近日，清华大学航院、柔性电子技术研究中心冯雪教授课题组在《国家科学评论》（National Science Review）在线发表了题为“可抑制运动噪声的类皮肤可穿戴连续血压监测系统”（Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifact for cuff-less continuous blood pressure monitor）的论文，描述了课题组制备的一种柔性超薄光电传感器件与电路系统，能够自然贴附在人体皮肤上实现医学意义上的连续血压和血氧测量，并实时无线传输数据到智能设备终端。该系统利用类皮肤可延展传感技术建立了新型连续血压测量方案，为解决血压和血氧长期动态监测提供了一条新途径。同时，此类柔性可穿戴设备是远程医疗的重要突破，能够为远程监测提供医疗级硬件，解决精准医疗数据远程获取难题。 类皮肤连续血压监测系统示意图 心血管疾病及其相关并发症已经成为威胁人类生命和健康的重大隐患。根据世界卫生组织（WHO）估计，每年大约有1790万人死于心血管相关疾病，占全球死亡总数的31％。目前，最常用的血压测量方案为袖带加压法。该方法需要袖带捆绑在人体手腕或手臂处，测量过程不方便，也无法实现连续血压监测，影响个人的生活质量和自我监测长期依从性，在便利性及连续测量等关键问题上仍未突破。 类皮肤血压监测器件实物图 针对上述问题，冯雪教授课题组发展了基于光学原理的血压监测方案，利用生物兼容性材料制备了可以与人体自然共形贴附的光电系统。通过测量血液对不同波长的光波吸收情况，判断血液的容积和流速变化，从而测量出血氧和血压值。 冯雪课题组结合多年的力学研究基础和可延展柔性电子器件设计经验，通过虚功原理建立了专门应用于柔性光电子系统的血压测量模型，并提出了基于多波长测量的光路差分方法，用来抑制由人体活动等带来的噪声干扰，从而精确测量脉搏波播速，实现连续血压的精确监测并动态实时传输到智能终端。临床试验表明，与有创连续血压测量相比，该类皮肤血压监测系统测量的血压值绝对误差小于10 mmHg，具有重要的临床应用价值。 清华大学冯雪课题组长期致力于研究可延展／超柔性等超常规微器件与大规模集成技术，所发展的柔性电子技术应用于健康医疗、智能感知及重大装备，近年来在《科学进展》（Science Advances）、《先进材料》（Advanced Materials）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《力学和固体物理学期刊》（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）等期刊发表一系列高水平论文。 航院、柔性电子技术研究中心李海成博士为文章第一作者，冯雪教授为论文通讯作者，参与该工作的还有北京清华长庚医院许媛主任团队。该项研究得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金等的资助。

一、产品简介      光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分。它是一种光学元器件，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。该实验仪重点介绍了常用的光无源器件的相关参数及测试方法，主要包括光纤转换器、光纤变换器、光纤耦合器，光纤隔离器、光纤衰减器、WDM等器件的参数的测试原理及测试方法。帮助学生直观的了解各种光无源器件的性能，从而更准确的使用不同器件进行光纤通信方面实验。 二、实验内容  1、光纤转换器测试实验  2、光纤变换器测试实验  3、光纤耦合器测试实验  4、光纤隔离器特性测试实验  5、波分复用器和解复用器测试实验  6、可调光纤衰减器测试实验  7、光纤机械光开关特性测试实验  8、光纤偏振控制器特性测试实验  9、光纤偏振分束器（PBS）性能能参数测试实验 三、实验配置参数 1、光源：波长1310±20nm，1550±20nm；输出功率：1-2.5mw，连续可调；输出端口：FC/PC；稳定性＜0.5db（5h）；光源类型：LD光源； 2、光功率计：波长范围800-1700nm；输入接口：FC 校准波长：1550nm,1310nm； 3、偏振控制器：插入损耗＜0.05dB；消光比＞40dB；回波损耗＞65dB； 4、光纤机械光开关：插入损耗：1310/1550  P1→P2 0.56/0.54 dB ，P1→P3 0.53/0.47 dB ;回波损耗＞50dB ；开关速度：≦8ms ； 5、高隔离度光纤隔离器：最大插入损耗：0.35dB ；回波损耗：≧50dB ；隔离度：≧30dB ； 6、光纤耦合器：分光比：50% : 50% ；最大插入损耗1310/1550: 3.3dB ; 7、光纤波分复用器：隔离度：1310nm ：31.8% ；1550nm ：34%；插入损耗：1310nm ：0.30%；1550nm ：0.34% ； 8、光纤可调衰减器：0-30db可调； 9、配置：光纤光源，光纤光功率计、光纤耦合器、光波分复用器、光纤偏振控制器、光纤偏振分束器，可调衰减器、光纤隔离器、光纤机械光开关、法兰盘、实验指导书及实验录像光盘等。 四、实验目的 1、了解光连接器及其原理、种类，实验操作进行连接器参数测量； 2、掌握光纤偏振控制器工作原理，实验操作单模光纤偏振状态控制； 3、了解光纤耦合器用途及其性能参数，实验操作测量耦合器特性参数测量； 4、了解光纤隔离器用途及其性能参数，实验操作光纤隔离器特性参数测量； 5、了解光纤光开关用途及其性能参数，实验操作光纤光开关特性参数测量； 6、了解光波分复用器（WDM）的原理与意义，操作双波长波分复用（WDM）的原理性实验；

可以设计并优化光纤激光器和放大器、光波导激光器、光纤耦合器、多芯光纤、螺旋芯光纤、锥形光纤；也可以模拟超短脉冲在不同光纤设备中的传输，例如在光纤放大器系统、锁模光纤激光器和通讯系统中的传输。 能够跟踪和优化光纤放大器和光纤激光器，让它们适合各种应用。帮助评估和排除光纤激光器和放大器中各种不利的影响；能够对有源光纤器件性能进行预测；能寻找最佳光纤长度、掺杂浓度、折射率分布等；能够计算掺杂浓度与光线的关系，准确模拟双包层光纤，还可以模拟时域动态变化，可以理解和优化的细节如功率效率和噪声系数。 RP Fiber Power可用于分析和优化各种器件： 单模和多模光纤 计算模式特性；计算光纤耦合系数；模拟光纤弯曲、非线性自聚焦效应对光束传输和高阶光孤子传输的影响。 光纤耦合器、双包层光纤、多芯光纤、平面波导 模拟双包层光纤的泵浦吸收,光纤耦合器的光束传输, 光在锥形光纤的传输, 分析弯曲的影响, 放大器中的交叉饱和影响, 泄漏模式等。 光纤放大器 研究单级和多级放大器中的增益饱和特性(连续或脉冲放大器), 铒镱共掺光纤放大器能量转移过程、猝灭效应、自发辐射放大等。 光纤通信系统 分析色散与非线性信号失真，放大器噪声的影响，优化放大器非线性效应和放置位置。 光纤激光器 分析并优化能量转换效率、波长调谐范围、动态调Q。 超快光纤激光器和放大器 研究脉冲的形成机制和稳定范围，非线性效应和色散的影响，抛物脉冲放大，优化色散脉冲压缩，灵敏度反馈，超连续谱的产生。 脉冲和超快速固体激光器和放大器 研究Q开关，模式锁定行为，找到可饱和吸收器所需的特性，分析反馈灵敏度，啁啾脉冲放大研究再生放大稳定性极限。 这款软件是致力于光纤器件学科研究或工业开发人士的必备工具。这款软件及其技术支持将为您的工作效率和工作能力提供极大的便利。同时，这款软件也是一款相当出色的教学工具。 目前已使用该软件的高校：耶拿大学、英国南普顿大学、北京工业大学、中国科学技术大学、上海技术应用学院、华中科技大学、西北大学、复旦大学、深圳大学、国防科技大学、长春理工大学、南京理工大学等。 目前已使用该软件的单位：费朗霍夫研究所、苏州纳米所、兵器装备部、三江航天、上海光机所、绵阳九院、中科院软件所、中科院光电所商业单位、北京敏视达雷达有限公司等。   ※ 光纤数据： 软件中带有各种稀土掺杂光纤数据，即时可以仿真各种光纤激光器和放大器。   ※ 各种公开数据： “Yb-germanosilicate” “ErYb-phosphate” “Er-fluorozirconate F88” “Er-silicate L22”  “Er-fluorophosphate L11”  

成果描述：本发明申请要解决的问题是，改进预测技术，提高预测准确度。本专利利用高阶马尔科夫模型的原理提出HM-gMTD模型的一种改进，即高阶HM-gMTD模型，并通过EM算法给出相应的参数估计方法和相应的计算方法，并能够快速进行参数估计，以提高模型预测的准确度。市场前景分析：预测模型的发展在人类的经济生活方面发挥着重要的作用，尤其是马尔科夫模型，几乎在各个领域都有着非常广泛的应用。本发明着重混合转移分布模型与高阶隐马尔科夫模型的巧妙结合，构造出高阶HM-gMTD模型，然后运用EM算法，对新模型实现了主要参数的求解。最后为了衡量一个模型的好坏和对不同的模型进行比较，我们选择准则函数。模型比较的最佳准则函数，既考虑到模型对原始数据的拟合程度，又兼顾模型中所包含的待定参数的个数，并且对二者做出合理的权衡。与同类成果相比的优势分析：本发明主要是针对HM-gMTD模型的进一步改进，提出一个高阶HM-gMTD模型，使其在降低计算的复杂度的同时，提高预测的准确性。

成果介绍宽带化移动信息服务成为现代信息社会发展的基本需求。在频率资源日趋匮乏的条件下，如何大幅度提升其使用效率，成为宽带移动通信的核心技术问题。 本技术发明揭示了多天线宽带移动通信环境下的容量可达传输为特征模式传输，在攻克了广义多载波、普适多天线传输以及双涡轮迭代接收等一系列关键技术的基础上，率先将宽带移动通信容量逼近理论与技术推向工程实践和规模产业化应用，关键技术指标处于业界领先水平。相关提案被3GPP国际标准化组织采纳，并获通信国际学术界有重要影响的IEEE通信理论莱斯最佳论文奖。技术创新点及参数1、广义多载波传输技术：为解决宽带化所引发的系统复杂性，发明了广义多载波传输技术，经典的正交频分复用多载波技术为其特例。具有快速实现、频谱利用率高、抗多径能力强、峰均比低、对频偏不敏感、子载波可异步运用等一系列优点，适应大范围覆盖和无线资源的灵活调配。 2、普适多天线传输技术：采用多天线的MIMO 传输技术是大幅度提高频谱和功率效率的基本途径。针对普遍意义上的空时联合相关信道模型，发明了普适MIMO 传输技术，通过信道特征的实时感知及在线容量估算，自适应地优化发送机与接收机，在实时逼近信道容量限的同时，解决了一直困扰业界的MIMO 技术在各种复杂无线环境中的应用难题。 3、双涡轮迭代接收技术：逼近容量限的接收技术是业界长期追求的目标。发明了双涡轮迭代接收技术，通过双层并发迭代环路，对多载波、多天线接收机进行整体优化，在获得逼近容量限接收性能的同时，突破了计算复杂度及处理延时等方面的应用瓶颈。市场前景本发明被应用于华为公司的3G 增强及演进型宽带主力基站产品，已在世界五大洲20 余个国家投入商用；本发明还被应用于展讯公司终端芯片产品及瀚讯公司宽带无线应急通信系统等。本发明已累计产生了近10 亿元直接经济效益，并在世博安保及汶川抗震救灾中发挥了重要作用。本发明所涉及的18 篇技术提案被3GPP 主流国际标准化组织采纳，相关成果在IEEE 核心刊物发表，并被欧洲标准化组织ETSI 丛书收入。 有关宽带移动通信容量逼近研究成果“宽带多载波普适MIMO传输与迭代接收技术”获2009年教育部高等学校技术发明一等奖，并于2011年获国家技术发明一等奖。

本项目产品属于无线通信技术领域，基于可见光通信技术，设计开发了一种海陆空全覆盖的高速通信产品，本产品能够在射频信号可以或不可以到达的场景下实现远距离、低延时的高清音视频或大容量数据的传输，提出了面向国家海洋战略、民用监测技术的全新通信解决方案。 产品简介：我们的可见光通信系统是一种新兴的空间无线通信设备，它在隧道监测、矿道勘探、水下养殖环境监测和水下通讯等领域优势明显，将发挥重要作用。从技术层面来看，鉴于光波频段大的天然优势，它的频段资源是无线电的100多倍，完全可以弥补如今无线电资源匮乏的问题；从实际应用上来看，光在黑暗环境与水中受外界影响小，抗干扰能力强，可以解决所有无线电与声波无法到达的地方的通信问题，并且传输速度比声波快上数百倍；从安全性来说，光波具有良好的方向性，当光信号被第三方拦截时，接收方能及时发现通信链路故障，更加易于保密。 技术壁垒：自主研发设计的水下可见光通信系统，水下实际传输速度可达1Mbps以上，支持音视频、大量传感信息实时传输，相比市场其他同类产品，碾压式的“高速”是我们的核心竞争力。并且，本产品采用自主研制的高性能垂直结构LED，也是目前世界上已报道的最薄垂直结构LED，完美解决了散热高、出光效率低的问题。拥有相关自主知识产权的授权专利20余项，做到了“国际一流，国内领先”的水平。 市场行情：反观近年来的市场行情，高亮度照明LED的推广和普及为可见光通信技术创造了重大发展机会。日本启动的“21世纪照明计划”、美国能源部的“下一代照明计划（NGLI）”以及欧盟的“彩虹计划”，都极大推动了LED照明市场在全球规模的迅速增长。中国跨部委的半导体照明工作小组启动了“国家半导体照明工程”。随着LED性能的不断提升，可见光通信作为空间无线通信技术的一种，将扮演越来越重要的角色。

相关成果已获授权发明专利4项（其中国际发明专利1项）、实用新型专利两项，已申请发明专利8项。获中国侨界贡献奖（创新成果）、江苏侨界贡献奖（创新成果）、第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛团体二等奖、第八届全国研究生电子设计大赛全国总决赛“团体特等奖”、第十四届中国国际工业博览会高校展区优秀展品二等奖等多个奖项。2015年4月荣获第43届日内瓦国际发明展特别金奖。

综观5G、智能化电子设备、导航定位、柔性可穿戴、RFID、物联网、覆盖系统、通信系统等领域，都需要不同类型的高性能换能器件─天线。对于不同的应用体系、不同的频段，天线具有不同的形貌及技术特征。随着以上多种应用日益紧密地融入人们的生活之中，多功能调控管理一体化技术研究的深入，对于这个基本器件的需求在数量上和质量上都有着持续不断增长的需求。团队具有从设计理念到器件材质选取/研发系列自主知识产权国家发明专利100多项，具有按合作方需求完成多种交叉应用的按需新产品研发天线及相关产品能力，兼顾系统EMC集成化的设计，完成一体化智能化的高端装备制作。 天线是应用面极为广泛、技术含量极高的产品，制作各类天线的材料小型化后用量有限，本身价格一般不超过成品售价十分之一，既可以通过购置知名品牌的基材满足常规需求，也可以通过本团队联合的研究团队按需开发特种基材，获取更高的天线特性。从投资的角度，天线批量制作工艺要求并不复杂，采用常规具有一定精度的机械加工设备或者高稳定度的PCB制版设备就可以完成平面小型化天线，设备寿命较长，在高科技设计技术的保障下操作调控也很方便。扣除产品的后期包装和推广成本，利润极高，需求量大，保守估计各种类别的天线年产值都会在数千万以上，前端创新的可以有数亿，属于低投入高回报的产业。 项目投资额视合作关系而定，一般前期投入每个特需专项前期 100~150万人民币，后期再追加及提成(不包括厂房等投入)。

一种基于折射率渐变型环芯光纤的模分复用光纤通信系统

此项目具有面向城市交通信号控制装备的“软件和信息服务业”特征的技术属性。即城市交通信号自组织控制理论与装备开发技术。 为解决传统自上而下的城市交通信号控制方法带来的理论难题（如图所示）: (1)动态特性的非线性、 (2)状态参数的时变性、(3)系统边界的开放性、(4)动力系统的高阶性、(5)相邻路口的耦合性、 (6)信号控制的实时性等系统属性，造成的无法实现实时性控制的难题。 为此，针对具有复杂系统特征的城市交通信号控制问题，项目在国内首次提出“城市交通信号自下而上自组织控制理论”（如图2所示）。即通过赋于相邻路口的自组织属性，可大幅度减少其控制系统自由度和复杂性。在快速、实时控制的假设前提下，使其信号控制由原来的开放性、大自由度、不确定性问题，改变为非开放性、小自由度、确定性问题。