中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 王莉南京农业大学 2020年博士导师: 金鹏共190页

摘要 : 桃果实因其色泽艳丽，风味独特，柔软多汁，营养丰富而广受消费者青睐。桃果实成熟于夏季，采后果实呼吸旺盛，常温下极易后熟软化，加之其皮薄质软、汁液丰富，易受到机械损伤和病原菌侵染而腐烂变质，严重影响果实品质。低温贮藏是采后果实保鲜的重... 展开桃果实因其色泽艳丽，风味独特，柔软多汁，营养丰富而广受消费者青睐。桃果实成熟于夏季，采后果实呼吸旺盛，常温下极易后熟软化，加之其皮薄质软、汁液丰富，易受到机械损伤和病原菌侵染而腐烂变质，严重影响果实品质。低温贮藏是采后果实保鲜的重要方法，然而桃又是冷敏性果实，在不适宜的低温下长时间贮藏容易引发果实的冷害。热处理作为一种操作简单、环境友好型处理方法而广受重视。甜菜碱作为一种相容性渗透物质，可以起到渗透剂的作用来稳定细胞质的pH和渗透压，同时还可以作为分子伴侣来稳定酶、蛋白质和膜脂等生物大分子的结构和功能。本文以“雨花二号”水蜜桃为试材，研究10mmolL-1的甜菜碱(Glycinebetaine，GB)和45℃的热水(Hotwater,HW)处理对冷藏桃果实的品质和冷害的影响，以期揭示GB和HW处理减轻果实冷害的机理，为其在桃果实采后贮运与保鲜的应用提供理论依据。研究结果分述如下: 1.研究了GB和HW处理对冷藏桃果实品质及其冷害的影响，发现桃果实在冷藏21d转移至货架3d后出现果实褐变等冷害症状。与对照相比，GB和HW处理均减轻了桃果实的冷害症状，维持了较高的出汁率、可溶性固形物(TSS)含量、抗坏血酸和钙铁锌离子含量，从而较好的维持了果实品质。GB和HW处理在维持果实品质上无显著差异。 2.转录组(RNA-Seq)研究结果表明，GB处理抑制了磷脂酶D(PLD)、脂氧合酶(LOX)及脂酶(Lipase)基因的表达及酶的活性，诱导了不饱和脂肪酸合成相关基因的表达（如去饱和酶），提高了活性氧清除系统中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因的表达及酶的活性，从而促进了果实中亚油酸和亚麻酸的积累，维持较高的不饱和脂肪酸指数和不饱和度，同时抑制了超氧阴离子(O2·-)和过氧化氢含量(H2O2)的积累以及细胞膜通透性和膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的增加。GB处理诱导提高酚类合成途径中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸羟化酶(C4H)和4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)基因的表达和酶的活性，抑制多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)基因的表达和活性的增加，进而增强总酚和总黄酮积累，提高果实低温贮藏期间的抗氧化能力，同时减缓酚类物质的氧化，有效减轻果肉褐变程度。此外，GB处理还可以促进糖代谢中蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS-s)基因的表达和酶的活性，抑制酸性转化酶(AI)和中性转化酶(NI)基因的表达和酶的活性，从而促进蔗糖含量的积累，维护细胞膜的稳定性。 2-DE蛋白组学结果表明，GB处理可诱导一些抗胁迫蛋白（如热激蛋白）的表达，增加细胞结构的强度，提高细胞的抗氧化能力，从而减缓低温胁迫对蛋白、膜脂等生物大分子的损伤;同时，提高桃果实的能量水平，维持细胞的正常生长的生命周期，抑制细胞壁的降解，从而起到对细胞的保护作用。此外，结合RNA-Seq和蛋白组深入分析热激转录因子(Hsfs)和热激蛋白(Hsps)对GB处理的响应机制发现，GB处理通过诱导可能处在胁迫应激上游的PpHsfA1a/b和PpHsfA2a基因的表达，进而诱导PpsHsps，PpHsp70s和PpHsp90s基因表达，提高sHsps和Hsp70蛋白的含量，从而减轻桃果实的冷害。 3.HW处理对桃果实低温贮藏期间的研究结果表明，HW处理在调控脂肪酸代谢、活性氧代谢、酚类物质代谢和糖代谢方面与GB具有类似性。HW处理促进了不饱和脂肪酸，蔗糖和酚类物质的积累，抑制了O2·-和H2O2含量的积累及细胞膜通透性和MDA含量的增加。此外，进一步分析PpHsfs和PpHsps发现，HW处理通过诱导可能处在胁迫应激上游的PpHsfA1a和PpHsfA2a基因的表达，进而调控PpsHsps的表达，发挥sHsps分子伴侣的作用，保护低温逆境下细胞功能的完整性。磷酸化蛋白组分析结果表明，HW处理的桃果实中磷酸化蛋白主要参与新陈代谢和次级代谢。HW处理可诱导钙调素结合转录因子(CAMTA)和GATA型锌指蛋白的磷酸化修饰，提高转录因子的转录活性，进而激活下游相关基因的表达;同时提高蔗糖合酶的磷酸化修饰，促进蔗糖的合成;此外还诱导热应激相关蛋白的磷酸化修饰，诱导热应激蛋白的表达，减缓低温胁迫对蛋白、膜脂等生物大分子的损伤，从而减轻果实的冷害。收起

关键词 : 桃果实低温贮藏甜菜碱热水处理冷害机制

2. 基于靶标轨迹追踪的高速轴系径向回转误差测量方法研究

[学位论文] 金岸哈尔滨工业大学 2022年博士导师: 金鹏共157页

摘要 : 作为现代工业的基础，机床的加工精度不断提高，为了保证机床的加工性能，对机床轴系的径向回转运动进行监测和补偿显得尤为重要，尤其是针对高速轴系的径向回转误差测量。随着机床轴系的转速从数千转逐步提升至数万转甚至数十万转，高端机床对高速轴... 展开作为现代工业的基础，机床的加工精度不断提高，为了保证机床的加工性能，对机床轴系的径向回转运动进行监测和补偿显得尤为重要，尤其是针对高速轴系的径向回转误差测量。随着机床轴系的转速从数千转逐步提升至数万转甚至数十万转，高端机床对高速轴系测量技术提出了极为严苛的要求。现有经典的轴系径向回转误差测量方法在轴系低速回转状态下具有极高的测量精度，但是受限于测量系统的响应频率，现有测量方法难以用于轴系在高转速状态下的轴系径向回转误差测量，无法满足上述技术领域对高速轴系径向回转误差测量的要求。本论文“基于靶标轨迹追踪的高速轴系径向回转误差测量方法研究”旨在针对上述问题，为高速轴系测量技术提出一种具备大动态测量范围的径向回转误差测量方法，并对该方法进行原理分析及在实验室条件下对高速轴系在30000r/min转速下进行实验验证。本论文的研究成果可推广应用于高端数控机床轴系运动误差测量与补偿等前沿工程领域。本论文主要研究内容如下：系统地分析了国内外轴系径向回转误差测量技术的发展现状，指出了目前制约高速轴系径向回转误差测量走向更高转速的主要问题：由于被测轴系转速提升引起轴系回转周期缩短，为了保证被测轴系回转周期内足够的采样点数，因此需要提高位移传感器的响应频率，但是由于经典测量方法中测量系统单位时间内测量数据获取能力不足，经典的轴系径向回转误差测量方法应用于高速轴系的测量时，由于采样点数不足，将导致测量结果中高频信息丢失。因此开发一种能够实现高速轴系径向回转误差测量中大带宽采样的方法是实现高速轴系回转误差测量中亟待解决的关键技术问题。针对现有轴系径向回转误差测量方法中存在测量系统响应频率不足的问题，建立了一种基于端面单点运动轨迹的高速轴系径向回转误差测量模型，提出了一种基于靶标轨迹追踪的高速轴系径向回转误差测量方法。利用面阵图像传感器直接记录回转过程中轴系端面上的标记点运动轨迹，实现对轴系端面处的径向回转运动误差直接测量。相较于ISO230-7:2015中规定的测量模型，该模型将单点串行采样测量转换成为多点并行测量，从而突破测量系统响应频率对于高速轴系径向回转误差测量的制约，为实现高速回转轴系径向回转误差的测量奠定了理论基础。针对现有机器视觉方法在高速对象测量中出现图像退化导致信噪比衰退的问题，提出了一种基于信号光源波长选择融合环境噪声谱线压缩的信噪比提升方法。该方法建立了信号与噪声不等时积分条件下的靶标运动轨迹图像信噪比退化模型，基于主动光源与背景杂散光的光谱成分差异，通过对通光窗口光学滤波曲线的设计，实现对环境噪声积分谱段的显著压缩，解决了轴系高速回转中靶标轨迹图像信噪比降低的问题。设计了一种基于靶标轨迹追踪的高速轴系径向回转误差测量系统，并针对现有数字图像处理算法大多面向边缘定位、对象提取而忽视对物体中心定位，尤其是面对本论文中具有特定形貌靶标光斑中心定位时，基于经典边缘定位算法求解光斑中心而导致对其中心定位不精确的问题，提出了基于径向高斯拟合的靶标轨迹中心定位方法。在对基于主动光源的光斑形貌进行仿真和实验分析的基础上，采取基于局部区域效应的边缘定位方法以获得靶标运动轨迹的最小二乘拟合圆圆心，进而采用基于径向高斯拟合的靶标轨迹质心定位方法获取更为精确的靶标运动轨迹。根据上述内容对基于靶标轨迹追踪的高速轴系径向回转误差测量方法，进行了包含基于主动光源的合作靶标、高感光度图像传感器、基于区域边缘效应的靶标轨迹边缘提取算法与基于径向高斯拟合的靶标轨迹质心定位方法的测量系统完整设计。在此基础上对某高速静压气浮电主轴进行径向回转误差测量，测试了所搭建的高速轴系径向回转误差测量系统的测量重复性，实验结果表明，其在各个转速下测量结果最大标准差为0.07μm，在主轴30000r/min转速下的测得的径向回转误差为2.58μm，测量不确定为1.2μm（k=2）。收起

关键词 : 高速轴系径向回转误差靶标轨迹追踪光学滤波

3. 基于Fabry-Perot干涉仪的微型光纤声压传感器关键技术研究

[学位论文] 刘彬哈尔滨工业大学 2017年博士导师: 金鹏共157页

摘要 : 光纤声压传感系统的发展对声压传感器提出了小型化的要求。受探测原理制约，传统的长臂长型光纤声压器在小型化方向遇到困难；而将MEMS技术同非本征型Fabry-Perot传感技术结合组成新型光纤干涉传感器有望突破该瓶颈。目前该技术正处于起步阶段，面临诸... 展开光纤声压传感系统的发展对声压传感器提出了小型化的要求。受探测原理制约，传统的长臂长型光纤声压器在小型化方向遇到困难；而将MEMS技术同非本征型Fabry-Perot传感技术结合组成新型光纤干涉传感器有望突破该瓶颈。目前该技术正处于起步阶段，面临诸多问题，如长期忽视声压传感探头结构设计的理论分析；缺乏低成本、高性能声压敏感元件的加工方法；在水声探测中无法同时兼顾抗静水压和高灵敏度等。本研究主要内容包括：⑴完善了EFPI光纤声压传感器的理论分析模型。分别从光学、机械和声学三个方面对传感器进行理论分析。在光学分析中，对光纤出射光束的传输特性和耦合特性进行了理论分析，利用实验验证了高斯模式耦合模型的合理性，并详细分析了倾斜和错位损耗对干涉条纹的影响；在机械性能分析中，从膜片的振动方程详细推导了膜片的振幅分布，得到了平板模型和薄膜模型的解析表达式，并针对引入波纹结构之后的膜片结构机械性能进行了分析；在声学分析中，对声压传感器建立了等效电路模型，分析了各组成部分的声阻抗表达式，并详细讨论了膜片性质、工作环境、传感器结构参数等对传感器声学性能的影响，为声压传感器的结构设计提供理论指导。⑵提出了基于牺牲层的高质量金属膜片干法转移加工工艺。采用易溶于丙酮溶液的低成本正性光刻胶做牺牲层，利用磁控溅射在牺牲层表面加工金属薄膜，最后进行干法贴合转移，利用膜片中残留的内应力有效减少膜片的皱褶。实验结果表明，加工得到的金属银薄膜在直径达到2.5 mm时其表面起伏小于14?m。通过在薄膜中引入波纹结构，解决了薄膜加工中内应力较高且难以控制的问题，并第一次制作了基于金属银纹膜结构的 EFPI光纤声压传感器。测试结果表明，基于银纹膜的声压传感器灵敏度比相同条件下平膜传感器的灵敏度提高了约1倍。⑶设计加工了多种EFPI光纤声压传感器结构。利用金属银膜分别加工得到短腔长同轴型平膜/纹膜光纤麦克风、短腔长垂直轴型平膜光纤麦克风、长腔长同轴型平膜光纤麦克风等。利用金属银膜和PET膜片分别加工得到微型光纤水听器；其中利用空气作为F-P腔填充物实现水听器的高灵敏度检测，利用大体积的微流路结构实现水听器的抗静水压性能。对加工得到的光纤声压传感器的待测参数进行了讨论，利用ASE光源、DFB光源分别搭建了强度解调装置，利用EDFL光源搭建了基于PGC-DCM算法的相位解调装置，并对加工得到的四种光纤麦克风和两种光纤水听器的性能进行了详细的测试与分析。收起

关键词 : 声压传感器金属膜片 MEMS技术 Fabry-Perot干涉仪

4. 量子点超辐射发光管的研制

[学位论文] 王飞飞中国科学院大学 2016年博士导师: 金鹏共148页

摘要 : 超辐射发光管同时具有激光器的大功率和发光二极管的宽光谱的特性，在许多领域有着重要的应用，如外腔可调谐激光器、光纤陀螺仪、光学相干成像系统、光纤传感器等。由于超辐射过程指数形式的增益特性，使得在超辐射发光管研制过程中始终存在着输出功... 展开超辐射发光管同时具有激光器的大功率和发光二极管的宽光谱的特性，在许多领域有着重要的应用，如外腔可调谐激光器、光纤陀螺仪、光学相干成像系统、光纤传感器等。由于超辐射过程指数形式的增益特性，使得在超辐射发光管研制过程中始终存在着输出功率和光谱宽度相互制约的问题。近年来，自组织量子点由于其本征的尺寸非均匀性、多能态叠加及高效率的发光等特性，在大功率宽光谱超辐射发光管的研制中显示出了特有的优势。本文针对GaAs基量子点超辐射发光管，开展了新型结构器件数值模拟、器件制备和工艺优化工作，具体研究内容和结果如下: 1.曲率渐变弯曲波导超辐射发光管的数值模拟研究。首次提出了曲率渐变弯曲波导超辐射发光管的器件结构，并对其性能进行了数值模拟。结果表明，在保持其他参数不变的情况下，改变超辐射发光管弯曲部分的形式可以使得器件的弯曲损耗减小，同时光输出功率增大。当剩余上包层的厚度为140 nm时，与传统的圆弧型弯曲波导超辐射发光管相比，幂指数形式的弯曲波导超辐射器件的光输出功率增大了20％，而且两种器件的输出光谱形状几乎一致。 2.多模干涉弯曲波导量子点超辐射发光管的研制。提出了多模干涉弯曲波导超辐射发光管器件结构，该结构把多模干涉结构的大功率、低串联电阻的优点和弯曲波导结构有效抑制激射的优点有机结合起来。采用InAs/GaAs啁啾结构量子点有源区制备了多模干涉弯曲波导超辐射发光管器件。实验结果表明，与传统的弯曲波导超辐射发光管相比，多模干涉弯曲波导器件的光输出功率增大60％，串联电阻减小43％。在600 mA连续电流注入下，该多模干涉量子点超辐射发光管的光输出功率为2.5 mW，输出光谱的半高宽为103.7 nm。 3.并联双脊量子点超辐射发光管的制备。采用不同的量子点有源区结构，分别制备了小于1μm波段和1.1～1.2μm波段的并联双脊结构的超辐射发光管器件。通过对两个并联区注入不同的电流，实现了双脊出光的线性叠加，从而展宽了器件的发光光谱。在适当的注入电流组合下，1.1～1.2μm波段的并联双脊超辐射发光管器件的输出光谱半高宽达到了130nm。 4.量子点超辐射发光管器件工艺的优化。 1)波导刻蚀。对比了干法刻蚀和湿法腐蚀制备的器件，研究表明采用干法刻蚀制备的超辐射发光管的光输出功率更大。原因在于干法刻蚀可以严格控制波导参数，获得垂直的波导侧壁，从而降低器件损耗，提高光限制因子，因此增大器件的光输出功率。 2) SiO2钝化层。对比了不同温度下生长的SiO2钝化层的表面形貌、粗糙度以及致密度，发现在420℃下生长的SiO2钝化层质量最佳。 3)欧姆接触合金化。对比了合金欧姆接触在不同退火温度下超辐射发光管器件的接触电阻和微分电阻。结果表明接触电阻随着退火温度的升高先减小后增大。超辐射发光管器件的最佳合金化条件为:衬底面向下放置、420℃、60 s。 4)腔面镀减反射膜的优化。首先通过理论计算了镀单层减反射膜和双层减反射膜时腔面的反射率，镀膜中心波长为1330 nm时，GaAs表面镀SiO2、Ta2O5以及Ta2O5/SiO2双层减反射膜时表面的最小反射率分别为5.7％、1.4％和0％。随后通过实验证实了镀双层减反射膜确实可以有效的抑制激射。收起

关键词 : 量子点超辐射发光管数值模拟欧姆接触

5. 宽禁带半导体材料光学性质的研究

[学位论文] 刘雅丽中国科学院大学 2016年博士导师: 金鹏共144页

摘要 : 宽禁带半导体材料具有电子饱和漂移速率高、击穿电场高、发光效率高、抗辐照、热导率大等特点，是研制高频大功率微波器件、电力电子器件和紫外、深紫外光电子器件的理想材料。Ⅲ族氮化物材料AlGaN是直接带隙半导体材料，带隙从3.5 eV到6.2 eV连续可调... 展开宽禁带半导体材料具有电子饱和漂移速率高、击穿电场高、发光效率高、抗辐照、热导率大等特点，是研制高频大功率微波器件、电力电子器件和紫外、深紫外光电子器件的理想材料。Ⅲ族氮化物材料AlGaN是直接带隙半导体材料，带隙从3.5 eV到6.2 eV连续可调，在半导体白光照明、大屏幕显示、（深）紫外探测器以及全光谱太阳能光伏电池、微波功率器件等方面都有重要的应用前景。半导体金刚石除具有宽禁带材料的优点外，还以其高热导率、高硬度、高热稳定性与化学稳定性等受到人们的关注。本论文采用稳态光致发光和时间分辨光致发光方法研究了AlGaN/AlGaN量子阱、GaN/AlN量子点以及半导体金刚石的光学性质，主要研究内容和结果如下: 1.AlGaN/AlGaN量子阱稳态光致发光性质的研究。结果显示，峰位随温度出现“S”形的变化规律，这是组分无序和阱宽波动引起的势能波动造成的，发光峰来源于局域激子发光，并且得到量子阱中激子的局域能。在量子阱中观察到局域激子发光峰的声子伴线，发现表征激子-声子耦合强度的黄昆因子随温度基本不变。温度的升高会增强声子辅助激子跃迁几率，黄昆因子随温度升高增大。同时，热激发使激子从阱厚区域向阱薄区域转移，导致黄昆因子减小。最终，温度和阱宽波动的影响达到平衡，黄昆因子不变。 2.AlGaN/AlGaN量子阱时间分辨光致发光性质的研究。结果显示，发光峰峰位随时间延迟出现红移，并且温度增加，红移趋势越明显。这是不同局域态对载流子的限制作用、载流子在不同局域态之间转移、载流子的去局域化以及高温下非辐射复合综合作用的结果。局域激子发光峰寿命比其声子伴线的略小一些。这是因为声子能量比带隙能量低，可以排除表面非辐射复合等的影响。 3.GaN/AlN量子点光学性质的研究。稳态光谱结果显示，量子点基态和第一激发态发光峰峰位随温度出现S型反常变化规律，采用空间耦合量子点的模型，对其蓝移部分做了解释。温度升高，孤立量子点中的发光峰不发生变化，而在耦合量子点中，载流子会从小量子点转移到大量子点，进而跃迁到基态发生淬灭，这样整体表现出来发光峰蓝移。时间分辨光谱结果显示，载流子辐射复合寿命随温度升高基本呈线性增大，发光峰随时间的推移强度衰减很慢，峰位几乎没有移动，表明量子点中的载流子呈现出二维激子的特性，并且量子点对载流子的限制效应较强。 4.半导体金刚石光学性质的研究。在金刚石带边发光谱中观察到分别发射一个横声学声子、一个横光学声子和一个纵光学声子的自由激子发光峰，并且观察到发射横光学声子的自由激子发光峰的三级纵光学声子伴线。发光峰峰位随温度升高出现蓝移现象，这是因为随着温度的升高，激子动能增大，激子基态能量的增加量要比带隙的减小量大。光致发光光谱中的自由激子发光峰与缺陷发光峰强度比要比阴极荧光光谱中的大得多，说明激发方式不同，会影响金刚石中的本征发光和缺陷发光性质。收起

关键词 : 量子阱宽禁带半导体材料光学性质

6. 金属栅格电磁超材料的微波散射特性调控及应用

[学位论文] 钟慧哈尔滨工业大学 2022年博士导师: 金鹏共141页

摘要 : 相较于单频段光电探测系统，由两种或三种单频段光电探测系统复合而成的多频段光电探测系统具备更加优良的环境适应性、观测能力及观测精度，在现今航空航天、天文观测、军事侦察等领域的光电探测技术中扮演着重要的角色。其中可见光/红外/微波多频段... 展开相较于单频段光电探测系统，由两种或三种单频段光电探测系统复合而成的多频段光电探测系统具备更加优良的环境适应性、观测能力及观测精度，在现今航空航天、天文观测、军事侦察等领域的光电探测技术中扮演着重要的角色。其中可见光/红外/微波多频段光电探测系统可综合各单频段光电探测技术的优势，实现全天时、全天候工作，具备反隐身及抗电子干扰等特性。考虑到系统的体积及重量，多频段光电探测系统内部应结合分光器件实现多频段信号的共孔径收集及分离，但目前基于多层介质膜分光器件的多频段共口径分束方法存在微波损耗大的问题。对多频段光电探测系统外部观测窗口而言，现有材料无法在保持高可见光-红外透过率及不改变基底面型的情况下调控结构的微波散射特性。因此，急需新的共口径分束方法及能够兼顾高可见光-红外透过率与灵活调控微波后向散射特性的多频段电磁波调控技术，以提升多频段光电探测系统的性能。针对上述问题，本文旨在为多频段光电探测技术提供新的共口径分束方法及适用于外部观测窗口的可兼顾高可见光-红外透过率及灵活调控微波后向散射特性的多频段电磁波调控方法。通过制备功能性样件、搭建测试平台，对所提出方法进行实验验证。论文的主要研究内容为： 1. 对金属栅格电磁超材料（electromagnetic metamaterial based on metal mesh， EMMM）微波散射特性展开研究。针对现有 EMMM 复等效折射率模型中结构参数对微波散射特性的作用机理不明的问题，对EMMM的复等效折射率模型及微波散射特性展开研究。通过定量分析EMMM的反射及透射特性，修订复等效折射率模型，完善EMMM的电学特性分析方法，明确EMMM的微波散射特性，获取高透光前提下EMMM微波段等效金属膜条件，为调控EMMM的微波后向散射特性提供理论基础及技术指导。 2. 对EMMM光学衍射特性展开研究。针对现有EMMM光学衍射特性求解方法不适用于EMMM结构复杂及倾斜于光轴情形的问题，提出基于坐标变换与离散傅里叶变换的光学衍射特性求解法（optical diffraction characteristics solving method based on coordinate transformation and discrete Fourier transform，OMCDFT）。基于OMCDFT探究引入EMMM对光电探测系统成像性能造成的影响，定义综合光学评价因子评价EMMM的衍射场。数值计算结果表明当随机度由(0, 0)增加为(50%, 50%)时，EMMM衍射场的综合光学性能得到有效提升。制备方格EMMM和裂纹EMMM并进行测试，实验结果表明，裂纹EMMM的光学性能优于方格EMMM的光学性能。上述研究为减小引入EMMM对多频段光电探测系统光学性能造成的影响提供了理论依据和参数选取指导。 3. 针对基于多层介质膜分光器件的多频段共口径复合结构微波损耗大的问题，提出基于曲面基底EMMM微波后向散射的馈源后置三频段共口径分束方法。对基底厚度、入射角等参量对EMMM微波后向散射特性的影响进行分析，进而利用曲面基底 EMMM 后向散射微波，构建短波红外/长波红外探测器前置，微波馈源后置的三频段共口径复合结构。通过制备功能样件，搭建测试平台测试结构的性能，验证所提出分束方法的可行性。实验结果表明，三频段共口径复合结构实现了对10 μm、3 μm和3.19 mm信号的收集与分离；在上述复合结构基础上构建的系统对94 GHz微波的增益为35.72 dB，相较于基于金属膜次镜的系统，由EMMM次镜引起的微波损耗为0.61 dB。 4. 为了在不改变多频段光电探测系统外部观测窗口基底面型的条件下调控微波散射特性，提出基于图案化EMMM的光学窗口微波散射特性调控方法。该方法将EMMM图案化以构建微波段等效阻抗可调的光学透明微波谐振单元，通过调节单元结构参数实现其微波反射相位的改变，在高可见光-红外透过率及不改变基底面型的条件下，调控光学窗口微波散射特性。基于该方法分别实现了球冠状曲面光学窗口19 GHz处的虚拟赋形和平面光学窗口19 GHz ~ 23 GHz频段内的雷达散射截面（radar cross section，RCS）缩减。在平面光学窗口上加工所设计的结构并测试样品RCS缩减性能及透光性能，验证所提出方法的可行性。收起

关键词 : 光电探测系统电磁波调控金属栅格电磁超材料散射特性

7. 半导体金刚石的载流子输运和光学性质研究

[学位论文] 陈亚男中国科学院大学 2020年博士导师: 金鹏共140页

摘要 : 半导体金刚石具有超宽带隙、高载流子迁移率、高载流子饱和漂移速度、高击穿场强、大激子束缚能等优异的电学和光学性质，使其在大功率微波器件、电力电子器件以及深紫外光电子器件的研制方面具有广阔的应用前景。采用有效的电学和光学方法深入研究半... 展开半导体金刚石具有超宽带隙、高载流子迁移率、高载流子饱和漂移速度、高击穿场强、大激子束缚能等优异的电学和光学性质，使其在大功率微波器件、电力电子器件以及深紫外光电子器件的研制方面具有广阔的应用前景。采用有效的电学和光学方法深入研究半导体金刚石的基本物理性质具有重要意义，它不仅可以解决金刚石中激子、声子、载流子输运、载流子弛豫、杂质和缺陷等相关的基本科学问题，也可以为后续的材料生长和器件研制提供必要的物理基础。本文采用多种电学和光学方法对半导体金刚石的载流子输运、近带边激子发光、杂质和缺陷发光及缺陷应力场等物理性质进行研究，主要内容和结果如下: 1.采用飞行时间法研究了本征半导体金刚石中的载流子输运性质。计算了迁移率、俘获系数等材料参数以及偏压、激发光单脉冲能量和脉宽等测试参数对瞬态电流线型的影响;实验测量了高质量本征金刚石在外加偏压下的瞬态电流，经拟合得到室温低场电子和空穴迁移率分别高于5.9×103和5.2×103cm2/V·s。 2.采用深紫外光谱技术研究了本征半导体金刚石的近带边激子发光。实验发现，自由激子发光峰强度随温度增加呈现出先增大后减小的反常规律;建立了基于激子俘获和热激活的模型，较好地解释了上述实验结果。基于该模型，发现该金刚石样品中存在束缚能约为1.5meV的浅能级激子陷阱。 3.采用深紫外光谱技术研究了半导体金刚石中的部分缺陷和杂质相关的光学性质。实验发现，在深紫外光激发下中性氮空位零声子线和硼相关的束缚激子发光峰的强度随温度升高迅速降低，并且中性氮空位零声子线峰位随温度呈现aT4+bT2依赖，采用高温下非辐射复合导致的发光淬灭以及晶格膨胀、电子-声子相互作用增强等解释了上述实验结果。 4.采用显微反射差分光谱技术研究了高压高温金刚石衬底中夹杂物缺陷应力场引起的平面光学各向异性。实验发现，该缺陷应力场平面光学各向异性的图像呈花瓣状。以椭圆形缺陷周围的应力分布模型计算了其光学各向异性的理论图像，与实验结果基本吻合，证明该缺陷是引起平面光学各向异性的重要来源。收起

关键词 : 半导体金刚石载流子输运近带边激子发光缺陷发光缺陷应力场

8. 快照式多维成像关键技术研究

[学位论文] 朱帅帅哈尔滨工业大学 2019年博士导师: 金鹏共140页

摘要 : 成像技术是一种记录目标光子信息的技术。自然界中的光子携带着丰富的信息，这些信息可以用包含空间、传播角度、波长、时间和偏振的九维数据(x,y,z,?,?,?,t,?,?)表示。快照式多维成像技术是一种在探测器一次积分时间内获取目标场景多维信息的技术。由... 展开成像技术是一种记录目标光子信息的技术。自然界中的光子携带着丰富的信息，这些信息可以用包含空间、传播角度、波长、时间和偏振的九维数据(x,y,z,?,?,?,t,?,?)表示。快照式多维成像技术是一种在探测器一次积分时间内获取目标场景多维信息的技术。由于该技术具有多维探测能力，并可对动态场景进行测量，因此被广泛应用于生物医学、环境监测、目标识别、军事侦察等领域，是现代成像领域的重要分支。获取高维度、高分辨率的目标场景信息是快照式多维成像技术的重要发展方向之一。受限于探测器一次积分时间内能够获取的原始数据量，目前快照式多维成像技术重建信息的维度以及各个维度的分辨率存在着严重的相互制约。近年来研究者们将压缩感知技术引入到快照式多维成像领域中，从一定程度上缓解了上述问题。但由于该技术所涉及的重建算法计算量大，信息重建精度低，使其应用范围受到了极大的限制。另一类解决方案是使用探测器阵列以增加系统一次积分时间内获取的原始数据量，但是基于探测器阵列的快照式多维成像技术具有结构复杂、稳定性差和成本高的缺点。因此，高维度和高分辨率的兼顾性问题仍然是快照式多维成像技术发展亟待解决的重要课题。本文的研究目的是解决快照式多维成像技术高维度和高分辨率的兼顾性问题，为实现快照式高维度高分辨率成像提供关键技术和理论基础。研究成果可推广应用于生物医学、环境监测、目标识别等领域。本文的主要研究内容如下：（1）针对快照式光谱成像技术难以兼顾高空间分辨率和高光谱分辨率的问题，开展了基于光谱-全色共口径成像的高重建横向分辨率快照式光谱成像技术研究，采用傅里叶变换光谱成像和全色成像两种不同的信息采集方式，解决了高空间分辨率和高光谱分辨率的兼顾性问题；此外，开展了光谱立方体和全色图像的融合算法研究，根据光谱信息的稀疏特性，设计了分组主成分分析图像融合算法，抑制了重建光谱立方体的光谱失真。实验结果表明，本课题搭建的快照式光谱成像系统，将其重建光谱立方体的横向分辨率从0.891线对/mm提升至3.56线对/mm。（2）针对快照式多维成像领域中高维度和高分辨率的兼顾性问题，开展了快照式光谱-光场成像技术研究，利用目标场景多维信息的稀疏特性，结合聚焦光场成像和傅里叶变换光谱成像，使用单个探测器同时采集了光场信息和干涉信息，克服了结构紧凑、高维度和高分辨率之间的矛盾，在保持系统在各个维度上信息重建精度和分辨率的前提下，首次使用单个探测器实现了对目标场景七维信息(x,y,z,?,?,?,t)的获取。实验结果表明，该系统具有使用单个探测器获取目标场景七维信息的能力。（3）针对传统人脸识别欺骗攻击检测技术的原理局限，开展了基于快照式多维成像的欺骗攻击检测技术研究，综合人脸和欺骗攻击工具在光谱吸收特性以及三维形貌上的差异，分别利用快照式光谱-光场成像系统重建的光谱立方体(x,y,?)和光场立方体(x,y,?,?)训练支持向量机分类器，并利用决策层融合算法结合了上述两个分类器的分类结果，使系统对欺骗攻击的抵抗能力大大提高。实验结果表明，基于快照式光谱-光场成像的欺骗攻击检测方法对欺骗攻击的抵抗能力优于现有的检测方法。收起

关键词 : 快照式多维成像目标场景多维探测能力探测器阵列

9. 快照式紧凑型光谱成像关键技术及临床应用研究

[学位论文] 张宇哈尔滨工业大学 2020年博士导师: 金鹏共133页

摘要 : 快照光谱成像技术在一个或数个采样周期内获取用于重建目标光谱立方体的图像数据，可以有效地提高信息获取的速度。快照式傅里叶变换光谱成像仪是一种计算型的快照光谱成像仪，具有结构紧凑，抗震性好等特性。快照光谱成像技术获取光谱立方体数据的方... 展开快照光谱成像技术在一个或数个采样周期内获取用于重建目标光谱立方体的图像数据，可以有效地提高信息获取的速度。快照式傅里叶变换光谱成像仪是一种计算型的快照光谱成像仪，具有结构紧凑，抗震性好等特性。快照光谱成像技术获取光谱立方体数据的方式是将图像不同频谱的相关分量同时映射在一个探测器的不同像素区间，因此必然会造成单一分量图像的空间分辨率降低。同时，计算型的快照光谱成像技术普遍面临光谱重建算法复杂，计算效率不高的问题。本文开展了快照式傅里叶变换光谱成像关键技术研究，并将该技术应用于临床医学检测，具体研究内容如下： 1.分析了快照式傅里叶变换光谱成像技术的基本原理，实现了样机的结构设计。针对双沃拉斯顿棱镜结构参数对傅里叶变换光谱仪的性能影响机理进行了详细的分析，并根据应用需求对光机结构进行了优化设计，完成了快照式紧凑型傅里叶变换光谱成像仪样机的研制。 2.针对快照式傅里叶变换光谱成像仪面临的图像空间分辨率低的问题，研究了利用样机干涉子图阵列间的空间冗余信息进行图像超分辨方法。为获得高空间分辨率图像，现有方案均引入额外光路单独成像，增加了系统体积。本课题利用子图阵列间存在的微小偏移，采用深度学习的方式直接重建高质量全色图像，从而降低了样机结构的复杂度，保持系统紧凑性。在训练阶段，通过同轴分光路的方式同时采集同轴全色图像和快照光谱图像，将全色图像与光谱图像中的部分子图构成训练对进行训练；训练完成后移除普通全色图像光路，即可利用训练后的网络进行高质量全色图像重建。经过特殊设计的深度卷积网络能够同时实现对阵列子图的对比度增强及图像超分辨。在放大倍率约3.5倍情况下，该方法可获得一幅PSNR普遍高于33dB，SSIM普遍高于0.95的全色图像，从而为光谱立方体数据的融合提供质量保障。 3.针对快照式傅里叶变换光谱成像仪光谱重建算法计算效率低的问题，分析了该仪器的数据特性及算法的并发性，并对光谱复原算法进行了并行化设计。针对其中难以并行的子图像配准过程，通过光学设计保证系统子图阵列之间相对位置固定不变，并提出了一种基于模板的阵列化图像并行配准方法。该方法利用棋盘格模板进行预配准的方式，将配准参数以坐标形式进行存储，利用GPU纹理内存的硬件插值特性，直接利用存储的坐标参数，对所有目标子图进行高效并行重采样达到子图对齐的效果。配准过程中的变换模型采用分区线性变换来将子图的微小形变进行分段处理，整体配准效果优于直接进行仿射变换。经过优化过后的样机光谱重建时间缩减到了约90ms，小于探测器的图像传输速率。检测结果表明，样机单谱分辨率优于300cm-1，具有良好的光谱成像效果。 4.开展了快照光谱成像技术在系统性红斑狼疮病情活跃度监测中的应用研究。本文以系统性红斑狼疮患者的特异性皮肤表现症状作为切入点，利用快照式紧凑型光谱成像系统的便携、实时光谱成像能力，进行临床患者皮肤损伤光谱数据的采集，建立起基于光谱数据的病情活跃度模型，得到患者病情活跃指数与患者疾病状态之间的对应联系。对比发现，利用光谱仪所分析得到的患者病情活跃指数与医生对患者皮损活跃状态的人工评级相一致，病情活跃指数在对应人工评级上呈现正态分布。通过对比患者病情活跃指数的变化与表征患者疾病状态的补体C3/C4水平、dsDNA水平以及SLEDAI评级的变化发现，病情活跃指数变化与患者病情活跃性变化保持一致。因此，利用快照式傅里叶变换成像光谱仪能够实现对系统性红斑狼疮疾病活跃度的辅助监测。收起

关键词 : 快照式紧凑型光谱成像并行光谱重建图像空间分辨率深度学习

10. 基于热压印的连续浮雕结构石英微光学元件加工技术研究

[学位论文] 高育龙哈尔滨工业大学 2010年博士导师: 金鹏共128页

摘要 : 热压印结合反应离子刻蚀技术可实现石英材料连续浮雕微光学元件的高精度、高重复性和低成本的批量加工。然而目前基底表面抗蚀剂的连续浮雕热压印技术仍存在以下两个问题：首先连续浮雕压模的使用寿命和填充效果不可兼顾，具体表现在阳模浮雕的尖锐顶... 展开热压印结合反应离子刻蚀技术可实现石英材料连续浮雕微光学元件的高精度、高重复性和低成本的批量加工。然而目前基底表面抗蚀剂的连续浮雕热压印技术仍存在以下两个问题：首先连续浮雕压模的使用寿命和填充效果不可兼顾，具体表现在阳模浮雕的尖锐顶部在压印中易受损伤，而阴模压印难以实现完全填充；其次三维聚合物结构回弹控制缺乏有效的理论依据。这两个问题已成为制约连续浮雕微光学元件高精度批量生产的主要技术瓶颈。课题“基于热压印的连续浮雕结构石英微光学元件加工技术研究”针对上述两个问题开展了理论分析和实验研究，力图为石英材料微光学元件的高精度、低成本的批量生产提供技术基础。本文完成的主要创新性工作如下： 1.提出了一种基于抗蚀剂整形的连续浮雕阴模压印方法。该方法利用干法刻蚀将抗蚀剂薄膜整形为与压模图形区域一致的二维图案，并基于对准压印，实现了在压印之前压模突起下方抗蚀剂薄层的清除，避免了其在非滑移边界制约下的长距离横向流动，及对压模图形区域填充的阻碍作用，获得了与阳模压印相同的填充效果，降低了残留层厚度。实验表明：该方法可在15分钟内实现直径10mm、深度795nm的连续浮雕微透镜图形区的完全填充，并将残留层厚度由传统压印的466nm降低至206nm。 2.提出了一种用于保护连续浮雕阳模的止挡栅结构。该结构为高于浮雕的栅形止挡结构，可用于承载作用于压模的总压力，并以栅形设计减小结构下方抗蚀剂所需横向流动的距离，克服了连续浮雕阳模的尖锐顶部结构在压印中易受损伤的问题，并保持了阳模的填充效果。实验表明：具有止挡栅的阳模可在浮雕不受损伤的前提下，在10分钟内实现直径8mm、深度1390nm的连续浮雕微透镜图形区域的理想填充。 3.建立了一种适用于Deform的Cross-WLF方程和线性弹性模型的组合模型。该模型分别以 Cross-WLF方程和线性弹性模型描述聚合物在填充过程中不可回复的粘性流动和可回复的普弹形变，利用该模型可用于分析脱模温度在Tg以下的压印中，参数对聚合物回弹的作用机理。实验表明：聚合物填充过程中积累的弹性应力分量在脱模后的释放是回弹现象产生的内在原因；利用该模型在压印时间为100s、200s和400s时所得仿真结果，相较于实验所得回弹形貌的相对深度误差均小于4%。最后本文使用反应离子刻蚀将抗蚀剂的连续浮雕传递到石英材料中，其刻蚀选择比为1:1.01、样品表面粗糙度为2nm。最终加工结果的最大加工误差发生在中央环带，其轮廓的均方根误差约为5.41%，绝对平均误差为40nm，约为轮廓深度的2.9%。收起

关键词 : 热压印连续浮雕微光学元件热完全填充干法刻蚀