1 暨南大学信息科学技术学院，广东 广州 510632
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
硅基微环谐振器由于其优异的光谱选择性、紧凑的占地面积和低功耗特性，被大量应用于光子集成领域。但是，由制造误差和硅基器件高热敏性引起的微环谐振波长偏移会导致工作状态不稳定，在实际应用中需要实现相应的波长锁定方案。提出了一种基于差分进化和数字微扰的微环波长锁定系统，以输出光功率为监测变量，在全局搜索阶段基于差分进化算法搜索最佳加热功率来定位目标信号波长，在局部锁定阶段基于数字微扰算法解调出误差信号，据此来增减加热功率以消除环境温度波动干扰。经过理论推导和实验验证，发现提出的差分进化算法搜索最佳加热功率的速度比传统的逐步扫描方式快4倍左右，实验验证了在400 s内、在环境温度变化5 ℃条件下微环谐振波长的稳定锁定。
硅基微环 波长锁定 差分进化 数字微扰 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2323002
1 东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京 210096
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
由压电陶瓷驱动的快速反射镜(FSM)现已被广泛用于自适应光学系统的执行环节, 为了对其迟滞效应精确建模, 该文提出了一种针对FSM的IDE-BPNN建模方法。基于Madelung法则以最小二乘法构建称迟滞算子作为迟滞运动的基本描述, 扩展训练用的数据集, 并采用改进的差分进化算法(IDE)对BP神经网络(BPNN)进行训练。实验表明, 当输入30 Hz衰减的正弦信号时, IDE-BPNN模型的单轴最大误差为0.745 μrad, 归一化最大误差为0.87%, 归一化均方根误差为0.36%。相较于最小二乘建模法, 相对于最小二乘模型误差大幅缩小, 有较好的使用价值。
快速反射镜 压电陶瓷 迟滞效应 差分进化 神经网络 fast steering mirror piezoelectric ceramics hysteresis differential evolution neural network
1 河北工业大学 人工智能与数据科学学院，天津 300401
2 河北工业大学 电子与信息工程学院，天津 300401
太赫兹波由于其高分辨率、高穿透性和高安全性等特点，太赫兹MIMO阵列雷达结合了多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）阵列技术，能够实现实时高分辨率成像，在人体安检等领域得到了广泛应用。然而，由于太赫兹波波长更短以及稀疏布阵使阵元间距远大于发射信号半波长，使阵列雷达波束方向图中出现高栅旁瓣电平问题，影响成像质量。针对该问题，文中在差分进化算法的基础上提出了一种双策略自适应差分进化算法（Dual Strategy Adaptive Differential Evolution，DSADE）用于阵列优化：首先，改进种群初始化方法，使用Kent混沌序列生成初始种群，该方法能够使初始个体基因在解空间中分布更加均匀；其次，提出了一种双变异策略，使算法能够根据迭代次数和个体适应度值选择合适的变异策略；最后，对参数进行了自适应改进，使参数能够根据个体进化情况进行自主调整。为验证DSADE算法收敛性选取了8组标准函数对算法进行了测试，DSADE算法在所有测试函数上均能取得最好的收敛效果。此外，使用DSADE算法对太赫兹MIMO雷达进行了仿真优化实验，该算法比优化效果最好的人工蜂群算法的归一化峰值旁瓣电平比值降低了1.21 dB。实验结果表明：文中提出的DSADE算法能够有效抑制太赫兹MIMO阵列雷达的峰值旁瓣电平，优化后的阵列雷达具有更低的旁瓣电平水平。
差分进化 MIMO 太赫兹雷达 峰值旁瓣电平 differential evolution MIMO terahertz radar peak sidelobe level 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230244
1 天津工业大学电子与信息工程学院天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387
2 大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心，天津 300387
研究了一个基于高斯模型和双高斯模型的温度变化光谱模型，并基于脉冲宽度调制（PWM）调光的红/绿/蓝/暖白（R/G/B/WW）4色LED混合白光进行了实验验证。结果表明，在20~90 ℃温度范围内，当相关色温为3000、5000、6500 K时，光源参数（照度、显色指数、相关色温、蓝光危害因子和节律因子）的最大相对误差为3.79%。基于该模型，采用自适应差分进化（JADE）算法获取R/G/B/WW 发光二极管在不同温度下的补偿占空比，并建立光谱优化模型以消除温度对光源光谱及其光源参数的影响。结果表明，优化补偿后的光谱与初始温度光谱基本一致，光源参数最大相对误差为2.62%。
光谱学 光谱优化模型 发光二极管 温度 脉冲宽度调制 自适应差分算法
1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法, 但在ICP-AES测量过程中, 由于温度漂移、 杂散光和仪器暗电流等原因, 光谱往往会存在一定程度的基线漂移, 导致元素光谱强度值的测量结果存在误差, 进而影响元素浓度的定量分析结果, 因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。 对传统光谱基线校正方法进行简要分析, 在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法; 首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布, 然后对原始光谱进行预处理, 通过高斯滤波对光谱信号去噪; 然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标, 以非均匀B样条曲线作为基线模型, 以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数, 建立ICP-AES光谱基线校正评价函数, 将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题; 最后简要介绍了差分进化算法的流程, 通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解, 即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值, 并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线, 实现对ICP-AES光谱的基线校正。 利用一组实测的ICP-AES光谱数据对本文提出的基线漂移校正方法进行验证, 实验结果表明, 提出的基于差分进化算法和非均匀B样条曲线的ICP-AES光谱基线校正方法能够准确地计算出非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T, 并拟合出理想的光谱基线, 从而实现ICP-AES光谱的基线校正, 该方法能够克服非均匀B样条曲线在光谱基线校正领域应用的局限性, 为后续的元素含量定量分析提供了技术基础。
光谱基线 基线校正 差分进化算法 非均匀B样条 电感耦合等离子体 Spectral baseline Baseline correction Differential evolution algorithm Non-uniform B-spline Inductively coupled plasma
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
相位光栅（PG）标记是微位移测量系统的关键部件，提出了一种严格耦合波（RCWA）法与差分进化算法相结合的共振域PG标记设计方法，解决了标量衍射理论计算精度不足和参数遍历设计方法耗时太久的问题。基于自参考干涉位移测量模型，确定以测量光信噪比（SNR）之和最大为光栅标记设计的评价函数，并研究了不同入射光波长、偏振态和光栅周期下，RCWA法中空间谐波数与计算精度的关系。针对多波长照明微位移测量需求，利用所提方法进行了标记设计，并与常规设计方法进行了比对分析。结果表明：对于3.2 μm周期的PG，横磁（TM）光照射时光栅占空比取0.484，槽深取161.5 nm，此时SNR之和可达到最大值586.63；较常规设计方法，所提方法设计PG标记的时间缩短到了其的0.2%，SNR之和最大提升比例可达到24.4%。
光栅 位移测量系统 严格耦合波法 空间谐波数 差分进化算法 光学学报
2022, 42(21): 2105001
上海工程技术大学机械与汽车工程学院, 上海 201000
基本差分进化算法存在搜索精度不够和提前收敛的问题, 致使三维路径规划效果不佳, 因此设计了一种基于正弦余弦算法的改进差分进化算法。首先, 基于正弦余弦算法的搜索机制和种群重心改进变异策略, 融入扰动策略改进交叉策略, 提高了算法的搜索能力和收敛性能; 接着, 基于Logistic函数设计一种新的缩放因子, 以平衡算法在全局开发和局部搜索中存在的矛盾。通过函数优化实验验证了改进算法具有良好的搜索精度和收敛速度。最后, 应用改进算法研究无人机三维路径规划问题, 利用改进算法搜索的优势, 在每代搜索中能更好地对自身周围空间环境进行判别, 使路径选择更加合理。仿真结果表明, 与基本差分进化算法相比, 改进算法生成的无人机三维路径更短。
差分进化算法 正弦余弦算法 种群重心 扰动策略 路径规划 differential evolution algorithm Sine Cosine Algorithm (SCA) populations center of gravity disturbance strategy path planning
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
为实现用单色发光二极管(LED)合成所需要的各种目标光谱,提出将自适应差分进化算法作为光谱匹配算法。以高斯修正模型表征单色LED的分布,基于均匀分布的LED,模拟了标准AM1.5太阳光谱和植被光谱,并采用相关指数和均方根误差作为评价标准。在此基础上,利用实验室现有的LED进行了实验验证,所提算法的拟合效果均比模拟退火算法和遗传算法好。实验结果表明,提出的自适应差分进化算法可自动设置参数,拟合效果好,可以被广泛应用于各种LED光谱匹配仿真实验和工程实践中。
光谱学 发光二极管 光谱模型 光谱匹配 差分进化算法 曲线拟合
1 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
2 上海市在线检测与控制技术重点实验室，上海 2012032
3 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200082
依据穆勒椭偏测量方法中偏振光的传输方式，文中提出了一种基于自适应差分进化算法（SADE）的各向同性纳米薄膜厚度与光学常数的表征方法。通过建立出射光强关于待测标准样片穆勒矩阵的最小二乘模型，用SADE算法对穆勒矩阵元素进行求解，并将拟合得到的穆勒光谱曲线与用双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪(DRC-MME)测量得到的穆勒光谱图进行了比较，利用传输矩阵求解薄膜厚度。对标定值分别为(104.2±0.4) nm和(398.4±0.4) nm的SiO2/Si标准样片进行仿真计算，实验表明：当分别迭代到80次和87次时，目标函数光强的残差平方和收敛到最小值0.97和1.01，得到的膜厚计算值分别是(103.8±0.6) nm和(397.8±0.6) nm，相对误差均小于1%。同时用计量型椭偏仪根据得到的折射率进行计算，得到膜厚的计算值分别为(104.1±0.6) nm和(398.2±0.6) nm，验证了SADE在相近收敛速度下对各向同性纳米薄膜参数求解过程中具有计算简单和可以准确的找到全局最优解的特点。
穆勒矩阵 椭偏测量 自适应差分进化算法 适应度 标准样片 Mueller matrix ellipsometry measurement self-adaptive differential evolution algorithm fitness standard sample 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210976
