一、一种提高光电探测系统测量上限的方法(论文文献综述)
李红旭[1](2021)在《基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究》文中认为气溶胶是大气系统的重要组成部分,虽然在大气中相对含量很少,但对气候环境和大气辐射传输具有重要的影响。相较于被动遥感、卫星等探测手段,地基激光雷达作为一种主动式光学遥感探测工具,具有时空分辨率高、探测距离远、测量精度高等优点,被广泛应用于气溶胶探测。因此,研究基于激光雷达数据精确测量气溶胶相关特性对大气遥感、环境监测等领域具有重要意义。随着工业制造技术的进步,激光雷达系统逐渐成熟,成本得到控制,应用也比较普遍。光学遥感行业对激光雷达的数据处理和反演模型的需求越来越迫切。然而,激光雷达信号中含有大量噪声,研究高效的激光雷达信号去噪方法,从强背景噪声中提取出有用信号,是保障数据精确反演的前提。此外,在使用激光雷达数据进行气溶胶参数反演时,往往需要先验信息的假设或根据经验确定模型参数等人工干预的手段,这容易造成较大的误差,且难以实现自适应、自动化处理。这些局限性主要体现在激光雷达数据的预处理,气溶胶层垂直结构和光学物理等特性的反演中,本文的研究工作将致力于解决这些难题,具体研究内容如下:(1)激光雷达回波信号容易受到噪声污染,特别是在强背景光下,噪声严重影响了激光雷达系统的反演精度和有效探测距离。针对强噪声干扰的问题,提出了基于鲸鱼优化算法和变分模态分解的自适应激光雷达回波信号去噪方法。通过鲸鱼优化算法获得变分模态分解的分解模态数和二次惩罚因子,使得变分模态分解模型能够获得更好的去噪效果。实验结果表明该方法可应用于激光雷达信号的降噪,能有效提高激光雷达信号的信噪比,并将实验所使用的激光雷达系统的有效探测距离从6 km提高至10 km。(2)行星边界层高度是描述气溶胶层垂直结构的主要参数,其估计的准确性对天气和空气质量的预测和研究至关重要的。最常用的边界层高度反演算法是小波协方差变换法,但它存在扩张系数的选定和容易受到云、气溶胶干扰等问题。本文基于鲸鱼优化算法与上限法,提出了改进的小波协方差变换法,无需其他辅助测量设备,仅基于简单的微脉冲激光雷达即可实现行星边界层高度的自动、准确、稳定探测,解决了上述技术难题。(3)气溶胶消光系数是气溶胶光学特性的核心参数,对大气过程的变化有着重要影响。Mie散射激光雷达作为应用最为普遍的激光雷达设备,需要经验假设和复杂的数值运算才能反演出气溶胶消光系数,制约了反演结果的精度。结合Mie散射激光雷达和高光谱分辨率激光雷达的优缺点,提出了一种基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演模型,能够有效避免诸多假设带来的不确定性,提高Mie散射激光雷达的探测精度。实验结果表明训练后的深度信念网络模型具有良好的鲁棒性和稳定性,为Mie散射激光雷达反演气溶胶特性参数提供了一种具有竞争力的解决方案。(4)气溶胶的粒子谱分布等微物理特性参数可用于监测气溶胶的演变过程、研究大气气溶胶的时空变化规律。本文通过激光雷达方程、Mie散射原理等理论方法,揭示了气溶胶光学特性和微物理特性之间的关系。针对正则化算法反演气溶胶粒子谱分布存在的问题,通过广义交叉验证法获得正则化参数和最小偏差准则获取气溶胶复折射指数,实现了基于多波长激光雷达数据的气溶胶粒子分布反演。
王秋红[2](2020)在《利用PandaX二期探测器寻找暗物质》文中研究指明众多的天文学和宇宙学观测都表明了暗物质的存在,且是宇宙物质组成的主要部分。大质量弱相互作用粒子(Weakly Interacting Massive Particle,WIMP)被认为是最有可能的暗物质候选粒子。关于WIMP暗物质粒子的直接探测已经成为当今物理学的前沿课题。最近几十年来,国际上已有各种地下探测实验(例如XENON、LUX)展开了对WIMP暗物质的直接测量。位于中国锦屏地下实验室(CJPL)的PandaX实验采用先进的二相型氙时间投影室技术,对WIMP暗物质进行直接探测,通过测量暗物质等稀有物理事件在液氙中产生的发光和电离信号,进而得到信号发生的位置和能量。PandaX实验组由来自上海交通大学、上海应用物理研究所等十多所研究机构的成员组成。其一期实验PandaX-I在2016年已经完成,以54.0千克×80.1天的曝光量取得了当时国际前沿的暗物质探测结果。二期实验PandaX-Ⅱ利用500千克级的液氙进行更大规模的WIMP暗物质直接探测,于2016年开始运行,到2019年6月正式结束运行,总共积累了132吨·天曝光量的暗物质探测数据。PandaX-Ⅱ在2016和2017年分别发布了曝光量为33吨·天和54吨·天的探测数据,对于40 GeV/(82的WIMP质量得到自旋不相关的WIMP-核子弹性散射截面的上限分别为2.5×10-46和8.6×10-47cm2,是当时世界上最好的探测结果。这篇博士论文将主要介绍PandaX-Ⅱ实验以及对132吨·天的全部曝光量数据的分析。数据分析部分主要讨论分析过程里的一些关键课题和各种分析技术的改进,包括:PandaX-Ⅱ的数据处理流程,信号的质量选择条件,探测器的响应修正,对信号的位置、能量进行重建,低能核反冲与电子反冲事例的刻度和信号模型,探测器中各种本底的估计,对最终候选事例的选择与讨论,以及通过剖面似然拟合分析最终得到的探测灵敏度和排除曲线。通过对PandaX-Ⅱ全部曝光量数据的分析,我们没有发现相对于本底的明显WIMP信号超出,由此得到对自旋不相关的WIMP-核子弹性散射截面上限,其最小排除点是在WIMP质量30 GeV/(82处,散射截面上限为2.2×10-46cm2。通过该研究,我们完善了关于液氙探测器的实验与数据分析技术,能够为下一代四吨级液氙实验PandaX-4T提供重要经验,以进一步覆盖WIMP暗物质信号的参数空间。
陆长明[3](2020)在《中高轨目标光电探测与成像技术研究》文中提出太空是人类正在开发的制高点,各经济大国均大力发展航天力量,争相进入太空、利用天空,占领有限轨位资源和频谱资源。目前每年开展数百次的航天发射,太空中运行中数千颗在轨在用卫星,产生了几十万个空间碎片。为了确保航天发射路径畅通无阻,规避在轨在用卫星与空间碎片的碰撞,保护太空中现有商业卫星安全,应该对空间碎片和卫星进行编目管理和识别,对太空中昂贵的在用人造卫星进行碎片碰撞预警。编目管理和识别一般包括搜索发现、跟踪测量和成像识别三个过程,即分辨目标“在哪里”、“是谁”、“是死是活”、“用途是什么”等。中高轨道上分布着红外侦察、卫星通信、全球导航等具有重大价值的卫星,目前光电望远镜是中高轨目标探测与识别唯一有效的地基手段,本文主要研究中高轨目标的探测与成像技术,根据地球同步轨道上空间目标运动特征,研究搜索策略、测量精度检测、远距离高分辨成像等技术,重点解决工程应用与总体设计中遇到的难题,具体研究内容如下:(1)搜索发现中高轨道目标是探测与识别的前提条件,国内用于搜索中高轨目标的大视场光电望远镜数量较少,所以应挖掘现有望远镜资源的潜能,努力提高望远镜搜索效率。本文提出了一种分区折返的搜索方法,结合地平式望远镜步进方式和地球同步轨道带空间目标分布特点,将地球同步轨道带分为三个区,采用不同的搜索策略,此方法减少了地平式光电望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的运动轨迹,提高了地平式望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的搜索效率,实现对地球同步轨道带高效全区域覆盖。(2)中高轨目标探测光电望远镜在外场完成安装调试后,需要鉴定其天文定位和轴系定位精度。受限于外场恶劣环境和有限条件,无法采用传统的精度鉴定方法,考虑到中高轨目标探测光电望远镜的探测能力较强,在分析光电望远镜定位基本原理的基础上,探讨利用GPS卫星或北斗卫星鉴定大口径望远镜测量精度的理论方法,依据定期公布的精密星历,在协议地球坐标系、真地球坐标系、真天球坐标系、平天球坐标系、协议天球坐标系之间进行坐标转换,消除岁差、章动、极移等影响,解算望远镜观测时刻GPS或北斗卫星以观测者为中心天球赤道坐标系中的视赤经、视赤纬、方位角和俯仰角,作为理论值,鉴定大口径光电望远镜天文定位和轴系定位的精度。此方法可用于大口径光电望远镜外场检测验收或日常标定中。(3)获取形体特征是目标识别最直观的手段,大口径光电望远镜能够有效对低轨目标高分辨成像。本文初步探讨了对中高轨目标成像的大口径光电望远镜技术,口径应大于100m。大气湍流严重影响了地基大口径光电望远镜的成像分辨率,应该为其配置百万单元的自适应光学系统和激光导引星,校正大气湍流的影响。本文探讨了激光导引星的原理和若干问题,仿真了自适应光学系统。采用斜率平均法、质心偏移法和圆形孔径内的Zernike系数分解法仿真实现三种外形的哈特曼-夏克波前传感器。采用直接斜率法仿真实现了波前处理机的波前复原算法。波前校正器采用高斯模型仿真实现。(4)鉴于难以研制满足中高轨探测需求的超大口径光电望远镜,本文研究了新的超远距离成像技术:强度相干技术和傅里叶望远镜技术。在分析强度相干成像原理和测量原理的基础上,设计并开展了改进的室内强度相干模拟实验,对实物进行成像,验证了强度相干理论的正确性。针对原有强度相干模拟实验成像过程复杂、测量信噪比低、仿真数据不准确等缺点,设计了新的室内强度相干模拟实验方法,利用此种方法更为简单地对目标强度相干成像,降低了模拟实验复杂度,且能够更为真实的模拟强度相干成像的噪声分布。(5)为了便于开展傅里叶望远镜新技术研究,分析系统性能、评估成像效果,本文在研究傅里叶望远镜数学模型的基础上,简化物理模型和工作流程,实现了傅里叶望远镜成像的全过程仿真。采用高斯光束模拟激光器发射地光束,大气相位屏模拟大气湍流对激光波前相位畸变的影响,实现两束和三束光束的干涉,合理选择三束发射器进行相位闭合抵消大气湍流影响,干涉条纹与目标形状叠加后收集光能量并解调所需信号,通过共轭对称填补剩余象限的空间频谱,最终使用傅里叶逆变换恢复目标形状。(6)在研究剪切光束成像原理的基础上,研究了口字形排布的四束光代替传统L形三束剪切光照射目标,提出了一种四光束剪切光束成像目标重构算法。
郭玉楠[4](2020)在《原子发射双谱线光电测温器最优谱线测温实验研究》文中研究指明温度是研究云爆弹、温压弹热毁伤效应的一项重要参数,也是各类身管武器系统重要战术指标之一,但是爆炸场、火炮膛内产生的瞬态高温测试环境非常恶劣,具有温度高,反应剧烈,强干扰等特点,对测温方法及测温装置提出了更高的要求。针对恶劣环境下瞬态高温的测量需求,结合存储测试技术,以固态光电倍增管(SiPM)作为光学控制中心,设计了基于原子发射双谱线测温原理的光电测温器,并介绍了其各子模块设计方案。根据原子发射双谱线测温的影响因素,结合NIST原子发射光谱数据库,选择Cu I510.5nm和Cu I 521.8nm作为光电测温器温标谱线,基于激光诱导击穿光谱技术,研究了不同元素的谱线线宽机制及光谱强度与激光能量的关系。选择Cu I 510.5nm和Cu I521.8nm作为最优测温谱线,利用氢氧焰构建的铜加热温度场,对光电测温器测温常数值进行了静态标定实验,得出测温常数值,并计算了铜加热温度场温度。验证了光电测温器的可行性及光电测温器最优测温谱线选取的合理性。设置LIBS的光谱采集延迟时间,将光强比值及测得的电压比值进行比较,得出光电测温器的光谱采集响应时间小于3μs,并测量了不同激光能量条件下的铜等离子体电子温度,最高温度测量值为14236K。
王文誉[5](2020)在《基于凝结粒子计数的机动车排放超细颗粒物数浓度在线测量关键技术研究》文中研究指明近年来,随着我国经济快速发展和人民收入水平不断提高,截至2019年底我国机动车保有量达3.48亿辆。机动车保有量的持续增长导致了严重的环境污染问题,机动车排放颗粒物已成为我国城市大气环境中PM2.5的主要污染源之一。为此,我国依次在《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》、《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》排放法规中,新增了固态颗粒物数量(Particle Number,PN)排放限值。因此,机动车PN的在线测量对于准确评估机动车颗粒物排放状况具有重要意义。目前,用于机动车排放PN的测量方法主要分为静电法和凝结粒子计数法两大类。静电法是通过反演测量的微电流值来反演获取颗粒物数浓度值,测量精度不高。凝结粒子计数法为直接对颗粒进行单粒子计数,具有极高的测量精度,是目前国内外机动车排放PN法规台架测试的主流方法。然而,在凝结粒子计数过程中,超细颗粒物粒径一般已增长到微米尺度以上,单粒子脉冲信号有概率存在重叠的问题,从而限制凝结粒子计数技术的测量范围。为此,本文在国家重点研究计划项目“移动污染源排放快速在线监测技术研发及应用示范”的支持下,开展了基于凝结粒子计数的机动车排放超细颗粒物数浓度在线测量关键技术研究。设计并研制出超细颗粒物异质凝结增长装置和高带宽光学单粒子计数装置,提出了基于粒子脉冲宽度累积的重叠校正方法,建立了机动车排放超细颗粒物数浓度测量系统,完成了相关的性能评估测试,并开展了机动车台架测试等实验,主要成果如下:(1)在深入分析异质凝结成核理论、单粒子光散射测量理论的基础上,提出了超细颗粒物醇基凝结增长、光学单粒子计数与粒子重叠校正于一体的机动车排放超细颗粒物数浓度测量方案,可以实现凝结环境条件下小流量、高浓度、大粒径颗粒物的准确在线测量。(2)设计了一种基于连续全流方案的醇基超细颗粒物异质凝结增长装置,并建立了多物理场耦合仿真计算模型。通过分析温度、蒸汽分压和饱和蒸气压的非均匀空间分布,深入剖析了过饱和现象与粒子激活的成因,发现最大过饱和度和最小开尔文粒径均在冷凝腔体中心线附近实现。研究了冷凝腔尺寸参数、采样流量与过饱和度、开尔文粒径非均匀空间分布之间的相互影响关系,从而确定了凝结增长装置的关键系统结构与工作参数。定量分析了凝结增长装置温度窗口与粒子激活效率的之间的关系,提出了一种探测截止粒径动态调节的方法,从而可以满足不同应用场合的需求。设计了循环液体式腔体结构和低能耗的高效温控方案,实现了±0.2℃的温控精度,从而保证了冷凝腔中蒸汽过饱和区域的稳定。(3)针对小流量、大粒径与高浓度颗粒物测量的要求,设计了一种基于高带宽粒子脉冲测量方案的光学单粒子计数装置。通过光学设计,实现了焦点光斑宽度为27μm的探测激光输出,以及115°粒子散射光收集角度。为研究粒子脉冲带宽对粒子重叠概率和浓度测量范围的影响,设计了-3dB带宽为190kHz和5.4MHz的光电转换电路,并提出了两种粒子脉冲硬件测量方案。在0.3L/Min采样流量、1mW激光功率和待测15μm标准球形颗粒的工况下,高/低速光电转换电路对应的粒子脉冲半宽分别为650ns和5μs。(4)设计了超细颗粒物异质凝结增长装置、光学单粒子计数装置、外围测控单元和系统主控程序,并在此基础上搭建完成机动车排放超细颗粒物数浓度测量系统。搭建了系统标定实验平台,对测量系统的探测效率、粒子重叠、浓度测量范围、测量准确度和响应时间等参数进行了实验研究。结果表明,TW-10-35温度窗口(饱和腔体温度35℃,冷凝腔体温度10℃)工况下,自研系统50%探测效率对应的粒径(d50)约为4.5nm,TW-20-35工况下d50约为10nm,TW-32-38工况下,d50约为26nm。在15,000#/cm3的测试浓度下,5μs半宽的粒子脉冲信号对应的重叠概率约为56.4%,650ns半宽信号对应的重叠概率仅为9.5%左右。应用粒子脉宽重叠校正方法,自研系统实现了0-2.65x105#/cm3的浓度测量范围,全范围内测量偏差小于10%。在1L/Min旁路高流量模式下系统0-90%响应时间(Tr,90)约为3秒,0.3L/Min低流量模式下系统Tr,90约为3.5秒。(5)开展了测量系统比对测试实验及数据分析,通过与TSI公司的3788型、Airmous公司的A20型凝结粒子计数器进行环境大气气溶胶比对测试实验,结果表明自研系统与二者之间的线性相关性均优于0.99。在中国汽车技术研究中心与国Ⅵ法规PN测量设备(MEXA-2000SPCS,HORIBA)开展了柴/汽油机动车台架测试比对实验,结果表明自研设备与法规PN测量设备之间的统计相关性为94%。最后,在南开大学城市交通排放控制研究中心开展了机动车颗粒物排放特征研究实验,结果表明某型国Ⅴ和某型国Ⅵ测试车辆排放尾气中23nm以下的PN与23nm-2.5μm粒径范围内的PN之比至少为2/5,证明了测试车辆存在大量23nm以下的颗粒物排放。
吴梦实[6](2020)在《面向水听器应用的高性能光纤准分布式声波传感器》文中提出光纤水听器诞生于上世纪70年代,最初的应用主要是面向军事需求。近年来,随着技术的进步,光纤水听器的应用领域有所拓展,开始在科学研究、海底资源勘探等重要民用领域中发挥作用,面临的应用需求也有所提升。目前的光纤水听器技术还不能适应这些应用需求的改变,暴露出了复用规模不足、噪声等级过高、阵元尺寸过大不易布放等问题。传统的光纤水听器技术经过数十年的发展,现在已非常成熟,在原有技术的基础上提升性能的可操作空间不大。另外一方面,近十年来分布式光纤声波传感器(DAS)被提出并不断优化,在这一过程中,研究者们提出了许多关于提升系统性能的先进技术。DAS与光纤水听器具有相似的功能,因此DAS相关研究中的许多技术,可以为提升光纤水听器系统的性能提供借鉴。例如随着窄线宽激光器的商用化提出的相干探测技术;随着快速数字电路系统的发展提出的脉冲压缩、频分复用技术;随着激光加工技术发展提出的弱光栅阵列、弱反射点阵列、瑞利散射增强技术等。这些技术可以用于扩大系统的复用规模,提升系统的传感精度。直接将分布式声波传感器系统,或者相关的技术直接应用于水声传感中时,虽然可以提升系统的复用规模,但是仍然存在测量精度不足、频率响应不佳等性能表现问题,因此需要对这两种技术的结合作进一步的研究。本文以实现大规模复用的高光纤声波传感器阵列,满足目前水下声传感的应用的需求为目标展开研究。主要研究内容为提升水听器系统的复用规模,测量精度,以及频率响应等关键指标,为传感阵列轻型化等应用难题提供解决方案。所做的研究以按照递进的顺序展开,包括基于相位噪声补偿的水听器高精度相干探测技术,基于脉冲压缩的超高精度水听器探测技术,基于正交频分复用与游标效应的高频率响应水听器探测技术,以及基于飞秒激光直写的大规模弱反射点阵列加工技术。这些工作的主要创新性为:(1)在基于相位噪声补偿的低噪声水听器相干探测技术的研究工作中,通过提出基于相干探测与弱反射点阵列的水听器系统,以及相干探测的相位噪声补偿结构,实现了探测距离20km,空间分辨率10m,噪声等级为-71.2dB re rad/√Hz@10-2500Hz的大规模复用低噪声系统,其中相位噪声补偿结构对于低频噪声有平均28dB的抑制效果。该系统的指标符合水下声传感应用的噪声等级要求,并且具有传统水听器阵列20倍的复用规模。(2)在基于脉冲压缩的超低噪声水听器探测技术的研究工作中,提出了基于脉冲压缩方法的相位噪声补偿结构,并对系统噪声成分做了分析与计算。实现了探测距离20km,空间分辨率20m,噪声等级为-93.16dB re rad/√Hz@500-2500Hz的超高精度系统,其中相位噪声补偿结构对于系统噪底降低贡献了12dB的补偿效果。该技术可以为水听器系统复用规模的进一步扩大以及传感器阵列的轻型化封装留出噪声等级余量。(3)在基于正交频分复用与游标效应的高频率响应水听器探测技术的研究工作中,提出了正交频分复用与游标效应方法两种提升系统频率响应的方法。实现了探测距离50km,最高可探测频率25k Hz的高频率响应系统。该技术解决了本文所提出的水听器系统因为复用规模扩大所伴生出的频率响应不佳的问题。(4)在基于飞秒激光直写的大规模弱反射点阵列加工技术研究工作中,提出了全自动弱反射点阵列刻写系统,以及高反射率低传输损耗的弱反射点刻写工艺。制作出的弱反射点阵列样品长度为9.8km,反射点间隔10m,反射率为-42dB,传输损耗-0.34dB/km。该研究解决了现有弱反射点阵列应用于水听器系统中时性能表现不佳的问题。
魏宇航[7](2020)在《载人航天小型辐射剂量计研制》文中研究说明空间辐射环境不仅会对在轨航天器造成危害,此外还会对航天员的身体健康甚至是生命造成威胁。随着航天事业的发展,载人航天任务逐渐增多,为航天员的健康提供保障的需求日益迫切,因此研制小型便携的辐射剂量计实时监测剂量是十分必要的。本文利用塑料闪烁体、Si PM和FPGA设计了一款新型的小型航天员个人辐射剂量计。此剂量计具有对多种辐射粒子敏感、体积小的优点,且相比半导体辐射探测器性能更加稳定且更耐辐照,同时使用FPGA有效地简化了外围电路。本文的主要研究内容包括:首先,对探测器的探头进行设计,采用具有良好光收集效率、探头尺寸与反射层的方案。在塑料闪烁体的中子与γ射线能量响应进行GEANT4模拟的基础上,确定研制方案;对前置运算放大电路的稳定性与滤波电路等进行理论分析与仿真,完成了放大整型电路的设计。前置运算放大电路的噪声理论估算值为2.89m V,实际测试中放大整形电路输出端噪声电压幅度小于3m V与理论估计相符合。其次,设计了剂量计的采样模块、数据处理模块、显示模块并编写数据处理的算法程序。硬件系统主要由Avalon数据总线、SDRAM控制器、PIO接口、EPCS控制器、AD转换控制器、LCD控制器等组成。通过程序设计实现了寻峰、双端时间符合、积分长度确定、能谱计算、双端能量合并、能量定标等功能。再次,本论文通过对辐射剂量计的数据传输系统的设计,实现了辐射探测数据通过千兆以太网传输到网络设备的功能。有效数据传输速率达到800Mbit/s;采用25MSPS采样率的ADC进行双端采样;使用FIFO缓存器实现了输入输数据位宽匹配与时钟匹配。最后,利用22Na与60Co放射源进行了实验调试与测试。使用补偿法降低了ADC的静态误差。通过仿真与实验对剂量计能谱响应的上限与下限进行了估计,得到对于伽马粒子能量的能谱响应上限为12.78Me V,下限为0.192Me V。同时利用非线性校正的方法得到中子能谱响应范围为1.52Me V-19.63Me V。进行单放射源与双放射源实验测试,得到累积的辐射剂量、粒子数与22Na射线能谱。
李沛轩[8](2020)在《微波光子信号频谱动态调控关键技术研究》文中提出微波光子学利用光子技术实现微波信号的产生、传输、处理和控制,具有宽带、高速、低损耗、抗电磁干扰、频率响应平坦和并行处理能力强等方面的优点,因此近年来受到了广泛的关注与研究。而微波光子信号频谱调控是指对微波光子系统输出的信号实现频谱相关的处理功能,其所涉及的频谱滤波、频率变换、频域失真补偿、信号产生和相位控制等关键技术是保障现代通信、电子战、雷达、遥感探测等微波应用系统有效运行的基础关键。随着5G/B5G/6G移动通信系统和军用一体化电子系统等新一代微波系统不断地朝着高频段、大带宽、多制式、多频段和可动态重构方向快速演进,满足动态场景需求的宽带微波光子信号频谱调控技术成为了微波光子学领域的研究热点和难点。本文重点围绕频谱滤波、频率变换以及频域失真补偿这三类微波光子信号频谱调控关键技术,以动态场景应用需求为导向,基于理论分析和实验验证展开了如下研究:首先从可调谐微波光子滤波器(MPF)的性能参数优化和功能拓展两个方面进行了动态可重构微波光子频谱滤波的研究;其次,针对变频转换效率低和带内镜像干扰等关键问题,进行了宽带级联型微波光子混频结构的性能优化研究;然后,针对频谱失真这一微波光子系统普遍存在的共性问题,着力于典型的宽带多频段微波光子系统“子载波复用(SCM)光载无线(Ro F)系统”,重点研究了光纤色散效应导致的频率选择性功率衰落(简称为“色散衰落”)和三阶交调失真(IMD3)这两种微波光子信号频谱失真的动态补偿问题;最后,进行了高性能可重构微波光子射频前端研究,探索了所研究的三类调控技术的综合应用。在动态可重构微波光子频谱滤波的研究中,针对可调谐MPF的性能参数优化,论文基于偏振调制到强度调制转换的原理,结合两级受激布里渊散射(SBS)结构,实现了高带外抑制比性能的可调谐MPF;基于高速电控光波长切换及多相移光纤光栅提出了一种快速调谐的平顶单带通MPF的实现方案。针对MPF的功能拓展,采用多次切割宽带光源的方法实现了双频带独立可调谐的MPF;通过对微波调制边带在两个正交偏振维度上的幅度和相位调控,实现了具有同步带通和带阻滤波功能的多功能可调谐MPF。在级联型微波光子混频器系统的性能优化研究中,论文应用偏振调制技术,通过抑制光载波和光子学方法产生的相位正交I/Q中频信号,实现了变频转换效率的提升和镜像干扰的抑制。在SCM Ro F系统的信号频谱失真动态补偿研究中,论文引入了光独立边带调制技术以实现与系统传输距离和带宽无关的色散衰落补偿;提出了一种非迭代数字盲线性化算法进行IMD3的自适应动态补偿。最后,论文基于频谱切割宽带光源(BOS)、双驱马赫曾德尔调制器(DDMZM)、色散介质和数字后处理方法,构建了高性能可重构微波光子射频前端系统。论文的主要研究成果如下:第一、实现了一种高带外抑制比性能的可调谐MPF。经实验验证,该MPF具有超高的处理精度(7.7 MHz)和高达80 d B的带外抑制比。而且,通过泵浦光的频率控制,在保证高带外抑制比性能的同时,可实现中心频率的连续调谐,调谐范围为2.1 GHz到6.1 GHz。此外,实验展示了一种具备单带通平顶滤波响应的任意多通道快速调谐MPF。在实验中,该MPF的滤波响应矩形系数为2.27,且中心频率的调谐速度可达1.73ns。该MPF还具备高达41 d B的带外抑制比和在12 GHz工作范围内任意多个通道之间快速切换的功能。(第三章)第二、通过差分群时延干涉仪和马赫曾德尔干涉仪进行BOS的多次频谱切割,实现了一种面向双工器应用的双频带独立可调谐MPF。两个独立信道的中心频率可在0到6 GHz以及0到17 GHz之间独立调谐,信道间的隔离度超过44 d B。基于偏振复用MZM(PDM-MZM)和光纤SBS效应,实现了可同时提供频域通道选择(带通滤波)、带外干扰抑制(带阻滤波)和互补滤波输出(同步的带通和带阻滤波)等功能的多功能可调谐MPF。在实验中,该MPF具有高频率处理精度(~20 MHz)、高噪声信号抑制比(带通滤波:>35 d B;带阻滤波>51 d B)以及宽带可调谐(3到15 GHz)等特性。(第三章)第三、级联两个偏振调制器,在不需要光滤波的情况下实现了光载波的有效抑制,解决了低频段射频信号受限的问题,实现了宽谱覆盖的高转换效率微波光子混频系统。在2到15 GHz的输入信号频率测量范围内,该系统的变频转换效率相较于级联MZM结构提高了20 d B。级联相位调制器和偏振调制器,利用偏振调制器、单边带调制和两路光检偏器的组合,产生了两路相位正交的I/Q中频信号,借助于实时模拟电处理和离线数字处理分别实现了45 d B和60 d B的镜像抑制比。(第四章)第四、基于光独立边带调制,结合提出的无频谱保护间隔SCM信道频率分配方案,实验成功地验证了一个具有45个500 MHz带宽4QAM-OFDM SCM信道的Ro F系统,在15 GHz左右的电器件带宽条件下,实现了总带宽为22.5 GHz的SCM信号在50 km标准单模光纤(SSMF)链路中的传输。基于非迭代盲线性化算法和单端口驱动的双驱MZM的调制啁啾控制,实现了SCM Ro F系统的色散衰落和IMD3的灵活、自适应补偿,最终通过实验成功地验证了不同数目的500 MHz带宽64-QAM OFDM SCM信道(1、5、9、12)在不同长度SSMF(20 km、50 km和100 km)中的传输可行性。(第五章)第五、实现了一种具备信号频谱失真补偿功能的高性能可重构微波光子射频前端。实验结果表明,该系统具有可重构带通滤波、宽带微波光子混频和中频带通滤波等功能。DDMZM的偏压控制可实现色散衰落的补偿,获得0到15 GHz的滤波和中频响应调谐范围。该系统借助数字非迭代盲线性化算法有效地抑制了IMD3干扰,在滤波和混频两种功能模式下,系统的无杂散动态范围可分别由87.6 d B·Hz2/3和81 d B·Hz2/3改善为112 d B·Hz4/5和103.7 d B·Hz4/5。(第六章)综上所述,本论文针对动态场景下的微波光子信号频谱调控这一问题,围绕频谱滤波、频率变换和频域失真补偿这三类关键技术展开了研究。论文针对动态可重构微波光子频谱滤波,提出了多种MPF方案,进行了可调谐MPF的性能优化和功能拓展;设计了两种微波光子混频结构,有效地提升和抑制了宽带级联型微波光子混频系统的变频转换效率和镜像干扰;引入了独立边带调制,在解决色散衰落问题地同时,提升了SCM Ro F系统的带宽效率;提出了一种非迭代盲线性化算法,满足了动态场景下的IMD3自适应补偿需求并节省了系统开销和降低了处理时延;进行了上述三类调控技术的综合应用探索,设计了一种高性能可重构微波光子射频前端。
朱军锋[9](2019)在《KTX等离子体中的光学诊断》文中研究指明科大一环(KTX)是在中国科学技术大学新建的一个反场箍缩实验装置,其大半径为1.4米,小半径0.4米。目前,KTX实现的最大等离子体电流为205kA,最长放电时间为21ms,并且实现了反场放电,反场持续时间为2ms。一些基础诊断已经应用在KTX上,像Hα、Bolometer、朗缪尔探针等。我们已经设计了一个10通道的Hα诊断系统,其时间响应带宽为300 kHz,空间分辨率约为40毫米,相邻通道的重叠率约3%,该系统已成功应用在KTX上。在KTX初始运行阶段,Hα诊断系统是一个非常重要的工具。用狭缝取代传统光学透镜使得系统变得紧凑,弯曲滤光片的设计是为了防止通道随着入射角变大其透过的中心波长偏移太大。为了消除杂散光,系统的内壁覆盖着有很高吸收率的黑铝箔,并且构造了一个二维模型来估算Hα信号中反射信号的比例。利用Hα数据和朗缪尔探针测得的电子温度和密度的分布,可以计算KTX等离子体中性氢密度的分布。Hα诊断快速的时间响应和良好的空间分布有利于RFP等离子体的许多物理研究。我们也通过一个20通道的AXUV bolometer测量了 KTX等离子体的辐射功率,bolometer的频率响应带宽为40 kHz,空间分辨率优于40 mm,相邻通道的重叠率约20%。20个通道的相对校准系数可以消除空间几何对于信号强度的影响。对于KTX上的超低q放电,当等离子体电流约60 kA时,通过bolometer测得的辐射功率约占欧姆加热功率的10.0%,并且我们已经对等离子体系数和总辐射功率之间的关系做了简要分析,也讨论了 KTX上超低q放电和tokamak放电的辐射功率剖面。还有,利用Hα和bolometer数据计算了 Zeff的分布,它的值与通过等离子体电阻率算得的值吻合的很好,Zeff在等离子体小截面上是中空分布的。另外,我们发展了一套高分辨的离子多普勒光谱诊断测量KTX等离子体流速和离子温度,该系统包括一个一米焦距的Cherny-Turner光谱仪,它衍射光栅的线密度为24001/mm,一阶光谱的范围为270 nm-640 nm。光谱仪出射狭缝处的光经过一个直径为2 mm的柱面镜分散后被一个32通道的多阳极光电倍增管接收。我们选择464.742 nm的CIII谱线去测量多普勒展宽和频移,这条谱线是通过USB2000+的微型光纤光谱仪选出的,其可测量的光谱范围为340 nm-1024 nm。
燕斌斌[10](2019)在《基于PandaⅩ-Ⅱ实验探测WIMP与原子核自旋相关的反应》文中指出物理学界最有名的故事之一就是“两朵乌云”,这个故事也激励着一代又一代物理学家不懈奋斗,勇于探索未知。物理学走到今天,虽然标准模型的巍峨大厦看起来不可突破,但也有越来越多的发现超出标准模型的框架,例如中微子,暗物质,暗能量,这些都是目前物理学界最前沿的课题。与此同时,人类的探测手段更加的丰富,引力波的发现让天文学进入了双信使时代,黑洞照片的公布也印证人类观测能力的增强,新一代超级加速器也在论证之中。从天文现象到宇宙演化的很多的证据让我们深信暗物质的存在,以我们对客观世界的认识也让我们深信暗物质由暗物质粒子组成,弱相互作用大质量粒子(Weakly Interacting Massive Particle,WIMe,P)是最有希望的候选者[76]。为了揭开这朵新的“乌云”,人们从天上地下寻找暗物质粒子的踪迹,PandaⅩ实验就是其中一个地下暗物质直接探测实验。PandaX实验是由上海交通大学牵头发起,使用液氙作为探测媒介,实验室坐落于四川省西昌市的中国锦屏地下实验。目前正在进行的是580kg级的PandaX-Ⅱ实验,是目前世界上在运行的最大最灵敏的暗物质直接探测实验之一。截止到目前,实验还没发现任何弱相互作用大质量粒子,实验结果进一步压缩了其可能存在的参数空间。按照稀有物理发现的规律,突破性的物理结果往往就是在于坚持实验或不经意发现之中。世界各个暗物质探测组都在升级探测设备,就液氙暗物质直接探测技术来说,增加体积和压低本底是两大方向。PabdaⅩ合作组正在升级PabdaⅩ-4T实验,总共可以容纳6吨液氙,也有更加严格的本底控制。山东大学从2009年就成为PandaX合作组成员,本人从2015年参与到Pan-daX实验,此时PandaⅩ-Ⅱ已经完成了搭建,在之后的测试和运行中,每年有超过150天在现场参与工作,逐渐深入的了解探测器。我承担了 PandaⅩ-Ⅱ实验中的部分数据分析工作,包括单电子信号,探测器均匀性修正,探测器刻度等。作为主要完成人完成了暗物质与原子核自旋相关的反应分析的工作。本文章节如下安排:第一章为绪论,介绍目前暗物质探测的实验组及其进展;第二章介绍液氙作为暗物质探测媒介的性质;第三章介绍PandaⅩ-Ⅱ实验的组成;第四章介绍PandaⅩ-Ⅱ实验对信号的响应;第五章介绍探测器的刻度;第六章给出最终结果数据分析及总结展望。
二、一种提高光电探测系统测量上限的方法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种提高光电探测系统测量上限的方法(论文提纲范文)
(1)基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究的背景与意义 |
1.2 激光雷达信号去噪技术研究现状 |
1.3 行星边界层高度探测方法研究现状 |
1.4 气溶胶消光特性反演方法研究现状 |
1.5 气溶胶微物理特性探测技术研究现状 |
1.6 本文研究内容及章节安排 |
第二章 激光雷达系统和数据预处理 |
2.1 激光雷达系统 |
2.1.1 Mie散射激光雷达 |
2.1.2 Raman散射激光雷达 |
2.1.3 高光谱分辨率激光雷达 |
2.1.4 多波长激光雷达 |
2.2 .激光雷达数据预处理 |
2.2.1 探测器延时校正 |
2.2.2 背景噪声订正 |
2.2.3 后脉冲订正 |
2.2.4 距离平方校准 |
2.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的激光雷达信号去噪方法 |
2.3.1 变分模态分解算法 |
2.3.2 鲸鱼优化算法 |
2.3.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的去噪方法 |
2.3.4 实验结果与讨论 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于激光雷达数据的行星边界层高度反演 |
3.1 边界层高度反演资料 |
3.1.1 微脉冲激光雷达资料 |
3.1.2 无线电探空仪资料 |
3.2 行星边界层高度的常用反演方法 |
3.2.1 梯度法 |
3.2.2 曲线拟合方法 |
3.2.3 小波协方差变换法 |
3.3 改进的行星边界层高度自适应确定方法 |
3.4 实验结果与讨论 |
3.4.1 合成信号实验 |
3.4.2 实测数据实验 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于激光雷达数据的气溶胶消光特性反演 |
4.1 常见激光雷达系统的气溶胶消光系数反演方法 |
4.1.1 基于Mie散射激光雷达反演消光系数 |
4.1.2 基于Raman散射激光雷达反演消光系数 |
4.1.3 基于高光谱分辨率激光雷达反演消光系数 |
4.2 深度信念网络 |
4.3 基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演方法 |
4.4 实验结果与讨论 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于多波长激光雷达数据的气溶胶微物理特性反演 |
5.1 气溶胶微物理特性 |
5.1.1 气溶胶的粒径 |
5.1.2 气溶胶的粒径谱分布 |
5.1.3 粒子尺度描述参数 |
5.1.4 复折射指数 |
5.2 Mie散射理论 |
5.3 不适定问题概述 |
5.4 基于GCV正则化反演气溶胶粒子谱分布 |
5.5 基于气溶胶微物理参数正演气溶胶光学特性 |
5.5.1 粒子谱分布的选择 |
5.5.2 气溶胶复折射指数的选择 |
5.5.3 气溶胶光学特性和激光雷达信号的模拟 |
5.6 基于气溶胶光学参数反演气溶胶微物理特性 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 研究内容与总结 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者简介 |
在研期间的工作成果 |
(2)利用PandaX二期探测器寻找暗物质(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号列表 |
第1章 引言 |
1.1 暗物质存在的证据 |
1.1.1 星系旋转曲线 |
1.1.2 子弹星系团 |
1.1.3 宇宙微波背景辐射 |
1.2 暗物质候选粒子 |
1.2.1 惰性中微子 |
1.2.2 轴子 |
1.2.3 大质量弱相互作用粒子(WIMP) |
1.3 WIMP暗物质探测 |
1.3.1 对撞机实验 |
1.3.2 间接探测暗物质 |
1.3.3 直接探测暗物质 |
1.4 二相型液氙时间投影室 |
1.4.1 液氙的特性 |
1.4.2 二相型液氙时间投影室的探测原理 |
第2章 PandaX-Ⅱ实验介绍 |
2.1 中国锦屏地下实验室 |
2.2 PandaX-Ⅱ探测器 |
2.2.1 被动屏蔽系统 |
2.2.2 时间投影室 |
2.2.3 刻度系统 |
2.3 PandaX-Ⅱ运行历史和数据总结 |
第3章 PandaX-Ⅱ数据的事例重建和质量条件 |
3.1 数据处理流程 |
3.1.1 Bamboo-Shoot |
3.1.2 PandaX-Chain |
3.1.3 PandaX-Tools和Event Selector |
3.2 光电管增益刻度 |
3.2.1 光电管运行状况 |
3.2.2 光电管增益的计算 |
3.2.3 低增益光电管的修正 |
3.3 信号的位置重建 |
3.3.1 垂直方向的位置重建 |
3.3.2 水平方向的位置重建 |
3.4 信号选取的质量条件 |
3.4.1 对 S1 信号的质量条件 |
3.4.2 对 S2 信号的质量条件 |
3.4.3 对事例位置重建的质量条件 |
3.4.4 其它质量条件 |
3.4.5 信号质量条件的“平顶”选择效率ε_(plateau) |
第4章 PandaX-Ⅱ探测器的响应和刻度 |
4.1 探测器的非均匀性修正 |
4.1.1 S1 信号修正 |
4.1.2 S2 信号垂直方向的修正 |
4.1.3 S2 信号水平方向的修正 |
4.2 BLS非线性修正 |
4.3 单电子增益 |
4.4 信号的能量重建 |
4.4.1 Run 9 PDE和EEE的扫描 |
4.4.2 Run 10 PDE和EEE的扫描 |
4.4.3 Run 11 PDE和EEE |
4.5 核反冲与电子反冲刻度 |
4.5.1 核反冲与电子反冲事例分布 |
4.5.2 PandaX-Ⅱ信号模型 |
4.5.3 S1和S2信号选择效率 |
第5章 PandaX-Ⅱ暗物质探测数据中的本底估计 |
5.1 电子反冲本底 |
5.1.1 ~(127)Xe本底 |
5.1.2 氚本底 |
5.1.3 探测器材料伽马本底 |
5.1.4 ~(136)Xe的双β衰变和太阳中微子本底 |
5.1.5 ~(220)Rn本底 |
5.1.6 ~(222)Rn本底 |
5.1.7 氪本底 |
5.2 中子本底 |
5.2.1 估计中子本底的新方法 |
5.2.2 利用AmBe数据进行刻度 |
5.2.3 中子探测器模拟的改进 |
5.2.4 新方法得到的PandaX-Ⅱ中子本底 |
5.3 偶然符合本底 |
5.3.1 孤立 S1 信号 |
5.3.2 孤立 S2 信号 |
5.3.3 随机匹配孤立 S1 和孤立 S2 与BDT方法 |
5.4 表面本底 |
5.5 PandaX-Ⅱ本底水平总结 |
第6章 PandaX-Ⅱ暗物质探测数据中的最终候选事例 |
6.1 暗物质信号探测的选择条件 |
6.2 最终候选事例及分布 |
6.3 泄露事例的讨论 |
第7章 PandaX-Ⅱ实验的WIMP探测灵敏度和排除线 |
7.1 剖面似然拟合分析 |
7.2 探测灵敏度和最终排除线 |
第8章 总结和展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
致谢 |
(3)中高轨目标光电探测与成像技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.1.1 空间目标探测需求 |
1.1.2 中高轨目标概述 |
1.1.3 中高轨目标光电探测分析 |
1.2 国外中高轨探测现状 |
1.2.1 国外中高轨测量现状 |
1.2.2 国外中高轨成像现状 |
1.3 国内中高轨目标探测现状 |
1.3.1 国内中高轨测量现状 |
1.3.2 国内中高轨成像现状 |
1.4 论文研究内容 |
第2章 中高轨目标搜索策略研究 |
2.1 搜索策略 |
2.2 搜索结果 |
2.3 搜索步骤 |
2.4 小结 |
第3章 中高轨目标测量精度检测方法研究 |
3.1 基本测量原理 |
3.1.1 探测原理和光学设计 |
3.1.2 轴系定位原理 |
3.1.3 天文定位原理 |
3.1.4 GPS和北斗卫星简介 |
3.2 利用GPS卫星鉴定测量精度流程 |
3.2.1 精密星历获取 |
3.2.2 插值处理 |
3.2.3 时间关系转换 |
3.2.4 天文定位的坐标转换 |
3.2.5 轴系定位的坐标转换 |
3.2.6 试验数据应用 |
3.3 利用北斗精密星历鉴定测量精度 |
3.3.1 可行性分析 |
3.3.2 试验数据应用 |
3.4 小结 |
第4章 大口径光电成像望远镜技术研究 |
4.1 中高轨目标光学成像技术总述 |
4.2 大口径光电成像望远镜原理浅析 |
4.3 自适应光学系统 |
4.3.1 波前传感器工作原理 |
4.3.2 波前复原算法 |
4.3.3 波前校正器工作原理 |
4.4 激光导引星 |
4.4.1 激光导引星的必要性 |
4.4.2 激光导引星的原理 |
4.4.3 存在的局限性 |
4.4.4 实现激光导引星的若干问题 |
4.5 大口径望远镜设计与仿真 |
4.5.1 光电望远镜设计 |
4.5.2 波前传感器仿真 |
4.5.3 直接斜率法仿真 |
4.5.4 波前校正器的仿真实现 |
4.6 小结 |
第5章 强度相干成像技术研究 |
5.1 强度相干成像原理 |
5.1.1 光场相干性 |
5.1.2 Van Citter-Zernike定理 |
5.1.3 图像恢复 |
5.2 强度相干测量原理 |
5.3 有边界限制的极大似然频谱模值估计算法 |
5.3.1 频谱模值估计原理 |
5.3.2 频谱模值估计方法 |
5.3.3 数值计算分析验证 |
5.4 强度相干试验平台构建 |
5.4.1 实验设计 |
5.4.2 实验实现 |
5.4.3 实验验证 |
5.5 小结 |
第6章 傅里叶望远镜技术研究 |
6.1 傅里叶望远镜数学模型 |
6.1.1 傅里叶望远镜成像原理 |
6.1.2 两个发射器形成单一条纹 |
6.1.3 相位闭合技术 |
6.2 空间频谱成像 |
6.2.1 光学传递函数基本概念 |
6.2.2 光学传递函数成像系统中的应用 |
6.2.3 深入理解光学传递函数 |
6.3 物理建模仿真实现 |
6.3.1 原理演示验证系统设想 |
6.3.2 简化模型 |
6.3.3 激光器 |
6.3.4 发射器布局 |
6.3.5 误差源分析 |
6.3.6 大气建模 |
6.4 仿真结果 |
6.4.1 目标处干涉条纹仿真结果 |
6.4.2 目标参数设置 |
6.4.3 恢复计算过程 |
6.4.4 图像恢复结果 |
6.5 小结 |
第7章 剪切光束成像技术研究 |
7.1 剪切光束成像原理 |
7.1.1 成像原理 |
7.1.2 信噪比分析 |
7.1.3 大气补偿 |
7.2 四光束剪切光束成像目标重构算法研究 |
7.2.1 四光束剪切光束成像理论 |
7.2.2 四光束图像复原算法 |
7.2.3 四光束剪切光束成像 |
7.3 小结 |
第8章 总结与展望 |
8.1 本文的主要创新点和工程应用价值 |
8.2 下一步研究方向 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)原子发射双谱线光电测温器最优谱线测温实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 高温测量领域国内外研究现状 |
1.3 原子发射双谱线测温技术国内外发展现状 |
1.4 存储测试技术国内外发展现状 |
1.5 论文的主要研究内容 |
第2章 原子发射双谱线测温法 |
2.1 光谱法测温 |
2.2 原子发射光谱的产生 |
2.3 原子发射双谱线测温原理及影响因素 |
2.3.1 原子发射双谱线测温原理 |
2.3.2 原子发射双谱线测温的影响因素 |
2.4 本章小结 |
第3章 原子发射双谱线光电测温器的设计 |
3.1 原子发射双谱线测温器系统设计方案 |
3.2 原子发射双谱线光电测温器子模块方案设计 |
3.2.1 光学模块方案设计 |
3.2.2 光电转换模块方案设计 |
3.2.3 数据采集存储模块设计 |
3.3 本章小结 |
第4章 最优温标谱线波长选取及测温实验 |
4.1 原子光谱数据库(ASD)简介 |
4.2 光电测温器最优测温谱线选取 |
4.3 激光诱导铜等离子体谱线特性实验 |
4.3.1 激光诱导击穿光谱技术 |
4.3.2 实验仪器介绍 |
4.3.3 激光诱导等离子体光谱特性分析 |
4.4 原子发射双谱线测温常数静态标定实验 |
4.4.1 原子发射双谱线测温常数静态标定原理 |
4.4.2 实验系统方案 |
4.4.3 实验仪器及材料 |
4.4.4 实验及数据结果分析 |
4.5 激光诱导等离子体温度的测量 |
4.5.1 光电测温器光纤探头光谱采集响应时间标定 |
4.5.2 不同激光能量条件下等离子体电子温度测量 |
4.6 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(5)基于凝结粒子计数的机动车排放超细颗粒物数浓度在线测量关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 机动车颗粒物排放标准 |
1.3 机动车排放超细颗粒物检测方法研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 凝结粒子计数方法研究进展 |
1.4.1 异质凝结增长方法 |
1.4.2 颗粒物光散射计数方法 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 凝结粒子计数测量原理 |
2.1 引言 |
2.2 异质凝结成核理论 |
2.3 超细颗粒物凝结增长方式 |
2.4 光散射法单粒子测量原理 |
2.4.1 单粒子光散射理论 |
2.4.2 散射光强模拟分析 |
2.4.3 散射光集光结构分析 |
2.4.4 粒子脉冲测量与重叠校正方法 |
2.5 测量系统总体方案设计 |
2.6 本章小结 |
第3章 超细颗粒物异质凝结增长装置仿真分析与设计 |
3.1 引言 |
3.2 连续全流式凝结增长装置总体方案设计 |
3.3 异质凝结增长装置仿真及关键参数分析 |
3.3.1 异质凝结增长装置数值模型 |
3.3.2 过饱和度与开尔文粒径典型空间分布 |
3.3.3 冷凝腔尺寸对凝结增长装置性能的影响 |
3.3.4 采样流量对凝结增长装置性能的影响 |
3.3.5 温度窗口对粒子激活效率的影响 |
3.4 异质凝结增长装置结构设计 |
3.5 本章小结 |
第4章 高带宽光学单粒子计数装置设计与性能分析 |
4.1 引言 |
4.2 光学单粒子计数装置总体方案设计 |
4.3 粒子计数装置光学关键模块仿真分析与设计 |
4.3.1 超窄光斑激光模块仿真与设计 |
4.3.2 大角度粒子散射光收集模块仿真与设计 |
4.3.3 光学关键模块装调结构设计 |
4.4 粒子计数装置电子学关键模块分析与设计 |
4.4.1 激光器恒功率驱动电路设计 |
4.4.2 光电探测器的选取与性能分析 |
4.4.3 光电转换电路模型分析 |
4.4.4 低速光电转换电路设计 |
4.4.5 高速光电转换电路设计 |
4.4.6 粒子脉冲测量电路设计 |
4.5 粒子计数装置单粒子脉冲性能分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 系统集成与实验数据分析 |
5.1 引言 |
5.2 系统集成 |
5.2.1 关键测控单元 |
5.2.2 测控流程与通讯 |
5.3 系统性能测试与分析 |
5.3.1 颗粒物探测效率 |
5.3.2 数浓度范围测定实验平台 |
5.3.3 粒子脉冲带宽对数浓度测量范围的影响分析 |
5.3.4 脉冲峰值鉴别法数浓度测量性能分析 |
5.3.5 重叠概率校正法数浓度测量范围分析 |
5.3.6 脉冲宽度校正法数浓度测量范围分析 |
5.3.7 系统响应时间测试与分析 |
5.4 环境气溶胶对比测试实验 |
5.5 机动车台架测试实验 |
5.5.1 实验平台搭建 |
5.5.2 机动车台架对比测试实验结果分析 |
5.5.3 不同工况下机动车颗粒物排放特征 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文主要结论 |
6.2 本文的创新点 |
6.3 下一步工作 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(6)面向水听器应用的高性能光纤准分布式声波传感器(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 光纤水听器技术概述 |
1.2.1 干涉式光纤水听器的阵列形式 |
1.2.2 干涉式光纤水听器系统的调制解调方法 |
1.2.3 干涉式光纤水听器的复用技术 |
1.3 光纤分布式声波传感技术研究现状 |
1.4 本论文主要内容与结构安排 |
第二章 分布式与准分布式光纤声波传感器的传感原理 |
2.1 光纤中的散射 |
2.1.1 光纤中后向散射的分类 |
2.1.2 瑞利散射的原理与特性 |
2.1.3 米散射仿真方法 |
2.2 分布式声波传感的基本原理 |
2.2.1 光的干涉特性与相干探测结构 |
2.2.2 分布式声波传感系统的数学描述 |
2.3 水听器阵列与准分布式声波传感器的系统参数设计 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于相位噪声补偿的低噪声水听器相干探测技术 |
3.1 引言 |
3.2 基于相干探测的准分布式声波传感系统探测原理 |
3.3 相干探测结构的噪声来源与相位噪声补偿结构 |
3.4 基于相位噪声补偿的相干探测系统设置 |
3.5 系统测试结果与讨论 |
3.6 本章小结 |
第四章 基于脉冲压缩的超低噪声水听器探测技术 |
4.1 引言 |
4.2 基于脉冲压缩的水听器阵列调制与解调原理 |
4.3 系统的噪声成分分析与主要噪声的理论值计算方法 |
4.4 系统实验设置 |
4.5 实验结果与讨论 |
4.6 本章小结 |
第五章 基于正交频分复用与游标效应的高频率响应水听器探测技术 |
5.1 引言 |
5.2 正交频分复用方法的基本原理 |
5.3 游标效应的原理与局限 |
5.4 实验系统设置 |
5.5 实验结果与讨论 |
5.5.1 OFDM方法的性能验证 |
5.5.2 游标效应方法的传感性能验证 |
5.6 本章小结 |
第六章 基于飞秒激光直写的大规模弱反射点阵列加工技术 |
6.1 引言 |
6.2 飞秒激光直写加工弱反射点技术原理 |
6.3 基于飞秒激光加工的弱反射点自动加工系统设计 |
6.4 弱反射点刻写工艺的设计与迭代 |
6.5 大规模复用弱反射点阵列样品与测试结果 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 工作及创新意义总结 |
7.2 后续工作展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(7)载人航天小型辐射剂量计研制(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略词 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.1.1 课题的研究背景与意义 |
1.1.2 国内外发展研究现状 |
1.2 论文的研究工作与章节安排 |
第二章 辐射探测器原理 |
2.1 辐射探测器分类 |
2.1.1 被动式辐射探测器 |
2.1.2 主动式辐射探测器 |
2.2 塑料闪烁体和光电倍增管 |
2.2.1 基本工作原理 |
2.2.2 闪烁体的发光特性 |
2.2.3 光电倍增管 |
2.3 电子学线路与数字信号处理 |
2.3.1 前置运算放大器电路分类 |
2.3.2 模数转换与数字信号处理 |
2.3.3 波形数字化技术 |
2.4 辐射测量技术原理 |
2.4.1 脉冲积分长度选取 |
2.4.2 双端事件符合技术 |
2.4.3 双端能谱合并算法 |
2.4.4 剂量仪原理与相关概念 |
2.5 本章小结 |
第三章 辐射剂量计探头与放大整型电路的设计 |
3.1 探头设计 |
3.1.1 探头材料 |
3.1.2 光收集系统 |
3.1.3 光电倍增器件 |
3.2 能量响应 |
3.3 前置运算放大电路设计 |
3.3.1 前置放大单元类型的选择 |
3.3.2 运算放大电路的稳定性 |
3.3.3 极零相消 |
3.3.4 滤波电路 |
3.3.5 仿真与实验测试 |
3.3.6 前置运算放大电路的噪声估计 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于FPGA的探测器采样传输系统设计 |
4.1 以太网技术实现通信协议 |
4.1.1 以太网的FPGA实现 |
4.1.2 通信协议 |
4.2 硬件设计 |
4.2.1 程序设计 |
4.2.2 FIFO深度计算 |
4.2.3 CRC校验 |
4.3 调试与实验测试 |
4.3.1 时序分析与约束 |
4.3.2 实验测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 辐射剂量计采样、处理与显示系统设计 |
5.1 采样电路 |
5.1.1 衰减电路 |
5.1.2 采样电路 |
5.2 数据处理单元 |
5.2.1 硬件设计 |
5.2.2 软件设计 |
5.3 LCD显示单元 |
5.4 本章小结 |
第六章 系统调试与实验结果讨论 |
6.1 系统功能测试 |
6.1.1 脉冲信号波形 |
6.1.2 模数转换单元测试 |
6.1.3 定标 |
6.2 探测器能量响应的上下限分析 |
6.2.1 γ射线能谱响应上下限分析 |
6.2.2 中子能谱响应的上下限分析 |
6.3 实验测试 |
6.3.1 单放射源测试 |
6.3.2 双放射源测试 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 工作总结 |
7.2 本文创新点 |
7.3 未来工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(8)微波光子信号频谱动态调控关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文的研究背景及意义 |
1.2 微波光子信号频谱调控技术研究现状 |
1.2.1 微波光子滤波技术 |
1.2.2 微波光子混频技术 |
1.2.3 微波光子信号频谱失真补偿技术 |
1.3 论文的主要工作及结构 |
第2章 微波光子信号频谱调控的基本原理与技术 |
2.1 微波光子信号频谱调控基础技术 |
2.1.1 电光调制技术 |
2.1.2 基于光纤光学的光域信号处理技术 |
2.1.3 光电探测技术 |
2.2 典型微波光子信号频谱调控系统的功能实现原理 |
2.2.1 级联EOM架构微波光子混频原理 |
2.2.2 多光源架构微波光子滤波原理 |
2.3 典型微波光子信号频谱失真与原理 |
2.3.1 色散致频率选择性衰落 |
2.3.2 非线性频谱失真 |
2.4 本章小结 |
第3章 动态可重构微波光子频谱滤波研究 |
3.1 滤波性能参数优化 |
3.1.1 高带外抑制比的可调谐微波光子滤波器 |
3.1.2 多通道快速调谐的平顶单带通微波光子滤波器 |
3.2 滤波功能拓展 |
3.2.1 同步带通和带阻滤波的可调谐微波光子滤波器 |
3.2.2 双频带独立可调谐的微波光子滤波器 |
3.3 本章小结 |
第4章 宽带级联型微波光子混频系统的性能优化研究 |
4.1 宽谱覆盖高转换效率微波光子混频器 |
4.1.1 方案设计与无光滤波条件下光载波抑制原理 |
4.1.2 高转换效率混频实验与结果分析 |
4.2 高镜像抑制比微波光子混频器 |
4.2.1 方案设计与镜像干扰抑制原理 |
4.2.2 高镜像抑制比混频实验与结果分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 宽带RoF系统的频谱失真动态补偿研究 |
5.1 基于光独立边带调制的宽带SCMRo F系统 |
5.1.1 光ISB调制SCM Ro F系统架构和信道频率分配方案 |
5.1.2 光ISB调制SCM Ro F系统传输性能实验 |
5.2 带通SCMRo F系统的非线性失真与色散衰落补偿 |
5.2.1 系统架构设计以及色散衰落和IMD3补偿原理 |
5.2.2 色散衰落和IMD3补偿实验与系统性能分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 高性能可重构微波光子射频前端研究 |
6.1 微波光子射频前端的方案架构设计 |
6.2 可重构信号处理功能实验验证 |
6.2.1 微波光子带通滤波 |
6.2.2 微波光子混频和中频带通滤波 |
6.3 频谱失真补偿功能实验验证 |
6.3.1 滤波模式频谱失真补偿 |
6.3.2 混频模式频谱失真补偿 |
6.4 本章小结 |
总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文及科研成果 |
(9)KTX等离子体中的光学诊断(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第1章 绪论 |
1.1 核聚变 |
1.2 磁约束聚变装置 |
1.2.1 托卡马克 |
1.2.2 仿星器 |
1.2.3 反场箍缩 |
1.3 KTX装置 |
1.4 等离子体的光谱 |
1.5 本论文内容架构 |
第2章 KTX装置上H_a诊断 |
2.1 背景介绍 |
2.1.1 等离子体中粒子速度分布 |
2.1.2 粒子在热平衡时的状态分布 |
2.1.3 等离子体的简化模型 |
2.2 H_a辐射 |
2.3 H_a诊断系统 |
2.3.1 滤光片 |
2.3.2 光电二极管 |
2.3.3 前置放大器 |
2.3.4 黑铝箔膜 |
2.4 H_a诊断系统的校准 |
2.5 H_a诊断系统的实验布局 |
2.6 光反射比例的模拟分析 |
2.7 KTX装置上H_a诊断数据 |
2.8 中性氢密度的估算 |
2.8.1 动量约束 |
2.8.2 中性氢的密度与H_a数据的关系 |
2.8.3 H_a辐射发射率密度的计算 |
2.8.4 KTX上中性氢的密度 |
2.9 本章小结 |
第3章 KTX装置上的Bolometer诊断 |
3.1 背景介绍 |
3.2 等离子体中的辐射 |
3.2.1 轫致辐射 |
3.2.2 复合辐射 |
3.2.3 线辐射 |
3.2.4 回旋辐射 |
3.2.5 等离子体的总辐射功率 |
3.3 热辐射探测器的种类 |
3.3.1 热电堆 |
3.3.2 热释电探测器 |
3.3.3 热敏电阻测辐射热计 |
3.3.4 半导体箔测辐射热计 |
3.3.5 金属箔测辐射热计 |
3.3.6 AXUV探测器 |
3.3.7 红外相机测辐射热计 |
3.4 Bolometer诊断系统 |
3.4.1 磁传动系统 |
3.4.2 AXUV光电二极管 |
3.4.3 前置放大器 |
3.4.4 Bolometer系统的校准 |
3.5 等离子体总辐射功率的估算 |
3.5.1 KTX上等离子体的总辐射功率 |
3.6 等离子体辐射功率剖面的模拟[1] |
3.6.1 有限元方法 |
3.6.2 解析法 |
3.7 KTX等离子体参数与总辐射功率的关系 |
3.7.1 等离子体电流与总辐射功率的关系 |
3.7.2 等离子体环电压与总辐射功率的关系 |
3.7.3 等离子体密度与总辐射功率的关系 |
3.7.4 等离子体温度与总辐射功率的关系 |
3.7.5 等离子体参数与热辐射的定标关系 |
3.8 KTX等离子体辐射功率剖面 |
3.9 利用等离子体的辐射功率密度计算Z_(eff) |
3.9.1 KTX上等离子体的Z_(eff)的分布 |
3.10 本章小结 |
第4章 KTX装置上的Ion Doppler Spectrometer诊断 |
4.1 背景介绍 |
4.1.1 自然展宽 |
4.1.2 多普勒效应 |
4.1.3 斯塔克效应 |
4.1.4 塞曼效应 |
4.2 多普勒光谱的原理 |
4.3 IDS诊断系统 |
4.3.1 光收集系统 |
4.3.2 MSDD1004i光谱仪 |
4.3.3 分光系统 |
4.3.4 光谱探测系统 |
4.3.5 EMCCD |
4.4 海洋光学微型光谱仪 |
4.5 离子谱线的选定 |
4.6 IDS诊断系统的校准 |
4.7 KTX上IDS光谱实验数据 |
4.8 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录A 欧姆加热功率的计算 |
A.1 KTX欧姆加热功率 |
附录B MSDD1004i光谱仪主要技术参数 |
附录C 光学移动平台技术指标 |
附录D 滨松H7260-03型号光电倍增管技术参数 |
附录E ANDOR DU970P-BVF型EMCCD技术规格 |
附录F 海洋光学微型光纤光谱仪规格 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(10)基于PandaⅩ-Ⅱ实验探测WIMP与原子核自旋相关的反应(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
1 绪论 |
1.1 暗物质存在的证据 |
1.1.1 星系旋转曲线 |
1.1.2 引力透镜 |
1.1.3 宇宙微波背景辐射 |
1.1.4 暗物质候选粒子 |
1.1.5 超对称模型和WIMP miracle |
1.1.6 WIMP反冲事例率 |
1.2 探测暗物质 |
1.2.1 暗物质直接探测 |
1.2.2 暗物质间接探测 |
1.2.3 对撞机探测暗物质 |
1.3 论文章节的安排 |
2 基于两相型液氙的时间投影室技术 |
2.1 氙的物理性质 |
2.2 氙的光电特性 |
2.2.1 电离特性 |
2.2.2 发光特性 |
2.3 两相型液氙探测器 |
3 PandaⅩ-Ⅱ实验介绍 |
3.1 中国锦屏地下实验室,CJPL |
3.2 探测器组成部分 |
3.2.1 屏蔽体 |
3.2.2 制冷系统 |
3.2.3 循环系统 |
3.2.4 时间投影室(Time Projection Chamber,TPC) |
3.2.5 光电倍增管 |
3.2.6 刻度系统 |
3.2.7 慢控制系统和数据监测系统 |
3.2.8 DAQ系统 |
3.2.9 材料检测站 |
3.2.10 其余系统 |
3.3 PandaⅩ-Ⅱ时间表 |
3.4 PandaⅩ-Ⅱ离线软件 |
3.5 PandaⅩ-Ⅱ位置重建 |
4 探测器响应 |
4.1 光电管增益(Gain)刻度 |
4.1.1 Gain的稳定性 |
4.1.2 双光电子发射 |
4.1.3 光电管饱和 |
4.2 单电子增益 |
4.2.1 单电子事例的选择 |
4.2.2 单电子事例的能谱 |
4.2.3 S2 bottomonly SEG |
4.3 ZLE效率的刻度 |
4.3.1 使用LED数据刻度ZLE效率 |
4.3.2 使用AmBe数据刻度ZLE效率 |
4.4 探测器不均匀性的修正 |
4.4.1 Xe TPC常见刻度源 |
4.4.2 单次散射和多次散射 |
4.4.3 不均性修正 |
4.4.4 S2修正中的饱和问题 |
4.5 电光反相关图 |
5 PandaⅩ-Ⅱ低能事例刻度 |
5.1 NEST Model |
5.1.1 NSET model介绍 |
5.1.2 NSET模型的涨落 |
5.2 低能NR事例刻度 |
5.2.1 Am-Be中子源刻度 |
5.2.2 ~(252)Cf刻度 |
5.3 低能ER事例刻度 |
5.3.1 ~(127)Xe和~(83)Kr的低能事例 |
5.3.2 CH_3T |
5.3.3 Rn-220刻度 |
5.4 NR和ER的区分 |
6 PandaX实验中的低能本底和最终候选事例 |
6.1 低能ER本底 |
6.1.1 ~(85)PKr |
6.1.2 ~(220)Rn和~(222)Rn |
6.1.3 材料放射性 |
6.1.4 ~(127)Xe和CH_3T本底 |
6.1.5 其他ER本底 |
6.2 中子本底 |
6.3 偶然符合本底 |
6.3.1 独立S1的筛选 |
6.3.2 独立S2的筛选 |
6.3.3 随机匹配独立的S1和S2 |
6.4 PandaⅩ-Ⅱ最终暗物质候选事例 |
7 暗物质与原子核自旋相关的反应 |
7.1 WIMP-原子核自旋相关的反应 |
7.2 Profile likelihood fitting |
7.3 PandaⅩ-Ⅱ WIMP与原子核自旋相关反应的实验结果 |
8 总结和展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
四、一种提高光电探测系统测量上限的方法(论文参考文献)
- [1]基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究[D]. 李红旭. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [2]利用PandaX二期探测器寻找暗物质[D]. 王秋红. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2020(01)
- [3]中高轨目标光电探测与成像技术研究[D]. 陆长明. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [4]原子发射双谱线光电测温器最优谱线测温实验研究[D]. 郭玉楠. 中北大学, 2020(09)
- [5]基于凝结粒子计数的机动车排放超细颗粒物数浓度在线测量关键技术研究[D]. 王文誉. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]面向水听器应用的高性能光纤准分布式声波传感器[D]. 吴梦实. 上海交通大学, 2020(01)
- [7]载人航天小型辐射剂量计研制[D]. 魏宇航. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [8]微波光子信号频谱动态调控关键技术研究[D]. 李沛轩. 西南交通大学, 2020
- [9]KTX等离子体中的光学诊断[D]. 朱军锋. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [10]基于PandaⅩ-Ⅱ实验探测WIMP与原子核自旋相关的反应[D]. 燕斌斌. 山东大学, 2019(02)