1 解放军总医院第二医学中心，北京 100853
2 中国科学院自动化研究所中国科学院分子影像重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学人工智能学院，北京 100049
4 解放军总医院第一医学中心，北京 100853
5 中国人民解放军总医院肾脏疾病全国重点实验室，北京 100853
浅静脉清晰成像对于透析患者动静脉内瘘术前手术路径规划和术中引导手术治疗等具有重要作用，对临床疾病的诊断和治疗具有重要作用。目前临床上常用的血管成像方法能够清晰地实现血管的成像，但对静脉血管网的成像效果难以满足临床需求。笔者利用临床获批的荧光染料吲哚菁绿（ICG）开展了前臂血管的近红外二区（NIR-II）荧光成像，结合人工智能算法获得分辨率更高的血管NIR-IIb荧光图像，更准确地描绘浅表细小血管的直径。在此基础上，笔者继续结合Fluent流体仿真模拟方法，辅助医生在术前判断主干引流静脉，并在术中结扎中选择主干引流静脉进行保留，对大侧枝引流静脉进行结扎，提高患者肾透析血液通路手术的成功率。利用荧光血管造影技术结合模拟方法引导肾透析血液通路手术将桡动脉接入头静脉，手术的早期通畅率为100%（8/8），而接受常规手术的对照组的早期通畅率为73.33%（11/15）。本研究验证了NIR-II荧光血管造影技术的安全性和有效性，并在此基础上进一步验证了荧光成像结合人工智能算法在肾透析血液通路手术中潜在的应用价值。
医用光学 近红外二区荧光 荧光血管造影 吲哚菁绿 人工智能 计算机仿真模拟
中国计量大学 光学与电子科技学院，杭州310018
利用实验加仿真模拟的方法探究了纳米颗粒墨水中Cu含量（Cu/In+Ga，CGI）对铜铟镓硫硒（CIGSSe）太阳能电池性能的影响。首先，通过不同CGI墨水制备了CIGSSe太阳能电池器件，并对其吸收层进行了SEM，霍尔效应，以及拉曼光谱表征。表征结果表明：随着铜含量上升，吸收层晶体生长状况逐渐改善，且载流子浓度也逐步增大，但吸收层表面却存在越发明显的Cu2-xSe杂相。实验得出当吸收层的CGI为1.03时，器件的能量转换效率（PCE）最高，达10.09%。随后建立了对应的器件仿真模型，获得了具有不同CGI的CIGSSe器件的能量转换效率、器件能带与复合率分布情况，模拟结果表明：随着铜含量提高，载流子浓度上升，器件的开路电压有所提升，但当载流子浓度超过1018 cm-3时，吸收层表面出现了陡峭的能带弯曲现象，这增大了隧穿界面复合的发生，从而影响了器件的能量转换效率。因此，由实验与仿真模拟表明：制备CIGSSe薄膜太阳能电池时，有必要对Cu含量进行调控，从而达到促进晶体生长，减少界面复合，提升器件能量转换效率的目的。
铜铟镓硫硒 纳米颗粒墨水法 铜含量 仿真模拟 界面复合 CIGS nanoparticles ink method CGI analogue simulation interface recombination
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院无机功能材料与器件重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
3 3.上海师范大学 光电子材料与器件重点实验室, 上海 200234
BiFeO3-BaTiO3(BF-BT)陶瓷兼具高居里温度和优异的压电性能, 在高温压电传感器和驱动器等部件具有广泛的应用前景。BF-BT陶瓷在高温环境下电阻率较低, 易造成器件高温性能恶化甚至失效。因此, 改善BF-BT陶瓷电阻性能是应用推广必须解决的关键问题。作为一种铁酸盐, 其电阻率很难通过掺杂改性等常规方法进行改善。本研究在BF-BT陶瓷体系中发现一种电阻率异常升高的现象, 并证实这与样品中的第二相Bi25FeO40有关。显微结构分析表明, 该第二相具有一种特殊的层状周期性结构, 其中每三排原子构成一个周期, 而缺陷大多集中在其中一层原子当中。本研究采用传统固相法成功地制备出纯相的Bi25FeO40, 将其作为外添加剂加入到0.70BF-0.30BT组分中, 使基体组分在300 ℃的电阻率从1.03 MΩ·cm提高到4.33 MΩ·cm。此外, COMSOL仿真模拟的结果证实, 通过引入该第二相可以将0.67BF-0.33BT组分电阻率提高一个数量级。根据能量过滤效应, 这种特殊的结构具有高能垒, 可以阻碍载流子迁移, 从而提高BF-BT陶瓷电阻率。本工作为改善BF-BT陶瓷电阻率提供了一种切实可行的方法。
电阻率 载流子迁移 BiFeO3-BaTiO3陶瓷 仿真模拟 resistivity carrier migration BiFeO3-BaTiO3 ceramics simulation confirm
1 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044
3 青海省气象台，青海 西宁 810012
4 上海卫星工程研究所，上海 200240
星载测风激光雷达具有高精度、高垂直分辨率、全球覆盖等特点，是获取全球风场的有效手段。聚焦于米散射通道测风模式，对冰云与气溶胶同时存在的较复杂场景实施星载激光雷达测风的仿真模拟。基于菲佐干涉仪的测风原理构建了一套包含6个子模块的正演模型，以大气激光多普勒雷达（ALADIN）仪器参数作为输入值，模拟了典型场景下的探测信号，并结合反演分析了测风精度水平。结果发现，云层和气溶胶的回波能够增强探测器获取信号的信噪比，从而提升反演精度，将风速误差控制在±1.2 m/s范围内；但当云层冰水含量较大时，由于衰减作用使得云层下方信噪比削弱，从而增大反演风速误差，部分区域甚至无法实施有效探测。另外，在采用重心法反演风速时，可通过增加累积电荷耦合器件（ACCD）探测器通道数来减小风速振荡误差。上述研究可为设计和改进星载测风技术提供参考。
遥感 星载激光雷达 主动遥感 菲佐干涉仪 仿真模拟 非相干测风 中国激光
2023, 50(23): 2310002
海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉 430034
舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性，采用蒙特卡洛仿真方法，实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真，得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势，以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度，可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只，当激光探测系统位于尾流之下时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越强，脉冲宽度展宽幅度越大；当激光探测系统位于尾流之中时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越弱，脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时，信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致，但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验，当探测系统在尾流之下时，大型船只尾流激光回波信号信噪比高，小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时，大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。
舰船尾流 激光探测 目标跟踪 蒙特卡洛 湖泊试验 仿真模拟 ship wake laser detection target tracking Monte Carlo lake experiment simulation 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220507
1 武汉科技大学理学院, 武汉 430070
2 深圳市三鑫科技发展有限公司, 深圳 518000
全玻幕墙具有较好的通透性, 被广泛应用于现代建筑。对于大尺寸玻璃肋通常采用拼接的方式制作, 拼接连接孔的承载能力对玻璃肋整体承载力影响很大, 本文通过有限元软件ANSYS Workbench对连接孔接触进行分析, 并与试验破坏荷载进行对比, 比较玻璃孔内采用弹性介质尼龙1010套环与喜利得RE-500植筋胶两种连接孔构造对玻璃孔承载力的影响, 然后分析玻璃孔尺寸对连接孔承载力的影响。结果表明: 满足玻璃连接孔构造前提下, 采用喜利得RE-500植筋胶的构造形式比采用弹性介质尼龙1010套环构造形式具有更高的承载能力; 连接孔承载力随着开孔尺寸增大而提高, 采用喜利得RE-500植筋胶构造形式下玻璃孔直径在54~56 mm最合适; 工程实际中需严格控制玻璃肋的精加工, 避免因玻璃表面缺陷影响玻璃肋的整体承载能力。
全玻幕墙 玻璃肋 节点承载力 玻璃连接孔 弹性介质 仿真模拟 all-glass curtain wall glass rib bearing capacity of connection glass connection hole elastic medium simulation
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621000
针对回旋加速器的束流动力学设计，基于Geant4模拟研究，提供一种可行的数值模拟方法。通过电磁场仿真软件Opera建立相应的电磁场数据导入到Geant4中进行插值计算，利用Geant4自带的电磁场微分方程与微分方程求解器计算粒子的平衡轨道，振荡频率以及加速轨道。其结果表明：对于横向运动而言，Geant4的计算结果与传统数值方法计算结果趋于一致；对于轴向运动而言，由于磁场插值方法的差异性，二者有一定的区别，对于在加速过程中的非平衡粒子，其能量变化围绕平衡粒子振荡。对于束损，通过限制粒子的运动时间，轴向位移加快计算效率，加入电极碰撞的判定使模拟更趋近实际情况。
回旋加速器 Geant4 仿真模拟 Opera 束流动力学 cyclotron Geant4 simulation Opera beam dynamics 强激光与粒子束
2022, 34(7): 074002
北京北方华创真空技术有限公司, 北京 100015
光伏产业的发展使得对硅材料的需求日益增加, 同时硅单晶生产行业竞争也日趋激烈。作为生产硅单晶的重要装备, 单晶炉的稳定性和可靠性关系到硅单晶生产效率的提升和成本的下降, 因此其驱动系统的设计和优化成为装备制造的关键环节。本文以NVT-HG2000-V1型硅单晶生长炉的驱动系统为研究对象, 用SolidWorks三维建模实现虚拟装配, 采用ADAMS建立其动力学仿真模型, 并对驱动系统的运动过程进行仿真模拟。采用控制变量法定量分析了铜套与升降轴的配合间隙及丝杠参数对驱动力和驱动力矩的影响规律, 进而在提高硅单晶生长炉装备稳定性和可靠性方面给出合理的技术建议。结果表明, 铜套与升降轴的配合间隙达到0.071 mm后能有效降低驱动系统运行所需驱动力矩, 丝杠倾斜度、螺纹螺距与螺纹间摩擦系数的增大均会导致驱动系统运行所需力矩大幅增加。
硅单晶 单晶炉 驱动系统 配合间隙 丝杠 仿真模拟 monocrystalline silicon single crystal furnace drive system fit clearance screw simulation
1 上海师范大学数理学院物理系，上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083
为了使远红外探测器获得高信噪比的光电信号，围绕与工作波段在50~70 μm、像元数量64×64 、像元大小120 μm×120 μm的制冷型凝视焦平面阵列探测器相匹配的透射式远红外显微成像光学系统的设计与仿真等内容，开展了相关工作。通过对杂散光的分析，预测了冷反射效应所产生的不良影响并且提出了相应的解决方案；仿真模拟结果表明，当光学系统的空间分辨率、数值孔径、焦距、有效放大倍率、中心波长分别为200 μm、0.25、14 mm、10、61 μm时，系统的调制传递函数值和包围圆能量集中度在特征频率5 lp·mm-1处分别达到0.305和80%，能够得到清晰可辨的物像，符合焦平面阵列探测器的工作要求。
光学设计 仿真模拟 远红外制冷型探测器 显微成像光学系统 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122005
1 长春理工大学 物理学院, 吉林 长春 130022
2 鹏城实验室 数学与理论部, 广东 深圳 518000
针对全光纤的超短脉冲掺铒光纤放大器进行了仿真模拟, 对正常色散条件下掺铒光纤自相似脉冲放大过程进行了详细分析。在光纤预放大器中, 使用高正色散掺铒光纤对脉冲形状进行预整形, 将重复频率43 MHz、脉冲宽度600 fs、平均输出功率1.2 mW的孤子型锁模脉冲预整形为抛物线型脉冲, 预整形后的脉冲通过光纤主放大器进行功率放大。经两级光纤放大后, 1.2 mW的信号光功率放大为102 mW, 放大增益19.3 dB。分析了掺铒光纤长度、放大功率对脉冲自相似演化过程的影响。放大后的脉冲经4.4 m长单模光纤将脉冲宽度压缩至53 fs, 峰值功率为44.8 kW。
光纤放大器 自相似 正常色散掺铒光纤 超短脉冲 仿真模拟 fiber amplifier self-similarity normal dispersion erbium-doped fiber ultrashort pulse simulation
