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摘要

腦缺血是神經外科的常見疾病之一,目前急需一種快速、準確的腦缺血檢測方法。利用透射式太赫茲時域光譜技術對腦缺血組織進行檢測,為減小個體差異的影響,通過計算左腦與右腦的太赫茲吸收系數的相對差異研究腦組織的缺血程度。實驗發現,隨著缺血時間的增加,新鮮組織的左右腦吸收系數的相對差異先變大后減小,主要原因是缺血區域的水含量升高和細胞密度下降;而石蠟包埋的腦缺血組織的左右腦吸收系數的相對差異逐漸減小,主要原因是缺血區域的細胞密度逐漸下降。結果表明,利用太赫茲時域光譜系統可以實現最早缺血2 h的腦缺血組織的檢測,為腦缺血的早期無標記快速診斷提供了有效的技術手段。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0430001
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摘要

設計一種支持多模式的金屬-介質-金屬納米天線陣列結構,分析結構中的模式特性及其調控的發光過程。利用時域有限差分的方法模擬該結構的透射譜和電場分布,分析結構中局域表面等離激元模式和磁等離激元共振模式的特性以及激發光偏振調控的模式變化。將偶極子光源放在介質層中,模擬該天線陣列結構調控熒光分子的發光過程。結果表明:熒光分子的輻射和非輻射衰減速率增強因子、量子效率以及偏振特性受到了所提結構模式的有效調控;在一定波長范圍內改變激發光的偏振方向可以對發光譜進行調諧。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0426001
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摘要

提出一種基于注入鎖定技術增強高次諧波的任意波形產生方案。通過注入鎖定技術放大并增強高次和偶次諧波,將獲得的高次諧波和非線性調制產生的第一和第三次諧波進行時域疊加,可合成高階的三角波、矩形波。將注入鎖定增強的偶次諧波和非線性調制產生的第一和第三次諧波進行時域疊加可合成高階鋸齒波和反鋸齒波。通過實驗,本文成功產生了頻率為5 GHz的五階三角波、五階矩形波、三階鋸齒波和三階反鋸齒波。理論與實驗結果表明:五階三角波與矩形波的方均根誤差比同時產生的三階相同波形提升了10%~37%;可以通過增加注入鎖定的支路數來獲得更高階近似的波形。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0419001
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摘要

基于表面等離極化激元在亞波長結構的傳輸特性,提出了一種含單擋板的金屬-介質-金屬(MIM)波導耦合雙T型諧振腔的結構。在近場耦合作用下,單擋板形成的較寬連續態與單T型腔形成的較窄離散態,經過復雜的干涉相消形成非對稱的雙重Fano共振峰?;隈詈夏@礪?研究了單擋板MIM波導耦合單T型腔Fano共振的產生機理,并采用有限元分析法對該結構進行了模擬仿真。在此基礎上,研究了含雙T型腔結構的四重Fano共振形成過程,分析了上下T型腔結構參數對Fano共振峰的影響。結果表明,上下T型腔產生的Fano共振峰互不影響,且由單個T型腔可以實現兩個Fano共振峰獨立可調諧,故含金屬擋板的MIM波導耦合雙T型腔結構可以實現四個Fano共振峰獨立可調諧。該結構可為差動傳感器和波分復用器的設計提供有效的理論參考。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0414001
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摘要

針對人的臉部特征復雜、細節紋理豐富,獲取高精度人臉三維模型成本高、工作量大的問題,提出基于梯度光圖像的高精度三維人臉重建算法。利用球形燈光裝置建立6種不同的光照模式,并利用偏振光特性對鏡面反射光和漫反射光進行分離;利用單向梯度光圖像,并基于雙向反射分布函數(BRDF)得到反射光方向與法線方向的關系,通過計算獲取鏡面反射和漫反射法線圖;將增強后的鏡面反射和漫反射法線圖進行融合,并映射到低精度模型上,可以重建出高精度的三維人臉模型。實驗結果表明,本文方法計算復雜度低,重建精度高,窗口大小為7×7的高通濾波增強的鏡面反射圖和漫反射法線圖以2∶1的比例融合之后,重建的效果最佳,模型能精細到微尺度級。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0410001
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摘要

同步輻射紅外(SRIR)光具有光譜范圍寬、發散角小、亮度高以及信噪比高等優點,結合傳統紅外譜學技術,采用SRIR譜學顯微技術對樣品進行紅外譜學顯微,可以獲得樣品微米級別的空間光譜信息。利用MiTeGen聚亞酰胺小環作為樣品,以上海光源BL01B1線站的SRIR光為光源,通過點掃描采樣方式進行同步輻射紅外三維譜學顯微實驗研究。通過獲得聚亞酰胺小環在不同角度下的SRIR二維顯微光譜信息,選取波數范圍為1495~1485 cm -1的顯微光譜信息處理,用代數迭代算法對聚亞酰胺小環的化學組分酰胺Ⅱ進行SRIR三維顯微重構,獲得了完整的三維重構圖。實驗表明本文方法能夠以較高的信噪比重構出樣品化學組分的三維紅外顯微結構。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0334001
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摘要

提出一種用于高效率收集單粒子熒光的錐形空心波導探針。在理論上采用數值模擬得到了錐形空心波導探針對單粒子熒光的收集效率。通過優化探針幾何尺寸可得,單粒子為徑向偏振時探針對單粒子熒光的收集效率最高為25.3%,普遍高于利用高數值孔徑透鏡的傳統方法。綜合發光粒子不同方向的偏振后可知,探針的平均收集效率可達21.7%,最優工作距離為0.75 μm。此外,探針對單個粒子熒光的收集效率和工作距離對于粒子發射光的波長不敏感,故此探針可以用于對具有不同波長的各類粒子和寬譜發光粒子的高效率探測。此探針直徑為微米量級,易于與其他微納結構結合。此探針可用于單原子、單分子、量子點、金剛石色心等粒子的高效率探測,并有望進一步用于化學、生物微小發光體等的探測。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0327002
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摘要

通過在分焦平面(DoFP)偏振相機前置相位延遲器,可將線偏振斯托克斯矢量的測量拓展為全斯托克斯矢量(FSV)的測量。針對基于DoFP相機的FSV偏振儀,提出了兩種分別利用矩陣分解和偽逆模型估算FSV的優化策略。針對不同的FSV估算模型,這兩種優化策略在兩次光強采集的條件下可最小化測算方差,從而實現了測量精度的最優化。特別地,利用DoFP相機固有的測量冗余特性,提出了基于兩次光強采集的波片相位延遲量自標定解析解,該自標定算法可在實際應用中替代波片相位延遲量標定環節,同時為動態變化環境下的實時偏振測量提供技術支撐。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0326001
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摘要

提出了一種基于45°傾斜光纖光柵和光纖布拉格光柵的線性腔結構的可調諧線偏振摻鐿光纖激光器。利用45°傾斜光纖光柵作為起偏器件實現了中心波長為1065.90 nm、3 dB帶寬為0.03 nm、偏振消光比高于35 dB的線偏振激光輸出,輸出激光的偏振消光比在4 h內穩定性良好?;詮庀瞬祭窆庹し瓷洳ǔさ奈露忍匭允迪至酥行牟ǔぴ?065.92~1066.87 nm范圍內的連續可調,在波長可調諧狀態下輸出激光的偏振消光比保持在30 dB以上。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0314003
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摘要

利用分步傅里葉算法求解錐形半導體激光放大器中的穩態行波方程,對線性張角結構和非線性張角結構波導形狀的激光放大器進行光學和熱學性質的數值模擬。通過比較兩種結構的激光放大器的輸入電流-輸出功率曲線,輸入功率-輸出功率曲線和光絲形成數量,研究放大器中光絲的形成機理,解釋兩種激光放大器中不同光場分布的原因。結果表明,非線性張角結構的放大器不僅能使增益分布和光場分布更契合,而且能減小波導邊緣反射光和入射光的耦合,所以有著更高的光光轉換效率和更穩定的模式輸出。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0314002
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摘要

金(Au)亞波長光柵被濺射到經典硅基液晶(LCoS)的ITO電極上,它與薄液晶盒和底層鋁電極組成復合共振波導結構,簡稱GLCoS。與基于液晶傳播效應的LCoS截然不同,在GLCoS中,上電極的表面等離激元與光柵槽中的TM-FP (TM-Fabry Pérot)共振耦合,誘導一個0階反射的相位調制;鋁(Al)電極既是反射背板又與Au光柵、薄液晶盒組成波導,使共振耦合得到增強。在操控光波陣面的同時,GLCoS也作為電控器件,施加電壓改變液晶的折射率,進而控制開腔FP的邊緣介質條件,達到有源0~2π相位調制。實驗結果表明,本文結構可用于1 μm量級像素的相位空間光調制器,在高空間帶寬積的全息視頻顯示中具有廣闊的應用前景。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(03):0305001
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摘要

光聲成像兼具光學成像對比度高和超聲成像在深層生物組織中分辨率高等優點,是近年來迅速發展起來的一種生物醫學成像模態。光聲顯微成像(PAM)是光聲成像的一種重要實現方式,利用其可以無創提供活體生物組織結構和功能信息的優點,研究人員已開展了臨床前和臨床應用研究。為了使不同領域的研究人員了解這一快速發展的成像技術,本文綜述了光聲顯微成像的發展現狀、最新技術和研究進展。文章首先介紹了PAM的基本原理和典型的系統實現,然后概述了包括空間分辨率、成像深度、掃描方式、信號探測手段和多模態成像等方面的重要研究進展,接著闡述了PAM在生物醫學領域的應用現狀,最后總結了其未來發展面臨的挑戰。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207016
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摘要

提出一種光透過散射介質的散斑恢復算法,可實現大視場任意位置的聚焦。通過仿真模擬光路測量散射介質的傳輸矩陣并進行二值化處理,再利用數字微鏡器件對入射光進行二值振幅調制,實現透過散射介質的單點或多點聚焦。由于不同聚焦位置的獨立性,所提算法能夠實現大視場任意位置聚焦。仿真結果表明:聚焦位置的光強增強因子隨著采樣數目的增加而增加;與傳統三步相移法相比,在采樣數目減少1/3的情況下,所提算法能夠獲得55%的增強比,比三步相移法高12%。所提算法對透過散射介質實現大視場范圍掃描聚焦有重要意義,在生物醫學成像領域具有廣闊應用前景。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207038
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摘要

報道了一種用于神經外科手術立體定向導航的原位同軸投影技術。該技術可以自動完成圖像與患者位置的配準,并將術前重建的手術靶點和規劃入路實時原位地投射到手術部位,指導術者按照預定靶點和入路進行精準手術。同軸標定實驗表明該系統在工作距離下的平均投影儀重投影誤差為0.4 mm,具有較高的攝影-投影同軸度。立體定向投影精度實驗表明該系統在不同投射角度下的靶點平均投影誤差為1.2 mm,具有較高的立體定向導航精度。仿體實驗表明該系統在不同的模擬手術條件下可達到0.3 mm到3.1 mm的平均投影誤差,具備良好的臨床應用可行性。 跟其他立體定向導航系統相比,原位同軸投影技術擯棄了屏幕顯示,可以避免術者視角在顯示器和術野之間頻繁切換帶來的不便和操作誤差,提升了手術效率,在腦腫瘤及腦血腫手術導航中具有廣闊的臨床應用前景。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207036
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摘要

在光聲顯微成像中,系統的探測靈敏度是決定成像質量和探測深度的關鍵因素,也將進一步影響光聲成像在生物醫學領域中的應用范圍。通過將微型放大芯片集成至換能器單元,實現信號的前置放大和輸出阻抗的匹配,提高了探測靈敏度和信噪比;基于制備的原型換能器搭建了光聲顯微成像系統,并通過仿體和大鼠耳部血管的三維成像實驗,驗證了該系統進行高靈敏光聲顯微成像的可行性。實驗結果表明:基于集成放大芯片換能器的光聲顯微成像技術可使光聲信號的信噪比提升10 dB以上,具有應用于微弱生理、病理變化檢測和定量分析的潛力。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207035
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摘要

光學相干斷層血管造影術(OCTA)是研究微血管網絡和微循環的重要工具。采用高靈敏度和高分辨率的光學相干斷層血管成像技術對細菌誘導的裸鼠耳朵炎癥模型進行監測和評估。成像結果表明:光學相干斷層血管造影術可以高靈敏度和高分辨率地監測細菌誘導性炎癥過程中,小鼠耳朵免疫血管反應誘發的微血管網絡密度差異和血管形態變化;細菌感染之后,小鼠耳朵的OCT(optical coherence tomography)血管信號明顯增強,這是由于細菌誘導的血管發炎促進了血管中紅細胞的增多,從而增強了OCT信號。最后,健康被試者手掌處的高密集血管網絡圖像,證明了光學相干斷層血管造影術用于臨床評估炎癥的可能性。該方法有助于進一步認識炎癥的病理機制,為臨床評估炎癥開辟了新途徑。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207034
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摘要

搭建了一套多角度掃描的高靈敏度光聲介觀(OPAM)實驗系統,可同時實現高靈敏度測量和多角度信息獲取,并利用該系統對小動物腫瘤的結構信息與功能信息進行了初探。通過仿體實驗驗證了所搭建系統的空間分辨能力,滿足OPAM成像需求;通過對兩種小動物腫瘤模型進行OPAM實驗,可獲得腫瘤的結構圖像以及兩種腫瘤較為明顯的類型特征;之后利用該系統在雙波長測量條件下獲得了腫瘤的血氧飽和度值。實驗表明,該OPAM系統可以為腫瘤學研究提供一定的參考與指導,在生物醫學研究領域具有較好的應用前景。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207032
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摘要

光聲成像具有無損、高分辨率、高對比度等特點,在心腦血管研究、腫瘤研究、腦科學研究與疾病初期診斷等領域有廣泛的應用。隨著光機電技術的進步,小型化光聲成像技術得到了較快發展。本文圍繞光聲成像系統的小型化與集成化應用,分別對光聲成像在手持式、可穿戴式、便攜式和內窺式方面的研究進展進行了綜述。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207019
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摘要

對病變組織進行快速成像以獲取足夠的診斷信息,可以幫助醫生在術中做出重要決策。受激拉曼散射顯微技術是一種新興的無標記成像技術,利用生物分子自身的光散射性質,在不需要對組織進行任何處理的情況下即可獲取類比于傳統病理的成像結果。越來越多的研究表明受激拉曼散射顯微技術作為一種“虛擬組織成像”工具,可以迅速區分病變與正常組織。這篇綜述主要闡述了受激拉曼散射顯微成像的基本原理、發展現狀及其在組織成像上的應用。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207018
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摘要

稀土摻雜的上轉換納米發光材料(UCNP)可以將低頻光子轉化為高頻光子,通常是近紅外光激發,可見光發射,這個獨特的光學性質使其具有良好的生物學應用前景。近年來,UCNP已經在成像、傳感等領域取得了重要進展,本文對近年來UCNP的合成、表面修飾以及在生物檢測等方面的應用進行綜述,涵蓋了生物檢測方面的重要進展,包括基于上轉換熒光的溫度、離子、小分子以及生物體內的重要蛋白與核酸等檢測應用。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207017
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摘要

We propose a novel concept of designing silicon photonics metamaterials for perfect near-infrared light absorption. The study’s emphasis is an in-depth investigation of various physical mechanisms behind the 100% ultra-narrowband record peak absorptance of the designed structures, comprising an ultrathin silicon absorber. The electromagnetic power transport, described by the Poynting vector, is innovatively explored, which shows combined vortex and crossed-junction two-dimensional waveguide-like flows as outcomes of optical field singularities. These flows, though peculiar for each of the designed structures, turn out to be key factors of the perfect resonant optical absorption. The electromagnetic fields show tight two-dimensional confinement: a sharp vertical confinement of the resonant-cavity type combined with a lateral metasurface supported confinement. The silicon-absorbing layer and its oxide environment are confined between two subwavelength metasurfaces such that the entire design is well compatible with silicon-on-insulator microelectronics. The design concept and its outcomes meet the extensive challenges of ultrathin absorbers for minimum noise and an ultra-narrowband absorptance spectrum, while maintaining an overall very thin structure for planar integration. With these materials and such objectives, the proposed designs seem essential, as standard approaches fail, mainly due to a very low silicon absorption coefficient over the near-infrared range. Tolerance tests for fabrication errors show fair tolerability while maintaining a high absorptance peak, along with a controllable deviation off the central-design wavelength. Various applications are suggested and analyzed, which include but are not limited to: efficient photodetectors for focal plane array and on-chip integrated silicon photonics, high-precision spectroscopic chemical and angular-position sensing, and wavelength-division multiplexing.

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    摘要

    Chip-scale, tunable narrow-linewidth hybrid integrated diode lasers based on quantum-dot RSOAs at 1.3 μm are demonstrated through butt-coupling to a silicon nitride photonic integrated circuit. The hybrid laser linewidth is around 85 kHz, and the tuning range is around 47 nm. Then, a fully integrated beam steerer is demonstrated by combining the tunable diode laser with a waveguide surface grating. Our system can provide beam steering of 4.1° in one direction by tuning the wavelength of the hybrid laser. Besides, a wavelength-tunable triple-band hybrid laser system working at 1, 1.3, and 1.55 μm bands is demonstrated for wide-angle beam steering in a single chip.

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      摘要

      Highly sensitive broadband photodetection is of critical importance for many applications. However, it is a great challenge to realize broadband photodetection by using a single device. Here we report photodetectors (PDs) based on three-dimensional (3D) graphene foam (GF) photodiodes with asymmetric electrodes, which show an ultra-broadband photoresponse from ultraviolet to microwave for wavelengths ranging from 102 to 106 nm. Moreover, the devices exhibit a high photoresponsivity of 103 A ·W?1, short response time of 43 ms, and 3 dB bandwidth of 80 Hz. The high performance of the devices can be attributed to the photothermoelectric (PTE, also known as the Seebeck) effect in 3D GF photodiodes. The excellent optical, thermal, and electrical properties of 3D GFs offer a superior basis for the fabrication of PTE-based PDs. This work paves the way to realize ultra-broadband and high-sensitivity PDs operated at room temperature.

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        摘要

        Optical phase shifters are extensively used in integrated optics not only for telecom and datacom applications but also for sensors and quantum computing. While various active solutions have been demonstrated, progress in passive phase shifters is still lacking. Here we present a new type of ultra-broadband 90° phase shifter, which exploits the anisotropy and dispersion engineering in subwavelength metamaterial waveguides. Our Floquet–Bloch calculations predict a phase-shift error below ±1.7° over an unprecedented operation range from 1.35 to 1.75 μm, i.e., 400 nm bandwidth covering the E, S, C, L, and U telecommunication bands. The flat spectral response of our phase shifter is maintained even in the presence of fabrication errors up to ±20 nm, showing greater robustness than conventional structures. Our device was experimentally demonstrated using standard 220 nm thick SOI wafers, showing a fourfold reduction in the phase variation compared to conventional phase shifters within the 145 nm wavelength range of our measurement setup. The proposed subwavelength engineered phase shifter paves the way for novel photonic integrated circuits with an ultra-broadband performance.

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          摘要

          Measuring the microscopic temperature of graphene is challenging. We used cholesteric liquid crystal microcapsules (CLCMs) as temperature sensors to detect the local temperature of three-dimensional porous graphene through quantitative visualization. Based on a CLCM (~20 μm in size), we determined the temperature variation in a small area with an accuracy of 0.1°C. By analyzing the color changes between two CLCMs, we demonstrated the temperature changes dynamically in a region with a diameter of approximately 110 μm. Furthermore, by comparing the color evolution among the three CLCMs, we visualized the anisotropic thermal properties in the micro-zone. This convenient and low-cost temperature measurement method is expected to further improve graphene-based devices.

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            摘要

            連續 F類功放(PA)通過引入修正因子, 減輕功放對基波和二次諧波阻抗的要求, 從而擴展 F類功放的帶寬。本文在連續 F類功放基礎上, 提出一種新型修正型連續 F類工作模式。通過引入電阻性二次和三次諧波阻抗進一步擴展連續 F類功放的設計空間, 使其可實現多個倍頻程帶寬?;詿死礪? 采用負載牽引方法對基波和諧波進行最佳阻抗提取, 結合實頻技術設計功放匹配網絡, 實現了一款超寬帶高效率功率放大器。該功放在 0.4~2.2 GHz頻段內, 飽和輸出功率為 39.8~41.4 dBm, 漏極效率在 59%~79%之間, 增益大于 10 dB。仿真與測試結果良好, 驗證了該方法的正確性。

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            摘要

            為解決對無人機、平流層飛艇等空中移動目標無線輸能時機載接收端整流天線質量大, 占居飛行器有效載荷多的難題, 設計了一種具有諧波抑制功能的共面波導輕薄圓極化整流天線。該整流天線采用集中式整流方式, 通過將整流電路直接集成在微帶天線接地板上, 實現了質量輕, 尺寸小, 剖面低, 易共形的圓極化整流天線。該天線工作在5.8 GHz, 采用共面波導耦合饋電, 并在饋線上直接加載共面波導諧振結構進行諧波抑制, 具有較寬的工作帶寬。整流電路采用倍壓整流形式, 利用貼片電容作為直通濾波器進行直流濾波, 電路結構簡單。該整流天線結構緊湊, 質量僅 6.28 g, 剖面厚度 0.5 mm, 最佳整流效率 63.84%, 測試結果與仿真結果吻合良好, 驗證了該設計的可行性。

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            摘要

            外部電磁場輻照下飛機的電磁兼容分析和電磁效應評估, 需要進行飛機機艙的電磁耦合分析, 以評估其屏蔽效能(SE)。由于全波分析方法的巨大計算代價和高頻響應敏感性現象, 統計電磁學理論的功率平衡 (PWB)方法更適用于飛機機艙的 SE分析?;詬梅椒⒘絲濁惶?SE分析程序, 通過和文獻結果比較驗證了程序的正確性和有效性。將其用于某飛機機艙在多種條件下的 SE分析。結果證明有助于掌握艙壁電導率、舷窗、載客量、內部接收天線等影響 SE的 情況。

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            摘要

            根據超寬帶 (UWB)納秒電磁脈沖的基本特性, 采用模擬計算仿真與實驗研究方法, 研究了超寬帶納秒電磁脈沖信號通過微波接收機帶通濾波器的時域、頻域傳輸特性, 初步認識了超寬帶納秒電磁脈沖通過帶通濾波器傳輸特性規律, 它是對傳統連續波 (CW)信號與脈沖調制信號通過微波帶通濾波器傳輸特性技術的補充和完善。該研究成果為將來開發超寬帶納秒電磁脈沖在各類接收機中的應用提供技術基礎。

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            摘要

            針對近年來復雜電磁環境中強電磁脈沖攻擊, 研究得出設備級強電磁輻照敏感度仿真分析方法。該方法采用 3D電磁場仿真及 2D電路仿真相結合的手段, 通過建立幾何模型、定義材料參數、添加負載及激勵源、放置監測探頭等步驟, 最終仿真得出設備外殼內部及線纜上耦合電流的時域、頻域特性。由仿真結果可知, 設備內部及線纜上耦合的電壓、電流在極短時間內即可達到具有破壞性的峰值, 且其同時具備較寬的頻譜, 從而可對多種電子設備造成毀傷。因此, 當電子設備處在復雜電磁環境強電磁脈沖攻擊下, 必須采取一定的強電磁?;ご朧?。本仿真方法也可適用其他通用電子設備強電磁輻照敏感度仿真分析。

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            摘要

            V頻段小型化集成接收前端主要實現對 V頻段毫米波信號的低駐波、低噪聲接收和產品小型化。采用多功能芯片與混合集成技術, 實現了毫米波接收信道的小型化集成。引進了微帶正交耦合器, 構成平衡式分布放大優化射頻接收端口輸入駐波系數的設計思路, 替換了體積笨重的波導寬帶隔離器, 減小了毫米波接收前端體積和重量。通過對V頻段波導微帶過渡探針的容錯性設計, 降低了V頻段毫米波接收前端的組裝難度, 提高了接收前端的一次組裝合格率。昀終實現批量化V頻段小型化集成接收前端射頻的輸入駐波系數優于 1.6, 噪聲系數優于 4.2 dB, 外形尺寸(含插座)33.4 mm×30 mm×12 mm。

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            摘要

            為滿足高功率微波測量需求, 設計一種 X波段寬帶的波導定向耦合器。為達到寬帶設計要求, 該耦合器采用多孔耦合結構, 利用切比雪夫分布函數得到每組耦合系數, 同時修正耦合臂引入的截止衰減影響, 根據耦合理論得到每組小孔的初始尺寸, 最后基于軟件優化后得到滿足預期設計要求的寬帶耦合器。根據仿真結果, 該耦合器在 8.2~12.4 GHz頻帶范圍內的耦合度為 40 dB, 帶內波動小于 1 dB, 方向性優于 30 dB, 連續波功率容量達到 0.84 MW; 實測耦合度為 38~ 39 dB, 端口反射小于 -20 dB, 可滿足 MW級高功率微波脈沖測量系統的應用需求。

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            摘要

            提出一種新穎的寬帶頻率合成器方案。采用直接數字頻率合成器 (DDS)作為鎖相環 (PLL)參考, 實現細步進; 在鎖相環中加入一種新穎電路, 實現捷變頻; 通過頻率擴展方式, 實現寬帶頻率覆蓋; 設計指標可兼顧 2~18 GHz的寬頻帶以及微秒的捷變頻時間。分析了方案及設計中的技術難點, 并給出了解決措施。該頻率合成器實測指標良好, 具有較強的工程實用價值, 可推廣使用到各型雷達產品中。

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            摘要

            從經典混響室的平面波疊加模型出發, 針對已有的概率統計模型不能模擬萊斯分布場環境的情況, 建立了改進型的平面波疊加模型。為了驗證該模型的有效性, 用蒙特卡洛方法仿真了不同K因子下的各場量的概率密度函數 (PDF), 并用理想 PDF進行擬合。并進一步驗證了當萊斯 K因子為零時, 萊斯分布場模型退化為經典混響室的場模型。最后考慮了模型的抽樣參數(平面波疊加數和攪拌器位置數)對仿真結果的影響, 確定最佳的抽樣樣本, 從而獲得穩定的 PDF曲線。

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            摘要

            設計了一款新型的超寬帶雙極化電磁偶極子天線。采用階梯型饋電結構代替傳統電磁偶極子的 Γ形饋電結構, 半橢圓電偶極子代替傳統矩形電偶極子, 從而獲得了更寬的阻抗帶寬。對該天線加工制作了天線樣品并進行了測試, 仿真和測試吻合良好。該天線的 2個極化饋電端口阻抗帶寬(駐波比 SWR<2)分別達到 90.8%(2.06~5.37 GHz)和 84.4%(2.08~5.12 GHz); 并在整個工作頻段范圍內, 該天線呈現良好的定向輻射特性和穩定增益, 2個饋電端口增益分別為( 8.6±0.8) dBi和(8.85±0.85) dBi。

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            摘要

            提出一種應用于 5G智能手機中結構緊湊的 16單元多頻段多輸入多輸出 (MIMO)天線陣列。該多天線系統由 8個緊湊天線陣列對組成, 為了預留 2G/3G/4G天線的布局空間, 這 8個天線陣列印刷在智能手機的兩側邊上。每個天線陣列對由 2個緊湊的間隙耦合環路天線組成, 分別布置在系統板的上、下兩側; 其中上側天線工作在 LTE band 46(5 150~5 925 MHz), 下側天線覆蓋 LTE band 42/43(3 400~3 800 MHz)。測試結果表明該天線陣列具有良好的阻抗匹配和隔離性能。同時還對 MIMO一些包絡相關系數進行了研究分析。最后研究了人手和頭對整個天線性能的影響, 仿真結果表明, 在日常各種使用情況下, 該天線陣列也具有良好的輻射特性。

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            摘要

            針對工作周期 (DC)的無線傳感網絡 (WSNs), 研究人員試圖利用任播技術降低傳輸時延和能耗, 并進行了深入研究。為此, 提出新的能效任播路由 (EEAR)。相比現存的任播路由指標, EEAR路由引用新的任播路由指標, 稱為期望能耗 (EEC)。利用 EEC合理地選擇轉發節點集, 進而最小化傳輸數據包的能耗。仿真結果表明, 提出的 EEAR協議降低了能耗, 同時, 也維持了合理的時延和高的數據包傳遞率。

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            摘要

            針對采用超寬帶 (UWB)信號進行測距定位的無線協同定位網絡, 建立目標節點信號發射功率與網絡均方位置誤差下限的函數關系模型。在目標節點發射總功率受限的情況下, 基于 Stackelberg模型, 結合粒子群算法, 對目標節點的發射功率進行優化分配。仿真表明, 提出的功率優化分配方案相比功率平均分配方案, 使網絡均方位置誤差下限降低了 3%, 實現網絡定位精確度的提高。

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            摘要

            為在光強變化場景下實現目標的檢測與跟蹤, 研究了一種新方法。該方法綜合集成了Vibe算法與粒子濾波算法的優點, 通過在改進 Vibe算法中引入光照補償模型、重構粒子濾波模型, 解決了2種方法對光強變化的自適應性難題; 在局部三值模式 (LTP)中建立了一種自適應閾值方法, 并采用線性回歸分類方法, 實現了目標跟蹤。通過開發相應程序并將所提新方法的結果與標準結果進行對比驗證, 驗證結果表明: 新方法的偏差小于文中其他 3個對照方法的相應偏差, 該方法對光強變化場景下的目標檢測與跟蹤研究有一定幫助。

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            摘要

            頻率步進雷達(SFR)導引頭通過在頻域進行帶寬合成, 距離分辨力顯著提高, 可以分辨出復雜目標的細節特征, 從而進行抗干擾分析與目標識別。在進行 SFR回波信號仿真時, 要求回波模型能符合并反映目標的細節特征, 目標不能等效為點目標, 而散射中心提取法則意味著散射點的舍棄和合并, 對目標的細節描述并不準確, 為此提出基于 FEKO的復雜目標回波信號產生方法。根據頻率步進雷達信號時域特征, 推導出直接利用 FEKO的散射場數據進行時域回波計算的數學模型, 并使用 FEKO提取目標在各種入射角度下的散射場幅度和相位信息進行存儲, 在仿真時直接調用散射場數據進行時域回波計算, 從而得到復雜目標的高擬真度回波信號模型, 在空空導彈數字仿真、半實物仿真和抗干擾研究中具有實用意義。

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            摘要

            隨著航空航天制造業和高性能飛行器的不斷發展,大曲率板殼結構等被廣泛應用,由于預應力和尺寸位置偏差等因素引起裝配變形的測量和修正成為目前研究的主要問題。板殼結構在裝配的過程中會產生變形,目前對于結構變形的測量方式以及重構變形結構的方法研究較為廣泛。本文利用FBG傳感器對板殼結構的曲面重構算法進行研究,建立了波長偏移量與曲率的關系,得到曲面重構算法所需曲率數據,應用分段擬合算法計算全

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            摘要

            地平式天文望遠鏡在跟蹤觀測過程中,由于望遠鏡的方位軸與地球自轉軸不重合及庫徳光路中的折軸反射鏡在望遠鏡跟蹤過程中有相對轉動,會引入物方及像方視場旋轉。傳統的消旋K鏡可以消除視場旋轉,但會帶來較大的儀器偏振,不利于望遠鏡的高精度偏振測量。無偏消旋鏡由5面反射鏡組成,通過優化設計可保證在消除像旋的同時減小儀器偏振,但其不規則的結構設計使裝調過程面臨新的挑戰。本文針對無偏消旋鏡提出雙光

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050407
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            摘要

            為實現弱信號對比度的高動態范圍測量,基于二階自相關理論,提出了一種實現納焦級弱信號對比度高動態范圍測量的方法。理論分析了能量(功率)、相位匹配和測量噪聲對測量動態范圍的影響,發現通過對測量噪聲能量的光子計數探測、精確設置相位匹配過程中的非共線角并采用聚焦和濾波方式對測量噪聲進行抑制,可有效提升測量的動態范圍。在此基礎上,建立了一臺弱信號高動態范圍測量系統,利用神光II高能拍瓦激光

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(06):060401
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            摘要

            通過使用帶有損耗點的腔鏡,實現了在Yb:phosphate(Yb:QX)振蕩器里一階渦旋光束的輸出。同時,詳細研究了渦旋光的光光轉換效率與損耗點尺寸大小以及腔內激光模式直徑及形狀的關系。實驗發現在Z字型固體激光器中,當腔內激光模式直徑約是損耗點直徑的4-6倍,激光模式在切線面(Tangential)和弧矢面(Sagittal)的光斑直徑比例(也即橢圓率)約為80%,泵浦功率為1.59 W時,獲得了光光轉換效率最高為7.7%的一階渦旋光

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050105
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            摘要

            針對端面泵浦固體激光器的微通道冷卻結構,基于流-固-熱耦合的數值方法計算了不同冷卻液流量下增益介質內部的溫度分布和冷卻結構的流動阻力,為下一步冷卻結構的改進提供了理論依據。計算結果表明:當冷卻液流量增加至15L/Min時,增益介質的最高溫度不再出現明顯下降,此時微通道冷卻結構的內部流動阻力不會對冷卻系統運行造成明顯的影響;冷卻結構的進出口位置以及水冷方向對增益介質內部的熱分布具有較大的

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050104
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            摘要

            為研究三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)光合作用生理指標與巖藻黃素含量之間的相關性,本文用不同發光二極管單色光質對三角褐指藻進行處理,測定巖藻黃素含量、光合作用相關生理參數和相關基因表達,并研究測定指標之間的相關性。研究結果表明,紫光可極顯著促進三角褐指藻巖藻黃素和葉綠素a的含量(P<0.01)。光合生理指標結果表明,紅光可極顯著促進三角褐指藻藻細胞的Y(II)、rETRmax和α值(P<

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050701
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            摘要

            對激光熔覆后的鈷基涂層進行不同溫度下的熱處理,通過電化學測試和摩擦磨損試驗,研究涂層的耐磨性和耐腐蝕性能,利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、顯微硬度計等對涂層進行分析。結果表明,熱處理能夠有效減小涂層內部殘余應力,消除裂紋、孔洞等缺陷;在相變演化中,FCC型Co相逐漸轉變為HCP型Co相;經過900℃×1h熱處理后涂層的近表面硬度是未處理涂層的1.5倍,約為1300HV0.1;未處理stellite-6涂層的摩擦系數

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):0502011
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            摘要

            采用復合光柵相位測量輪廓術進行三維測量時,從變形復合條紋中有效地解調出相移變形條紋,濾波窗口的選擇至關重要。通過分析噪聲特征及其對頻譜成分不同取向影響的差異性,尋找空間頻譜兩個正交方向的最佳濾波窗口,建立了一種提高測量精度的混合濾波窗口。數字模擬表明所設計的混合窗口對噪聲的抑制均優于矩形、三角形、布萊克曼和漢寧等濾波窗。已知高度平面測量的結果表明,采用均衡了噪聲和頻譜泄漏的混合

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050405
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            摘要

            本文開展了入射角度對1064nm納秒激光誘導水下等離子體聲波信號特性影響研究。研究結果表明,隨著入射角度的增大,激光誘導水下等離子體聲波信號強度逐漸減弱。由等離子體熒光圖像可知,激光誘導水下等離子體產生多次聚焦。隨著入射角度的增大,水等離子體長度逐漸變長,等離子體腔體半徑逐漸變小,且水等離子體熒光輻射強度隨之變弱。這是因為空氣-水面處的光學折射效應導致透鏡等效焦距變大,延長了聚焦透鏡

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(06):060801
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            摘要

            摘要:快速準確檢測出土壤中錳(Mn)元素含量,對于“精準施肥”實現農業生產可持續發展具有重要意義。本文結合激光誘導擊穿光譜技術(Laser induced breakdown spectroscopy: LIBS)與支持向量機(Support Vector Machine, SVM)用于分析土壤中Mn元素含量。44個土壤樣品采集于安徽淮北地區,Mn元素含量采用原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry, AAS)測得。為防止空氣中灰塵和樣品內部成分不均導致測量結

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):051101
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            摘要

            將KTiOAsO4斯托克斯參量振蕩器置于LD側面泵浦的1064 nm調Q Nd3+:YAG諧振腔內,通過KTiOAsO4晶體的非共線受激電磁耦子散射(SPS)獲得波長在1078.20 nm到1088.20 nm范圍內不連續調諧的斯托克斯激光。該斯托克斯激光又作為共線拉曼激光器的泵浦源在同一塊KTiOAsO4晶體實現受激拉曼散射(SRS),通過設計斯托克斯諧振腔的輸出鏡透過率,選擇對一階拉曼光進行輸出,獲得波長在1106.08 nm到1116.62 nm范圍的不連續

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(06):060102
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            摘要

            為研究電磁場對激光再制造V型槽中孔隙調控的影響,在激光再制造過程中同時耦合穩態磁場與穩態電場以產生定向洛倫茲力,并通過激光再制造實驗研究了激光功率與電磁場參數對V型槽內孔隙率的調控規律。實驗結果顯示,當激光功率小于1400 W后,V型槽底部界面結合處易產生熔合不良現象,并且修復區內存在大量氣孔。隨著磁場強度的增加,V型槽底部熔合不良現象得到有效調控,修復區內孔隙率逐漸降低。當磁場強度為12

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(06):060203
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            摘要

            為直觀、全面、系統地分析設備參數、水體光學傳輸特性和目標反射特性對水下激光主動成像的影響,為水下光電成像系統的設計優化提供可視化參考依據,建立了水下激光主動成像的可視化模型。該模型基于蒙特卡羅方法追蹤整個水下成像過程中光子的狀態變化,分別采用幾何光學近似和隨機碰撞原理模擬隨機粗糙表面和水體懸浮粒子對光的散射過程,并通過高斯物象公式獲得最終的仿真圖像,實現水下目標激光成像的可視化

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):051002
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            摘要

            為探索半透明非摻雜型異質結在薄膜太陽能電池中的應用,采用直流磁控濺射技術在氧化銦錫(ITO)襯底上沉積氧化亞銅(Cu2O)和氧化鋅(ZnO)透明氧化物半導體薄膜,構成亞微米級的非摻雜型p-Cu2O/n-ZnO異質結器件。使用掃描電鏡、X射線衍射儀、光譜儀和太陽能模擬器,研究在不同氬/氧比的條件下制備的Cu2O層對異質結的材料特性、光學特性及光電特性的影響。實驗結果表明:具有氬/氧比為32:23的Cu2O層的p-Cu2O/

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(05):050302
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            摘要

            在制備高性能垂直腔面發射激光器(VCSEL)的流程中, 選擇性氧化工藝是最為關鍵的技術,通過將高Al組分的AlGaAs層進行選擇性氧化,為激光器提供了良好的電光限制。但工藝的穩定性和可控性仍有待完善,尤其是它與溫度的依賴關系缺乏系統性研究。本文針對氧化過程中的核心因素——氧化溫度進行深入研究,優化設計了氧化溫控曲線。實驗結果表明,通過該氧化溫控曲線氧化的樣品具有非常良好的熱穩定性,整體結構可靠性

            PDF全文 中國激光 | 2020,47(07):070101
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            摘要

            為解決脈沖信號對導頻產生干擾而導致馬赫曾德爾電光調制器工作點無法穩定的問題,提出了一種導頻自適應的偏壓控制技術穩定調制器工作點。采用數字控制系統,生成頻率可變的導頻信號,由快速傅里葉變換分析反饋信號的諧波分量,可以控制馬赫曾德爾電光調制器鎖定于傳輸曲線的最低偏置點。通過實時監測偏置電壓輸出,自主改變導頻的頻率,避免脈沖信號對導頻的影響,實現高消光比的激光脈沖調制。結果表明,激光

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            摘要

            在TC4粉末中加入不同含量的B粉末進行激光增材制造試驗,研究了B對激光增材制造TC4微觀組織及性能的影響。結果表明,通過添加微量的B可有效的細化原始柱狀晶和晶內板條α相。當B含量為0.05wt.%時,原始柱狀晶的生長被限制,柱狀晶寬度明顯降低,當B含量為0.1%時,原始柱狀晶大量轉變為等軸晶,晶內板條α集束尺寸減小。對比沒有添加B的激光增材制造TC4,含B0.05%的TC4塑性有了明顯提高但是對強度的影響不大,各

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            摘要

            采用激光熔覆技術制備了碳纖維增強316L不銹鋼,研究了掃描速度對碳纖維增強316L不銹鋼微結構、顯微硬度和耐磨性的影響。結果表明:激光熔覆316L不銹鋼主要由γ-Fe相組成,加入碳纖維后,激光熔覆316L不銹鋼則由M23C6 (M=Cr、Fe與Ni)、γ-Fe和α-Fe組成,其中M23C6均勻分布在γ-Fe/α-Fe樹枝晶間。隨著掃描速度的增加,枝晶臂間距先減小后增大,顯微硬度先增加后減小,耐磨性先增強后降低。當掃描速度為12 mm/s

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            摘要

            本文提出了一種在玻璃表面制備嵌入式亞微米金屬線的方法。首先利用飛秒激光直寫在玻璃表面燒蝕出亞微米線寬的凹槽,然后用連續流化學鍍在樣品表面沉積金屬薄膜,再經過熱處理和機械拋光,可實現玻璃表面嵌入式亞微米線寬金屬結構的可控制備。通過利用飛秒激光燒蝕的閾值效應并和連續流化學鍍結合,可制備出最小線寬~0.66 μm的金屬銀線。四探針法測試結果表明制備的亞微米金屬銀線具有良好的導電性,其電阻率

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            摘要

            基于相似匹配方法的布里淵頻移提取算法具有無需預設模型,適應性強的優點。為了獲得譜信號和掃頻參數對算法性能的影響,針對單一因素變化的情況下系統研究了線寬、信噪比、掃頻間隔、掃頻范圍對布里淵頻移提取準確性的影響規律。結果表明,頻移誤差與布里淵線寬成線性關系,僅僅由于探測譜與參考譜線寬不同對算法準確性產生的影響較小。頻移誤差隨參考譜和探測譜信噪比的增加成指數規律減小。掃頻間隔不變時隨

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            {ganrao}