设计了一种基于不规则U型结构的高灵敏度太赫兹微流传感器,通过仿真软件研究了传感器金属结构中金属线的长度、宽度与夹角对品质因数与吸收率的影响,以及微流通道高度与盖层厚度对传感器性能的影响,最后仿真计算了传感器对不同质量分数葡萄糖溶液的检测性能。结果表明:传感器的最佳结构参数为L₁=84 μm、L₂=82 μm、L₃=52 μm、W=5 μm、θ=60°,相应的传感器品质因数可达24,灵敏度可达313 GHz/RIU。这种具有高品质因数与高灵敏度的超材料传感器在无标记微量物质检测方面具有较高的应用价值。

对偶极子天线加载方形开口谐振环所构成的太赫兹微结构光电导天线性能展开分析研究。在偶极子天线的基础模型上,基于耦合波理论描述微结构共振模式在入射光和微结构相互作用下振幅的动力学过程;通过调整结构参数模拟分析太赫兹波与结构间的局域耦合特性关系,仿真对比偶极子和微结构光电导天线参数与太赫兹辐射时域脉冲波形和频谱特性关系,以及偶极子天线与微结构天线辐射方向的仿真结果。研究结果表明,随着天线结构参数,如极间间隙的增大,结构间的耦合系数逐步增大,耦合强度逐渐增加,产生的局域电磁共振模式使共振频率处的电磁能量得到极大增强。调整长度、宽度和极间间隙获得最佳结构参数,使最大辐射强度提高了340%,共振峰值逐步发生频移,频率移动范围为0.2~0.8 THz。

为解决固体粉末类物质太赫兹折射率和吸收系数提取不准确的问题，采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术以聚乙烯(PE)与聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象，分析一元和二元混合粉中孔隙率对光学参数提取的影响；以有效介质理论为基础，提出基于Landau-Lifshitz-Looyenga(LLL)模型的折射率和吸收系数提取方法。结果表明：经过LLL模型修正的PE和PTFE粉末的折射率与文献中报道热塑成型的PE和PTFE板一致，证实了LLL模型在固体粉末太赫兹光学参数计算应用中的有效性。研究成果可为固体粉末的太赫兹标准光谱数据库建设和物质定量识别等领域提供指导。

针对ViBe算法在进行海面远距离运动目标检测时存在噪声和干扰的问题, 在ViBe算法的基础上提出4点优化。首先, 在背景建模中扩大样本取值范围减少判别误差;接着, 根据背景的动态变化程度自适应地设定不同的阈值与背景模型更新速率, 增强了算法的自适应能力;然后, 定义一个闪烁等级, 当闪烁等级达到一定阈值时, 判定为闪烁点, 减少对海面闪烁点的误判;最后, 对输入的视频序列进行金字塔变换, 得到不同分辨率的图像, 对于不同分辨率的图像, 分别使用改进的 Vibe算法检测出结果, 并对这些结果进行融合, 再一次减少了海面闪烁点的影响。实验结果表明, 所提算法能够减少海面噪声, 以较好的实时性稳定地检测和提取海面远距离运动目标。

单段式分布式反馈(DFB)半导体激光器的频率调制相位响应曲线在0.1～5 MHz之间, 且具有180°的相位反转, 其作为从激光器的光学锁相环(OPLL)结构难以实现锁相。为解决单段式DFB半导体激光器的锁相问题, 在单环反馈回路中加入可调超前移相功能电路和可调增益功能单元, 并优化相移参数, 实现MHz量级线宽DFB激光器相位的锁定。改进后OPLL在锁相状态下的残余相位噪声为0.012 rad2, 激光器线宽从2 MHz压窄到10 kHz。研究了反馈环路的环路增益对OPLL锁相性能的影响, 并给出了最优的环路增益控制参数。

光子化研究是相控阵雷达的发展趋势，光子晶体以其优异的集成度及光学特性在相控阵雷达光子化研究中具有广泛的应用前景。基于光子晶体波导慢光特性及热光调制原理，设计了应用于相控阵雷达波束形成网路的光实时延迟线。通过优化光子晶体慢光波导参数，所设计光子晶体光实时延迟线可实现延时量为0~36.69 ps的高精度调谐，得到23 GHz以上的延时带宽。通过优化实时延迟线群速度随温度的色散特性，温度每变化1 ℃，延时量变化量在0.36~1.57 ps/mm范围内。所提出的基于光子晶体波导的光实时延迟线，可实现延时量的高效、高精度调谐，相对于传统电域波束形成网络，具有集成度高、瞬时带宽大、调谐精度高等优点，为高频段宽带相控阵雷达波束形成网络的研发提供了理论基础。

为解决高速光收发模块中PCB差分布线由于过孔引起的不匹配及信号完整性问题, 首先利用HFSS、Hyperlynx等软件对差分过孔进行了建模研究和分析。在此基础上提出了通过差分补偿和增加接地过孔的方法, 可以实现差分线匹配, 从而改善信号完整性。随后, 通过HFSS仿真分别对两种方法在传输损耗和反射上的表现进行了验证, 并分析、比较了两种方法的特点。最后, 进行了2.5G光模块测试, 测试结果证明了改进方法的有效性。

针对温度波动对生物传感器探测性能的影响, 本文提出了一种三环型波导微环谐振器无热化生物传感器。传感器芯片以3个微环谐振器为一个传感单元, 3个微环谐振器并联排列, 且分别工作在1 500、1 550和1 580 nm波长, 以其中两个为基本探测微环, 另外一个作为备用微环。由于3个微环工作波长不同, 可通过运算消去温度对探测谱线变化值的影响项, 从而实现传感器的无热化探测。相对于传统的无热化方案, 本方案制备材料不受限, 且无需参考微环, 不存在浪费面积, 集成度更高。另外备用微环的设计可以防止部分微环工作失常时传感器无法工作情况的发生, 提高了系统的稳定性及可靠性。

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用, 提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合, 可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时, 其总效率高达93.05%。另外, 发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期), 设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器, 器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度, 可以大幅减小耦合周期, 这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。

Hepatocellular carcinoma (HCC) may metastasize to many organs. The survival rate is almost zero for metastatic HCC patients. Molecular mechanisms of HCC metastasis need to be understood better and new therapies must be developed. We have developed the "in vivo microscopy" to study the mechanisms that govern liver tumor cells spreading through the microenvironment in vivo. A recently developed "in vivo flow cytometer" combined with real-time confocal fluorescence imaging is used to assess spreading and the circulation kinetics of liver tumor cells. We measure the depletion kinetics of two related human HCC cell lines, high-metastatic HCCLM3 cells and low-metastatic HepG2 cells, which are from the same origin and obtained by repetitive screenings in mice. More than 60% of the HCCLM3 cells are depleted within the first hour. Interestingly, the low-metastatic HepG2 cells possess noticeably slower depletion kinetics. In comparison, less than 40% of the HepG2 cells are depleted within the first hour. The differences in depletion kinetics might provide insights into early metastasis processes.