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谐振式光学陀螺的激光频率锁定技术设计
1
作者
李鑫
郑永秋
+2 位作者
唐军
刘俊
张扬
《光通信技术》
北大核心
2018年第3期22-24,共3页
对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁...
对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁定反馈响应,减小系统功率消耗。对该陀螺系统进行转动测试,并利用Allan方差进行一小时的零偏稳定性拟合计算,证明了设计的数字锁频算法能够满足谐振式光学陀螺系统测试需求,锁频精度达到了预期目标。
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关键词
谐振式光学陀螺
激光频率锁定
叠加式
数字锁频
ALLAN方差
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职称材料
基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究
2
作者
杨家齐
赵刚
+5 位作者
焦康
高健
闫晓娟
赵延霆
马维光
贾锁堂
《物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期193-200,共8页
中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈...
中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.
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关键词
激光频率锁定
中红外
激光
线宽压窄
光学反馈
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职称材料
连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度
被引量:
4
3
作者
洪光烈
梁新栋
+2 位作者
刘豪
章桦萍
舒嵘
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第12期3653-3658,共6页
大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平...
大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度,利用HITRAN数据库中CO2及H2O的吸收光谱,综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰,选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line:1 572.335 nm, Off-line:1 572.180 nm;声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制,两路调制信号频率有细微差别,其中On-line调制频率为101.833 kHz, Off-line调制频率为99.733 kHz;On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1 572.335 nm处,并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM),使波长锁定精度大幅提高,激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm;在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱,并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度;通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度;系统光路为光纤光路,使其结构紧凑;对系统进行外场实验和对比实验;获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度,实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一),且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合。
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关键词
路径积分差分吸收
激光
雷达IPDA
CO2柱浓度(混合比)
声光强度调制
激光频率锁定
激光
相位测距
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职称材料
长期连续工作的光抽运铯束频标激光系统
4
作者
王凤芝
张建伟
+1 位作者
陈景标
杨东海
《时间频率学报》
CSCD
2005年第2期81-88,共8页
长期连续工作的轻便激光系统是实现实用的光抽运铯束频标的关键。本文作者研制的半导体激光系统采用了单片机数字辅助锁定和计算机控制技术成功地实现了激光频率的自动锁定和长期连续工作。两套激光系统分别工作在抽运跃迁频率和检测跃...
长期连续工作的轻便激光系统是实现实用的光抽运铯束频标的关键。本文作者研制的半导体激光系统采用了单片机数字辅助锁定和计算机控制技术成功地实现了激光频率的自动锁定和长期连续工作。两套激光系统分别工作在抽运跃迁频率和检测跃迁频率上,与小型密封铯束管及频标电路共同组装成一台光抽运铯束频标。这台频标已经正常连续工作了两年多。技术指标达到原HP5061小铯钟的水平。据知,这是我国第一台能够长期连续工作的光抽运小铯钟,也是世界上第一台连续工作两年多的光抽运小铯钟。
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关键词
光抽运
铯束频标
数字辅助
锁定
激光
频率
自动
锁定
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职称材料
基于非线性晶体及Hnsch-Couillaud技术的激光-环形腔频率锁定技术研究
5
作者
李志新
张永智
+6 位作者
闫晓娟
王乐
胡志裕
马维光
张雷
尹王保
贾锁堂
《光学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2011年第7期172-177,共6页
基于Hnsch-Couillaud(H-C)频率锁定技术,通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号,并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究,理论结果与实验结果相符。该...
基于Hnsch-Couillaud(H-C)频率锁定技术,通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号,并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究,理论结果与实验结果相符。该方案与传统方法相比,大大简化了实验装置,而且操作方便灵活,可以广泛地应用到激光技术、污染气体检测等众多领域。
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关键词
激光
器
激光
-腔
频率
锁定
Hnsch-Couillaud
频率
锁定
技术
双折射效应
蝶形环形腔
误差信号
原文传递
谐振式光学陀螺数字锁频精度优化设计
6
作者
李昊天
潘梓文
+2 位作者
刘文耀
唐军
刘俊
《微纳电子技术》
北大核心
2018年第12期890-894,916,共6页
环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,...
环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,分析建立激光器锁频闭环回路模型,通过程控运算放大电路改变控制增益,优化激光器电流调谐的控制精度,实现了闭环回路锁频精度的提升与系统中的互异性噪声的抑制。通过搭建的谐振式光学陀螺系统平台测试得到,锁频精度可提高近一个数量级,最终成功将频率锁定精度提升至6.3°/h,陀螺长期零偏稳定性达到31.26°/h。
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关键词
谐振式光学陀螺
光波导谐振腔
激光频率锁定
数字
频率
锁定
互异性噪声
原文传递
谐振式光学陀螺的改进型伺服控制器设计
被引量:
1
7
作者
孙颖
张成飞
+2 位作者
刘文耀
刘俊
唐军
《激光与红外》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期213-216,共4页
谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文...
谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文采用一路为传统的比例积分控制器,另一路为低通滤波器与积分控制器,两路共同作用形成新型伺服控制器进行激光器的频率锁定,提高锁频环路的低频增益,抑制锁频路产生的超低频漂移,通过仿真理论证明其可行性,并进行系统测试,测得锁频环路中的Allan方差值为0.005°/s,且锁频路基本无漂移。
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关键词
谐振式光学陀螺
激光
器
频率
锁定
技术
伺服控制器
锁频精度
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职称材料
题名
谐振式光学陀螺的激光频率锁定技术设计
1
作者
李鑫
郑永秋
唐军
刘俊
张扬
机构
中北大学电子测试技术国家重点实验室
测试技术及仪器国家级实验教学示范中心(中北大学)
出处
《光通信技术》
北大核心
2018年第3期22-24,共3页
基金
国家自然科学基金(51225504
61640601)资助
中北大学校科研基金(XJJ2016030)资助
文摘
对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁定反馈响应,减小系统功率消耗。对该陀螺系统进行转动测试,并利用Allan方差进行一小时的零偏稳定性拟合计算,证明了设计的数字锁频算法能够满足谐振式光学陀螺系统测试需求,锁频精度达到了预期目标。
关键词
谐振式光学陀螺
激光频率锁定
叠加式
数字锁频
ALLAN方差
Keywords
resonant optical gyro
laser frequency locking
superposition
digital lock frequency
Allan variance
分类号
TN913.8 [电子电信—通信与信息系统]
TN219 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究
2
作者
杨家齐
赵刚
焦康
高健
闫晓娟
赵延霆
马维光
贾锁堂
机构
山西大学
山西大学
出处
《物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期193-200,共8页
基金
国家重点研发计划(批准号:2022YFC3700329)
国家自然科学基金(批准号:61905134,61905136,62175139)
山西省留学人员科技活动项目(批准号:20220001)资助的课题。
文摘
中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.
关键词
激光频率锁定
中红外
激光
线宽压窄
光学反馈
Keywords
laser frequency locking
mid-infrared laser
linewidth narrowing
optical feedback
分类号
TN248 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度
被引量:
4
3
作者
洪光烈
梁新栋
刘豪
章桦萍
舒嵘
机构
中国科学院空间主动光电技术重点实验室
中国科学院大学
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第12期3653-3658,共6页
基金
国家重点研发计划项目(2017YFB0504000)资助。
文摘
大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度,利用HITRAN数据库中CO2及H2O的吸收光谱,综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰,选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line:1 572.335 nm, Off-line:1 572.180 nm;声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制,两路调制信号频率有细微差别,其中On-line调制频率为101.833 kHz, Off-line调制频率为99.733 kHz;On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1 572.335 nm处,并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM),使波长锁定精度大幅提高,激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm;在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱,并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度;通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度;系统光路为光纤光路,使其结构紧凑;对系统进行外场实验和对比实验;获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度,实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一),且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合。
关键词
路径积分差分吸收
激光
雷达IPDA
CO2柱浓度(混合比)
声光强度调制
激光频率锁定
激光
相位测距
Keywords
Integral path differential absorption lidar IPDA
CO2 column-averaged mixing ratios
Acoustic-optic intensity modulation
Laser frequency locking
Phased laser rangefinders
分类号
O433.51 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
长期连续工作的光抽运铯束频标激光系统
4
作者
王凤芝
张建伟
陈景标
杨东海
机构
北京大学信息科学技术学院量子电子学研究所
教育部量子信息与测量重点实验室
出处
《时间频率学报》
CSCD
2005年第2期81-88,共8页
基金
国家自然科学基金资助课题(10104002)
文摘
长期连续工作的轻便激光系统是实现实用的光抽运铯束频标的关键。本文作者研制的半导体激光系统采用了单片机数字辅助锁定和计算机控制技术成功地实现了激光频率的自动锁定和长期连续工作。两套激光系统分别工作在抽运跃迁频率和检测跃迁频率上,与小型密封铯束管及频标电路共同组装成一台光抽运铯束频标。这台频标已经正常连续工作了两年多。技术指标达到原HP5061小铯钟的水平。据知,这是我国第一台能够长期连续工作的光抽运小铯钟,也是世界上第一台连续工作两年多的光抽运小铯钟。
关键词
光抽运
铯束频标
数字辅助
锁定
激光
频率
自动
锁定
Keywords
optical pumping
cesium beam frequency standard
digital auxiliary lock
laser frequency automatic lock
分类号
TN249 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
基于非线性晶体及Hnsch-Couillaud技术的激光-环形腔频率锁定技术研究
5
作者
李志新
张永智
闫晓娟
王乐
胡志裕
马维光
张雷
尹王保
贾锁堂
机构
山西大学激光光谱实验室
出处
《光学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2011年第7期172-177,共6页
基金
国家973计划(2006CB921603)
国家863计划(2009AA063006)
+1 种基金
国家自然科学基金(10934004,60908019,60808009)
山西省青年科学基金(2010021003-3)资助课题
文摘
基于Hnsch-Couillaud(H-C)频率锁定技术,通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号,并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究,理论结果与实验结果相符。该方案与传统方法相比,大大简化了实验装置,而且操作方便灵活,可以广泛地应用到激光技术、污染气体检测等众多领域。
关键词
激光
器
激光
-腔
频率
锁定
Hnsch-Couillaud
频率
锁定
技术
双折射效应
蝶形环形腔
误差信号
Keywords
laser
locking of laser frequency to cavity mode
Hnsch-Couillaud frequency locking technique
birefringent effect
bowtie-shaped ring cavity
error signal
分类号
TN24 [电子电信—物理电子学]
O43 [机械工程—光学工程]
原文传递
题名
谐振式光学陀螺数字锁频精度优化设计
6
作者
李昊天
潘梓文
刘文耀
唐军
刘俊
机构
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室
中北大学电子测试技术国家重点实验室
出处
《微纳电子技术》
北大核心
2018年第12期890-894,916,共6页
基金
国家自然科学基金资助项目(51635011,61571406,51727808)
山西省‘1331工程’重点学科建设计划
中北大学2016年校科研基金资助项目(110248-28140)
文摘
环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,分析建立激光器锁频闭环回路模型,通过程控运算放大电路改变控制增益,优化激光器电流调谐的控制精度,实现了闭环回路锁频精度的提升与系统中的互异性噪声的抑制。通过搭建的谐振式光学陀螺系统平台测试得到,锁频精度可提高近一个数量级,最终成功将频率锁定精度提升至6.3°/h,陀螺长期零偏稳定性达到31.26°/h。
关键词
谐振式光学陀螺
光波导谐振腔
激光频率锁定
数字
频率
锁定
互异性噪声
Keywords
resonant optical gyro
optical waveguide resonant cavity
laser frequency-locking
digital frequency-locking
reciprocity noise
分类号
V241.5 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
TH703 [机械工程—精密仪器及机械]
原文传递
题名
谐振式光学陀螺的改进型伺服控制器设计
被引量:
1
7
作者
孙颖
张成飞
刘文耀
刘俊
唐军
机构
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室
出处
《激光与红外》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期213-216,共4页
基金
国家自然科学基金项目(No.51635011
No.61571406
+1 种基金
No.51727808)
山西省"1331工程"重点学科建设计划经费资助
文摘
谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文采用一路为传统的比例积分控制器,另一路为低通滤波器与积分控制器,两路共同作用形成新型伺服控制器进行激光器的频率锁定,提高锁频环路的低频增益,抑制锁频路产生的超低频漂移,通过仿真理论证明其可行性,并进行系统测试,测得锁频环路中的Allan方差值为0.005°/s,且锁频路基本无漂移。
关键词
谐振式光学陀螺
激光
器
频率
锁定
技术
伺服控制器
锁频精度
Keywords
resonant optical gyroscope
laser frequency locking technique
servo controller
lock frequency accuracy
分类号
TN29 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
谐振式光学陀螺的激光频率锁定技术设计
李鑫
郑永秋
唐军
刘俊
张扬
《光通信技术》
北大核心
2018
0
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职称材料
2
基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究
杨家齐
赵刚
焦康
高健
闫晓娟
赵延霆
马维光
贾锁堂
《物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
3
连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度
洪光烈
梁新栋
刘豪
章桦萍
舒嵘
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
4
下载PDF
职称材料
4
长期连续工作的光抽运铯束频标激光系统
王凤芝
张建伟
陈景标
杨东海
《时间频率学报》
CSCD
2005
0
下载PDF
职称材料
5
基于非线性晶体及Hnsch-Couillaud技术的激光-环形腔频率锁定技术研究
李志新
张永智
闫晓娟
王乐
胡志裕
马维光
张雷
尹王保
贾锁堂
《光学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2011
0
原文传递
6
谐振式光学陀螺数字锁频精度优化设计
李昊天
潘梓文
刘文耀
唐军
刘俊
《微纳电子技术》
北大核心
2018
0
原文传递
7
谐振式光学陀螺的改进型伺服控制器设计
孙颖
张成飞
刘文耀
刘俊
唐军
《激光与红外》
CAS
CSCD
北大核心
2019
1
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职称材料
已选择
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参考文献
引证文献
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