fe,Cu,Zn,As等,分析了杂质的来源及其对材料性能的影响。

摘要:碲锌镉(CdZnTe)是目前最重要的室温半导体核辐射探测器材料。而在CdZnTe晶格中以Se替位部分Te得到碲硒锌镉(CdZnTeSe),将使得晶格中离子键的成分增加,从而提高晶体的硬度,降低Cd空位和Te夹杂物缺陷浓度,提升材料质量。为了获得适宜于核辐射探测器制备的CdZnTeSe晶体,研究了富Te条件下CdZnTeSe晶体的垂直布里奇曼法生长,成功制备出直径为21mm、长度超过70mm的Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03单晶锭。所得Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03晶体的(110)面X射线衍射摇摆半峰宽达到0.104°,而Te夹杂相的尺寸小于5μm,表明晶体具有良好结晶性。Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03晶锭尾部的能带隙和红外透过率均低于晶锭的头部和中部,这可归因于Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03在垂直布里奇曼法生长过程中存在潜热释放不足导致的晶体后续生长阶段的结晶性下降。而CdZnTeSe晶锭的头部和中部的电学性能指标达到了室温核辐射探测器制备要求。

摘要:为开发低成本高灵敏度黄曲霉毒素B₁(AFB₁)检测设备,研制了一种将聚苯胺(PAni)与塑料光纤(POF)相结合的增敏光纤免疫传感器。传感器功能化设计采用两步法,首先将PAni涂层修饰至光纤传感区,然后通过戊二醛的交联作用,将AFB₁抗体分子固定于传感区。由于测量过程中抗原和抗体的免疫反应会导致POF表面折射率发生变化,从而引起探测光子数的波动,以此实现对AFB₁浓度的检测。实验研究了PAni涂层对传感器的增敏效果,结果表明PAni功能化的POF传感器增敏效果明显,且在0.01~10μg/L AFB₁浓度范围内,传感器的光子数变化量与AFB₁浓度间具有线性关系,检测限为0.53μg/L,加标回收率为95.97%～113.13%,且传感器对AFB₁的特异性和抗干扰性良好,满足AFB₁精量化检测的需要。

摘要:金丝键合工艺广泛应用于红外探测器的封装环节。实验选用25μm金丝,基于正交试验法,根据键合拉力值确定键合的最佳工艺参数。通过优化超声压力、超声功率、超声时间及接触力等工艺参数组合,改善了键合引线的电气连接性能和连接强度,从而提高芯片系统的信号传输质量。提出的引线键合工艺参数组合适用于红外探测芯片的键合。

摘要:针对道路中的路标、路沿等直线类干扰物影响道路裂缝识别的问题,提出一种基于LSD(Line Segment Detector)和FLD(Fast Line Detector)融合的道路裂缝图像预处理方法。首先,基于LSD算法和FLD算法对裂缝图像进行直线检测,获取直线类干扰物的线段坐标值；其次,根据直线检测算法返回的线段坐标值进行断线重连,解决了直线检测算法提取线段不连续的问题；最后,根据线段重连后获取的直线类干扰物的掩膜图和裂缝图像原图,运用FMM(Fast Marching Method)图像修复算法达到消除直线类干扰物的目的。经过大量实验分析可得:该方法能够有效地消除裂缝图像中的直线类干扰物,使得裂缝检测的准确率提升了7.1%。

摘要:光纤形状传感中FBG的放置角度误差会影响曲率的计算精度,从而增大形状反演的误差。为了实现传感胶棒的角度自校正,设计了一种自校正形状传感结构,在传感胶棒的感知截面上布设9个FBG,以120°等角度间隔作为基准位置,分别提取±10°位置上的应变,从而实现FBG响应与角度偏差的函数映射。提出了一种基于角度偏差自校正算法,通过适应度函数完成对传感参量α与k的阈值优化,实现任意角度偏差的自校正。仿真分析不同α与k条件下的响应关系,发现α具有很好的线性变化特性,k仅随主敏感FBG波动的特性。在单截面实验中,加载0~100N应力变化后,9个FBG的平均响应度介于[-1.012με/N,0.987με/N]之间。响应度的正负可以表征弯曲方向,相邻FBG的响应也具有很好的线性度。在组合截面实验中,根据反演结果重建传感胶棒三维结构,输出各点位坐标和应力值信息。

摘要:针对传统亚像素边缘检测算法在实时性、精确性和鲁棒性之间难以平衡的问题,提出了一种基于误差效应的亚像素边缘检测方法。该方法首先建立边缘函数模型,并计算每个像素边缘对应函数方程常数项的近似值和对应误差,然后结合最小二乘法使整体函数模型误差最小,从而获得较为精确的边缘参数。基于标准图像和实际图像的实验测试结果表明,该算法具有快速、鲁棒性强和检测精度高等优点,能够满足实时检测的要求,评价指标优于其他传统算法。

摘要:为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时监测和评估,设计并研制了一种高强度飞秒光栅传感网络,重点研究了传感器与信号传输链路的涂覆和封装。开展了发动机界面脱粘模拟实验。设计可用于发动机应变、温度和载荷的模拟演示系统,建立了基于光纤传感器采集数据的发动机数字孪生模型,形成发动机实物与数字孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入发动机,对发动机开展水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和点火实验。对监测结果进行无损检测验证,结果表明该传感网络能够准确测量出发动机的应变状态,为固体火箭发动机的结构健康管理提供有效的数据支撑。

摘要:针对脑电信号的非平稳性、时变复杂和分类准确率较低的问题,以及传统机器学习方法在提取复杂特征方面的不足,提出了一种基于维度注意力机制的多尺度时空卷积神经网络分类模型(DIMS-CNN),旨在提高分类准确率,以更好地适用于实际应用场景。首先,对数据进行带通滤波和去伪迹,并进行了降采样和通道选择等预处理；随后,将经过处理的数据输入构建的时空卷积模型中,为了进一步增强网络的特征提取能力,加入了时序和通道的多维度注意力机制以及正则化技术；对于数据量不足的问题,采用了频带互换的方法进行数据增强,且提高了模型的泛化性能。分别在HGD数据集和实验室自采集数据集上进行验证,获得了90.97%和90.21%的平均分类准确率,发现所提方法在分类准确率上有显著提高。

摘要:为降低光纤周界安防信号中噪声对分类结果的影响,提升信号分类的准确率和运行效率,提出一种融合了相关变分模态分解(Correlation Variational Mode Decomposition,CVMD)、蜣螂算法(Dung Beetle Optimizer,DBO)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的分类方法。利用CVMD去除原始信号中的噪声分量,并提取去噪后信号的能量、能量熵和峭度作为特征向量。采用DBO算法优化SVM,得到最佳惩罚因子和核函数参数,并构建DBO-SVM分类模型。搭建了基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的周界安防系统,采集了攀爬、敲击、踩踏和无入侵四类信号。实验结果表明,CVMD-DBO-SVM的分类准确率相比CVMD-PSO-SVM和CVMD-GA-SVM更高,达到了98.75%,同时运行时间更短,综合性能最优。