为了探究多脉冲在毫秒激光作用下织构形貌的演变规律，本文建立一个二维对称模型，考虑反冲压力、表面张力和蒸发速度对熔池变化的影响，用来分析形貌演变的规律并对其进行实验验证。研究结果表明，在反冲压力的作用下，凹坑深度和凹坑直径随着脉冲次数的增加而增大；熔池中心凸起和边缘凸起的形成与热毛细力和拉普拉斯压力有关，并且随着脉冲次数的增加，熔池中心的凸起高度减小；熔池边缘处，在热毛细力的影响下熔质向中心流动，并且随着脉冲次数的增加，边缘凸起的高度减小。

传统卷积神经网络大量的计算及内存需求使嵌入式设备智能应用的开发成为挑战, 为尝试将高度复杂的深度学习应用与性能有限的低成本嵌入式平台相结合, 设计了一款小型嵌入式图像分类系统。实验基于结构化稀疏学习算法在Caffe框架下构建结构稀疏卷积神经网络模型, 将其部署在工业派(IndustriPi)最小化系统上, 通过测试得到了85.5%的准确率和处理实时影像时不小于8帧/s的运行速度。与经典模型相比, 通过稀疏学习后的网络模型很大程度上减少了计算量和内存占用率, 提高了低成本嵌入式设备的运行速度。

数字聚合酶链式反应(dPCR）作为一种新的核酸检测技术, 在生物医学等领域得到广泛的应用。为了进一步提升现有的dPCR检测系统的检测效率, 设计了一套基于大视场荧光显微镜的dPCR检测系统, 将照明系统与滤波模组设计于显微镜物空间, 结合复眼照明系统实现大面积匀光照明, 照明面积可达到32mm×22mm, 照明均匀性达到80%以上, 提出一种结合神经网络的培养皿计数检测方法, 可以有效筛选出培养皿中已经蒸发的培养皿。整个系统从相机曝光到检测结束仅需要几秒钟时间, 相比传统的图像拼接式检测方法, 其检测效率得到了明显提高。

数字聚合酶链式反应（dPCR）技术在生物医疗领域具有非常重要的应用价值, 为了进一步投入临床诊断和病原体检测中需要在光学检测系统的检测效率和准确性方面取得进展。针对dPCR检测需求, 使用ZEMAX软件设计了无限远消色差荧光精缩物镜。镜头物方数值孔径为0.1, 整体放大倍率为-0.65倍, 可对Φ为34.9mm的物体进行成像, 物方工作距离105.3mm, 像方传递函数在70lp/mm处高于0.73, 相对畸变小于0.4%;镜头设计可以同时满足大视场高分辨率的荧光多通道探测要求;基于无限远荧光显微成像技术, 镜头可一次性检测位于28mm×18mm基因芯片上2万个反应通道, 克服现有设备拼接成像的弊端并提高检测效率。

本文介绍了一种基于金纳米棒自组装结构的SERS基底构筑方法。通过工艺参数可调控的溶剂蒸发诱导组装机制, 可以减少或去除溶胶成膜基底中出现的咖啡环效应, 得到致密均一的薄膜型SERS基底。该基底用于毒品SERS检测具有较高的灵敏性和较好的重现性, 将其与便携式拉曼光谱仪和含毒品尿液的快速前处理方法相结合, 可以用于涉毒人员尿液中毒品的检测分析, 因此有望应用于涉毒现场的快速检测。

设计并搭建了一套基于CCD测量激光光束质量M2的系统。采用CCD测量激光光束在不同位置处的光束直径, 通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角, 再通过公式计算得到激光光束质量M2。利用本系统测量多组数据, 并与专业M2仪所测的数据进行对比, 二者一致性较好, 表明采用本实验装置测量激光光束质量M2可以有效地替代M2仪。

提出了一种基于温敏薄膜的锥形双包层光纤(TDCF)温度传感器, 其由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段TDCF组成, 呈SMF-TDCF-SMF结构。由于输入端SMF纤芯模的模场与TDCF纤芯模的模场极度不匹配, 因此由SMF传输过来的光除一部分耦合进TDCF的纤芯中外, 其余部分耦合进TDCF的包层中以包层模的形式向前传输。当这两束光到达输出端SMF时发生干涉, 形成马赫-曾德尔干涉仪。在锥区涂覆一层温度敏感薄膜, 使得TDCF纤芯模和包层模之间的光程差会随着外界温度的变化而改变, 从而引起传感器干涉谱的变化, 因此可以通过检测传感光谱的变化实现对温度的测量。实验研究了传感器的温度特性, 结果表明：随着拉锥长度的增加, 干涉光谱的自由光谱范围逐渐减小。当拉锥长度为16 mm, 温度在32～65.3 ℃范围内时, 随着温度的增加, 传感器的传输光谱出现蓝移现象, 温度灵敏度最高可达-1296.78 pm/℃, 且具有很好的线性度。该传感器制作简单、灵敏度高, 在科学研究和工农业生产的温度测量场合具有较好的应用前景。

为了扩大OEO(光电振荡器)的频率可调谐范围,利用Matlab软件仿真设计了一种基于Chirped PS-FBG(啁啾相移光纤光栅)的频率可调谐OEO。对PS-FBG(相移光纤光栅)的反射谱和基于PS-FBG的频率可调谐范围进行了理论和仿真研究, 分析了Chirped PS-FBG的反射谱和基于Chirped PS-FBG的频率可调谐范围。仿真结果表明, 通过对可调谐激光源的波长调节可实现频率可调, 与PS-FBG相比, Chirped PS-FBG扩大了反射谱带宽及OEO的频率可调谐范围。

介绍采用波长色散X射线荧光光谱法测定大气PM2.5中Cu和Zn含量的分析方法。 采用聚四氟乙烯滤膜来制备标准样品和进行大气颗粒物采样; 对大气颗粒物样品的装样杯结构进行了讨论, 采用6.7 μm的Polypropylene膜配合改进样杯来封装大气颗粒物样品, 应用改进后的样杯对大气颗粒物中Cu和Zn进行测定, 可明显降低背景, 改善峰背比, 降低检出限; 讨论了大气PM2.5中目标元素Cu和Zn的测量条件, 其分析线都采用Kα线, 分光晶体选用PX10, 采用间距300　μm的准直器, ZnKα线探测选用闪烁计数器, CuKα线的探测利用流气式正比计数器和封闭式正比计数器串联使用, 工作电压、 电流采用50 kV和50 mA。 应用制备的Cu和Zn标准样品建立工作曲线, 实验结果表明, 其线性相关性较好, 准确度较高, Cu和Zn的相对标准偏差分别为2.43%和2.00%(n=8), 检出限分别为0.028和0.021 μg·cm-2, 且分析大气颗粒物单个样品时间为60 s。 综上所述, 该方法能够实现PM2.5中Cu和Zn含量的快速、 准确分析, 为研究PM2.5中的元素含量特征及来源解析提供科学依据。

提出了一种新颖的结构--槽型光子晶体波导结构。槽型波导将光波禁锢在低折射率槽型区域内, 不仅增加了光与物质相互作用的时间, 同时也增强了光与物质相互作用的强度,从而增强了低折射率区域的慢光效应。利用平面波展开法进行仿真模拟, 结果表明: 通过调节槽型缺陷的宽度, 槽型波导中波导模式相互作用强度增强, 槽缺陷中的电场强度约为高折射率区域的12倍, 具有很强的光控能力, 获得群速度最小值1.55×10-3c。这一结果将为基于光子晶体的光学器件的设计和应用提供有效的理论支持。