《半导体光电》创刊于1976年,是由中国电子科技集团公司主管重庆光电技术研究所主办的中文科技期刊。本刊国内外公开发行,经过四十余年的发展已经成为我国光电子专业领域有代表性的刊物。

       《半导体光电》旨在传播、推广、交流光电子科学与技术,促进光电子技术及其相关学科理论和技术的繁荣与发展。在报道重点上,本刊秉持以光电器件为主体,以材料、结构及工艺为基础,以光电器件在各个领域中的应用为先导的选题原则。主要设有“动态综述”、“光电器件”、“材料、结构及工艺”、“光通信”及“光电技术应用”等栏目。

 

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    2022年第43卷第4期
      “先进光纤传感技术”专题
    • 张宇阳,路元刚,彭楗钦

      2022,43(4):625-641, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022073003

      Abstract:

      布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。

    • 杨洋,孔令宇,蔡伟康,赵德龙,陈宇涛,宋章启

      2022,43(4):642-654, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022073002

      Abstract:

      光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件,传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀,以及抗电磁干扰等优点,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来,光纤形态传感器受到了越来越多的关注,文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展,以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索,介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。

    • 陈耀飞,黄欢欢,陈嘉尧,罗云瀚,陈哲

      2022,43(4):655-665, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022073103

      Abstract:

      磁流体具有优异的磁光特性,为光纤磁场传感器的实现提供了一种新途径,经过十多年发展,已经成为光纤磁传感领域的一个重要研究方向。目前,已有大量的基于不同结构和原理的磁流体型光纤磁场传感器被相继提出,且总体上经历了从标量到矢量磁场传感的发展,文章以该发展脉络为主线,对磁流体的磁光特性、传感器的实现方法进行梳理和总结,最后指出当前仍存在的一些问题并进行展望。

    • 雷明,李豪伟,于晓之,欧姮,徐磊,杨怿,向强,张丽哲

      2022,43(4):666-671, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022071901

      Abstract:

      无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求,具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态,从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面,阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题,分析了解决方案。最后,展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。

    • 尚秋峰,李雪丽,管帅

      2022,43(4):672-676, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072401

      Abstract:

      为了提高布里渊光时域分析系统(BOTDA)在长距离监测应用中的实时性,提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏表示,然后通过高斯随机采样和正交匹配追踪算法进行布里渊增益谱重构。为了验证所提方法的性能,仿真生成了不同信噪比水平的布里渊增益谱,搭建了45km的布里渊光时域系统进行温度传感实验。仿真和实验结果表明:在累加平均次数为100时,所提算法将信噪比提升了6.37dB,优于累加平均次数3000时的10.13dB,对应测量时间减少了1/30;采用8MHz步长数据重构布里渊增益谱,该方法的重构结果与4MHz步长数据的相关系数为0.9992,对应扫频时间减少了一半。所提算法在保证测量精度的同时提升了测量实时性。

    • 杨颖

      2022,43(4):677-682, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022032702

      Abstract:

      基于光纤光栅的模式耦合理论,用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅(FBG)的传输矩阵,然后将它们相乘得到总的传输矩阵,最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟,并通过实验进行了验证。实验结果表明,CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰,与模拟计算的结果一致,证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性,为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。

    • 甘维兵,涂世宇,柳苗,姜茹,王宇,刘念,张翠

      2022,43(4):683-688, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022012202

      Abstract:

      储罐在覆土情况下,可能会因土壤压力导致罐体变形从而产生泄漏,故采取可靠的罐体泄漏在线监测技术,在确保储罐生产安全中显得尤为重要。为解决目前储罐泄漏安全监测存在的定位精度低、响应速度慢、监测范围小等问题,文章采用弱反射型布拉格光栅阵列(FBG)双波长波分/时分混合复用组网技术实现对覆土储罐表面温度全时、全域在线监测。FBG阵列测温精度为±1℃,传感器空间分辨率为1m,经过对覆土储罐两个月的数据监测和高压充水实验,分别验证了传感器在覆土情况下的长期稳定性和可靠性。结果表明,将FBG应用到储罐监测中,将有效提高储罐的生产安全性,具有较大的推广应用价值。

    • 王婷婷,王晓伟,金靖,宋凝芳

      2022,43(4):689-696, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072902

      Abstract:

      干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响,使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源,推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响,建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上,通过影响机理分析和实验验证,确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地,通过搭建小型化光纤陀螺样机,对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明,光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化,其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。

    • 严超凡,戴玉堂,杨雨微,罗开彦

      2022,43(4):697-703, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022051202

      Abstract:

      针对振动测量中三维振动信号测量需要,基于柔性铰链设计了一种光纤光栅(FBG)三维加速度传感器。构建了传感器拾振机构的振动模型,介绍了传感器的结构模型和测量原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度理论公式,建立了拾振机构的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振机构关键尺寸参数进行优化设计。根据优化后尺寸制作了传感器,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明:该传感器在X轴、Y轴和Z轴方向的谐振频率分别为673,667和1376Hz,工作频率区间分别为0~220Hz,0~220Hz和0~450Hz,灵敏度分别为72.3,70.2和83.1pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰能力,能够满足三维振动信号测量的要求。

    • 张雨彤,江毅,冯新星,崔洋

      2022,43(4):704-713, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072802

      Abstract:

      蓝宝石为晶体材料,其熔点为2045℃,具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等良好的高温物理化学性能。单晶蓝宝石光纤可以在高于1000℃的超高温下传输光信号,基于其制作的蓝宝石光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器耐超高温、本征安全,适用于危险、恶劣的环境中,近年来,得到广泛研究,已研制出用于超高温环境的蓝宝石光纤温度、压力、振动传感器。文章综述了蓝宝石光纤F-P传感器的研究进展,介绍了课题组在蓝宝石光纤传感技术方面的研究成果,最后对传感器的研制提出了改进建议。

    • 王龙宁,彭俊,贾书海

      2022,43(4):714-722, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072801

      Abstract:

      近年来锂离子电池安全事故频发对锂离子电池产业带来比较严重的影响,为减少此类事故发生,可采用电池管理系统对锂离子电池进行安全管理,保证其正常运作。管理过程中利用传感器对电池参数进行监测十分必要,光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、可分布式测量等优势,可实现对锂离子电池的精准监测。文章从锂离子电池监测需求出发,简要介绍了三种主流光纤传感原理,并综述了各种用于锂离子电池监测的光纤传感最新研究成果,最后对光纤传感技术在锂离子电池参数监测中的应用做了展望。

    • 翟杰,鲁平

      2022,43(4):723-727, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072503

      Abstract:

      采用非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)方案,设计了一种基于铬金复合金属薄膜的声波传感器,采用基于快速傅里叶变换的相位解调方法解调光纤端面和换能薄膜之间的白光干涉,提高了相位灵敏度。实验结果表明,传感器在声波频率5~1000Hz内,灵敏度保持在-119.98~-120.99dB re 1 rad/μPa范围内,灵敏度变化小于1.01dB,具有较宽的响应平坦区间;在频率150Hz,声压0.18~5.30Pa的范围内工作稳定,且声压和相位之间具有良好的线性关系。

    • 林伟浩,孙思明,胡杰,赵方,邵理阳

      2022,43(4):728-737, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022072801

      Abstract:

      基于光纤环形激光器的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移来检测外界参量变化,得利于激光光谱窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、高灵敏度、大动态范围的传感监测。文章介绍了包括基于光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔、萨格奈克环以及马赫-曾德尔干涉仪等多种结构的光纤传感器工作原理,以及进一步构成光纤环形激光传感器的特性和多种应用案例,并对未来该领域的关键技术发展进行了分析。

    • 胡晓阳,陈伟,孟洲,曹春燕

      2022,43(4):738-743, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022081805

      Abstract:

      随着远程光纤水听器系统传输距离的不断扩展,各类光学非线性效应的影响日益凸显,并已成为制约远程光纤水听器系统性能的瓶颈。回顾了远程光纤水听器系统中光学非线性效应研究进展,对系统中存在的光学非线性效应进行分析,并重点介绍了系统中受激布里渊散射与调制不稳定性的产生机理及其对系统相位噪声的影响,并介绍相应的抑制方法。

    • 曹康渊,丁东发,冯文帅,范梓涵,于海成

      2022,43(4):744-751, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022080502

      Abstract:

      分析了影响光纤陀螺仪测试精度的主要误差因素,详细研究了速率转台、测试工装、时间基准源等常见测试设备对光纤陀螺误差的影响。提出了基于高精度计数器对于转台精度评价结合长周期、转台固定周数的测试等抑制方法。实验结果表明,采取抑制措施后,测试工装误差引起的零偏测试误差减小了66.7%,速率转台误差引起的标度因数绝对误差以及时间基准误差引起的标度因数重复性误差均减小了一个数量级。研究结果对高精度光纤陀螺仪精度的提升以及测试设备的改进具有指导意义。

    • 动态综述
    • 王梓,石俊凯,陈晓梅,姜行健,李冠楠,霍树春,高超,朱强,周维虎

      2022,43(4):752-759, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022021601

      Abstract:

      测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展,具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来,利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测,具有无接触、高效率、在线测量等优点,在精密测量中发挥着重要作用,被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来,光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述,论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势,综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展,并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。

    • 光电器件
    • 刘业琦,刘戈扬,祝晓笑

      2022,43(4):760-764, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021110502

      Abstract:

      为了提高CMOS图像传感器的动态范围并应用于昼夜兼容成像,提出了一种新的动态范围拓展方法。该方法在像素中设置多个复位屏障,以延长曝光过程中光电二极管的饱和时间,同时通过在不同成像环境中切换像素积分电容大小,提高微光成像时的响应灵敏度和强光成像时的满阱容量,从而实现昼夜兼容高动态成像。经MATLAB仿真证明,该方法可将传统CMOS图像传感器的动态范围从61dB拓展到102dB。

    • 敖天宏,赵江林,童启夏,柳聪,崔大健,张承

      2022,43(4):765-769, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022052501

      Abstract:

      In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950~1700nm,具有体积小、灵敏度高等特点,在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In0.53Ga0.47As SPAD性能的重要因素,温度越高暗计数率越大,导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。建立了数学模型来提取器件光电性能参数,通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响,获得最优器件结构参数。最后,制作了光敏面直径达到70μm的In0.53Ga0.47As SPAD芯片,并进行了封装测试。结果显示,70μm In0.53Ga0.47As SPAD在室温下的探测效率为14.2%,暗计数率为88.6kHz,噪声等效功率为3.82×10-16W·Hz-1/2,仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。

    • 杨霏,田丽欣,申占伟,张文婷,孙国胜,魏晓光

      2022,43(4):770-776, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022031402

      Abstract:

      阈值电压、栅内阻、栅电容是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的重要电学参数,但受限于器件寄生电阻、栅介质界面态等因素,其提取过程较为复杂且容易衍生不准确性。文章通过器件建模和实验测试,揭示了MOSFET的栅电容非线性特征,构建了电容-电阻串联电路测试方法,研究了SiC MOSFET的栅内阻和阈值电压特性。分别获得栅极阻抗和栅源电压、栅极电容和栅源电压的变化规律,得到栅压为-10V时的栅内阻与目标值误差小于0.5Ω,以及串联电容相对栅源电压变化最大时的电压近似为器件阈值电压。相关结果与固定电流法作比较,并分别在SiC平面栅和沟槽栅MOSFET中得到验证。因此,该种电容-电阻法为SiC MOSFET器件所面临的阈值电压漂移、栅极开关振荡现象提供较为便捷的评估和预测手段。

    • 李立

      2022,43(4):777-780, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021121802

      Abstract:

      从电荷耦合器件(CCD)的满阱电荷容量和片上放大器的工作电压范围两个方面对器件的节点电荷容量进行了设计,并推导出输出节点电荷容量设计的优化公式。从公式中可以看出,输出节点的电荷容量设计除了需要满足CCD信号电荷转移本身所需的容量值以外,还必须保证节点处的电压变化范围在输出放大器线性工作区域内,才能使信号电荷能够完整线性地被放大器输出,从而保证CCD器件整体的非线性和满阱容量性能。因此,输出节点电荷容量的设计除了需要考虑节点自身的电容外,还应综合考虑输出放大器相关MOS管的宽长比、阈值电压、工作电压等因素。

    • 材料,结构及工艺
    • 姜德隆,缪庆元

      2022,43(4):781-785, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022041002

      Abstract:

      分析了多量子阱材料各参数对其TE模和TM模有效折射率的影响。结果表明:阱数增多,多量子阱有效折射率降低,当量子阱数目大于3时,其有效折射率的变化不明显。垒厚增加,有效折射率略有降低。存在合适的张应变量使TE模和TM模有效折射率峰值波长接近的同时,折射率差值整体最小,偏振相关性最小。据此提出多量子阱材料有效折射率低偏振相关设计方法,并设计出C波段内(1530~1565nm)折射率低偏振相关的InGaAs/InGaAsP多量子阱材料。研究结果有助于设计实用化的有效折射率低偏振相关量子阱材料。

    • 温海键,姚建,邱松,李清文

      2022,43(4):786-790, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022040501

      Abstract:

      半导体型单壁碳纳米管在分散与分离过程中长度会被截短。在100nm以下的超短管的存在会增加管间搭接电阻和载流子的散射几率,从而导致器件性能的下降。开发了一种有机体系的硅胶吸附技术。利用硅胶颗粒表面的硅羟基与包裹在碳纳米管表面的聚合物PCz中的N原子形成氢键,成功实现了超短碳管的高效去除,使半导体型碳纳米管的长度分布实现了有效调控。基于长度分选后的碳纳米管制备的晶体管器件,其开态电流和最大跨导达到8.9μA/μm和0.5mS/μm,比长度未分选的器件分别提高了约300%和250%。

    • 陈涛涛,张逸竹,赵静静,周茜,李东栋,江玉海

      2022,43(4):791-796, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022031004

      Abstract:

      提出了一种光泵浦太赫兹探测技术的改进方案,使用双色飞秒激光场电离空气诱导等离子体辐射的超短宽带太赫兹脉冲作为探测脉冲,表征了硅的光激发动力学,通过表征过程验证了基于所提改进方案的光泵浦太赫兹探测系统的性能。硅的泵浦深度随泵浦功率的增加而提高,400nm泵浦光的泵浦深度大于800nm泵浦光。使用400nm泵浦光,p掺杂硅的泵浦深度最大,本征硅次之,n掺杂硅最小;而使用800nm泵浦光,p掺杂硅的泵浦深度最大,n掺杂硅次之,本征硅最小。此外,基于探测脉冲的超宽带宽和超短脉宽,还观测到了p掺杂硅中的亚皮秒激发态声子波包振荡。

    • 石和平,张丽珠,于仕辉

      2022,43(4):797-801, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022031702

      Abstract:

      利用旋涂银纳米线和磁控溅射ZnSnO薄膜相结合的方法,实现了高性能ZnSnO/AgNW双层透明电极的制备。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对电极的结构和形貌进行了表征分析,利用紫外可见分光光度计和四探针测试仪分别对ZnSnO/AgNW双层透明电极的电学和光学性能进行了表征。结果表明,制备的ZnSnO/AgNW双层透明电极具有优异的电学和光学性能,在透过率为88.1%时,其方阻为12.3Ω/□,品质因子高达231。在5.0mm的曲率半径下,对ZnSnO/AgNW双层透明电极进行了1000次弯曲测试,其电阻仅增加了13%,表明ZnSnO/AgNW双层透明电极具有优异的柔性性能。此外,ZnSnO/AgNW双层透明电极经过20次胶带粘附测试和高温高湿测试后,方阻都基本保持不变,这说明ZnSnO/AgNW双层透明电极具有优异的粘附性以及抗氧化性。

    • 光电技术及应用
    • 孙永恒,方亮,张辉

      2022,43(4):802-808, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022022105

      Abstract:

      提出一种基于畸变梯度重构畸变的在轨标定方法,该方法充分利用微角秒测量精度的星间距测量技术,不受恒星赤经、赤纬精度的限制,能使望远镜光学畸变的标定精度达到微角秒量级。介绍了基于畸变梯度重构畸变的原理,并对由光学设计软件导出的光学系统进行了畸变标定仿真实验,结果表明:当光学系统波像差控制在0.0733λ内且星角间距测量误差为0.3微角秒时,畸变标定精度可达0.28微角秒,满足近邻宜居行星探测的畸变标定要求。

    • 迟云鹏,刘文波,徐方

      2022,43(4):809-815, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022031701

      Abstract:

      针对高反光表面的三维重建一直是结构光技术中的重点及难点。文章基于多重曝光法及调整投影条纹强度法,提出了一种曝光时间序列以及条纹亮度序列的选择方法,利用被测物体在不同投影条件下的表面临过曝像素点数统计直方图,结合图像中像素点数的不过曝比例,计算所求的曝光时间及条纹亮度序列,完善了针对高反光表面的高动态范围技术。实验结果表明,文章提出方法能够有效地提升高反光表面三维重建的精度,点云中有效像素点数可以达到96%以上。

    • 祁航,彭晓东,马晓珊

      2022,43(4):816-822, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022041902

      Abstract:

      针对视觉同步定位与建图(SLAM)算法前端漂移误差累积问题,提出基于光学成像模拟的视觉里程计方法。该方法利用稠密三维点云数据进行目标表面泊松重建及材质物理特性关联,依据光学物理特性和光线追踪原理构建基于物理模型的成像渲染引擎(PBRT),生成不同观测条件下的目标特性仿真图像;将目标特性仿真图像与光学相机拍摄图像进行配准与运动偏差恢复,并设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)输出位姿状态最优估计值。通过原型系统研制与实验评估表明:该方法有效克服了传统方法漂移误差累积的问题,相较传统ORB-SLAM2算法前端定位精度提升了56%,为视觉里程计的设计提供了一种新的技术思路。

    • 徐亚然,郑天涯,熊怡因,徐嘉鑫,周涛

      2022,43(4):823-827, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022062401

      Abstract:

      基于传统数字射频存储的多普勒雷达干扰信号产生技术被证实为一种有效的方案,能够通过数字域存储雷达信号,并调制产生一定的频率偏移量,达到欺骗雷达的目的。此外,基于光学射频存储的雷达干扰信号产生技术虽然能够保留雷达信号的指纹信息,但无法产生预定的多普勒调制。文章提出了一种基于微波光子时间拉伸效应的多普勒雷达干扰信号产生技术,在光学射频存储的基础上,通过微波光子时间拉伸效应,在调制到光域的雷达脉冲信号中加入一定量的多普勒频移,达到对雷达速度欺骗的效果。并且对该项技术开展了仿真工作,验证了该方案的可行性和实现效果。

    • 张传聪,李范鸣,饶俊民

      2022,43(4):828-834, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022032901

      Abstract:

      复杂背景下的红外图像通常存在信噪比低、邻近像素灰度变化不明显以及易被杂波信号和噪声干扰的特点,导致红外小目标检测困难。为解决上述问题,提出一种基于特征显著性融合的红外小目标检测算法。首先,在空间域中利用目标与其局部背景灰度差异来计算得到灰度显著图,在频域中结合谱残差计算得到背景抑制后的频域显著图;其次,将灰度显著图和频域显著图归一化后通过哈达玛乘积相互融合;最后,通过自适应阈值分割并使用Unger滤波器剔除较小的噪声点,从而提取出目标区域。实验结果表明,所提算法对图像的信噪比有了数十倍的提升,对背景抑制效果显著,并有着检测率高和虚警率低的优点,是一种有效的小目标检测算法。

    • 赵灏,林靖凯,王航,李沼云

      2022,43(4):835-838, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022062601

      Abstract:

      提出了基于加权光耦合阵列的光电任意波形产生方案,利用不同波长加权和并行耦合的方法实现信号光域的数模转换。通过对信号的频谱分析发现,多波加权存在拍频噪声,经过波长预设和滤波处理,可以将高频噪声有效滤除,但在信号交变的时刻会有尖峰干扰出现,进一步通过与变换信号带宽匹配的滤波平滑处理后,尖峰干扰得到一定的抑制,可实现输入信号速率为10Gb/s、量化精度为5bit的光学数模转换,实现了三角波、锯齿波、高斯脉冲和方波序列等光学波形的输出。

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    2022年第43卷第4期
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    • MOEMS气体传感技术的研究进展

      蔡炜铭, 江彦虎, 任青颖, 魏鸿飞, 彭俊越, 常春耘, 薛梅

      Abstract:

      MOEMS气体传感技术是光学式气体传感器技术与MOEMS技术和新材料的创新型技术方案。MOEMS气体传感器具有更低的价格、更高的集成度、更强的抗干扰能力、更高的测试精度。本文首先介绍主要的光学气体传感系统的结构及其工作原理,随后介绍了MOEMS气体传感技术中最新的微光学器件及微光学学系统。通过对MOEMS气体传感器的主要成果和最新研究进展的综述, 对未来MOEMS气体传感器的研究重点和研究挑战等进行展望。

      • 1
    • 石墨烯/硅基异质集成光电子器件

      彭文怡, 严思琦, 唐明

      Abstract:

      石墨烯具有优异的光学和电学性能,为实现高性能石墨烯-硅基异质集成器件开辟了一条非常有前途的途径。基于石墨烯的硅基集成光子器件研究在近年来取得了巨大进展,展现出了诸如超大带宽、超低功耗在内的优异性能。本文介绍了近年来被报道的典型硅/石墨烯异质集成器件,包括石墨烯-硅基电光调制器、石墨烯-硅基热光调制器和石墨烯光电探测器,简要阐述了其原理与性能,并对其未来的应用与发展做出了展望。

      • 1
    • 基于多模干涉与马赫-增德尔干涉效应的光纤振动传感器研究

      田野, 赵敏, 张东, 任国志, 王晓航, 刘哲

      Abstract:

      本文提出了一种结合多模干涉效应的新型马赫-增德尔干涉仪(Mach–Zehnder interferometer, MZI)结构,并将其用于振动检测研究。与基于两个3 dB单模光纤耦合器(optical coupler, OC)级联而成的传统MZI不同的是,本文采用多模OC与单模OC共同构成MZI。利用芯径为105的阶跃折射率分布多模光纤与芯径为62.5的渐变折射率分布多模光纤分别采用熔融拉锥法制作了分光比为1:1的3 dB多模OC,并将其分别与3 dB单模OC构建了MZI,同时为了对比,也利用两个单模OC构建了MZI。分别对采用不同类型OC构建的MZI中的一个干涉臂施加振动干扰,并使用示波器进行数据采集和分析。结果表明,基于芯径为105的阶跃折射率分布多模耦合器构建的MZI具有最大的可检测振动频率范围,为1-20kHz,同时在振动频率偏差和振动频率鉴别能力上也表现最优。该方法检测振动频率范围大,制作简单,成本低廉,为振动传感器的研制提供了一种新的思路。

      • 1
    • 可集成制造的平面型电磁直线作动器研究

      武强, 戴旭涵

      Abstract:

      电磁作动器由于具有输出力大、行程长、无接触等优势,在通讯、自动测试、电力电子等领域有广泛的应用前景,但由于受限于体积大、制造工艺复杂,难以满足相关领域电子系统向微型化、集成化的发展需求。针对上述问题,本文应用平面型集成线圈及高深宽比微结构设计、制造了微型化电磁作动器的原型样机,初步测试结果表明,器件的输出力可达mN量级、输出位移大于50um、响应时间小于10ms,为进一步开展相关器件研究探明了可行的技术路径。

      • 1
    • 基于S3-YOLOv5s的矿井人员防护设备检测算法研究

      代少升, 曾奇, 黄炼, 陈昌川

      Abstract:

      针对复杂矿井环境下光照度低、目标尺度变化大、目标间遮挡严重,现有的目标检测网络特征提取困难、检测效果差等问题,提出了改进的S3-YOLOv5s的矿井人员防护设备检测算法。在主干网络中加入无参注意力模块SimAM(A Simple, Parameter-Free Attention Module),提升网络的特征提取能力;引入尺度均衡特征金字塔卷积(Scale-Equalizing Pyramid Convolution,SEPC),加强多尺度特征融合;最后采用SIoU作为边框回归损失函数并使用K-means++算法进行先验锚框聚类,提高边框检测精度。实验表明,相比现有的YOLOv5s算法,本文算法在所有类别的平均检测精确度从89.64%提升到了92.86%,在复杂矿井环境条件下对人员防护设备有优良的检测能力,验证了所提方法的有效性。

      • 1
    • 抗磁稳定悬浮结构的阻尼特性研究

      王永坤, 张家祥, 孙朝业, 苏宇锋

      Abstract:

      本文研究一种抗磁稳定悬浮结构的涡流阻尼的阻尼特性。建立了求解涡流阻尼及阻尼系数的数学模型,借助MATLAB和COMSOL 5.6通过三维电磁场有限元仿真分析方法研究了涡流阻尼的特性以及外部激励频率、振幅、悬浮磁体厚度、导体板厚度等对涡流阻尼的影响,给出了其变化规律。结果表明:磁体半径与厚度、增大抗磁体边长和厚度以及减小悬浮间隙都可增大涡流阻尼。除此之外,增大外部激励的振幅与频率也可以增大涡流阻尼,但增大激励频率时涡流阻尼会出现相位滞后现象。该结果对于分析研究抗磁悬浮结构的振动特性具有一定的参考意义。

      • 1
    • 微谐振陀螺仪从半球到平面的演变

      谷留涛, 张卫平, 崔峰, 吴雨婷, 范重阳, 卢浩琳

      Abstract:

      微谐振陀螺仪是一种固体波动陀螺,常采用微纳制造工艺进行加工,具有小体积、高性能、低功耗、批量化等特点。自1975年世界上第一个半球谐振陀螺诞生以来,微谐振陀螺的谐振子拓扑结构经历了三维结构到二维结构的演变。文章以拓扑结构的发展脉络为主线,对微谐振陀螺的发展过程进行了梳理和总结,最后对目前存在的问题进行了分析,对未来的发展进行了展望。

      • 1
    • 质量块-悬挂梁热弹性阻尼的L-R理论适用性

      李敏, 刘骏康, 张加宏, 李慕白

      Abstract:

      热弹性阻尼是谐振器中的一种基本能量耗散机制,决定了高Q谐振器的性能极限。检测质量块-悬挂支撑梁结构由于截面的变化,难以进行解析求解。已有研究表明,质量块刚性假设后,经典的L-R理论可以适用于该结构,然而该假设相对于实际器件所造成的计算误差却没有结论。针对这一问题,采用L-R理论计算与ANSYS有限元计算的对比分析方法,比较了在支撑梁和质量块尺度分别变化时候的一阶固有频率和该频率下热弹性阻尼系数的计算误差,结果表明,L-R理论的计算误差较大,并不适用于质量块-悬挂支撑梁结构热弹性阻尼系数的精确计算,但可有效估计尺度变化后热弹性阻尼的变化趋势。

      • 1
    • 基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器

      金少雷, 陈永平, 陈世军

      Abstract:

      设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构,其可在时间域下探测高输入光强,在模拟域下探测低输入光强。设计在传统CTIA的基础上,新增了时间域测量电路,在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35 μm,5 V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片,光电二极管面积为22.5×22.5 μm2,并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明,基于时间域读出的图像传感器可实现96 dB的大动态范围,且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出,功耗为7.98 mW。

      • 1
    • MIM波导矩形腔内嵌金属板结构Fano共振的传感特性

      肖功利, 覃祖彬, 周嗣童, 蓝进京, 孙堂友, 邓艳容

      Abstract:

      为实现对折射率的高灵敏、高可靠性传感探测,根据法诺(Fano)共振传感的特点,本文提出了一种金属—介质—金属(MIM)波导耦合的矩形腔结构,实现对Fano共振的高性能探测。在耦合模理论分析及有限元法数值仿真的基础上,先对比分析矩形腔与其嵌入金属板两种不同结构的Fano透射光谱特征,再对设计的矩形腔嵌入金属板结构参数进行优化并分析其传感性能。入射光在波导中以TM模式入射到矩形谐振腔后形成了两种Fano模式的共振峰。第一种模式的FOM达 9.4104,灵敏度为700nm/RIU;第二种模式的FOM达 8.4103,其灵敏度为1200nm/RIU。这表明该结构设计在实现双Fano峰探测的同时,且各个模式均具有较高的品质因数,这为设计出高性能的微纳光学传感器提供理论依据。

      • 1
    • 基于新型掺钪氮化铝的级联马赫曾德尔结构(解)复用器

      陈心逸, 胡超, 郑少南, 赵兴岩, 钟其泽, 董渊, 胡挺, 贾连希, 古元冬

      Abstract:

      在新型掺钪(Sc)氮化铝(Al1-xScxN)集成光学平台上设计了插入损耗低、传输通道谱线平坦的O波段四通道波分(解)复用器,并提出了优化方法。所设计的器件结构基于级联的马赫曾德尔干涉仪(MZI)滤波器,结合弯曲波导结构的定向耦合器改善波长敏感度。针对粗波分复用(CWDM)应用的特性,文章使用粒子群算法(PSO)提升器件性能优化的效率,通过调整器件结构的设计参数对四路通道的传输谱线质量进行优化。针对0%、9%、23%的掺Sc浓度,设计的解复用器表现出宽达约15.6 nm的1-dB带宽和小于0.1 dB的插入损耗,传输谱线呈“盒状”响应,各通道间串扰均优于-30.6 dB。

      • 1
    • 新型光纤传感技术在大型船闸结构健康监测中的应用研究

      张勃

      Abstract:

      为解决船闸人字门长期满负荷工作可能带来的结构安全问题,提出了一种基于新型光纤光栅(FBG)传感技术的人字门结构在线监测方法。采用304不锈钢和激光焊接工艺对传感器进行封装,解决了传感器在50m水深环境下的防水、耐压和成活率问题;通过对人字门结构进行建模与仿真,弄清门体受力分布及应力集中区,为传感器的敷设提供理论支撑;通过对闸门运行时的应力应变、塌拱度、裂纹等信息进行监测与分析,可为人字门结构安全评估提供数据支撑。实验结果表明,光纤光栅防水传感器在水下成活率高,具有良好的稳定性和重复性,其动态数据能够准确反映闸门开关过程、不同季节水位带来的应力变化。

      • 1
    • 基于SAR ADC的短波红外焦平面数字化读出电路研究

      陶文刚, 景松, 汪鸿祎, 陆逸凡, 黄松垒, 方家熊

      Abstract:

      片上集成数字化是红外焦平面的主要发展方向之一,其关键技术是在读出电路内部集成模数转换ADC模块。针对线列InGaAs焦平面的数字化需求,采用了一种基于非二进制的冗余位 SAR ADC设计方案。整个读出电路包括读出电路单元和模数转换单元。读出电路单元采用的是CTIA的结构,其结构线性度好,注入效率高。模数转换单元采用的是SAR ADC,其结构简单,功耗低。本文采用非二进制校准的方法对CDAC模块进行设计,通过在电容阵列中插入冗余位来提高ADC的转换速度和精度,并使用下极板采样技术来提高采样精度。在0.18μm CMOS工艺模型下,完成了14bit的SAR ADC的设计。仿真结果表明:在采样率为1MSPS条件下,SAR ADC的信噪比SNR为74dB,有效位数为13.4bits。

      • 1
    • Al/N共掺杂TiO2薄膜的制备及光学性能

      王泽文, 赵莉, 蔺冬雪, 王玉新

      Abstract:

      为了进一步开发TiO2在太阳电池和降解有机化合物中的应用,改善其各方面光学性能,本实验采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-gel spin-coating method)分别制备了Al掺杂量为3.00 at%,N掺杂量为6.00 at%、7.00 at%、8.00 at%、9.00 at%的Al-N共掺杂TiO2薄膜样品。对样品测试的结果表明,共掺杂样品依旧保留了TiO2的基本结构,并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小,使样品表面得以修饰,变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移,在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00 at%时,(101)衍射峰值最大,峰型最尖锐,所得到的TiO2薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO2相比带隙值都有所减小,且最小值为2.873 eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO2薄膜使其光学性能实现改善。

      • 1
    • 紧凑型纳米薄膜铌酸锂复合波导光电子可逆逻辑门

      陈直

      Abstract:

      基于纳米薄膜铌酸锂与氮化硅复合波导结构,构建了光电子可逆逻辑门,应用于神经形态光子学和量子计算。该光电子可逆逻辑门的主体由两个马克曾德尔调制器级联而成,结构紧凑,全长仅为4.4mm,是普通质子交换铌酸锂调制器长度的百分之一。工作在1.55μm波长时,该马克曾德尔调制器仅需4.9V电压就可以实现一次完整的功率交换,很好地与CMOS工艺相兼容。器件特性研究表明,该光电子可逆逻辑门能够实现可逆逻辑运算功能。此外,该器件在1.4μm至1.6μm波长范围内,插入损耗均值为0.6dB,输出端口的最小串扰为-47dB,消光比的最大值为41dB;在4V至6V电压范围内,插入损耗均值为0.63dB,输出端口的最小串扰为-26dB,消光比的最大值为22dB,显示出了良好的响应特性。

      • 1
    • 星载高速跨阻放大器电离总剂量效应研究

      吕宗璟, 陈彦丽, 李海涛, 刘 霄, 盛 亮, 翁秀峰, 杨少华, 阮林波

      Abstract:

      为得到卫星搭载的高速跨阻运算放大器在星载环境中长时间工作后的性能变化情况,对3款增益带宽积大于1GHz的高速跨阻放大器芯片关键特征参数的电离总剂量损伤特性及变化规律进行了试验研究。辐照试验在60Coγ射线源上采用高温加速评估的方法完成,辐照到放大器芯片上的剂量率为(0.3~0.5) Gy(Si)/s。试验后分析了放大器芯片输出偏置、输出噪声和带宽等关键电参数在辐照前后及高温(85℃±6℃)退火前后的特性,讨论了引起电参数变化的机理。结果表明,经过两轮150 Gy(Si)剂量辐照及高温退火后,放大器芯片的输出偏置和输出噪声水平无明显变化,时域脉冲响应正常,-3dB带宽减小了3%左右。带宽为3款高速跨阻放大器芯片的辐射敏感参数,其变化与电离辐射在SiO2/Si界面引起正电荷建立和界面态直接相关。辐照后的芯片仍然能够满足高带宽测试情况下的需求,150 Gy(Si)为电参数和功能合格的累积剂量。

      • 1
    • 基于聚酰亚胺/石墨复合衬底的快速响应MEMS柔性温度传感器

      刘玉, 时浩程, 果春焕, 王学文, 杨卓青

      Abstract:

      针对现有柔性温度传感器衬底导热慢的问题,为快速监测轴承等曲面的温度,向聚酰亚胺(PI)中掺入3%wt石墨(GR),制备高导热复合材料,得到的GR/PI复合薄膜导热率达到0.777 W m-1 K-1,且具有良好的绝缘性。基于微加工技术,在GR/PI复合薄膜上制备铂薄膜柔性温度传感器,改善了其动态响应特性,响应时间达到71 ms,优于纯PI衬底上的铂薄膜温度传感器。除此之外,所制备柔性温度传感器的线性度、灵敏度和测量重复性等电学性能均较好。将制备的柔性温度传感器用于金属轴表面的温度测量,与商用红外摄像仪对比,两者测量值差别较小(±2℃以内)。

      • 1
    • 基于轴向空间注意力和中间融合表示的单图像三维重建模型

      周敏

      Abstract:

      利用“编码-解码”模型实现单图像的三维重建,由于特征提取能力不足导致重建对象细节缺失,针对这一问题,本文提出基于注意力和中间融合表示的三维重建模型,旨在重建具有精细化的三维模型。利用轴向空间注意力机制学习不同方向的信息,将其嵌入至残差单元中以捕获局部结构特征;基于双流网络推测深度图和三维平均形状以设计中间融合表示模块,有效融合可见表面细节信息,更好地描绘对象的三维空间结构。实验结果表明:轴向空间注意力机制和中间融合表示模块增强了特征提取的能力,IoU和F-score比PixVox++分别提升了1.3%和0.4%,三维重建效果更优。

      • 1
    • 一种基于错误集的极化码改进SCL译码算法

      袁建国, 张降龙, 张帅康, 王煦杰, 莫珍珠

      Abstract:

      针对极化码在中短码长时纠错性能的不足,提出了一种基于错误集的极化码改进串行抵消列表(Successive Cancellation list of Polar Codes based on Error Set, ES-SCL)译码算法。该算法首先根据极化码的信道特性构造错误集,在极化码编码时根据错误集中的元素设置奇偶校验(Parity Check, PC)位,其余位置则放置信息比特和冻结比特,译码器在译码PC位时,每条路径通过校验函数得到PC位的比特估计,不执行路径分裂和剪枝,其余位置则执行SCL译码。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道下,当码长为512,码率为0.5,误块率为,最大译码列表数为8时,相较于PC-PSCL译码算法以及CA-SCL译码算法,所提出的ES-SCL译码算法获得了约0.18dB和0.15dB的增益;当码长为256,码率为0.5,误码率为,最大译码列表数为8时,相较于CA-SCL,PC-PSCL译码算法,获得了约0.3dB和0.35dB的增益;此外,采用部分比特分裂译码的ES-SCL译码算法可以在误块率与PC-PSCL译码算法几乎相同的情况下,减少约50%的排序次数,具有更低的译码复杂度。

      • 1
    • 基于标准CMOS工艺的片上太阳敏感器研究

      范柚攸, 王红义, 权海洋

      Abstract:

      微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题,本文基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器,以金属走线层构建微型墙结构,两侧均匀分布PN结构成光电传感器,通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。本文从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件合理性和可行性。最终,片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g,尺寸为304.2mm3,检测精度为±1.6°,视场范围为80°,可满足微型化需求。

      • 1
    • 基于弹性形变摩擦力的光学天线伺服系统建模

      林贻翔, 吴世奇

      Abstract:

      目的:针对光学天线伺服系统非线性建模问题,提出了一种弹性形变摩擦力模型描述系统的非线性效应,并采用遗传算法实现模型参数辨识。方法:首先,给出了弹性形变摩擦力经验公式,将摩擦力描述为相对运动物体表面接触形变产生的弹性力,接触形变在相对运动过程中连续变化,消除了Stribeck模型零速度不连续性,且参数比LuGre模型少,无需求解微分方程,降低了模型辨识难度。然后,以模型输出速度与实测伺服电机输出速度误差平方和为评价函数,采用遗传算法实现了三种模型的参数辨识。结果:实验结果表明:在相同的遗传进化迭代次数下,弹性形变摩擦力模型精度比Stribeck模型提高2.3倍,比LuGre模型提高4.6倍。结论:验证了弹性形变摩擦力模型用于伺服系统非线性建模的可行性。

      • 1
    • MEMS加速度计在振动环境下的可靠性分析

      李明珠, 许高斌, 董娜娜, 袁 婷, 马渊明, 冯建国

      Abstract:

      以电容式MEMS加速度计为研究对象,通过理论分析振动环境下MEMS加速度计的疲劳和塑性形变等关键退化机理。基于Miner理论和S-N曲线建立了疲劳可靠性模型;在考虑强度退化前提下,基于应力强度干涉理论建立了塑性形变可靠性模型;运用蒙特卡洛仿真方法验证了两种可靠性模型的准确性,并分析了模型关键参数对可靠性的影响。结果显示,振动应力水平和材料的屈服强度对可靠度有显著的影响,减小应力幅值,增大屈服强度,可以提高MEMS加速度计的可靠性。

      • 1
    • 面向电子战射频光传输的宽带射频信号杂散产生机理及优化方法

      徐嘉鑫, 何梓昂, 张芮闻, 张博文, 李璇, 陈诺, 周涛

      Abstract:

      针对电子战系统的宽带射频信号波分复用传输,本文通过理论分析给出了微波光子链路中各关键参量对杂散信号的影响规律,提出了非均匀信道间隔分配的除杂优化方法。该方法通过微调各通道的波长,使四波混频产生的杂散频率超过电子战接收机带宽,从而降低杂散对系统的影响。该方案实现简单,且无需改变现有电子战系统架构,具有较好的工程实现性。实验结果表明:与等波长间隔相比,5通道非均匀波分复用信号传输1km时,在接收机带宽内四波混频引起的杂散得到了显著优化,动态范围提升了26dB以上。

      • 1
    • 基于双摄像头的心率测量系统的设计与改进

      徐杰, 胡丹峰

      Abstract:

      为解决在外部干扰或昏暗环境下利用图像光电容积描记(image Photoplethysmography,iPPG)技术进行心率测量时存在的准确度较差的问题,本文提出了一种自适应心率提取算法,并在嵌入式硬件平台上进行了验证。算法根据图像中人脸与背景区域的色度关系来识别不同的场景并启动合适的摄像头进行图像采集及自适应映射,接着对提取出的信号进行滤波,在信号质量评估后输出结果。上述方法在Zynq平台上进行了验证,使用双摄像头实现实时心率测量,并对结果进行可视化输出。实验结果表明:优化后的算法在光照及运动的双重干扰下的测量误差从3.36 BPM降至2.78 BPM,准确率提升了17.3%。另外,所设计的系统能够实现在极端黑暗条件下的心率采集,平均误差约为2.39 BPM。

      • 1
    • 覆盖S、C波段的宽光谱带宽InGaAlAs/InP量子阱结构

      周帅, 冯琛

      Abstract:

      通过理论仿真和实际制备测试,分析比较了基于非对称量子阱结构(10nm厚和6nm厚的量子阱组合)的光放大芯片与对称量子阱结构(10nm厚量子阱)的光放大芯片的性能。两种结构的理论模式增益同最终实测值符合度较好。最终光谱测试结果显示,对称量子阱结构的光放大芯片存在基态增益饱和的现象,在大电流注入情况下,激态跃迁占据优势,从而造成光谱宽度急剧下降。而非对称量子阱结构的光放大芯片的光谱宽度随着注入电流的增加不断拓宽,在600mA下实现199.7nm光谱带宽,覆盖S、C波段。由此可见,非对称量子阱结构更有利于实现高功率、宽光谱的光放大芯片。

      • 1
    • 200Gbit/s PAM4光发射组件封装技术研究

      周本军, 胡伟, 胡俊豪

      Abstract:

      文章针对200Gbit/s PAM4光收发模块的设计需求,提出了一种基于四阶脉冲幅度调制(PAM4)、数据传输速率达200Gbit/s的光发射组件封装方案。该封装方案内部集成了4路PAM4电/光转换通道,单通道数据传输速率为50Gbit/s。基于光发射组件封装方案,本文首先介绍了200Gbit/s PAM4光发射组件的组成部分和技术难点,然后根据技术难点对其中的50Gbit/s数据传输通道进行了建模、仿真和优化,最后完成了方案研制样品的测试,测试结果表明:方案样品的单通道PAM4数据速率可达50Gbit/s,整体PAM4数据速率可达200Gbit/s,满足光收发模块的设计需求。

      • 1
    • 1024×1024元帧转移纵向抗晕CCD图像传感器

      杨 洪, 钟玉杰, 易学东, 吴雪飞, 谷顺虎, 张 娜

      Abstract:

      帧转移电荷耦合器件(FTCCD)主要应用于可见光信号探测,其在强光应用场合容易出现光晕现象。针对该问题,研制了帧转移纵向抗晕CCD图像传感器,该器件阵列规模为1024×1024元,像素尺寸为12μm×12μm。为了实现纵向抗晕功能,采用了n型埋沟-鞍形p阱-n型衬底结构,纵向抗晕倍数为200倍,器件满阱电子数为大于等于200ke-,读出噪声小于等于80e-,动态范围大于等于2000∶1。

      • 1
    • 流道缩扩比对半波纹微通道流动和传热特性的影响研究

      曹卫华, 张锁程, 朱继元, 孙文骏

      Abstract:

      为探究流道缩扩比对半波纹微通道流动和传热特性的影响,设计了5种不同缩扩比的半波纹微通道模型,并对各通道内的层流流动(200490时,其综合换热能力均优于光滑微通道。

      • 1
    • 基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究

      陈致远, 董兴法, 孙好

      Abstract:

      摘要:基于表面等离子体激元(SPPs)在金属/介质/金属(MIM)结构中优良的传输特性,设计了一种由直波导和锚形谐振腔组成的波导滤波器。使用有限元法研究其传输特性和电场分布随结构参数和谐振腔内介质折射率变化规律,并利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真,结果表明,该锚形谐振腔最佳结构时滤波器半峰全宽(FWHM)低至8nm,品质因数(Q)高达121.9。利用共振波长与结构参数变化规律,设计了光通信波长窗口的窄带带阻滤波器。 根据SPPs对谐振腔介质折射率敏感的特性,得到透射谱线随折射率变大而发生红移的规律。本文提出了基于锚形谐振腔的等离子体MIM波导滤波器,为设计特定波长的窄带带阻滤波器提供了新思路,也为基于谱线红移特性设计的介质折射率传感器提供了技术支持。

      • 1
    • 波浪式 MEMS 谐振陀螺的设计与研究

      卢浩琳, 张卫平, 谷留涛

      Abstract:

      本文提出并研制了一种具有高机械灵敏度和低零偏稳定性的新型波浪式MEMS谐振陀螺(WDRG)。该结构的设计方法是将传统的环式MEMS谐振陀螺(DRG)转变为波浪式环,以提供更高的热弹性品质因数。此外,与传统DRG相比,WDRG具有更高的制造误差抗扰度。通过优化结构参数,进一步提高了WDRG的性能。通过有限元法(FEM)给出了主要结构参数对WDRG性能的影响。优化后WDRG的热弹性品质因数、机械灵敏度和偏置稳定性分别为450k、1.05μm/(°/s)和0.076°/h。与传统DRG相比,零偏稳定性显著降低90%,热弹性品质因数和机械灵敏度分别显著提高215%和950%。

      • 1
    • 导电岛微电极系统中纳米线介电组装行为研究

      丁海涛, 司糈昊, 张景然, 刘潇锋, 杨强

      Abstract:

      为了获得导电岛微电极系统中纳米线的介电组装特性。基于平面微电极对和导电岛微电极系统,进行了两种系统中纳米线操控的对比实验。本文分别建立了平面微电极对和导电岛微电极系统的纳米线介电组装模型,探究了两种模型下的纳米线从初始位置到最终桥接上微间隙过程中的运动轨迹;分析了导电岛微电极系统中纳米线所受的介电泳力、交流电热流以及两者合作用的电动力学行为。导电岛微电极系统对纳米线有着较强的介电俘获作用,导电岛的加入能够让纳米线更好的俘获到微间隙;同时纳米线的介电组装会受到频率的影响,当频率达到翻转频率,在微间隙上方产生的微流体漩涡能够把远场区域纳米线输送到组装区,使得纳米线受到正介电泳力的作用而被组装至微间隙。

      • 1
    • PECVD生长垂直石墨烯的场发射特性研究

      叶志豪, 许坤

      Abstract:

      采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以甲烷为碳源,在金属铜箔上制备了三维垂直石墨烯。通过调节生长参数,进行了七组对比实验,利用扫描电子显微镜,拉曼光谱对垂直石墨烯的形貌、质量以及层数进行了表征,用二级结构的场发射仪器测试了垂直石墨烯的场发射特性,研究了垂直石墨烯的场发射特性与其形貌、质量和密度的关系,并获得了开启电场低至0.29 V/μm的场发射特性。研究结果表明垂直石墨烯是一种良好的场发射材料,未来在真空电子源中具有广阔的应用前景。

      • 1
    • 基于Python的半导体激光二极管仿真技术研究

      熊煜, 张靖, 李小冰, 唐佳, 吴婧

      Abstract:

      基于 Python语言,编写具有UI界面的半导体激光二极管仿真EDA程序,该程序可以设置半导体激光二极管芯片有源区的材料组分,分析材料参数并计算波导折射率,绘制折射率分布曲线和光强分布曲线,计算芯片的有源区的能带结构及增益特性并绘制在不同载流子浓度下的光增益谱曲线。 通过该EDA程序,对791 nm波长的半导体激光二极管芯片的进行了仿真,参考仿真结果制作了发光区条宽190 μm,腔长4 mm的芯片,15 A电流下峰值功率达到16.25 W。

      • 1
    • 基于InP 4×4 MMI的90°光混频器设计与仿真制作

      (陈伟, 崔大健, 周浪, 黄晓峰, 肖入彬, 吴唯, 刘昆, 左欣, 王立, 严银林

      Abstract:

      本文设计并制作了一种InP基4×4基于InP 4×4 MMI的90°光混频器,并系统地介绍InP基4×4 MMI的该光混频器的芯片结构及工作原理,。光混频器芯片的波导层为InGaAsP材料,包层和衬底为InP材料,单模波导的宽度设计为2.6 μm,多模干涉波导(MMI)的长度和宽度分别设计为844 μm、20 μm。本工作采用三维光束传播法(3D BPM),分析了折射率、芯层厚度、波导宽度和波导长度的误差容限,仿真结果表明,在在1535~1565 nm波长范围内,所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB,相位偏差小于±5°。所设计的该光混频器芯片在实验室制作,并在耦合测试平台上进行测试。,测试结果表明,在1535~1565 nm波长范围内,光混频器芯片的相位偏差小于±5°,与仿真结果一致。

      • 1
    • 航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度校正算法

      李铜哨, 孙文邦, 赵汉东, 王志磊, 白新伟

      Abstract:

      针对航空滤光片阵列多光谱图像中存在的条带灰度差异问题,提出条带灰度校正算法。首先,对多光谱图像构建条带图像模板,基于SIFT算法提取图像特征点并计算图像间坐标转换矩阵,用于确定条带图像重叠区域;其次,依次计算各条带图像重叠区域像素灰度均值,并以中间图像各条带灰度为基准,依次拟合相邻图像间灰度校正系数;最后,利用投影后的图像模板依次提取序列单波段条带并进行拼接,得到灰度一致的单波段图像。实验结果表明:该方法可以有效解决航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度差异,且能够最大限度保持地物光谱信息特征。

      • 1
    • 双层伞状开孔的微测辐射热计红外吸收分析

      蒋君贤, 王 涛, 陈 超, 吴志明, 王军

      Abstract:

      非制冷红外焦平面探测器广泛应用于军事及民用市场,小像元、高吸收的微测辐射热计是目前的研究热点。设计了一种双层伞状结构微测辐射热计探测单元的红外吸收模型,系统分析了该探测单元的红外吸收。基于光学导纳矩阵法和阻抗匹配理论,采用三维电磁仿真软件CST研究了伞状开孔模型微测辐射热计的光学吸收特性。结果表明,双层伞状开孔微测辐射热计光学性能与伞状结构开孔大小有密切的关系。该伞状微测辐射热计中引入开孔后,在保持较高的红外吸收特性基础上,减少了探测单元热容,从而提升器件响应速度。最终所得探测单元在 8-14 μm红外波段内的平均吸收率在85%,满足超大规模小像元非制冷红外焦平面探测器的设计要求。

      • 1
    • 基于PSO-SWELM的应变传感器在线温度补偿方法

      尚秋峰, 刘峰

      Abstract:

      针对光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器受环境温度影响而造成的波长漂移问题,本文提出粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)结合滑动窗口极限学习机(sliding window extreme learning machine,SWELM)的在线预测算法对其进行温度补偿。利用PSO算法优化SWELM网络滑动窗口和隐含层神经元数目,提升了模型的预测精度,模型预测均方根误差最小能达到0.06pm。PSO-SWELM实现了对应变传感器数据的在线更新及波长漂移预测,对实时测量数据和预测数据进行差分运算完成温度补偿。和SWELM的对比分析结果表明,PSO-SWELM算法的预测精度平均提升了11.04%,并具有良好的温度补偿效果。

      • 1
    • 集成化光纤陀螺发展现状及趋势

      雷明, 李豪伟, 于晓之, 欧姮, 杨怿, 向强, 张丽哲, 尚克军

      Abstract:

      针对目前无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升的迫切需求,具备小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为了目前的研究热点。梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态,从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面,阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺问题,分析了解决方案。最后,展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。

      • 1
    • 光纤形态传感器研究进展

      杨洋, 宋章启

      Abstract:

      光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤为传感主体,不需要视觉接触,易于安装、嵌入,耐腐蚀,抗电磁干扰,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量,在水下安防、灾害预警、医疗器械等领域具有广泛的应用需求。在过去二十年间,随着社会的发展,形态传感需求在各领域日益迫切,这一课题也受到了国内外学者的青睐。本文根据近年来光纤形态传感技术的研究进展,按照光纤形态传感技术的实现过程,将光纤形态传感技术分为光纤曲率传感器、全向型光纤曲率传感器和光纤形态传感器三个阶段,并分别介绍了各阶段传感器的实现方法以及难点问题。

      • 1
    • 远程光纤水听器系统中光学非线性效应研究进展

      胡晓阳, 陈伟, 孟洲, 曹春燕

      Abstract:

      随着远程光纤水听器系统传输距离的不断扩展,各类光学非线性效应的影响日益凸显,并已成为制约远程光纤水听器系统性能的瓶颈。本文回顾了远程光纤水听器系统中光学非线性效应研究进展,对系统中存在的光学非线性效应进行分析,并重点介绍系统中受激布里渊散射与调制不稳定性产生机理及其对系统相位噪声的影响,并介绍相应的抑制方法。

      • 1
    • 磁流体型光纤磁场传感研究进展-从标量到矢量

      陈耀飞, 黄欢欢, 陈嘉尧, 罗云瀚, 陈哲

      Abstract:

      磁流体具有优异的磁光特性,为光纤磁场传感器的实现提供了一种新途径,经十多年发展,已经成为光纤磁传感领域的一个重要研究方向。目前,已有大量的基于不同结构和原理的磁流体型光纤磁场传感器被相继提出,且总体上经历了从标量到矢量磁场传感的发展,本文以该发展脉络为主线,对磁流体的磁光特性、传感器的实现方法进行梳理和总结,最后指出当前仍存在的一些问题并进行展望。

      • 1
    • 测试设备对高精度光纤陀螺误差的影响与抑制措施

      曹康渊, 丁东发, 冯文帅, 范梓涵, 于海成

      Abstract:

      测试设备产生的误差是高精度光纤陀螺误差重要的来源,限制了光纤陀螺精度的进一步提升。本文基于转台、工装、时间基准源等测试设备对光纤陀螺的误差进行了分析,通过仿真分析和实验分别研究了其对高精度光纤陀螺误差的影响程度,并提出了改进和抑制方法。经过改进,工装产生的零偏误差减小了三分之二,转台产生的标度因数绝对误差以及时间基准产生的标度因数重复性误差减少了一个量级,为高精度光纤陀螺仪精度提升以及测试改进提供了指导。

      • 1
    • 布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

      张宇阳, 路元刚, 彭楗钦

      Abstract:

      布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注之一。通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。

      • 1
    • 位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究

      李鑫, 米良

      Abstract:

      为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围,解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题,提出一种光斑脱靶误差补偿方法,分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律,建立了PSD光强信号与位置检测误差间函数关系。实验结果表明:当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时,对于半径为5mm的高斯光斑,通过本文中提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%,位置检测平均相对误差不超过5%,该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。

      • 1
    • 一种基于复合金属薄膜的EFPI型光纤声波传感器

      翟杰

      Abstract:

      本文设计了一种基于光学FP腔的声波传感器的结构,分析了其传感原理,并用实验检测了其关键指标。实验结果表明,传感器在声波频率5 ~ 1000 Hz的范围内,灵敏度保持在-119.98 ~ -120.99 dB re 1 rad/μPa范围内,灵敏度变化小于1.01 dB,具有较宽的响应平坦区间;在频率150 Hz,声压0.18 ~ 5.30 Pa的范围内工作稳定,且声压和相位之间具有良好的线性关系。

      • 1
    • 综述:蓝宝石光纤高温Fabry-Perot传感器

      张雨彤, 江毅, 冯新星, 崔洋

      Abstract:

      蓝宝石为晶体材料,其熔点为2045 ℃,具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等良好的高温物理化学性能。单晶蓝宝石光纤能在超过1000 ℃的超高温环境中传输光信号,基于其制作的蓝宝石光纤F-P传感器耐超高温、本征安全,可以适用于危险、恶劣的环境中,近年来,众多学者开展了相关研究,已研制出用于超高温环境的蓝宝石光纤温度、压力、振动传感器。本文综述了蓝宝石光纤F-P传感器的研究进展,介绍了北京理工大学光电学院光纤传感与测量技术研究团队在蓝宝石光纤传感技术方面所做的工作,最后作者对蓝宝石光纤F-P传感器的研究进行分析总结,并对其发展趋势作了展望。

      • 1
    • 空间用光纤陀螺辐射诱导磁场误差变化机理研究

      王婷婷, 王晓伟, 金靖, 宋凝芳

      Abstract:

      干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响,使角速度输出误差劣化。本文通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源,推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响,建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上,通过影响机理分析和实验验证,确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地,通过搭建小型化光纤陀螺样机,对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明,光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化,其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。

      • 1
    • 基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用

      林伟浩, 孙思明, 胡杰, 赵方, 邵理阳

      Abstract:

      基于光纤环形激光腔(FRL)的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移检测外界参量变化,得利于激光具有窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、大范围的动态监测。文章介绍了光纤环形激光腔传感技术的基本工作原理,综述了近几年技术最为成熟的光纤微结构传感器,包括光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里珀罗腔、萨格奈克环以及马赫曾德尔干涉仪;阐述了每种结构的原理以及在光纤传感领域的具体应用场景。最后,对基于光纤环形激光腔的光纤传感技术的发展及应用进行了总结与展望。S

      • 1
    • 基于压缩感知的BOTDA性能增强方法

      尚秋峰, 李雪丽, 管帅

      Abstract:

      为了提高布里渊光时域系统在长距离监测应用中的实时性,本文提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏表示,然后通过高斯随机采样和正交匹配追踪算法进行布里渊增益谱重构。为了验证所提方法的性能,仿真生成了不同信噪比水平的布里渊增益谱,搭建了45 km的布里渊光时域系统进行温度传感实验。仿真和实验结果表明:在累加平均次数为100时,本文所提算法将信噪比提升了6.37dB,优于累加平均次数3000时的 10.13dB,对应测量时间减少了1/30;采用8MHz步长数据重构布里渊增益谱,本文方法的重构结果与4MHz步长数据的相关系数为0.9992,对应扫频时间减少了一半。本文所提算法在保证测量精度的同时提升了测量实时性。

      • 1
    • 基于热熔法和干法刻蚀工艺的石英微透镜制备

      刘丹, 乌李瑛, 刘民, 张笛, 瞿敏妮, 权雪玲, 程秀兰

      Abstract:

      本文介绍了利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法制作不同尺寸的石英微透镜的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了直径20μm~70μm、表面质量高的石英微透镜阵列。

      • 1
    • 交叉耦合效应对M-Z调制器谐波抑制比的影响

      李淼淼, 胡红坤, 陆锦东, 余华, 华勇

      Abstract:

      针对微波光子链路低噪声高线性度的应用需求,研究Mach-Zehnder (M-Z)型电光调制器波导交叉耦合效应对谐波抑制比的影响,首先通过OptiBPM和MATLAB联合仿真发现波导间交叉耦合效应会导致调制器射频电极与偏置电极工作点的偏移,进而降低谐波抑制比,其次利用特制的窄波导间距铌酸锂调制器实测验证了该现象,最后提出了一种能快速检测M-Z型电光调制器交叉耦合效应的方法。本文不仅探索了波导结构对谐波抑制比的影响,还为用于微波光子技术的脊波导及光子晶体薄膜铌酸锂调制器的研制提供了一定参考。

      • 1
    • 锂离子电池参数监测中的光纤传感技术

      王龙宁, 彭俊, 贾书海

      Abstract:

      近年来锂离子电池安全事故频发对锂离子电池产业带来比较严重的影响,为减少此类事故发生,可采用电池管理系统对锂离子电池进行安全管理,保证其正常运作。管理过程中利用传感器对电池参数进行监测十分必要,光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰能力强、可分布式测量等优势,可实现对锂离子电池的精准监测。本文从锂离子电池监测需求出发,简要介绍了三种主流光纤传感原理,并综述了各种用于锂离子电池监测的光纤传感最新研究成果,最后对光纤传感技术在锂离子电池参数监测中的应用做了展望。

      • 1
    • 基于加权光耦合阵列的任意波形产生技术研究

      赵灏, 林靖凯, 王航, 李沼云

      Abstract:

      本文提出了基于加权光耦合阵列的光电任意波形产生方案,利用不同波长加权和并行耦合的方法实现信号光域的DAC变换。通过对信号的频谱分析发现,多波加权存在拍频噪声,经过波长预设和滤波处理,可以将高频噪声有效滤除,但在信号交变的时刻会有的尖峰干扰出现,进一步通过与变换信号带宽匹配的滤波平滑处理后,尖峰干扰得到一定的抑制,可实现输入信号速率10Gbps,量化精度为5比特的光学数模转换,实现了三角波、锯齿波、高斯脉冲和方波序列等光学波形的输出。

      • 1
    • 激光脉冲测距专用CMOS高速高增益读出芯片设计

      郭晋远, 袁剑辉

      Abstract:

      高增益、高带宽是激光回波脉冲处理电路基本要求。为此,本文对高速激光回波信号的CMOS集成电路结构设计进行了深入研究:设计了一种新型的RGC跨阻放大器作为前置放大器、采用改进型的自动增益控制的Cherry-Hooper级联作为电压宽带放大器,构成激光脉冲信号的接收通路,并在前置放大器中设计加入MOS_L技术来实现并联电感峰化以拓展电路带宽。基于0.5um的CMOS工艺,对其电路性能进行了仿真。结果表明:该信号处理电路的信号带宽为100MHz,相应于短脉冲信号的响应为3ns;直流增益达到141dB。另外,作为缓冲输入级的新型的RGC结构的输入阻抗仅117Ω,且输出电压的响应幅度为1V等,并对其电路的整体版图提出了具体设计方案及仿真结果的测试比较。

      • 1
    • 基于SAR-SS架构的图像传感器专用高速列级ADC设计

      刘宇帆, 刘炯晗, 程禹, 曲杨, 钟国强, 常玉春

      Abstract:

      针对图像传感器中传统列级模数转换器(ADC)难以实现高帧频的问题,提出了一种由逐次逼近寄存器型(SAR)ADC和单斜坡型(SS)ADC组成的混合型高速列级ADC,使转换周期相较于传统的SS ADC缩短约97%;利用SAR ADC的电容实现像素的相关双采样(CDS),在模拟域做差,使CDS的量化时间缩短至一个转换周期,进一步提高了ADC的量化速度;为了保证列级ADC的线性度,提出了一种1-bit冗余算法,可实现+0.13/-0.12 LSB的微分非线性和+0.18/-0.93 LSB的积分非线性。基于180nm CMOS工艺的仿真结果表明,该列级ADC在50MHz的时钟下,转换周期仅为1μs,无杂散动态范围为73.50dB,信噪失真比为66.65dB,有效位数为10.78-bit。

      • 1
    • 大气湍流对基于轨道角动量的自由空间光通信影响及解决方案综述

      卜洋, 杨志, 赵丽娟, 徐志钮

      Abstract:

      基于轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的自由空间光通信(Free Space Optical Communication, FSOC)具有通信容量大、信息传输快等优点,FSOC系统以大气作为传输媒介,会受大气吸收、散射等影响,使OAM光束传输质量严重下降,进而影响FSOC系统的稳定性和可靠性。文中从OAM复用技术和大气湍流模型理论知识出发,分析不同湍流强度对OAM光束传输误码率和信道容量的影响,并且分析将多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)均衡技术及自适应光学(Adaptive Optics, AO)技术分别引入FSOC系统对大气湍流影响的缓解效果,比较分析两种技术中不同算法的优缺点,对技术发展现状进行综述及展望。

      • 1
    • 基于测试结构的FinFET-MOS寄生电阻抽取

      王晴雯, 俞柳江, 邹新波, 商干兵

      Abstract:

      由于3D FinFET器件复杂的寄生效应所带来的影响逐渐接近甚至超过本征特性,精确快速的提取寄生电阻对于工艺优化、电路设计具有重要意义。本文基于14nm FinFET工艺合理设计了用于抽取源漏寄生电阻的测试结构,考虑到实际工艺限制,因此采用校准后的TCAD仿真分析结果作为理论支撑,通过98组不同尺寸的MOS器件测试数据实现了对14nm FinFET器件源漏寄生电阻的分解和抽取,抽取结果将分为三个部分:由源漏端的接触金属(M0层)、接触孔(VIA0)及引出金属(M1层)所引入的寄生成分; 栅侧墙和隔离层介质下的源漏扩展寄生成分; 重掺杂凸起源漏区域(EPI)寄生成分。最后,将TCAD仿真分析结果作为支撑与实测数据抽取结果比对,验证了测试结构方案的合理性和准确性。此方案将显著提高业界基于BSIM-CMG的模型提取工作的准确度。

      • 1
    • 基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

      卢建勋, 周南彦, 刘武

      Abstract:

      设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。

      • 1
    • 基于法布里-珀罗腔的圆极化太赫兹天线设计

      潘武, 张彬, 李海珠, 李永瑞

      Abstract:

      为满足未来无线通信的高带宽与圆极化通信的需要,提出了一种基于法布里-珀罗腔的圆极化太赫兹天线。该天线采用准光学的波导馈电模式,对圆波导45°切槽实现天线的线-圆极化转换,采用电介质材料的部分反射面来提高天线的增益。仿真分析表明,该天线在228GHz处获得最大增益为14.4dBic,阻抗带宽(S11<-10dB)为40GHz,3dB增益带宽和轴比带宽分别为18GHz与27GHz,三者重叠带宽为18GHz。该天线具有良好的方向性、高带宽以及在整个工作频带实现圆极化等优点,在太赫兹/毫米波无线通信中有一定的参考性与实用性。

      • 1
    • 星用短波红外成像仪的设计与实现

      张维刚, 车驰, 付政权, 张建华, 吴海游, 左弟俊

      Abstract:

      针对低轨卫星激光通信和大气层短波红外(Short-wave Infrared, SWIR)光谱分析的应用需求,本文提出了一种星用短波红外成像仪的设计方法。由于低轨卫星系统的抗总剂量辐射能力要求为20k Rad (Si)以上,因此,该方法首先筛选出抗总剂量辐射能力达到20k Rad (Si)的InGaAs焦平面探测器;然后采用宇航级元器件设计相应的时序驱动、温度控制、模数转换、图像传输、遥控遥测等硬件电路模块,组成成像仪硬件部分;最后应用PID温控算法实现成像仪精准控温,采用非均匀性校正算法和图像增强算法提升成像仪图像质量。经试验验证,短波红外成像仪抗总剂量辐射能力达到25k Rad(Si),动态范围≥61dB,非均匀性≤1.9%,满足低轨卫星短波红外光谱探测的要求。

      • 1
    • 基于微波光子时间拉伸的雷达多普勒干扰信号产生技术研究

      徐亚然, 郑天涯, 熊怡因, 徐嘉鑫, 周涛

      Abstract:

      基于传统的数字射频存储的多普勒雷达干扰信号产生技术被证实为一种有效的雷达干扰技术,该技术能够通过数字域存储雷达信号,并调制产生一定的频率偏移量,达到欺骗雷达的目的。另一方面,基于光学射频存储技术的雷达干扰信号产生技术虽然能够保留雷达信号的指纹信息,但无法产生预定的多普勒调制。本文提出一种基于微波光子时间拉伸效应的多普勒雷达干扰信号产生技术,在光学射频存储的基础上,通过微波光子时间拉伸效应,在调制到光域的雷达脉冲信号中加入一定量的多普勒频移,达到对雷达速度欺骗的效果。对该项技术开展了仿真工作,验证了该方案的可行性和实现效果。

      • 1
    • 高耐压光电隔离开关结构设计及仿真验证

      张佳宁, 欧熠, 龚磊, 董益钦, 郝开伟

      Abstract:

      设计了一种高耐压光电隔离开关结构,采用氧化铝陶瓷作为外壳封装材料,工作温度覆盖军用元器件应用要求。内部采用光学隔离介质实现高隔离耐压特性,对结构进行了静电场仿真和热设计评价,仿真结果显示该结构隔离电压可达4000V以上,热设计满足-55℃~125℃工作温度范围。基于该结构成功实现了样品试制,进行了输入、输出特性和隔离电压测试,测试结果表明该结构具有良好的隔离耐压和功率耗散性能。

      • 1
    • 基于光纤传感技术的人字门结构健康监测研究与应用

      姜永生

      Abstract:

      针对船闸人字门长期处于低速重载、超负荷运行的复杂水域环境下,现有检测手段自动化程度低、耗时耗力、易受电磁干扰等问题,提出了基于光纤光栅传感技术的人字门结构健康监测系统。首先阐述了光纤光栅传感原理;然后基于该原理构建了人字门结构健康监测系统,该系统可以感知人字门在运行过程中的应变变化情况,实现了实时数据展示、异常数据监测预警、历史数据回放等功能;最后,针对传感器采集到的数据进行中值滤波处理,提高信号的信噪比。选取典型数据进行分析对比,验证了传感器的重复性及通航关联性,为船闸人字门的安全、稳定工作提供了数据支撑。

      • 1
    • 基于光纤陀螺的有轨钢构桥梁形变检测方法

      姜永生

      Abstract:

      针对现有光纤陀螺桥梁形变检测方法无法消除检测小车偏航带来的路径偏差,提出了基于光纤陀螺的有轨钢构桥梁形变检测方法。首先阐述了光纤陀螺测量桥梁线形的原理与系统架构;然后通过有限元对有轨条件下的钢构进行分析,设置不同温度梯度,验证得到轨道受热力耦合作用产生的形变与温度之间呈线形关系,构建了轨道与温度的误差模型;最后,通过搭建试验环境,测试轨道线形与轨道在不同温度下的形变结果,验证了该方法的有效性。实验结果表明:有轨钢构桥梁形变与外界环境温度之间的关系为1~2mm/10 ,为后续实际桥梁形变测量提供了温度误差校准模型;基于光纤陀螺的有轨钢构桥梁形变检测精度优于2mm。

      • 1
    • 一种基于对称式悬臂梁的小型化低频FBG加速度传感器

      黄家亮, 滕云田

      Abstract:

      实时监测建筑、桥梁和水坝等大型工程结构的振动特征对开展结构健康监测等领域的研究具有重要意义。针对现有悬臂梁光纤光栅加速度传感器特性指标与小型化两者间无法兼顾的关键问题,提出一种对称式悬臂梁的小型化低频FBG加速度传感器。采用公式推导和ANSYS仿真软件对传感器结构参数进行结构参数优化分析和仿真设计,依据仿真结果制作传感器实物,最后对传感器进行传感器性能测试。研究结果表明,该传感器的固有频率约为72 Hz,可用于监测8-52 Hz频率范围内的振动信号,传感器灵敏度约为681.7 pm/g,抗横向干扰度小于4.9%。体积较同类FBG加速度传感器大幅减小,仅6.48 cm3,研究成果为研制同类型传感器提供了参考。

      • 1
    • 面向光背板应用的低损耗单模聚合物光波导技术研究

      庄语迪, 石莹, 汤宁峰, 魏晓强, 何祖源

      Abstract:

      本文系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响,采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明,波导侧壁的平均粗糙度约为60 nm,是上下表面粗糙度的3倍。因此,散射损耗主要由侧壁粗糙引起,其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果,通过优化波导设计,制备了工作于1310 nm波长、平均损耗为0.35 dB/cm的低损耗单模聚合物光波导,其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。

      • 1
    • 红外点元探测器扫描成像方法研究

      代少升, 吴帅, 贺自强

      Abstract:

      针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、图像有非均匀性的问题,提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑,经光学镜头聚焦到红外点元探测器,进行光电转换;然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像;最后利用多阀值分割的伪彩色映射模型,将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明:红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像,且点元探测器加工制造简单,价格低廉,有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制,更加有利于红外成像技术的推广和应用。

      • 1
    • 基于三次样条函数的光栅传感光缆舞动波长估计

      郭庆瑞, 尹军, 李亚平, 张志军, 解鹏, 张骞子

      Abstract:

      基于光栅传感的分布式光纤复合架空地线(OPGW)健康监测得到了广泛研究。本文针对OPGW光缆舞动事件,提出一种基于构建三次样条函数拟合的舞动波长预测方法。首先,通过理论分析推导并建立了光栅传感相移信号与舞动波长的数学联系;然后,利用仿真分析了理想舞动情况下信号三次样条函数拟合前后的相移信号结果,初步证明了本文提出方法的有效性;最后,将其应用在于伊犁哈萨克自治州的某220 kV线路,对比分析典型弱风环境及强风环境下的舞动监测强度图,实际监测结果表面,本文所选取方法能够增强强度图信号特征,有效估计强风条件下舞动波长约200 m,弱风条件下舞动波长约50 m。该方法为舞动事件的图像识别智能监测提供技术参考,具有较强应用前景。

      • 1
    • 基于改进正交匹配追踪的FBG传感信号处理方法

      郭享, 黄治龙

      Abstract:

      针对光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感信号易受外界噪声干扰从而导致信号丢失的问题,本文提出了一种改进型正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)算法。围绕FBG传感信号波长随应力漂移的本质特征,在压缩感知理论的框架下,通过去除稀疏系数中的虚部,并利用指数饱和法对非零元素进行拟合与排序,从而获取FBG信号的有效稀疏度。在此基础上,通过改进经典OMP算法迭代过程中的原子选择策略与终止条件,有效降低算法复杂度并提高信号的重构精度。对比实验结果表明,所提出算法在时间复杂度、信噪比与信号重构精度等方面均具有更突出的优势。

      • 1
    • 基于环形极子的太赫兹超宽带圆极化阵列天线

      王树奇, 张浩楠

      Abstract:

      太赫兹通信由于其具有传输速率高及容量大等特点,在未来无线通信中具有独特的优势。以方环单极子天线单元为基础,设计了一种太赫兹频段的超宽带圆极化微带阵列天线,通过改变环形天线单元结构使天线表面的电流实现不对称流动,同时利用三角微扰改变电流纵横比,实现圆极化;天线阵列由2×4天线单元组成,和天线单元相比,不仅增加了天线的增益,而且优化了天线的方向性,仿真结果表明该天线阵列工作在天线81-112 GHz,相对带宽为32%,最大增益可达15 dBi,在太赫兹通信中有着很好的应用前景。

      • 1
    • In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器的温度特性研究

      敖天宏, 赵江林, 童启夏, 柳聪, 崔大健, 张承

      Abstract:

      In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950nm-1700nm,具有体积小、灵敏度高等特点,在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In0.53Ga0.47As SPAD性能的重要因素,温度越高暗计数率越大,导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。本文建立了数学模型来提取光电性能参数,通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响,获得最优器件结构参数。最后,制作了光敏面直径达到70μm的In0.53Ga0.47As SPAD芯片,并进行了封装测试。结果显示,70μm In0.53Ga0.47As SPAD在室温下的探测效率PDE为14.2%,暗计数率DCR为88.6kHz,NEP值为3.82E-16 W*Hz-1/2,仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。

      • 1
    • 小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

      潘武, 李海珠, 李永瑞, 张彬

      Abstract:

      提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。

      • 1
    • 硅基线性模式APD焦平面研制

      郭安然, 雷仁方, 黄建, 邓光平, 马华平, 黄烈云, 谷顺虎, 郭培

      Abstract:

      针对三维激光雷达的应用场景对APD焦平面的性能要求,研究制备了2×128硅基线性模式APD焦平面组件,它由硅基APD焦平面阵列、读出电路和制冷封装管壳组成。APD像元采用拉通型结构,通过大尺寸微透镜实现了高填充因子,通过隔离环掺杂实现了串扰抑制。通过对离子注入工艺优化实现了击穿电压和响应电流均匀性。设计大带宽低噪声跨阻放大电路、高精度计时电路,实现窄脉宽、高灵敏度探测。进行气密性封装,实现APD焦平面制冷一体化封装,制冷温差在40K以上。测试结果表明,焦平面的探测阈值光功率可达3.24nW,响应非均匀性为3.8%,串扰为0.14%,最小时间分辨率可达0.25ns,实现了强度信息与时间信息同时输出功能。该探测器在激光雷达领域得到应用。

      • 1
    • 基于游标效应解调的少模光纤应变传感器

      王秀婷, 王婷婷, 孙家程, 柯 炜

      Abstract:

      设计并制作了一种可用来测量应变的光纤传感系统,该系统基于游标效应对并联的两个马赫-曾德尔干涉仪传输信号进行解调,显著提高了应变测量灵敏度。其中单个马赫-曾德尔干涉仪为单模-无芯-少模-单模结构。理论分析表明,通过调整两干涉仪的传感臂长度可灵活调节灵敏度放大系数,从而提升传感性能。实验结果表明,在0~166.667με的应变范围内,单一传感干涉仪的应变灵敏度为-1.90pm/με,叠加谱包络的应变灵敏度为12.06pm/με。该传感器具有灵敏度高、结构简单等优点,可广泛应用于精密测量领域。

      • 1
    • 可见光通信用GaN基LED调制带宽提升研究与挑战

      林超宇, 杜静蕾, 黄锦鹏, 万荣桥, 伊晓燕, 潘安练, 汪炼成

      Abstract:

      可见光通信(VLC)作为一种无线通信方式,已引起广泛关注。GaN基发光二极管(LED)的普及也为VLC的应用奠定了坚实的基础。LED作为VLC的光源,其调制带宽直接决定了通信的速度。本文综述了GaN LED发射端调制带宽改善方案的研究进展,涵盖了从外延到器件的各个方面。外延方法包括c极面外延优化、非/半极面外延生长以及芯片方案,如micro-LED、nano-LED、谐振腔LED (RC-LED)、等离激元和微腔LED。在白光LED方面,综述了解决传统荧光粉Stokes转换慢、载流子寿命长的方法,包括新型色转换层材料(CCMs)和新的能量传输途径。本综述推动了高速VLC用GaN基LED光源器件的发展。

      • 1
    • 基于柔性铰链的光纤光栅三维加速度传感器

      严超凡, 戴玉堂, 杨雨微, 罗开彦

      Abstract:

      针对振动测量中三维振动信号测量需要,设计了一种基于柔性铰链的光纤光栅三维加速度传感器。建立传感器的振动模型,阐述传感器的结构和工作原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度的理论公式。构建了传感单元的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振结构关键尺寸参数进行优化设计。加工制作传感器样件,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明实验结果表明:该传感器在X、Y和Z轴方向的谐振频率分别为673Hz、667Hz和1376Hz,工作频带分别为0~220Hz、0~220Hz和0~450Hz,灵敏度分别为72.3pm/g、70.2pm/g和83.1pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰度,能够满足三维振动信号测量的要求。

      • 1
    • 水下激光通信系统接收机倾角及位置对接收光功率的影响研究

      任彦儒, 宗思光, 梁善永, 李斌

      Abstract:

      由于水下通信信道的复杂性,水下激光通信面临着功率衰减和通信距离受限的问题。论文采用蒙特卡洛方法建立了水下高斯光束传输仿真模型,基于该模型重点研究了接收机倾角和接收机位置对接收光功率衰减的影响规律。仿真结果表明:在水下信道中,接收机阵面正对激光束时,接收光功率最大,随着接收机倾角的增加,接收光功率逐渐减小。当接收机沿着Y轴方向正向移动时,接收机在激光束的范围内时,接收率不变;接收机在激光束的范围外时,接收光功率随着接收机Y轴坐标的增加而减小,仿真结果可为水下激光通信工程实践提供参考依据。

      • 1
    • 基于单轴光纤陀螺的曲线桥线形检测方法研究

      柳苗, 姜永生, 甘维兵, 胡文彬, 王早, 姜茹, 涂世宇

      Abstract:

      针对现有基于单轴光纤陀螺的惯性检测系统无法用于曲线桥结构线形的局限,提出了基于单轴光纤陀螺的曲线桥有轨线形检测方法。首先,阐述了基于单轴光纤陀螺的直线桥线形检测原理、陀螺的误差来源和曲线桥检测难点,根据导航算法对单轴光纤陀螺检测弯道线形可行性进行分析;然后搭建曲线型试验轨道和一套轨道检测小车及无线线形采集系统;最后,将集成好的线形检测系统在试验轨道上测试,通过改变试验轨道形变程度构造不同试验工况,将实际测量结果与千分尺测量结果对比以验证理论的可行性和准确性。结果表明,该方法可以识别不同工况下曲线型轨道形变程度,测量精度优于1mm,具有测量原理简单、系统实现和检测成本低的优势,结合桥梁检测轨道的配备,可为各类大型桥梁提供不封桥、不停运形变检测新思路。

      • 1
    • 新型星载超宽带微波光子变频技术

      崔岩

      Abstract:

      传统的星载变频通道存在易受电磁干扰、动态范围受限、带宽瓶颈等不足,将微波光子技术引入卫星通信系统中,体现出极大的技术优势,克服了电域信号变频的局限性,提升了星载变频通道的性能。本文提出了一种基于并联马赫-增德尔调制器(MZM)与相干接收的宽带微波光子变频技术, 通过采用相干接收方法,能够实现较好的共模噪声抑制并降低谐波失真的影响,同时结合抑制载波调制与光学本振信号带来的优势,有效改善了变频无杂散动态范围等指标。通过实验验证得到杂散抑制比优于60dB、无杂散动态范围优于100 dB?Hz2/3,为新型星载微波光子变频方案设计及实际应用提供了必要的理论依据与技术支撑。

      • 1
    • 随机步长光栅投影干涉图极值特征相位解算

      毛露露, 梁利利, 梁继允

      Abstract:

      针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景,再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量,进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明,该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位,大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响,对于256í256 pixels的石膏像眼部干涉图,执行时间在0.02s以内,相位提取速度较快。

      • 1
    • 布尔混沌调制激光雷达水下目标成像实验研究

      张鹏程, 王冰洁, 徐航, 刘丽, 李静霞

      Abstract:

      在激光雷达的水下目标探测中,由于浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用,使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射,提高目标回波信号的信噪比。本文将布尔混沌信号作为载波调制信号,基于其内禀高频强度调制特性,构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统,并在实验室水箱环境下,对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究,对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。

      • 1
    • 基于EETS与GC的非规则QC-LDPC码低错误平层构造方法

      袁建国, 谭森伟, 张帅康, 张育宁, 蒯家松

      Abstract:

      针对准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码在高信噪比区域可能出现的错误平层现象,提出了一种基于消除基本陷阱集(Eliminating Elementary Trapping Sets, EETS)和围长约束(girth constraints, GC)的非规则QC-LDPC码构造方法。该方法通过巧妙选取度分布,利用基本陷阱集搜索和围长约束改进渐进边增长(Progressive Edge Growth, PEG)算法构造基矩阵,然后通过等差(Arithmetic Progression, AP)序列扩展得到所需的校验矩阵。该方法仅需对简单环形式的ETS进行搜索和消除,就能确保构造的基矩阵中不存在设置范围内的绝大多数ETS,从而降低错误平层现象,且该方法计算复杂度相对较低,可灵活设计码长码率。仿真结果表明,由所提出构造方法所构造的非规则QC-LDPC码比其他五种QC-LDPC码的纠错性能更为优越,且没有明显的错误平层现象。

      • 1
    • 水基溶液法IGZO-TFT的电学特性研究

      崇乐, 栗旭阳, 蔡长龙, 梁海锋, 裴旭乐, 弥谦, 喻志农

      Abstract:

      本文采用水基溶液法制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT),研究了在有无紫外光辅助退火条件下,不同后退火温度(270 ℃、300 ℃、330 ℃、360 ℃和400 ℃)对IGZO-TFT器件电学性能的影响。研究发现,IGZO-TFT在360 ℃的后退火温度时展现出最佳器件电学性能,从而证明了水基溶液法在<400 ℃低温下可以制备IGZO-TFT。同时,研究表明,在360 ℃的后退火温度时,与无紫外光辅助退火IGZO-TFT相比,经紫外光辅助退火IGZO-TFT的饱和迁移率从1.19 cm2V-1s-1增加到1.62 cm2V-1s-1,正栅偏压偏移量从8.7 V降低至4.6 V,负栅偏压偏移量从-9.7 V降低至-4.4 V,从而证明了紫外光辅助退火对IGZO薄膜具有激活与钝化作用,可以优化IGZO-TFT器件的电学性能。

      • 1
    • 云层背景下基于混沌理论的红外小目标检测研究

      吴皆旺, 孙胜利, 徐文君, 刘高睿

      Abstract:

      针对云层背景下红外小目标检测难,可用数据集少的问题,提出了一种基于混沌预测的检测方法。从云层背景的空间混沌特征出发,采用径向基函数神经网络设计了混沌序列的预测模型,并利用遗传算法优化网络参数,提高预测精度。最后通过预测模型对图像像素序列的预测误差,实现了小目标检测。实验验证了上述算法的有效性,对测试样本的检测率为86.7%,虚警率为0.86%。

      • 1
    • CMOS图像传感器辐照损伤效应仿真模拟研究进展

      王祖军, 赖善坤, 杨勰, 贾同轩, 黄港, 聂栩

      Abstract:

      随着CMOS图像传感器(CIS)生产工艺、研制开发技术的不断进步,其应用领域不断拓展,CIS工作在空间辐射或核辐射环境中遭受的辐照损伤问题备受关注。与开展CIS辐照实验相比,仿真模拟研究有助于深入揭示辐照损伤机理,进而开展抗辐射加固设计,有效提升CIS抗辐照能力。文章通过梳理国内外开展CIS辐照损伤效应仿真模拟研究方面的进展情况,结合课题组已开展的电子元器件辐照效应仿真模拟和实验研究基础,从CIS器件建模、时序驱动电路建模、辐照损伤效应建模、仿真模拟结果校验等方面探讨了CIS辐照损伤效应的仿真模拟方法,分析总结了当前CIS辐照效应仿真模拟研究中亟待解决的关键技术问题。

      • 1
    • 罗丹明B的飞秒双光子荧光显微成像研究

      张宁, 侯国忠, 邓岩岩, 张泽, 张德林, 王雨雷, 吕志伟, 夏元钦

      Abstract:

      利用宽带的飞秒振荡器作为激发光源搭建了双光子荧光显微成像系统,在飞秒脉冲的宽带激发下,测量了罗丹明B溶液的双光子荧光光谱,开展了罗丹明B固体样品的双光子荧光显微成像研究,在双光子荧光显微成像研究中,通过调节激发脉冲的功率,分析了双光子荧光强度和激发脉冲功率之间的关系,并且利用半波片改变线偏振激发光场的偏振方向,研究了双光子荧光强度随激发脉冲偏振方向的变化趋势,实现了双光子荧光强度的类正弦调制。

      • 1
    • 基于多智能体深度强化学习的智能电网光网络切片方案

      戚银城, 唐奕明

      Abstract:

      为了提高光网络对大规模、差异化电力业务的资源分配能力,降低大规模业务的算法训练时间,提出了一种基于深度确定性策略梯度算法(Multi-agent Deep Deterministic Policy Gradient, MADDPG)的智能电网光网络资源分配方案。该方案考虑大规模和差异化电力业务,建立智能电网光核心网络切片模型,提出最大化电网公司收益为目标的优化问题。本文提出条件判断映射,实现优化问题的简化。同时,本文改进MADDPG算法,通过部署不同业务到不同智能体中进行运算,降低训练时间,满足网络实时性需求。最后,仿真结果表明,该算法具有更大的奖励、更低的成本和时延,并且具有更低的训练时间。

      • 1
    • 一种应用于CMOS图像传感器的列级高精度ADC设计

      张为森, 马艳华, 曲杨, 常玉春

      Abstract:

      本文设计了一种应用于CMOS图像传感器的高精度、低功耗列级14bit ADC。该ADC以广泛应用于CMOS图像传感器列级电路的RAMP ADC为基础,采用了3-bit SAR ADC与11-bit RAMP ADC相结合的两步式结构,使量化时间缩短了约2/3;RAMP ADC部分采用高低时钟的计数方法,降低计数区间内约90%的功耗;提出了RAMP-SAR-RAMP切换的相关双采样逻辑,可节省约40% SRAM的数量,显著缩小版图面积。本文采用0.18μm标准CMOS工艺,基于Cadence软件进行仿真,在600MHz时钟、单沿计数的工作模式下,ADC量化时间为9.32μs,在1.8V数字电源电压下,计数区间内功耗均值约为8.51μW。

      • 1
    • 基于光学成像模拟的视觉里程计方法

      祁航, 彭晓东, 马晓珊

      Abstract:

      针对视觉SLAM算法前端漂移误差累积问题,提出基于光学成像模拟的视觉里程计方法。该方法利用稠密三维点云数据进行目标表面泊松重建及材质物理特性关联,依据光学物理特性和光线追踪原理构建基于物理模型的成像渲染引擎(PBRT),生成不同观测条件下的目标特性仿真图像;将目标特性仿真图像与光学相机拍摄图像进行配准与运动偏差恢复,并设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)输出位姿状态最优估计值。通过原型系统研制与实验评估表明:该方法有效克服传统方法漂移误差累积的问题,相较传统ORB-SLAM2算法前端定位精度提升56%,为视觉里程计的设计提供了一种新的技术思路。

      • 1
    • ZnSnO/AgNW双层透明电极的制备及性能研究

      石和平, 张丽珠, 于仕辉

      Abstract:

      为制备适用于新一代柔性光电子器件应用需求的柔性透明电极,利用旋涂银纳米线和磁控溅射ZnSnO薄膜相结合的方案,实现ZnSnO/AgNW双层透明电极的制备的制备。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对形貌和相结构进行了分析,用紫外可见分光光度计和四探针测试仪分别对ZnSnO/AgNW双层透明电极的电学性能和光学性能进行了表征,结果表明,ZnSnO/AgNW双层透明电极的电学和光学性能优异,在透过率为88.1%时,方电阻为12.3 Ω/□,其品质因子高达231。在5.0 mm的曲率半径下,对ZnSnO/AgNW双层透明电极进行1000次弯曲测试,其电阻仅仅增加了13%,表现出了优异的柔性性能。此外,该双层电极还具有优异的粘附性以及抗氧化性,在20次胶带试验后方电阻保持不变,在高温高湿环境下储存一段时间后,其电阻仍有保持着初始值。该透明电极可用于柔性可穿戴电子产品。

      • 1
    • 传输矩阵法求解长短周期级联光纤光栅传输谱

      杨颖

      Abstract:

      (临沂大学 自动化与电气工程学院,山东 临沂276005) 摘要:基于光纤光栅的模式耦合理论,用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅(FBG)的传输矩阵,然后将它们相乘得到总的传输矩阵,最后再结合边界条件即可求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟,并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰,与模拟计算的结果一致,证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性,为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。

      • 1
    • 增益开关半导体激光器的三级脉冲整形方案

      杨京兴, 雷从彪, 张邦宏, 姜宇轩, 谢亮

      Abstract:

      增益开关半导体激光器产生的光脉冲宽度往往较宽,且具有一定大小的脉冲基座。为了提高增益开关半导体激光器的脉冲质量,提出了三级脉冲整形方案。首先,利用色散补偿光纤(DCF)将增益开关半导体激光器输出的光脉冲宽度从39.381ps压缩到26.681ps,随后利用掺铒光纤放大器(EDFA)和色散位移光纤(DSF)的高阶孤子效应进一步将光脉冲的宽度压缩到20.916ps,最后利用半导体光放大器(SOA)的自相位调制效应区分开脉冲基座与脉冲中心的光谱,并利用光滤波器滤除脉冲基座对应的光谱部分,从而消减脉冲基座,并将脉冲宽度压缩到18.497ps。实验结果表明,该三级脉冲整形方案可以有效地压缩脉冲宽度以及减小脉冲基座,从而提高增益开关半导体激光器输出光脉冲的质量。

      • 1
    • 多量子阱有效折射率偏振相关性研究

      姜德隆, 缪庆元

      Abstract:

      分析了多量子阱材料各参数对其TE模和TM模有效折射率的影响。结果表明:阱数增多,多量子阱有效折射率降低,当量子阱数目大于3时,其有效折射率的变化不明显。垒厚增加,有效折射率略有降低。存在合适的张应变量使TE模和TM模有效折射率峰值波长接近的同时,折射率差值整体最小,偏振相关性最小。据此提出多量子阱材料有效折射率低偏振相关设计方法,并设计出C波段内(1530~1565nm)折射率低偏振相关的InGaAs/InGaAsP多量子阱材料。研究结果有助于设计实用化的有效折射率低偏振相关量子阱材料。

      • 1
    • 基于硅胶快速吸附的碳纳米管长度分选及其晶体管性能研究

      温海键, 姚建, 邱松, 李清文

      Abstract:

      半导体型单壁碳纳米管是下一代场效应晶体管及集成电路中最具有应用前景的沟道材料之一。半导体型单壁碳纳米管在分散与分离过程中长度会被截短。大量长度100 nm以下的超短管的存在会增加管间搭接电阻和增加载流子的散射几率,从而导致器件性能的下降,不利于高性能碳纳米管器件的发展和应用。但尚缺乏在有机体系中对半导体型碳管长度分选,特别是超短管可控去除的研究。本文中,我们发展了一种有机体系的硅胶吸附技术,成功实现了超短碳管的高效去除,使半导体型碳纳米管的长度分布实现了有效调控。基于长度分选后的碳纳米管制备的晶体管器件,其开态电流和最大跨导达到8.9 μA/μm和0.5 mS/μm,比长度未分选的器件性能分别提高了约300%和250%。

      • 1
    • 一种基于结构光的高反光表面三维重建算法

      迟云鹏, 刘文波, 徐方

      Abstract:

      针对高反光表面的三维重建一直是结构光技术中的重点及难点。本文基于多重曝光法及调整投影条纹强度法,提出了一种曝光时间序列以及条纹亮度序列的选择方法,利用被测物体在不同投影条件下的表面临过曝像素点数统计直方图,结合图像中像素点数的不过曝比例,计算所求的曝光时间及条纹亮度序列,完善了针对高反光表面的高动态范围技术。实验结果表明,文章提出方法能够有效地提升高反光表面三维重建的精度,点云中有效像素点数可以达到96%以上。

      • 1
    • 基于特征显著性融合的红外小目标检测

      张传聪, 李范鸣, 饶俊民

      Abstract:

      复杂背景下的红外图像通常存在信噪比低、邻近像素灰度变化不明显以及易被杂波信号和噪声干扰的特点,导致红外小目标检测困难。为解决上述问题,提出一种基于特征显著性融合的红外小目标检测算法。首先,在空间域中利用目标与其局部背景灰度差异来计算得到灰度显著图,在频域中结合谱残差计算得到背景抑制后的频域显著图;其次,将灰度显著图和频域显著图归一化后通过哈达玛乘积相互融合;最后,通过自适应阈值分割并使用Unger滤波器剔除较小的噪声点,从而提取出目标区域。实验表明,本文算法对图像的信噪比有了数十倍的提升,对背景抑制效果显著,并有着检测率高和虚警率低的优点,是一种有效的小目标检测算法。

      • 1
    • 基于MDCGAN的裂缝样本扩充及识别研究

      谢永华, 齐杨

      Abstract:

      针对裂缝图像获取困难导致的样本少,传统数据扩充方法提升样本特征空间能力不足等问题,提出了一种基于改进深度卷积生成对抗网络MDCGAN的裂缝样本扩充方法。首先对数据集进行预处理,利用滑窗法进行数据降维和清洗;其次优化激活函数,提高生成特征的多样性,同时引入谱归一化进行权重标准化提升网络结构的稳定性,以生成高质量的裂缝数据集;最后,利用改进的Alexnet网络对扩充后的混合样本集进行特征提取并分类识别。结果表明,MDCGAN网络数据增强性能与传统扩充方法相比均有明显提高,适用于扩充裂缝图像。

      • 1
    • 基于PSF参考模型的星敏感器单粒子效应在轨校正方法

      李明谦, 田宏, 陆恺立

      Abstract:

      为了提高星敏感器在遭受单粒子效应打击情况下的质心提取精度,提出了一种基于点扩散函数参考模型的在轨校正方法。通过构建星点参考模型及残差校正,该方法能有效去除单粒子噪声,校正噪声星点形态,降低星点质心定位误差。与传统去噪算法相比,本文方法能在有效去噪的同时保护星点能量不被破坏。通过仿真实验验证了本文算法抗单粒子效应的有效性,通过对比实验显示了本文算法相比传统算法的优越性。

      • 1
    • 基于电容-电阻法评估碳化硅MOSFET电学参数

      杨霏, 田丽欣, 申占伟, 张文婷, 孙国胜, 魏晓光

      Abstract:

      阈值电压、栅内阻、栅电容是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的重要电学参数,但受限于器件寄生电阻、栅介质界面态等因素,其提取过程较为复杂且容易衍生不准确性。基于此,通过器件建模和实验测试,揭示了MOSFET的栅电容非线性特征,构筑了电容-电阻串联电路测试方法,研究了SiC MOSFET的栅内阻和阈值电压特性。分别获得栅极阻抗和栅源电压、栅极电容和栅源电压的变化规律,得到栅压为-10 V时的栅内阻与目标值误差小于0.5 Ω,以及串联电容相对栅源电压变化最大时的电压近似为器阈值电压。相关结果与固定电流法作比较,并分别在SiC平面栅和沟槽栅MOSFET中得到验证。因此,该种电容-电阻法为SiC MOSFET器件所面临的阈值电压漂移、栅极开关振荡现象提供较为便捷的评估和预测手段。

      • 1
    • 光谱共焦测量技术综述

      王梓, 石俊凯, 陈晓梅, 姜行健, 李冠楠, 霍树春, 高超, 朱强, 周维虎

      Abstract:

      测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展,具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来,利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测,具有无接触、高效率、在线测量等优点,在精密测量中发挥着重要作用,被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来,光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大发展。本文在广泛调研的基础上对光谱共焦测量技术进行综述,论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势,综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展,并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行展望。

      • 1
    • 光泵浦太赫兹探测对于不同掺杂硅的光激发动力学表征

      陈涛涛, 张逸竹, 赵静静, 周茜, 李东栋, 江玉海

      Abstract:

      提出了一种光泵浦太赫兹探测技术的改进方案,使用双色飞秒激光场电离空气诱导等离子体辐射的超短宽带太赫兹脉冲作为探测脉冲,表征了硅的光激发动力学,通过表征过程验证了基于本文改进方案的光泵浦太赫兹探测系统的性能。硅的泵浦深度随泵浦功率的增加而提高,400nm泵浦光的泵浦深度大于800nm泵浦光。使用400nm泵浦光,P掺杂硅的泵浦深度最大、本征硅次之、N掺杂硅最小,而使用800nm泵浦光, P掺杂硅的泵浦深度最大、N掺杂硅次之、本征硅最小。此外,基于探测脉冲的超宽带宽和超短脉宽,还观测到了P掺杂硅中的亚皮秒激发态声子波包振荡。

      • 1
    • 无偏角4H-SiC同质外延温场度-生长分布系数的仿真及实验研究

      汪久龙, 赵思齐, 李云凯, 闫果果, 申占伟, 赵万顺, 王雷, 关敏, 刘兴昉, 孙国胜, 曾一平

      Abstract:

      针对仿真研究在采用化学气相沉积技术(CVD)进行外延生长碳化硅(4H-SiC)外延生长外延层时,其的温场准确分布性是外延层品质的关键所在问题,。采用本文对CVD温场进行了仿真研究,并采用无偏角4H-SiC同质外延进行实验验证。实验发现无偏角4H-SiC外延层3C-SiC多型体夹杂与生长室温场生长的反的温度生长分布系数与外延层中的3C-SiC晶型比例密切相有关,其结果验证了同仿真结果,两者得到的温度分布具有高度一致性,这也。验证了仿真数据的有效性。

      • 1
    • 基于偶然不确定性的单人姿态估计模型测试时增强算法

      李杰, 亓波, 张建林

      Abstract:

      针对现有单人姿态估计网络结果缺乏可靠性评估,尤其是面向部署的轻量级模型鲁棒性较差等问题,提出了一种基于偶然不确定性的测试时增强方法。该方法通过随机并行的数据增强和模型推理得到更为多样化的输出,同时通过计算其偶然不确定性得到可靠性评估,最后根据可靠性进行加权融合以得到更准确鲁棒的结果及其评估。MPII数据集上的实验表明,该算法可即插即用地应用于已有单人姿态估计模型,同时可以得到更精确鲁棒的结果及其不确定性评估。

      • 1
    • InPBi薄膜材料的结构性能和光学性能研究

      张立瑶, 姚爽, 喻鹏, 冯铎, 代金梦, 曹有祥

      Abstract:

      室温下,InPBi表现出强而宽的光致发光光谱,其宽光谱特性来自于材料中的PIn反位深能级和与Bi相关的深能级。该特性使得InPBi有希望应用于制备光学相干层析扫描(医学成像技术)系统中的超辐射光源。本文利用透射电子显微镜和三维原子探针研究了InPBi薄膜材料的结构性能,发现Bi原子在InPBi薄膜中的分布极不均匀,在InPBi/InP界面出现了Bi的富集区,从该区域沿[001]方向出现了Bi的纳米面,此纳米面位于(110)平面上。这种Bi原子的富集分布阻碍了PIn反位参与的载流子复合过程,对InPBi的光学性能有显著的影响。本研究为制造光学相干层析扫描系统的超辐射发光二极管提供了一定的理论基础。

      • 1
    • 基于畸变梯度重构畸变的在轨标定方法

      孙永恒, 方亮, 张辉

      Abstract:

      微角秒测量精度的相对天体测量法可用于探寻近邻宜居行星,相应的,光学望远镜有效载荷的畸变在轨标定精度也需要达到微角秒量级。传统的光学望远镜在轨畸变标定方法普遍依赖于恒星方向信息,而现有星表中恒星赤经、赤纬的精度最高达到毫角秒量级,无法满足微角秒量级标定的要求。本文提出一种基于畸变梯度重构畸变的在轨标定方法,该方法充分利用微角秒测量精度的星间距测量技术,不受恒星赤经、赤纬精度的限制,能使望远镜光学畸变的标定精度达到微角秒量级。文章介绍了基于畸变梯度重构畸变的原理,并对由光学设计软件导出的光学系统进行了畸变标定仿真实验,结果表明:当光学系统波像差控制在0.0733λ内且星角间距测量误差为0.3微角秒时,畸变标定精度可达0.28微角秒,满足近邻宜居行星探测的畸变标定要求。

      • 1
    • 高斯和平顶分布纳秒激光诱导KTP晶体损伤

      张思楠, 白芳, 麻云凤, 杨学博, 殷晨轩, 程旺, 周家玮, 曹灿, 郭广妍, 赵鹏, 樊仲维

      Abstract:

      KTP晶体的抗激光损伤能力影响了其在高端固体激光系统中的应用。本研究利用波长1.064μm、重频10Hz、脉宽10ns和两种空间分布的光束(即高斯光束和平顶光束)的激光对KTP晶体进行了激光诱导损伤的仿真和实验。结果表明,在平顶激光和高斯激光的损伤测试中,KTP晶体的激光诱导损伤阈值分别为1.78GW/cm2和2.28GW/cm2。平顶激光辐照KTP晶体,损伤形貌为明显的烧蚀形态和裂纹,而高斯激光辐照KTP晶体时,前表面出现了典型的纳秒激光损伤形态:熔融形成的凹坑。此外,在平顶激光测试下,观察到损伤区域边缘颜色变化。

      • 1
    • 夜间遥感场地替代定标的微光光谱仪设计与试验分析

      张宇, 崔皓东, 张曦, 高彩霞, 钱永刚, 马灵玲, 邱实

      Abstract:

      近年来,夜间遥感成像技术已成为国内外新兴遥感领域热点,其可以弥补热红外遥感夜间监测的局限性,提供能达到白天分辨率的夜间辐射产品。但是,目前的夜间遥感在轨辐射定标不确定度较高,主要原因之一是由于载荷的特殊性,导致其难以利用场地进行高精度定标,高精度场地定标需要依靠地物光谱仪对夜间目标进行精准的信息获取,目前传统的地物光谱仪对光信号强度要求较高,只能白天使用,无法在夜间使用。为此,本文提出将传统光谱仪的CCD(charge-coupled device)探测器与像增强器直接耦合提升光谱仪低照度条件下信息获取能力的技术方案,设计了一款适用于微弱光目标信息获取的微光光谱仪,增益可达到传统光谱仪的5000倍。该光谱仪可以解决传统光谱仪在微弱光条件下无法进行地表目标辐射值及反射率测量的问题,可提高夜间遥感场地定标精度。本文选择地势平坦、海拔高、大气状况良好、地表覆盖类型单一且远离城市灯光的青海格尔木大柴旦地区进行了微光光谱仪的测试,测试试验结果表明:在入射光源只有月光和星光的条件下,该微光光谱仪可有效实现对地面目标光谱信息的测量,性能良好且稳定,未来可应用于夜间遥感定标、夜间目标光谱信息获取等应用领域,为夜间遥感在轨定标精度的提升奠定技术基础。

      • 1
    • 基于弱反射光栅阵列的覆土储罐泄漏监测方法

      甘维兵, 涂世宇, 柳苗, 姜茹, 王宇, 刘念, 张翠

      Abstract:

      储罐在覆土情况下,可能会因土壤压力导致罐体变形从而产生泄漏,因而采取可靠的罐体泄漏在线监测技术,确保储罐生产安全显得尤为重要。为解决目前储罐泄漏安全监测存在的定位精度低、响应速度慢、监测范围小等问题,本文采用新一代弱反射光栅阵列(FBGs)双波长波分/时分混合复用组网技术实现对覆土储罐表面温度进行全时、全域在线监测。FBGs阵列测温精度±1℃,传感器空间分辨率1m,经过对覆土储罐两个月的数据监测和高压充水实验,分别验证了传感器在覆土情况下的长期稳定性和可靠性。结果表明:将FBGs应用到储罐监测中,将有效提高储罐的生产安全性,具有较大的推广应用价值。

      • 1
    • 一种适用于高帧频CMOS图像传感器的片上多路复用输出接口设计

      祝晓笑

      Abstract:

      本文介绍了一种适用于高帧频CMOS图像传感器(简称高帧频CIS)的多路复用输出接口电路的实现方法。该方法可实现CIS图像信号分组多路并行输出,且同时支持16路,8路,4路和2路输出路数可选,以及通道内输出顺序可控。该电路经仿真具有完整的功能,并在某0.11umI CMOS工艺下得到实现,目前用于一款高帧频CMOS图像传感器中。该电路提高了CIS数据传输速率(分别为X16,X8,X4,X2),在大规模数据阵列的情况下作用尤为明显,同时其输出路数可选和输出顺序可控的功能满足了各种应用需求,扩展了CIS芯片的适用范围。

      • 1
    • 基于速度空间内泊松过程的PIND采样值统计规律研究

      李冰, 金晖, 丁鹏, 鲍江, 石云莲

      Abstract:

      对粒子碰撞噪声检测(PIND)试验中的颗粒碰撞电压信号采样后,研究了采样数据所对应的参数在样本量增加后的变化趋势,表明>20mV的采样值的平均值趋稳,体现了某种统计规律。考虑颗粒碰撞过程的随机性和速度衰减趋势后,提出了将速度变化过程视为速度空间内的泊松过程的假设,并由此推测>20mV的采样值符合指数分布,对于多种颗粒类型、颗粒位置及试验频率等因素的组合,由该推测得到的指数分布概率密度与采样数据对应的概率密度均相符,表明假设及其推测成立,并探讨了指数分布的λ与各因素的关系。得到的统计模型及所用方法对颗粒碰撞过程、多余物特征等方面的研究具有启发意义。

      • 1
    • 基于图像矩特征的时间序列相似性评估

      龚慧刚, 田裕鹏, 刘路

      Abstract:

      特征表示是时间序列数据挖掘中至关重要的一环,直接影响到序列数据分类的准确率。时间序列数据由于模态复杂,且可用于分类的特征不容易被提取,使用传统方法进行模式分类往往效果一般。为此,基于图像处理技术,提出一种时间序列图形化并结合图像矩特征进行分类的方法。该方法通过将时间序列数据网格化后转为二值图像,然后提取图像矩特征,导入分类器中进行模式分类,最终实现对序列数据的相似性评估。该方法在UCR数据集上的实验分类精度优于其他算法,证明了该方法的有效性。

      • 1
    • CCD图像传感器输出节点电荷容量设计

      李立

      Abstract:

      本文从CCD的满阱电荷容量和片上放大器的工作电压范围两个方面对器件的节点电荷容量进行了设计,并推导出了输出节点电荷容量设计的优化公式。从公式中可以看出,输出节点的电荷容量设计除了需要满足CCD信号电荷转移本身所需的容量值以外,还必须保证节点处的电压变化范围在输出放大器线性工作区域内,才能使信号电荷能够完整线性地被放大器输出,从而保证CCD器件整体的非线性和满阱容量性能。因此,输出节点电荷容量的设计除了需要考虑节点自身的电容外,还应综合考虑输出放大器相关MOS管的宽长比、阈值电压、工作电压等因素。

      • 1
    • 宏微协同组网下基于小区分簇的联合传输与无线资源分配

      施加轮

      Abstract:

      宏微协同组网能使运营商以低廉的成本实现网络的连续深度覆盖,且低功率、体积较小且部署灵活简便的微基站,克服了传统宏基站部署时所受到的站址资源和传输资源等限制,在不引入强干扰的前提下,能很好的对网络覆盖盲点、盲区进行补盲,并提升话务热点地区的容量,从而更好地满足日益增长的用户通信需求,更好地迎合跨移动、住宅和商业市场的全新服务趋势。针对宏微协同组网下小区间无线资源管理问题,该文提出一种大规模MIMO (multiple input multiple output, MIMO)系统下基于微小区分簇的联合传输和动态频谱分配策略,该策略分两步执行以优化网络加权和速率。首先,所提算法会根据各用户当前的信道状态执行微小区分簇,以尽可能地降低小区间干扰,提升系统容量。接着,宏基站和各微小区簇根据所服务用户当前的业务请求信息分别为其动态分配子载波,以最大化网络加权和速率,并提升资源利用率。仿真结果显示,该文提出的微小区分簇和动态频谱分配策略能在尽可能降低宏微协同组网中用户间干扰的同时,有效地提升系统吞吐量。

      • 1
    • 氧气分压对磁控溅射β-Ga2O3薄膜结构及光学特性的影响

      董斌, 何晨光, 王长安, 李祈昕, 李叶林, 刘宁炀, 赵维, 陈志涛

      Abstract:

      本研究通过磁控溅射沉积以及高温热退火处理,在2英寸c-plane蓝宝石异质衬底上制备出单晶β-Ga2O3薄膜,研究了溅射气氛中氧气分压(氧气体积比=[O2]/([O2]+[Ar])对β-Ga2O3薄膜的晶体结构以及光学特性的影响。通过调控氧分压,获得了具有{-201}晶面族X射线衍射峰的β-Ga2O3薄膜,其最大晶粒尺寸达到1380 ?,在300-800 nm波段透射率>80%,最大光学带隙达5.12 eV。最优的薄膜表面粗糙度达0.401 nm,800 nm波长处折射率为1.94。研究结果表明,降低氧气分压有利于溅射粒子动能增大、数量增多,从而有利于提升β-Ga2O3薄膜结晶质量、增加薄膜透射率和光学带隙。然而,适当提高氧气分压则有利于改善薄膜表面平整度,并提高致密度。

      • 1
    • 基于机器视觉的车道线精确检测算法

      代少升, 肖佳伟, 熊昆, 吴云铎

      Abstract:

      目前车道线检测是车辆智能驾驶系统的重要组成部分。针对传统的车道线检测方法存在精度低、实时性能差的问题,提出一种基于机器视觉的车道线精确检测算法。该算法采用车道内侧边缘线代表车道线,具体包括预处理和车道线提取两个步骤:预处理部分包括灰度化、Sobel边缘检测、ROI设定、二值化,最终得到车道线部分的二值图像;车道线提取部分包括图像切片、改进的Hough直线检测、DBSCAN直线聚类以及直线拟合,最终得到精确的车道边缘线信息。最后将算法应用于各种场景下的路况测试,实验结果表明:算法的平均准确率为94.9%,平均处理时长为25.6ms/每帧,算法具有很好的实时性和鲁棒性。

      • 1
    • 飞秒激光能量密度对SiC陶瓷微孔加工的影响

      王宏建, 杨涛, 吴小雪, 廖润钱, 邓辅秦

      Abstract:

      采用飞秒激光对SiC陶瓷进行螺旋微孔加工实验,研究了能量密度对材料微孔加工形貌及孔形的影响,分析了微孔孔径、圆度及锥度随激光加工工艺参数的变化规律。实验结果表明,相比于微孔出口而言,微孔入口受能量密度的影响较小,更高的能量密度有利于提高微孔的加工质量。该研究获得了孔径<250 μm、圆度>0.95、锥度<1°的近圆柱SiC陶瓷微孔。对加工区域进行检测,发现材料表面存在一定程度的氧化现象,分析了位于不同加工区域元素含量变化的原因。

      • 1
    • 界面粗糙度对真空紫外光学薄膜光谱性能影响研究

      黄凯, 郭春, 孔明东

      Abstract:

      多层膜系统中界面粗糙度的存在,尤其在真空紫外波段,造成的散射损耗阻碍其高光谱性能的实现。为制备出高性能的真空紫外光学薄膜,必须研究薄膜界面粗糙度对其光谱性能的影响。在该文中,分别设计了193nm窄角度和宽角度入射增透膜以及高反膜三类薄膜,结合等效吸收层近似理论,将多层膜间粗糙界面等效为薄吸收层,分析了不同界面均方根粗糙度下薄膜光谱性能的变化规律。研究发现,薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度增加而急剧退化,达到 4nm时,宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能分别衰退2.04%和2.09%。界面粗糙度的存在仍是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。

      • 1
    • Fe掺杂GaN中Fe相关缺陷发光特性研究

      白煜, 万飞, 张敏

      Abstract:

      利用氢化物气相外延方法制备了厚膜Fe掺杂GaN。通过掺杂 GaN 样品发光与掺杂浓度,温度和激发功率的变化规律,探究红外和蓝光与掺杂的Fe离子的内在关联性。光致激发光谱表明红外和蓝光相关的Fe离子相关缺陷能级跃迁特征及过程。此外,在较高掺杂浓度下,红外发光将被抑制,与此同时蓝光峰强度显著增加。在较高位错密度材料中,相比于蓝光强度,红外发光强度增加更加显著。进一步研究阐明Fe离子不同缺陷结构相关辐射复合过程,并且GaN中本征缺陷结构以及位错对相关能级跃迁具有重要影响。

      • 1
    • 溅射气压对氧化镓薄膜光学特性的影响

      张芮馨, 孙辉, 程佳, 刘子童, 陈建金, 沈龙海

      Abstract:

      采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜。利用X射线衍射仪和紫外-可见-红外分光光度计分别对Ga2O3薄膜的晶体结构和光学带隙进行了表征,并在室温下测量了Ga2O3薄膜的光致发光(PL)谱。结果表明:制备的Ga2O3薄膜呈非晶态,光学带隙变大。吸收边随着溅射气压的增加先蓝移后红移,光学带隙值范围为4.96-5.30 eV。在325 nm激光激发下,在400 nm和525 nm处出现缺陷能级相关的发光峰。

      • 1
    • 天基大视场光学观测星图的快速仿真方法

      王玉朋, 牛照东

      Abstract:

      为了提高天基大视场光学观测星图的仿真速度,提出了一种天基大视场光学观测星图的快速仿真方法。首先,阐述了真实星图的成像原理,设计了天基光学观测星图的仿真流程;接着,通过分析各流程的计算方式,得出了点扩散函数的计算是影响仿真速度的主要因素;最后,结合CCD器件的成像机理与真实图像的特点,建立了自适应的点扩散函数,实现了天基大视场光学观测星图的快速仿真。仿真实验表明,本方法在保证成像逼真度的同时,仿真速度较传统成像方法提升47%左右,对天基光学观测平台的研制具有重要作用。

      • 1
    • 用光电导天线产生太赫兹波的饱和效应研究

      薛 红, 席彩萍

      Abstract:

      根据半导体光电子学理论,分析了光注入非平衡载流子(电子-空穴对)的瞬态输运机理,研究了不同条件下的SI-GaAs光电导偶极天线THz波辐射功率和辐射强度的饱和效应。其主要原因就是在外加偏置电场作用下,光注入载流子出现了空间电荷电场屏蔽和辐射电场屏蔽现象,对提高THz波辐射功率和辐射强度起到了遏制作用。对于电极间隙大小不同的天线,两种屏蔽效应的作用不同;在触发光能一定的情况下,照射光斑较大时屏蔽效应较小。

      • 1
    • 制备工艺对新型热电材料制冷性能的影响

      孟凡凯

      Abstract:

      通过取点法得到了由Ingot方法、BM方法、S-MS方法和Te-MS方法制备的四种新型P型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te3的变物性参数拟合公式,分析了温度对基于不同方法制备的热电材料的影响,得到了热电材料无量纲优值与绝对温度的关系曲线。此外,从热力学方面研究了不同制备工艺对热电材料组成的热电制冷器最大制冷系数的影响。结果表明:由Te-MS方法制备的新型P型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te3具有最大的优值系数,热电性能最优。基于Te-MS方法制备的新型P型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te3的热电制冷器具有最大的制冷系数,其达到2.49,较其他三种方法制备的热电材料分别提升了34.59%、37.57%、25.76%。

      • 1
    • MG-Y激光器波长温度特性研究

      陈振华, 王永千, 张 旭, 任 帅, 祝连庆

      Abstract:

      为了探究调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在光纤传感应用中的温度适应性,设计并搭建了波长稳定性为0.6pm的测试系统,分别对MG-Y激光器内外不同温度下的波长特性进行探究,采用25℃温度下20pm间隔的查找表进行实验。结果表明内部温度25℃、外界温度在-20~50℃范围内以10℃步进时,92.30%的波长漂移量在±7pm内,内外温差±5℃范围内波长最大漂移量为3pm;外界温度25℃、内部温度在25~30℃范围内以1℃步进时,波长调谐段切换处会出现跳模现象,调谐段内近似线性调谐,调谐系数区间为85~115pm/℃,证明MG-Y激光器最佳温度应控制在内外温差±5℃范围内,为解决温度变化造成的波长漂移问题提供参考。

      • 1
    • 轨道角动量传输光纤的研究进展

      赵丽娟, 姜焕秋, 徐志钮

      Abstract:

      自Allen等1992年首次理论确认了光子轨道角动量的物理概念和内涵以来,带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的光束为空分复用(Space Division Multiplexing, SDM)带来一个新的研究方向,将其与光纤通信系统结合能很好地解决通信容量和速率问题。近些年传输带有轨道角动量光束的光纤在设计上逐步实现了OAM模式传输更稳定、传输距离更长,以及支持传输的OAM模式数更多等特点。文中从光纤的模式叠加的理论出发,主要分析了传输带有轨道角动量光束光纤的研究现状,包括基于传统光纤而设计的环状光纤,以及基于光子晶体光纤而设计圆形光子晶体光纤等,比较分析了各种不同类型光纤的研究成果、优缺点以及适合的应用场景。最后对传输带轨道角动量光束光纤的发展前景做了进一步的展望。

      • 1
    • 基于类水滴状微结构的微通道流动和散热性能研究

      曹卫华, 商维佳, 朱继元

      Abstract:

      为了能够有效提高微通道散热器的散热性能,设计了一种含有类水滴状微结构的微通道散热器,并采用仿真模拟方法来研究微通道内类水滴状微结构数量和高度变化对微通道的压力损失和散热性能的影响。在热流密度为100,入口端流体速度为1m/s的条件下,设计9组不同的含类水滴状微结构微通道。其中的5组通过改变单条微通道内类水滴状微结构的数量进行研究,得出当微结构数量为7时微通道的综合散热性能最优,其微通道底面平均温度下降了18.42K,散热系数提高了37.63%。同时在微结构数量为7的基础上再次设计4组微通道,来研究微结构的高度对微通道散热性能的影响,得出各微结构的高度沿流体流动方向逐次增高时,散热系数几乎不变,压力损失降低了11.93%。

      • 1
    • 猫眼光学系统的硬边光阑效应研究

      张玉发, 孟祥逢, 童忠诚, 李建强

      Abstract:

      采用矩阵分解以及将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法,研究了高斯光束猫眼光学系统后的光阑效应;通过数值计算对激光的反射规律进行了分析。研究表面,入射光束束腰距离猫眼光学系统越远,光学系统的光阑效应越大;调整合适的正离焦量,可以使猫眼光学系统回波光强更高。理论分析和数值计算对猫眼系统的研究具有一定的参考意义。

      • 1
    • 基于GAN和CNN-ELM的监控图像智能修复及检测方法[1]

      王传平, 杨晓丽, 王晓磊, 乌嵘, 熊永平

      Abstract:

      针对目前石化危险品装车过程中海量监控视频图像人为处理效率低下,模糊图像识别率低等问题,提出一种基于生成式对抗网络(GAN)和卷积神经网络(CNN)与极限学习机(ELM)相结合的监控模糊图像智能修复及检测方法。首先,使用深度学习网络作为目标检测框架,利用GAN网络中生成器与判别器间的零和博弈对模糊图像进行复原,得到清晰完整的作业图像;其次,利用CNN自适应学习图像特征的能力,对修复后的图像进行自主特征提取;最后,将提取的特征输入到ELM分类器中进行目标识别与分类,判断作业过程是否存在违规行为。试验结果表明:所提方法图像修复速度快,视觉效果自然,且目标识别准确率高,具有很好的泛化能力。

      • 1
    • 一种基于新度量准则的极化码SCLF译码算法

      袁建国, 李志伟, 王露

      Abstract:

      为了解决串行抵消(Successive Cancellation, SC)译码算法在中短码长情况下译码性能不佳的问题,在SC译码算法的基础上增加路径列表和比特翻转方法得到一种改进的串行抵消列表翻转(Successive Cancellation List Flip, SCLF)译码算法。该算法利用比特翻转构建最不可靠的信息位集合称为翻转集合(Flipping Set, FS),同时提出一种新的度量法则来缩小FS的范围和提高FS的准确率。仿真结果表明,随着信噪比的增大,所提出的SCLF译码算法误块率(Block Error Rate, BLER)有较大提升,当BLER=10-3时,SCLF(N=256,L=8)译码算法的增益比SC(N=256)译码算法提高了0.55 dB;当BLER=10-4时,SCLF(N=256,L=8)译码算法的增益比CA-SCL(N=256,L=8)译码算法提升了0.22 dB;当BLER=10-5时,SCLF(N=256,L=16)译码算法的增益比CA-SCL(N=256,L=16)译码算法提升了0.17 dB。

      • 1
    • 结合SoftPool的VGG19与CapsNet相级联的表情识别模型研究

      杨双, 王敬东, 姜宜君, 廖元晖

      Abstract:

      表情识别作为计算机视觉领域的研究热点,在情感识别、人机交互、智能安防等领域有着重要的作用。本文针对VGG19在训练人脸表情数据集时由于全连接层参数量过大而易过拟合的问题,利用胶囊网络CapsNet对VGG19的全连接层进行替换,实现VGG19与CapsNet相级联,从而改善训练时过拟合这一问题,同时使得级联后的模型在RAF-DB数据集上的精度提高了5.28%。针对VGG19特征提取网络的MaxPool易丢失人脸特征图信息的问题,利用SoftPool对MaxPool进行替换,从而在最大程度上保留了人脸的细粒度特征。实验表明,加入上述两种改进后的模型在RAF-DB数据集上取得了84.21%的精度,在FER2013数据集上取得了73.16%的精度,具有较好的表情识别效果。

      • 1
    • 基于GA-BP神经网络的茶叶蔗糖量检测模型研究

      刘梦璇, 陈琦, 王绪泉, 吴琼, 柯鹏瑜, 朱林, 黄松垒, 方家熊

      Abstract:

      采用近红外光谱技术结合反向传播人工神经网络算法建立了茶叶中蔗糖含量的检测模型,并通过引入遗传算法改进了模型预测质量。预测模型采用120个茶叶掺蔗糖样品的傅里叶变换漫反射光谱数据建立。对另外42个样品的预测结果表明,基于传统的反向传播人工神经网络算法模型的相关系数为0.7380,预测均方根误差为3.0754,正确识别率为83.3%;增加遗传算法后相关系数提高到0.9419, 预测均方根误差为1.3176,正确率为88,1%,训练误差减小一个量级以上。实验结果表明,反向传播人工神经网络模型可用来检测茶叶中的蔗糖含量,同时,引入遗传算法优化了神经网络的初始权值和阈值,使预测误差更小。

      • 1
    • Bi2O2Se纳米片的可控合成及光电性能研究

      陈雨田, 张翔宇, 曾值, 张冰珂, 赵晨晨, 任帅, 容萍, 高世勇, 王东博, 矫淑杰, 王金忠

      Abstract:

      采用熔盐法以五水硝酸铋为铋源,硒粉为硒源,水合肼作为还原剂在不同NaOH浓度下(0-3mol/L)合成了Bi2O2Se纳米片,并采用XRD、SEM、TEM以及XPS等对样品的形貌、结构和成分进行了表征。然后,以Bi2O2Se为工作电极制备了宽光谱自供能探测器,并探究了它们的光电探测性能。测试结果表明,在1.1mol/L NaOH的条件下,Bi2O2Se自供能探测器的光电探测性最优。在紫外-可见-红外波段,具有较高的响应。在365 nm紫外光照射下,光电流最高可以达到7.8 μA,其上升和下降时间分别为30 ms和21 ms,同时通过计算可以得到其响应度和探测率分别为4.2×10-4A/W和1.02×109Jones。

      • 1
    • 基于自适应原子选择的核协同表示 用于SAR目标识别

      刘苗苗, 蒋宇帆, 邢钉凡

      Abstract:

      针对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)目标识别中方位角差距大的训练样本之间存在干扰的问题,对传统协同表示的表示字典进行改进,得到更适应于当前测试样本且能够降低弱相关原子对系统影响的自适应字典,基于此提出了一种自适应原子选择的核函数变换协同表示算法。在美国运动和静止目标获取与识别计划公开发布的SAR图像数据库上的实验结果表明,基于自适应原子选择的多特征核协同表示方法较基于全部训练样本字典的多特征核协同表示模型,降低了干扰原子的不良影响,提高了SAR目标识别的可靠性和鲁棒性。

      • 1
    • 基于集成微环谐振器的可变系数微分方程光子计算

      梁晓东, 李少波, 刘彦丹, 张磊

      Abstract:

      基于硅基片上微环谐振器,本文提出了一种系数可变一阶光子微分方程的光子计算方法,实现了不同系数的光子微分方程超快速求解。基于耦合模理论,对微环谐振器的传递函数进行了时域与频域的分析,所设计的硅基脊形波导刻蚀深度为220nm,宽500nm,微环谐振器形状为跑道型,由两个半圆夹两根长直波导组成,半圆半径为30μm,直波导长度为60.75μm,能够实现微分方程a与b系数的可调谐,仿真得到调节范围为a0:1.5007e10-1.5562e10,b0:4.5343e9-5.6473e9。同时,仿真分析了实现了温度调节电控,系数不同的微分方程的数值求解过程,归一化之后与真实微分方程曲线进行对比,误差不超过0.02。

      • 1
    • 基于双波长解调的光纤干涉型传声器研究

      崔丽兰, 田杨萌

      Abstract:

      本文提出了基于双波长解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉型传声器,采用归一化算法和微分交叉相乘处理(DCM)算法,实现了声信号的准确还原。在归一化算法中,利用椭圆拟合,实现了两路波长的光信号的归一化,减小了激光器输出波动对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响;在DCM算法中,通过信号处理及滤波,实现了声信号的准确输出,减小了温度等环境因素对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响。在实验中,采用对比法,测试了基于双波长解调的光纤FP干涉型传声器的特性,实现了灵敏度为210mV/Pa、频率响应为100Hz-3150Hz的声信号测量,能够很好的应用于语音识别、噪声测量、空气声探测等领域。

      • 1
    • 基于0.18µm SiGe BiCMOS工艺的25-Gbps宽带可变增益放大器

      曹庆珊, 郑吴家锐, 李硕, 何进

      Abstract:

      本文介绍了一种基于0.18 μm SiGe BiCMOS工艺的,可应用于高速通信的25-Gbps可变增益放大器(VGA)。可变增益放大器由核心电路、输出缓冲器和偏置电路组成。核心电路采用改进型Gilbert结构,增大了电路的增益动态范围;同时采用电感峰化技术克服大寄生电容来实现宽带特性。后仿真结果表明,该可变增益放大器的最大增益为20.15 dB,-3 dB带宽(BW)为26.8 GHz,可支持高达25 Gbps的数据速率。该可变增益放大器在3.3 V电源电压下的功耗为26.4 mW,芯片大小为1120 μm×1167 μm。

      • 1
    • 基于玻璃纤维环氧树脂的双陷波宽频微带天线设计

      张扬, 王二伟, 何剑

      Abstract:

      本文设计了一种新型的宽频微带天线,天线基本结构为回字形,在两个正方环主辐射贴片之间通过四个长方形辐射贴片进行连接。天线基板材质选用玻璃纤维环氧树脂复合材料,大小为30mm′45mm,厚度为1.6mm。天线结构采用电路板印制工艺进行图形化,参考地印制于基板背部。借助Ansoft HFSS 13.0进行仿真,在1~8GHz范围内进行扫频,可用频段为2.1GHz~4.3GHz,相对带宽为68%。文中给出了天线反射系数S11、电压驻波比VSWR、输入阻抗和增益方向图的仿真结果,分析了结构参数对天线辐射性能的影响,并通过实际测量与仿真进行对比,结果基本一致。所设计天线可用于无线局域网WLAN、蓝牙、ZigBee、WiMAX (3.4~3.69GHz)等,具有一定的参考意义。

      • 1
    • 布拉格光栅结构RGB波导复用/解复用器的光学特性

      陈直

      Abstract:

      具有优良性能的红绿蓝(RGB)三色可见光复用/解复用器是光学显示系统与可见光通信系统的核心部件,承担着调控光传输路径的重要任务。目前,被广泛使用的RGB复用/解复用器主要有棱镜型和光纤型两种,均由分立器件组合而成,不具备可集成性。针对系统小型化和集成化的发展需求,本文提出了一种基于布拉格光栅结构的RGB波导复用/解复用器,系统研究了刻槽深度、周期数量等光栅特征参数对该复用/解复用器的性能影响。研究表明,相对于传统的硅基材料,基于SU8材料的复用/解复用器具有良好的透过率和柔韧性,并且其结构紧凑,波导横截面只有几百纳米,长度仅为几十微米。该复用/解复用器的光学特性主要受到刻槽深度与周期数量的影响,表现为随刻槽深度的增大,反射谱的中心波长先红移后蓝移,反射谱的宽度几乎正比例增大,反射谱的峰值逐渐趋于饱和;而随着周期数量的增多,反射谱的宽度变化不明显,反射谱的峰值逐渐趋于饱和。基于这些特性设计的SU8材料布拉格光栅结构RGB复用/解复用器实现了复用和解复用的功能,为RGB复用/解复用器的小型化、集成化和柔性化奠定了基础。

      • 1
    • 基于双开口环型的太赫兹超材料传感器设计

      潘武, 肖惠云, 马勇, 刘博文, 杨龙亮

      Abstract:

      本文提出了一款可用于检测材料的折射率及厚度的双开口环型太赫兹超材料传感器,其结构由双开口方环与圆环嵌套的超材料结构和聚酰亚胺衬底两部分构成。当太赫兹波垂直入射到超材料表面时,该传感器结构在0.8~1.8THz范围内形成三个高Q值谐振峰。通过探讨超材料结构表面电流分布与三个谐振峰形成的关系,观察到超材料结构对入射太赫兹波的不同响应特性导致产生不同的表面电流分布。此外,还对该传感器在折射率传感和厚度传感方面的应用进行了探究。在待测物厚度一定的情况下,该传感器的谐振频率f1、f2和f3的传感灵敏度分别可达170GHz/RIU,103GHz/RIU和119GHz/RIU,均具有优越的传感特性,可利用其多谐振峰进行高灵敏度折射率传感。这种高灵敏度的多谐振峰折射率传感器可以检测到待测分析物的微小变化,在生物化学检测领域具有广阔的应用前景。

      • 1
    • 基于顶栅调控界面的石墨烯高增益光电探 测器

      樊安琪

      Abstract:

      本文利用Silvaco TCAD软件对石墨烯进行合理建模,复现了不同掺杂程度石墨烯 在实验上得到的双极性曲线。进而对顶栅调控石墨烯-硅光电导型光电探测器进行仿真,发 现顶栅可通过施加电压调控石墨烯的掺杂,内部的载流子类型及数量来改变了石墨烯和硅之 间的内建电势,实现提高增益的目的。这与我们在实验上制备得到的离子凝胶栅控石墨烯- 硅光电导型光电探测器在红外波段下增益的提升相吻合。本工作对红外光电探测器的增益优 化具有指导意义。

      • 1
    • 不同过渡热沉封装微盘腔半导体激光器热分析

      岳云震, 晏长岭

      Abstract:

      为了降低微盘腔半导体激光器工作时有源区的温度,提升封装的可靠性。基于ANSYS Workbench对不同过渡热沉封装的蜗线型微盘腔半导体激光器进行了热力模拟,得到了器件工作时的温度分布云图以及热应力、热应变分布云图。结果显示SiC封装在引入最小热应力的同时有源区温度有明显降低,较传统过渡热沉AlN陶瓷片、WCu10封装分别降低了2.18℃、3.078℃。石墨烯、CVD金刚石散热效果最好,但是引入的热应力约为AlN陶瓷片封装器件的两倍,是SiC封装器件的2.06倍。SiC封装可以有效的降低微盘腔半导体激光器工作时的有源区温度、减少封装应力、器件应变,提高器件的可靠性和散热能力。

      • 1
    • 基于SA-PSO算法的大功率LED芯片布局方式及参数优化研究

      饶刚, 金彬, 严帅, 王文军

      Abstract:

      针对大功率COB光源板高密度LED芯片布局导致的温度过高及照度不均匀的问题,对LED芯片布局方式进行研究。以目标面照度饱和为目标,对圆形布局光源板的半径大小与相同半径圆上最大LED芯片数量关系进行研究,构建对数函数方式的多圆形LED芯片布局。通过有限元仿真分析两颗LED芯片在不同间距下的温度变化,拟合得出LED芯片间距与耦合温升的关系曲线,构建整体LED芯片布局的温度分布模型;通过推导单个芯片的照度分布模型,构建整体LED芯片布局的照度分布模型;将模拟退火思想引入粒子群算法中,以照度方差与最高温度的归一化加权函数为目标对对数函数参数进行优化。在相同条件下,对传统等间距方式与对数函数方式LED芯片布局的光源板进行数值仿真,对比仿真结果发现经优化的对数函数方式LED芯片布局的光源板其照度均匀度更高,最高温度更低,表明SA-PSO算法对LED芯片布局参数优化的效果较为理想。

      • 1
    • 基于引导滤波及视差图融合的立体匹配

      陆明军, 叶兵

      Abstract:

      立体匹配是双目视觉领域的重要研究方向。为在保证图片纹理区域匹配精度的同时降低弱纹理区域的误匹配率,本文在传统引导滤波的基础上提出一种基于引导滤波及视差图融合的立体匹配方法。首先,根据图像颜色相似性将图片划分纹理较丰富区域和弱纹理区域。接着,分别采用不同参数的引导滤波进行代价聚合及视差计算得到两张视差图。然后依据纹理区域划分的结果对获得的两张视差图进行融合。最后,通过左右一致性检测、加权中值滤波等视差优化步骤得到最终视差图。通过对Middlebury测试平台上标准图像对的实验表明,该方法在6组弱纹理图像上的平均误匹配率为9.67%,较传统引导滤波立体匹配算法具有更高的匹配精度

      • 1
    • 真空荧光显示器阴极灯丝的可靠性设计分析

      张建平, 陈栋, 胡军, 宋昕一, 罗其波, 毛银杰

      Abstract:

      为了确保真空荧光显示器(vacuum fluorescent display, VFD)阴极灯丝发射电子的稳定性,建立了灯丝变形问题的简化模型,推导了在冲击载荷作用下挠度和最大应力的解析公式,通过与有限元计算结果对比证实了解析解的可靠性,并提出了灯丝关于结构参数可靠性设计的判据。结果表明:解析解准确地描述不同冲击载荷下VFD阴极灯丝的变形问题;最大挠度与最大应力发生在冲击载荷和VFD灯丝中点重合的位置,两者均随着灯丝加长或变细而增大,且直径对这一增大幅度的影响更明显;VFD灯丝关于长度和直径的设计判据精准高效、简单可行。研究结果可为真空荧光显示器灯丝的可靠性设计给予定性支持,并为改进灯丝性能提供了结构参数优化设计的定量依据。

      • 1
    • 陈婷1,袁严辉*,2,顾晓勤2

      陈婷, 袁严辉

      Abstract:

      以聚偏氟乙烯(PVDF)作为触力传感器的敏感元件,探究PVDF触力传感器的上下衬底材料的类型和厚度对传感器灵敏度的影响。通过压电材料的压电方程的理论计算,得到触力输入与电压输出的关系。通控制变量的方法,分析触力传感器的上下衬底的材料类型和厚度对传感器灵敏度的影响。有限元分析结果表明,上下衬底材料的厚度和弹性模量对触力传感器的灵敏度影响较大。当采用0.025mm的PDMS作为上下衬底材料时,触力传感器能得达到0.527mV/N的灵敏度。

      • 1
    • 基于PVDF的大面积触力传感器结构优化分析

      陈婷

      Abstract:

      以聚偏氟乙烯(PVDF)作为压力传感器的敏感元件,设计一款应用于大面积场所的压力传感器。通过压电材料中压电方程的计算,得到理论上压力输入与电压输出的关系。通过在ANSYS中改变压力传感器的上下衬底及基底材料和厚度,用控制变量法分析不同的材料和厚度对传感器灵敏度的影响。分析结果表明,上下衬底厚度越薄,仿真得到的电压值越接近理论值;上下衬底的弹性模量越小,仿真得到的电压值也越接近理论值,根据实际应用制作可以设计得到上下衬底材料采用PDMS且厚度为0.05mm时,能得到相对最优的PVDF压力传感器。

      • 1
    • PSO优化RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿

      刘宇, 秦小娟, 路永乐, 杨银川, 邸克, 黎人溥

      Abstract:

      针对微机械(MEMS)陀螺零偏受温度影响较大的问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法和径向基函数(RBF)神经网络的陀螺零偏温度补偿方法。通过对温度误差进行了分析和预处理,用粒子群优化算法搜索RBF神经网络的最优配置,再进一步优化RBF神经网络系数。实验结果表明,在-40℃至+60℃温度范围内,采用PSO-RBF神经网络的温度补偿方法使MEMS陀螺仪的零偏的最大误差和标准差减小到0.0034°/s和0.0013°/s,验证了该方法的可行性,对提升陀螺测量精度具有较强的工程应用价值。

      • 1
    • 一种星载多光谱TDICCD测试电路设计

      何达, 李金, 郭利, 易学东, 张建华

      Abstract:

      为了满足星载多光谱TDICCD的测试分析及参数评价,设计了一种多光谱TDICCD的测试电路。该电路由数字电压调节、驱动及信号处理三部分构成,以FPGA为核心,产生多光谱TDICCD工作所需的时序逻辑信号,时序逻辑经驱动电路产生相位正确的脉冲信号驱动CCD工作,CCD将光信号转变成电压信号,电压信号由LM98640进行模数转换成对应的数字量,FPGA将数字量编排成图像数据,通过Camera Link发送给PC机,PC机上位机软件按照国军标《电荷耦合成像器件测试方法》对图像数据进行处理、计算,得出CCD的各个参数指标。测试结果表明,该测试系统具备驱动电压在线实时调节功能,电路噪声为0.24mV,信噪比为56dB,测试重复性误差约为1.44%,满足星载TDICCD参数测试评价需求,已在某型光学卫星用TDICCD研制中得到应用。

      • 1
    • 近红外增强硅基图像传感器研究

      曲鹏程, 陈清华, 廖乃镘, 岳志强, 廖晓航, 刘昌林

      Abstract:

      电荷耦合器件(CCD)图像传感器具有噪声低、动态范围大、暗电流低等特点,在海洋、深空探测、对地遥感和科学仪器等领域具有极其重要的应用。CCD图像传感器采用硅材料制作,对波长大于1000nm光子的吸收能力差,导致器件的近红外响应低,使其应用场景受到一定程度限制。黑硅从紫外光(波长250nm)到近红外光(波长2500nm)都具有高吸收率,可以增强硅基光电探测器近红外响应灵敏度。通过黑硅增强技术,本文研制了近红外增强CCD图像传感器。研究结果表明,在400nm-1040nm波长范围内,反应离子刻蚀法制备的黑硅反射率小于7%,吸收率大于93%。即使在波长1500nm以上,黑硅吸收率仍可达60%。黑硅CCD近红外响应得到增强,在波长950nm和1060nm的量子效率分别达到和41.8%和16.1%。

      • 1
    • 一种提高大气等离子体加工后表面质量的方法

      张仕杨, 范斌, 万勇建, 辛强

      Abstract:

      大气等离子体加工技术是一种针对超光滑表面加工的技术,但是存在加工后光学表面产生沉积的问题。本文通过正交实验验证了通过提高光学表面初始温度和去除深度能够提高加工后光学表面质量,并说明了通过多次加工不仅能够提高光学表面初始温度,而且能够提高去除深度。实验结果说明在确定体积去除率下的多次加工能够改善加工后的表面质量,粗糙度Ra由8.48nm降到2.78nm。

      • 1
    • 短焦深空间光学相机的快速寻焦方法

      方俊博, 陈莫, 刘超, 鲜浩, 兰斌

      Abstract:

      短焦深空间光学系统受发射和工作环境的影响,易出现随机的离焦误差,导致成像质量严重下降。针对传统的寻焦方法速度慢、抗噪声干扰能力差的问题,提出一种可用于遥感图像的离焦深度探测法。该方法在仅通过不同位置获取两幅离焦图像的基础上,通过卷积、反卷积变换,较为准确的估计系统的离焦量。在无噪声和具有11.5dB随机噪声的情况下,17倍焦深范围内,估计离焦量的误差均值分别优于7%和10%。可以使成像探测器快速定位到准焦位置附近,然后在附近精确搜索。实验结果表明,相比于传统对焦深度法,几帧图像较几十帧图像的分析计算,大幅度降低了计算量,提高了寻焦速度。同时,该方法对遥感图像具有更准确的离焦量估计结果和更好的抗噪声能力。

      • 1
    • 空封光电耦合器内部多余物颗粒PIND检测概率研究

      李冰, 丁鹏, 金晖, 陈春霞, 鲍江, 石云莲

      Abstract:

      空封光电耦合器在PIND试验中对内部多余物颗粒的检测概率对于检测效果和器件可靠性具有重要意义,本文提出了利用电压采样数据分析PIND检测概率的模型,针对常见多余物颗粒类型制作试验样品并采样后,研究表明短金丝的检测概率较稳定且远大于陶瓷颗粒和导电胶颗粒在碰撞陶瓷内壁时的检测概率,但导电胶颗粒的检测概率在提高试验频率后有明显改善,据此提出了加强多余物颗粒控制与检测的措施,所用分析模型和研究方法可推广至其他空封元器件的PIND检测概率研究中。

      • 1
    • 面向激光无线传能的光场调控技术研究

      徐培源, 张文甲, 何祖源

      Abstract:

      在激光无线传能应用中,传能效率取决于激光器电光转换效率、空间传输损耗和光伏电池光电转换效率。其中,光场幅相特征与光伏电池排布的适配度对最终光电转换效率的影响巨大。本文对比了贝塞尔光束、艾里光束与高斯光束在激光能量传递中的光电转换效率,并且提出了利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式的逆向设计光场优化方法,实现了光场与光伏电池的阵列排布高适配度,以达到最优的光电转换效率。同时,本文针对不同距离以及不同角度下的光伏电池光电转换效率进行了实验研究。

      • 1
    • 一种适用于昼夜兼容CMOS图像传感器的动态范围拓展方法

      刘业琦, 祝晓笑, 刘戈扬

      Abstract:

      随着安防监控和车载摄像对CMOS图像传感器的应用需求越加广泛,微光成像和昼夜兼容成像技术变得越来越重要。拍摄场景中包含的光源、反光物体、阴影等明暗差别很大的目标,需要相机捕捉到可靠的图像信息并能分辨出物体的细节,这对CMOS图像传感器的动态范围提出了更高的要求。 本文设计了一种结合像素内可变电容结构和多次复位技术的动态范围拓展方法,研究了方法原理,分析了关键参数,说明了实现过程。该方法在CMOS图像传感器曝光过程中设置多个复位屏障,防止光电二极管寄生电容提前饱和,并保持信噪比大于能分辨目标细节的最小阈值,拓展了CMOS图像传感器的动态范围。在不同应用环境中通过改变像素内电容大小,同时提高了微光条件下的响应灵敏度和亮光环境下的满阱容量,满足昼夜兼容的应用需求。 本文使用MATLAB进行了模型仿真,试验结果证明该算法能在保持信噪比的同时拓展CMOS图像传感器的动态范围,昼夜兼容成像效果较好。

      • 1
    • 一种高速线阵CMOS图像传感器设计

      刘业琦, 张靖, 祝晓笑

      Abstract:

      提出一种高速线阵CMOS图像传感器电路结构设计。该传感器集成了光信号采集和列并行信号处理功能,同时实现了固定模式噪声消除、编程控制输出信号动态范围调节、10位精度列并行模数信号转换的功能。阵列规模8192×1像元,以100K frame/s的速度输出数字信号。设计采用cadence软件进行了计算机仿真。

      • 1
    • CMOS图像传感器抗电离辐照加固技术研究

      吕玉冰, 吴琼瑶, 刘昌举, 李明, 周亚军, 刘戈扬

      Abstract:

      太空环境中的电离辐射会导致 CMOS 图像传感器性能退化,甚至造成永久性损毁。本文对CMOS 图像传感器抗电离辐照加固技术进行了研究,从版图设计、电路设计方面提出相应的抗辐射策略,并进行了总剂量和单粒子试验,试验结果表明采用抗辐照加固技术设计制作的CMOS 图像传感器具备抗总剂量和单粒子辐照能力,当总剂量达到100k Rad(Si)和单粒子辐照总注量1x107p/cm2时,器件的关键指标变化符合预期要求。

      • 1
    • 基于石墨烯探测器非均匀性校正设计

      任思伟, 申钧, 祝晓笑

      Abstract:

      针对近红外探测器的图像非均匀性,文中利用偏置补偿的原理,提出了基于石墨烯近红外探测器的片上非均匀性校正方法,并基于石墨烯探测器的像元积分电路完成了对像元校正电路和DAC偏置电路的设计。通过在石墨烯探测器积分电路基础上分别增加了暗像元校正管和感光像元校正管,分别用于对暗像元支路和感光像元支路进行偏置补偿,进而实现对积分电流和积分电压的调节。同时,还设计了DAC偏置电路用于将非均匀校正码转换为对应的校正偏置电压,进而实现对石墨烯探测器图像中特定像元的非均匀性单点校正。相比传统非均匀性校正,采用该非均匀性校正方法可以满足对石墨烯探测器阵列中特定像元的非均匀性校正要求,且该方法简单,易于片内集成,无需增加额外的片外成本。

      • 1
    • 基于图像识别的仪表数据采集系统设计

      冉 建, 张婷婷, 姜俊

      Abstract:

      在电子产品生产或测试中,需要记录仪器仪表的数据,以便对产品的工作状态和性能进行分析。在仪器仪表不具备通讯接口的情况下,为了提高数据采集的效率,本文设计了一种基于图像识别的仪表数据采集系统。该系统主要包括摄像头,计算机以及用MATLAB编写的上位机软件。上位机软件首先通过摄像头获取包含仪器仪表的图像,然后截取仪器仪表中包含数据的区域,最后通过基于神经网络的图像识别算法识别截取区域的字符并存储为可以编辑的文本格式。通过测试,本设计识别仪表上字符的准确率达到98%以上。

      • 1
    • 一种基于列并行读出的数字化CCD图像传感器

      刘昌举, 任思伟, 刘戈扬, 王小东

      Abstract:

      本文介绍了一种用于高光谱成像的高速CMOS图像传感器,重点介绍了感光像素与读出电路设计。通过设计,像素具备了全局快门功能,列级电路实现了输出通道数可选功能,并优化了大面阵、低输出通道数情况下的高速模拟信号输出。最终实现的像素阵列大小为2048×256,像素尺寸为24um×24um,单通道最大输出频率为40Mpixel/s,最高帧频为4000fps,可满足高光谱成像系统对图像传感器的需求。

      • 1
    • 基于空谱联合特性的改进协同高光谱异常目标检测

      张炎, 华文深, 黄富瑜, 严阳, 索文凯, 贺宣

      Abstract:

      传统的协同表示的高光谱异常目标检测算法忽略了图像的空间信息导致检测精度不高,因此,本文提出了一种基于空谱联合特性的改进协同高光谱异常目标检测算法。该算法以像元为中心构建一定大小的空间窗从而提取能够代表像元类别的空间信息,得到了像元的图像块灰度向量,将像元的光谱信息和空间信息相结合,提出了光谱协同和空间协同的概念,最后将二者进行加权和得到了算法最终的检测结果。该算法通过对三组真实的高光谱数据进行仿真实验,并与经典算法的检测结果进行对比,验证了该算法的有效性和先进性。

      • 1
    • 高紫外CCD量子效率的技术研究

      王小东

      Abstract:

      硅基正照式CCD探测器的紫外谱段响应普遍较低。根据星上系统对CCD器件高量子效率的性能要求,基于减反射膜优化的研究基础,通过对正照式紫外线阵CCD光敏区的结构设计和工艺优化,提升了紫外谱段的相互作用量子效率。经测试评估,紫外线阵CCD器件在300nm~400nm谱段范围内平均量子效率可达46.13%,重点关注的340nm~390nm谱段范围内平均量子效率可达47.48%。研制的紫外线阵CCD探测器满足卫星系统的要求,该卫星已于2018年9月份成功发射,目前在轨工作状态良好。

      • 1
    • 星用紫外线阵CCD抗辐照性能的地面模拟试验与验证

      王小东

      Abstract:

      航天用CCD器件由于其工作环境的特殊性,有抗辐照能力的特殊要求。根据星用系统的要求,设计并制作了一款满足航天要求的全定制的紫外线阵CCD。该款CCD通过抗辐射加固技术设计,具有高紫外量子效率、大满阱容量、大动态范围的特点。紫外线阵CCD经过抗辐射加固的优化,最终产品通过了可靠性试验的考核,承受了30k rad(Si)的总剂量辐照和5.0×109质子/cm2的位移效应辐照,试验后仍满足型号卫星的全部要求,该卫星已于2018年9月份成功发射,目前在轨工作状态良好。

      • 1
    • 光OFDM系统中一种联合改进的低复杂度PTS峰均比抑制技术

      袁建国, 辛雪琪, 赵鑫鑫, 彭云, 袁江, 南蜀崇

      Abstract:

      光正交频分复用系统(O-OFDM)的缺点之一是存在高的峰值平均功率比(PAPR),部分传输序列(PTS)技术能够有效的降低高PAPR出现的概率,但是它的计算复杂度较高。针对其复杂度较高的缺点,提出一种可降低计算复杂度的二阶PTS和削波(Clipping)联合改进的PAPR抑制方案。该方案首先将初始的输入信号进行d级IFFT运算,再进行子块的划分,然后进行剩下的n-d级IFFT运算。仿真结果表明,该方案大大降低了计算复杂度,并且在峰均比抑制效果和系统误码率(BER)方面都得到了较好的改善,具有较高的实际应用价值。

      • 1
    • LED芯片电流扩散与尺寸的仿真分析

      虞炎林

      Abstract:

      LED芯片尺寸极大地影响着LED芯片内部电流密度分布,通过研究LED芯片尺寸与电流分布的关系,能帮助优化LED芯片设计,提升LED发光效率。本文从理论上讨论了LED芯片尺寸与电流分布的关系,并通过COMSOL MULTIPHYSICS软件研究了芯片尺寸对LED电流扩展能力的影响。仿真结果表明:大尺寸的LED芯片电流扩展能力相对较差,电流拥挤现象较为严重,电极周围区域电流密度显著高于其他区域,小尺寸电流密度分布较为均匀,但当LED芯片达到某一尺寸后,电流扩展能力变化趋于平稳。

      • 1
    • 用于3D打印的高功率蓝紫光半导体激光器及光场匀化技术的研究

      王玉, 张玲, 杨盈莹, 于海娟, 高瑀含, 白云瑞, 杨松, 邹淑珍, 董连和, 林学春

      Abstract:

      摘要:本文研究了用于高精度3D打印的高功率蓝紫光半导体激光器,及激光整形匀化光学系统的设计。采用非球面透镜将28个输出功率为350 mW的蓝紫光半导体激光器,分别耦合进纤芯直径400 μm、数值孔径0.22的光纤,光纤经捆绑合束进行功率扩展,输出功率达8.1 W。输出功率6.9W时对激光稳定性进行测试,2个小时内RMS功率不稳定性为±0.3%。利用Zemax软件设计了一组复眼透镜对激光光场进行整形匀化,模拟结果为均匀度从48%提高到86%,实验测量光场均匀度达到84.4%,获得了用于3D打印以及激光医疗等领域的高功率、高光场均匀度的蓝紫光半导体激光光源。

      • 1
    全选
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    2022年第43卷第4期
      光电器件
    • 宋奇,梁春军,何志群

      2020,41(4):485-488, 541, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.006

      Abstract:

      采用2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(浴铜灵,缩写:BCP)有机小分子作为钙钛矿薄膜与电子传输层之间的界面修饰层,从而使得反型结构的钙钛矿太阳电池性能得到显著改善。通过扫描电子显微镜研究发现:BCP分子可在钙钛矿薄膜样品表面的晶界间充分填充,推测其抑制了界面缺陷态的产生。进一步研究器件内部界面电荷的累积,并结合交流阻抗谱的分析,证实经BCP钝化的钙钛矿太阳电池中界面电荷的累积减少,光生载流子的复合被抑制,电池的光电转换效率由原来的15.7%提升到了17.4%。

    • “光子、光电子集成技术”专题
    • 孙小强,刘崧岳,李鹏飞,尹悦鑫,张大明

      2022,43(2):207-217, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022030902

      Abstract:

      随着网络传输数据的爆炸式增长,传统集成电路芯片面临着难以进一步提升交换速率及继续扩大容量等挑战。相较于传统电子芯片,硅基光子器件具有交换速度快、功耗低、带宽大和与CMOS工艺兼容性好等优点,可满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算光互连的迫切需求,被视为在后摩尔时代突破芯片容量最具前途的解决方案,受到日益广泛关注。文章介绍了硅基光子芯片中光开关单元及阵列的技术原理和发展现状,重点论述了MZI型、MRR型开关单元,以及常见阵列拓扑结构,介绍了近年来大规模光开关阵列的国内外研究进展,讨论了未来硅基光开关及阵列研究中面临的主要问题和解决方法。

    • 光电技术及应用
    • 王彦秋,冯英伟

      2020,41(4):582-586, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.025

      Abstract:

      针对目前图像特征点人脸识别算法匹配精度低等缺点,提出了一种基于卷积神经网络的人脸识别算法。该算法采用传统算法算子融合卷积神经网络进行识别,首先采用局部感受野的思想,将整体图像进行分割,得到局部图像集合,并将该集合中每个局部图像像素存储在像素矩阵Ai中。然后对各个局部图像进行卷积运算,得到局部图像之间的内在特征联系,存储于Bi矩阵中,并池化进行特征映射。最后,训练出网络加权系数并求出识别结果。实验结果表明,相比其他算法,所提算法改善了原有算法图像特征点匹配精度低的问题,验证了所提算法的有效性。

    • 材料,结构及工艺
    • 王健越,魏雅平,邱龙臻,朱俊

      2020,41(4):531-534, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.016

      Abstract:

      偏振发光薄膜在液晶显示中有潜在的应用,可有效降低能耗。制备偏振发光薄膜的关键在于对发光材料进行有序的取向。以各向异性的CsPbBr3纳米线为发光材料,使用偏心旋涂法对其进行取向并制备偏振发光薄膜。采用荧光光谱仪测试薄膜的偏振度,使用扫描电镜观察纳米线的取向形貌。通过改变偏心旋涂的基底、纳米线分散液的浓度和溶剂组分来优化纳米线薄膜的取向,获得了良好的荧光偏振度。

    • 光电技术及应用
    • 霍恺丽,刘开贤,陈新桥,狄晗

      2021,42(1):116-120, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.021

      Abstract:

      提出了一种基于光纤中四波混频(FWM)效应实现对光信号的再放大和再整形的2R再生功能的方法,分析了该方法的工作原理,设计了一种基于光纤FWM效应实现光信号2R再生的光纤传输仿真系统。仿真结果表明,2R再生信号良好,系统Q值达到21.59,验证了该方法的可行性。所设计的2R再生方案中,泵浦光的波长与功率是影响FWM效率和2R再生性能的主要因素,对其进行了扫参研究,得出泵浦波长为1548nm、功率为40dBm时,2R再生性能最优。

    • 动态综述
    • 王宏建,杨涛,廖润钱,宋昶

      2021,42(4):458-463, 478, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.04.002

      Abstract:

      SiC作为第三代半导体材料的典型代表,因具有优异的物化性能,在功率器件领域具有极大的应用前景。文章简要介绍了激光制孔的基本原理,综述了SiC的长脉冲与超短脉冲激光制孔研究进展,对比了长脉冲与超短脉冲激光的加工特点,分析了不同脉冲宽度下SiC的制孔效果。同时,介绍了GaN/SiC,AlGaN/GaN/SiC等SiC功率器件的激光制孔研究现状。最后,指出了SiC及其功率器件激光制孔面临的挑战,并展望了未来的发展方向。

    • 罗元,肖航,欧俊雄

      2020,41(6):757-767, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.06.001

      Abstract:

      深度学习技术在计算机视觉领域的应用日趋广泛,基于深度学习的目标跟踪技术是当前计算机视觉领域的一项重要研究课题。文章首先对国内外目标跟踪技术的发展历程进行了回顾和梳理,详细介绍并对比了部分典型的基于深度学习的目标跟踪方法;然后介绍了几种目标跟踪领域的典型数据集;最后对基于深度学习的目标跟踪技术的研究进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。

    • 光电器件
    • 杨洪,李金,白雪平,任思伟,袁世顺,翁雪涛

      2021,42(1):25-29, 65, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.004

      Abstract:

      设计制作了一款具有开窗功能的行间转移CCD,其阵列规模为640×480元,像素尺寸为7.4μm×7.4μm,可在4种窗口分辨率,即640×480元、228×480元、640×164元和228×164元下开窗工作,具备单、双通道输出信号功能,当器件窗口分辨率为228×164元、以双输出通道模式工作时,帧频能够达到500f/s,可以应用于高速目标识别领域。

    • “光子、光电子集成技术”专题
    • 马浩然,李筱敏,王曰海,杨建义

      2022,43(2):218-229, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022030402

      Abstract:

      硅基光子芯片以光子为信息传输媒介,具有高带宽、高速率、高集成度,及与CMOS工艺兼容等优点,在多个领域具有应用价值。文章首先介绍了几种硅基光子芯片的加工平台,包括绝缘体上硅(SOI),SiN,Ⅲ-Ⅴ族材料(如GaAs和InP)和硅衬底上铌酸锂薄膜,然后回顾了硅基光子芯片在光通信与光互连、光计算、生物传感、激光雷达(LiDAR)和光量子领域的发展现状和挑战,最后进行了总结。

    • 动态综述
    • 陶源盛,王兴军,胡薇薇

      2021,42(1):1-10, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.001

      Abstract:

      微波滤波器是无线通信、电子雷达等射频系统中的关键组件之一。硅基微波光子滤波器具有集成化、带宽大、可调谐性强、抗电磁干扰等显著优势,近年来得到了广泛的关注与研究。文章从微波光子滤波器的工作原理出发,分别综述了非相干型与相干型两类硅基微波光子滤波器的最新研究进展,并分析了当前面临的问题与挑战。最后,对硅基微波光子滤波器的发展现状进行总结,并对下一步的研究方向进行了展望。

    • 光电技术及应用
    • 袁建国,赵富强,覃陆祯玥,徐一为,熊首泽

      2020,41(4):592-597, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.027

      Abstract:

      针对星座图的射频(RF)指纹识别方案中,低信噪比环境下识别准确率低的问题,提出一种基于欧式距离与幅度距离的二维识别算法来进行RF指纹识别。该方案通过对星座图进行优化处理,可从优化后的星座图中提取识别性能更好的RF指纹,再通过二维识别算法来提高识别准确率。仿真结果表明:与仅用欧式距离作为判断依据的方法相比,所提出的二维识别算法的识别准确率最高可提升8%,在设备容量为50组的情况下识别准确率为77.8%,并且从优化后的星座图中所提取的RF指纹具有更好的唯一性和稳定性。

    • 王登峰,姚鑫,焦仲科,刘玄,董帅

      2020,41(4):542-547, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.018

      Abstract:

      量子时域鬼成像利用光子对的时间-频率关联性实现了50km光纤链路上的图像传送,有望应用于量子通信的协议中。然而,现有方案的成像质量较差,成像速度较慢,因此其应用性在一定程度上受到了限制。文章对已有成像方案进行了较大的改进,利用可编程滤波器数字设定待成像信息,进而实现了二维图像信息的自动化实时传送。实验结果证明,改进方案的成像质量和速度均有显著改善,有利于推动量子关联成像在量子通信领域的应用。

    • 动态综述
    • 花金平,江毅

      2021,42(1):11-19, 56, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.002

      Abstract:

      可调谐外腔半导体激光器具有线宽窄、调谐范围宽、单模输出、输出功率高等优良特性,在白光干涉测量技术、波分复用系统、相干光通信、光纤传感等领域有着广泛的应用。文章首先介绍了可调谐外腔半导体激光器的基本原理以及各种典型外腔结构的调谐机理,然后根据外腔结构阐述了各种可调谐外腔半导体激光器的最新研究进展,分析了不同外腔结构的优缺点,最后对可调谐外腔半导体激光器的不足进行了总结,展望了其未来发展趋势。

    • 光电技术及应用
    • 瞿鹏飞,肖永川,庾财斌,孙力军

      2020,41(4):555-559, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.020

      Abstract:

      针对模拟微波光子链路中附加相位噪声对微波信号相位噪声的恶化问题,详细研究了光链路中白噪声及有色噪声的产生机理,建立了光链路的附加相位噪声理论模型,阐述了附加相位噪声的变化规律,并通过实验证实了模型的正确性。同时针对本振信号的多路光分配典型应用,提出了EDFA 辅助的附加相位噪声优化措施。实验结果表明所提出的相位噪声模型能够有效地应用于微波光子链路,能对附加相位噪声的分析和优化提供理论依据,具有较大的工程指导意义。

    • 光电器件
    • 崔大健,周浪,奚水清,任丽,兰枫,郭精忠

      2020,41(4):480-484, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.005

      Abstract:

      设计了一种由平衡光电二极管芯片和跨阻放大器混合集成的星载高灵敏度平衡光电探测器。平衡光电二极管芯片采用双InP-InGaAs光电二极管单元单片集成的内平衡结构,以降低芯片自身噪声,提高探测器灵敏度。通过Cadence仿真软件对集成了正负双向电流输入电路、自动增益控制电路和反相器型输入电路的闭环放大器结构进行了仿真,得到等效噪声功率、带宽和增益三者之间的关系,制作出适配平衡光电二极管芯片的跨阻放大器。搭建1.55μm激光测试系统对研制的探测器进行性能测试,结果显示,其3dB带宽为1.58GHz,等效噪声功率密度为5.96pW/Hz1/2,共模抑制比为42.04dB(@DC~1.58GHz),在相干激光通信系统中的接收灵敏度达到-61dBm。

    • 动态综述
    • 徐亚萌,孔梅

      2020,41(4):455-463, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.001

      Abstract:

      片上折射率传感在安全检查、环境监测、健康诊断和食品监督等领域有着广阔的应用前景,基于硅基微环谐振器的折射率传感器具有微型化、集成化等优点,已成为当前研究的热点。文章首先对硅基微环谐振器的折射率传感探测原理进行了介绍,然后依据探测原理分类梳理了国内外硅基微环折射率传感的最新研究进展,并分析总结了不同传感探测原理的优缺点,最后讨论了现阶段硅基微环谐振器在折射率传感中存在的问题和未来的发展方向。

    • 光电器件
    • 梁贺龙,刘武,许海军,訾鹏

      2021,42(1):30-34, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.005

      Abstract:

      针对流速传感器的高分辨率需求,提出了一种基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器。该传感器由纤毛、电极层、上部结构层、中间连接层和下部支撑层等多层结构构成,其中上部结构层一方面采用不对称梳齿结构实现差分电容检测,另一方面布置周期性调制梳齿实现系统势能函数呈现双稳态。通过流体-固体力学-静电多物理场耦合分析,得到电容随流速的变化关系,分辨率优于0.001m/s,另外通过调制梳齿的静电场分析,绘制出系统势能函数曲线。最后,基于MEMS加工技术,通过设计合理的工艺流程制备出了该传感器。

    • 沈成荣,董新永

      2020,41(4):505-508, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.010

      Abstract:

      提出一种基于随机光栅与高反射布拉格光栅(FBG)相结合的可调谐随机光纤激光器。利用980nm泵浦光源泵浦一段7m长的掺铒光纤(EDF)进行增益放大,由随机光栅提供随机反馈。随机光栅长7cm,具有约10000个折射率修改点,这些点由飞秒激光逐点写入,并沿光纤方向随机分布,两点相邻间隔小于10μm。同时,利用中心波长为1548nm的高反射FBG来组成半开放腔结构,实现了随机激光的输出。实验测得的泵浦阈值功率仅为18mW,斜率效率高达13.2%,并通过改变FBG的中心波长,实现了输出激光波长的可调谐,调谐范围为4.45nm(1548.04~1552.49nm)。得益于半开放式激光腔的设计和EDF的高增益,整个系统具有阈值低、效率高、结构简单等优点。

    • 江景祥,舒碧芬,梁齐兵,黄妍,崔高峻,喻祖康

      2020,41(4):494-499, 504, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.008

      Abstract:

      为探索以菲涅耳透镜为聚光器的聚光光伏模组中,多结电池中心局部高辐射功率对短路电流的影响,测量菲涅耳透镜的高亮度光斑直径,并据此分别测试室内不同局部光照面积下和户外不同尺寸透镜下的GaInP/GaInAs/Ge三结电池的短路电流,利用电路网络模型分析实验结果。结果表明,短路电流与局部聚光的面积无关;小尺寸菲涅耳透镜聚焦下,沿光轴电流与辐射功率同步变化;透镜尺寸增大到一定程度,电池中心局部承受过高辐射功率,电流受峰值隧穿电流限制,宏观体现为焦平面处短路电流下降。电池放置在焦平面两侧,均可缓解局部高辐射功率,短路电流最高提升 8.0%。

    • 光电技术及应用
    • 孙艺洋,许金凯,张向辉,程亚亚,于占江,于化东

      2021,42(2):281-288, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.02.023

      Abstract:

      数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据。通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法,发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要。针对自动调焦问题,提出一种分段递进搜索方法,将搜索过程分为两个过程:大步距粗调和小步距精调,分段搜索最优解。然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能。实验结果表明,所提分段递进搜索方法适用性更强,并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性。

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