《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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2025,46(2):189-194, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250201001
Abstract:
提出一种基于马赫 -曾德尔干涉仪(MZI)与光电振荡器(OEO)的高灵敏度光纤磁场传感器。基于光电振荡器的传感原理，建立了该 MZI的波长灵敏度与 OEO频率灵敏度之间的映射关系，揭示了 OEO频率灵敏度随干涉仪波长灵敏度增加而提升的趋势。为制作马赫 -曾德尔干涉仪，采用将两根单模光纤间错位拼接一段锥形光纤的方法，该结构可将宽带光源发出的光调制为正弦光谱。实验结果表明，在 1. 6~12. 8 mT磁场范围内，该传感器的频率灵敏度达 324 Hz/ mT，对应的测量误差在 ±0. 96 mT以内，验证了该传感器在磁场测量中具有高灵敏度和稳定性。
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2025,46(2):195-201, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250324002
Abstract:
光纤局域表面等离激元共振(LSPR)传感具有无标记检测、样本消耗量少和远距离传感等优点。文章利用液 -液界面自组装方法，在光纤上快速组装均匀且致密的金三八面体单层膜，成功制备了光纤 LSPR传感器。表征结果显示，光纤表面金三八面体排列规则，分布均匀且覆盖率高，未出现纳米颗粒团聚现象。仿真分析表明，相较于同一尺寸的金纳米球，金三八面体的多尖端结构能够产生更显著的局部电场增强效应。结合微流控技术，利用该光纤 LSPR传感器成功实现了不同浓度蔗糖溶液的折射率传感，最高灵敏度可达 312 nm/RIU，展现了良好的检测性能。
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2025,46(2):202-208, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241217001
Abstract:
随着信息技术的不断发展，通信系统对数据传输速率的要求不断提高。为扩展高频带宽并降低电路功耗，文章设计了一种用于接收 1/4速率架构的 60 Gb/s PAM4信号 SerDes接收端。该设计提出采用跨导 -跨阻(Gm-TIA)结构的连续时间线性均衡器(CTLE)与并行四抽头前馈均衡器(4-tap FFE)相结合的均衡策略以扩展高频带宽，并采用 1/4速率结构进一步降低功耗。电路基于 28 nm CMOS工艺实现，在 1.05 V/1.2 V电源电压下，后仿真结果表明:在奈奎斯特频率 15 GHz处，CTLE可补偿 18. 5dB的信道衰减；经 4-tap FFE均衡后，输出眼图的眼宽为 0. 6UI，眼高为 120 mV；整体接收端功耗为 83. 71 mW，能效为 1. 40 pJ/bit，版图核心面积为 394. 55 μm× 343. 53 μm。所设计的电路适用于高速串行接口等通信应用。
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2025,46(2):209-215, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241224001
Abstract:
基于光子传输理论和电子与半导体相互作用理论，建立电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)中电子倍增层的二次电子波动性引起的增益噪声形成机制模型。采用蒙特卡罗模拟方法，计算二次电子的信噪比，重点分析入射电子能量、钝化层种类与厚度、电子倍增层厚度与掺杂浓度等系统参数对增益噪声的影响。结果表明，使用 Al2O3钝化层材料，并通过减薄钝化层厚度、降低掺杂浓度、减少电子倍增层厚度以及降低工作温度等一系列措施，能有效提高电子倍增层的信噪比使其达 75. 35 dB。本研究成果对 EBCMOS电子倍增层的制备具有理论指导意义。
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2025,46(2):216-225, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241127001
Abstract:
针对中波弱光探测下线性模式 APD的需求，设计基于 InAs/GaSb二类超晶格和 AlGaAsSb四元合金分别作为吸收层和倍增层的雪崩光电探测器。通过构建 AlGaAsSb合金的碰撞电离模型，基于 SILVACO-ATLAS仿真平台系统模拟了倍增层厚度及掺杂浓度、吸收层厚度及掺杂浓度等结构参数对器件 I-V特性、电场分布以及瞬态响应的影响，从而获得最佳的模型参数以减小暗电流和提高增益。同时，也探究了不同温度对器件性能的影响。仿真结果显示在 300 K温度下，工作电压下的增益为 16. 4，在击穿电压处的最大增益为 129. 5，比探测率为 2. 39×1011 cm·Hz1/2·W.1。该研究可为在室温下工作的中波红外雪崩光电二极管提供理论参考。
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2025,46(2):226-231, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241010001
Abstract:
针对 GaN基蓝光 Micro-LED芯片，文章采用电流 -电压(I-V)特性和电流噪声功率谱密度分析相结合的方法，系统研究该器件电流输运机制及其在不同电流注入条件下的低频噪声特性。研究结果表明:在低电流注入区间(1 nA
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2025,46(2):232-239, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250127002
Abstract:
基于 XFAB 180 nm CMOS工艺设计并实现了一种新型事件驱动视觉传感器
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2025,46(2):240-247, DOI:
Abstract:
文章对聚(3，4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)和氧化钼(MoOx)两种空穴传输材料及其所制备的 n-Si异质结隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳电池进行了系统地比较研究。首先，对比了 PEDOT∶PSS和 MoOx薄膜的功函数、电阻率、光吸收及对硅片的减反射作用等光电特性；随后，根据薄膜性质设计并制备全背电极结构的 PEDOT∶PSS/n-Si和 MoOx/n-Si异质结 TOPCon太阳电池，通过量子效率(EQE)、光照 /暗态 J-V曲线及稳定性测试对比性能。结果表明，PEDOT∶PSS/n-Si太阳电池具有更高的 P-N结质量和转换效率，而 MoOx/ n-Si太阳电池则具有更高的开路电压和稳定性。本研究为基于非掺杂硅基异质结太阳电池优化提供了理论参考。
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2025,46(2):248-254, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250324003
Abstract:
随着遥感卫星设计寿命需求逐步提升，图像传感器作为遥感载荷的核心器件，其寿命直接决定了卫星的整体寿命。目前，CMOS图像传感器已成为遥感载荷中可见光探测的主要器件，但现有寿命评估方法仍以质量保证试验为主，缺乏定量化分析。文章提出一种基于任务需求的 CMOS图像传感器寿命评估方法，以虚拟的遥感任务为例，在设计阶段对 CMOS图像传感器进行可靠性设计分析，并在试验阶段制定质量保证方案。通过辐照试验重点研究器件受辐照后的性能退化规律，结合任务环境中的累积辐照量预测，定量评估遥感相机寿命末期 CMOS图像传感器的成像信噪比等关键指标。结果表明，在 8年设计寿命内，器件性能退化可控，信噪比满足任务需求。该方法可为长寿命遥感相机的可靠性设计与验证提供理论支撑。
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2025,46(2):255-260, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241205001
Abstract:
基于超结理论，设计出一种深槽型半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(DT-SSJ VDMOS)，通过 Silvaco TCAD仿真平台模拟了其电学特性，并与深槽型 VDMOS
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2025,46(2):261-268, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241113002
Abstract:
文章采用等离子体增强化学气相沉积法制备 In掺杂 β-Ga2O3薄膜，系统研究了 In掺杂对 β-Ga2O3基日盲光电探测器性能的调控机制。该探测器在 5V偏压、254 nm波长光照(275 μW/ cm2)条件下展现出优异性能:最大光响应度达 480 mA/W，探测度达 6. 42×1013 Jones，外量子效率为 235%，光电导增益为 2. 15，最大光暗电流比接近 1×106。高温生长更有利于 In的掺入，相对于不掺 In情况，相同光照和偏压条件下掺 In后 β-Ga2O3薄膜光电流明显增大。薄膜中的氧空位与晶格缺陷会对光电探测器性能产生关键影响，其中高占比的表面氧空位通过吸附氧分子和形成表面势垒，影响电子积累与输运，从而在 254 nm紫外光照射下提高了光电流响应，而光响应参数随光强增加而减小主要由于载流子的散射与复合。该探测器对深紫外低光强的极高灵敏度保证了其在光学传感应用中的巨大潜力，此研究还为高效率 In掺杂 Ga2O3的深紫外光电探测器提供了新的设计思路。
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2025,46(2):269-274, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250209001
Abstract:
提出并研制了一种基于光栅辅助反向耦合器的粗波分复用器芯片。该器件由三个具有不同反射波长的光栅级联而成。引入光栅辅助反向耦合器结构，不仅省去了使用分立的环形器，同时有效规避了传统片上分束器带来 6 dB的附加损耗问题，还能有效抑制反射光对信号光的串扰。基于绝缘体上硅平台，通过优化光栅宽度、周期数量等关键参数，并结合切趾化设计方法，成功研制出三通道的粗波分复用器芯片。实验结果表明，器件的片上插损约为 2.5 dB，信道串扰低于 .24 dB，光谱呈现典型箱式响应，芯片面积仅为 0.6 mm×1.5 mm。该研究成功突破了基于常用结构粗波分复用器件尺寸大、带宽小和难以获得箱式光谱响应的技术瓶颈。所研制的芯片在城域接入网、光纤到户、数据中心互联及硅基光子集成系统等领域具有重要应用价值。
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2025,46(2):275-283, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241225001
Abstract:
集成式干涉光纤陀螺(Integrated Interferometric Fiber Optic Gyroscope，I-IFOG)凭借微型化、低功耗的特点，成为新一代干涉式光纤陀螺的技术方案。由于光学器件在芯片化集成后不再以保偏光纤连接，无法保持偏振态稳定，陀螺的角速度测量精度和稳定性大大降低。偏振误差问题将进一步制约 I-IFOG的实际使用。文章根据 I-IFOG的光路结构，采用琼斯矩阵建立了集成光学芯片的偏振度与陀螺相位误差的数学模型。通过数学模型分析可知，影响偏振误差的主要原因为集成光路中偏振串扰、模式色散等引起的非互易性相移误差。因此，在集成光路中设计了一种新型波导起偏器，用于滤除不需要的偏振光，使信号光保持高偏振度。利用偏振分析仪对信号光偏振态测试，所提出的起偏器结构与传统偏振器相比，偏振度提高了 7. 16%，偏振消光比提高了 39. 8%。最后，搭建了基于所提出的偏振误差抑制方法的集成光纤陀螺试验样机，并进行了整机静态性能测试。集成光纤陀螺样机实现了地球转速的测量，测量精度为 0.112 9(.)/h。
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2025,46(2):284-292, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20240601001
Abstract:
MEMS热电堆红外探测器作为一种重要的红外探测技术，已在众多领域得到了广泛应用。随着红外技术的不断发展和应用需求的不断增加，对热电堆红外探测器的性能指标也提出了更高的要求。文章设计了一种在吸收区集成超表面结构的热电堆探测器，该结构对 9~11 μm的红外光吸收率增大到 70%，同时，将热偶条形状设计为热端窄、冷端宽的四边形结构，可使热端向温度集中区进一步延伸，并有效降低了内阻。通过有限元仿真软件对结构进行仿真，结果显示，集成超表面后的探测器响应电压可达到 37. 876 mV，响应率和探测率经计算后分别为 41. 9 V/W和 1. 97×108 cm·Hz1/2·W?1，相较于未集成的探测器，其性能分别提升了 38. 9%，38. 7%和39. 7%。
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2025,46(2):293-298, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250311002
Abstract:
单晶硅作为半导体器件的核心基础材料，具有高硬度、高脆性和低断裂韧度等特性，在微纳加工领域面临显著挑战。激光加工技术广泛用于单晶硅微结构加工，但其固有的热效应易导致材料热损伤。针对这一问题，文章提出一种基于激光电化学复合的硅晶圆通槽加工新方法，用于硅晶圆通槽的高质量加工。该方法基于单晶硅导电性随温度升高的物理特性，通过激光的光 -热耦合效应激发材料的导电活性，实现激光刻蚀与电化学溶解的协同作用机制。研究揭示了激光诱导电化学加工的物理化学机理，并据此设计了相应的试验装置与工艺方案。对比实验数据表明，激光电化学复合加工在表面质量方面优于传统激光干切方法。通过参数优化实验发现，当施加电压达到 40 V时，加工表面粗糙度可显著降低至 310 nm，相较于基础工艺有较大提升，展现出优异的加工质量调控能力。
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2025,46(2):299-306, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20240721001
Abstract:
少模光纤作为实现模式分复用的关键技术，已成为提升光纤通信传输容量的研究热点。文章通过有限元建模方法，分析研究了普通阶跃少模光纤、环芯少模光纤以及椭圆型环芯少模光纤的弯曲半径、纤芯半径对其弯曲特性的影响。通过对比分析有效折射率、弯曲损耗以及有效模场面积三个性能指标，得出结论:弯曲对于三种少模光纤各阶模式的有效折射率影响较小；随着弯曲半径的增大，少模光纤的弯曲损耗呈下降趋势，而有效模场面积呈增加趋势；环芯少模光纤由于其特殊的纤芯结构，表现出更高的折射率差，椭圆型环芯少模光纤各模式间的重叠最小。本研究不仅为对少模光纤的结构设计及优化提供参考，还为进一步探究少模光纤在高质量的信号传输中的应用奠定理论基础。
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2025,46(2):307-312, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241106001
Abstract:
针对通感一体化技术卫星通信对超宽带、圆极化的双重需求，提出一种加载弧形枝节的超宽带圆极化微带天线设计方法。该天线通过对方环天线进行裁剪处理，有效调节表面横向电流和纵向电流，以产生圆极化波。此外，通过在天线加载两个 1/4圆弧型枝节，进一步扩展了天线的轴比带宽。同时，通过设计天线底层的临近耦合馈电结构，与天线顶层产生谐振，实现天线小型化，并扩展阻抗带宽。从仿真和测量结果可以看出，天线为右旋圆极化辐射；阻抗带宽为 9. 06~22. 55 GHz(85. 4%)；3 dB圆极化轴比带宽为 9. 91~21. 54 GHz(74%)；峰值增益为3. 5dBi；尺寸为 11. 7 mm×11. 7 mm×0. 127 mm(0. 38λ mm×0. 38λ mm×0. 127 mm，λ 为 9. 91 GHz对应的自由空间波长)。所设计的天线结构简单紧凑、工作频带宽，能覆盖 Ku波段。
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2025,46(2):313-317, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20240923003
Abstract:
氧化物 /金属 /氧化物多层结构透明电极被认为是氧化铟锡的潜在替代品。采用磁控溅射法制备超薄金属基透明电极，研究高真空退火处理对多层透明电极微观结构、表面形貌和光电性能的影响。实验结果表明，高真空退火处理影响了透明电极的晶粒尺寸和表面形貌，使薄膜变得更加致密，对载流子散射损耗更低，进而提升了光电性能。在 200℃高真空环境下退火处理 1h后，超薄金属基透明电极仍保持较好的光学性能和电学性能，方块电阻为 8. 34 Ω/□，平均可见光透射率接近 96%，品质因子高达 1 090. 45 /Ω。经高真空退火处理后，超薄金属基多层透明电极具有良好的热稳定性和优异的光电性能。
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2025,46(2):318-326, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241230001
Abstract:
面向星载激光测高系统回波模拟设备对长距离传输、高精度延时的需求，提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)片上特殊延迟资源的全数字式脉冲延时发生器(DDG)架构。该自测量补偿型 DDG采用 “内插延时线 +三级粗、细时间延迟电路 ”的复合结构设计，通过多级协同控制实现从亚纳秒到毫秒量级的高精度延时覆盖。系统核心采用基于 CARRY4进位链的内插延时线模块，可精确测量外部触发信号到达时刻与 FPGA时钟采集沿之间的时间差，为延时起点提供精确基准。延时控制采用分级递进:首级粗时间计数通过时钟周期累加实现毫秒级延时；次级粗相位调节完成时钟周期内整数倍延迟单位的补偿；末级细相位调节依托可编程延迟单元实现精细调节。DDG设计中包括抖动自测量和校准方法，适用于内部和外部触发，其设计资源完全依赖于 FPGA片内基础资源，确保了设计的广泛适应性。实验结果表明，当使用频率精度为 ±0. 5 ppm的振荡器时，在补偿后的外部触发模式下，时间最小延时步进可达(37. 5±7. 5)ps，在 2 ms延时下输出抖动优于 270 ps(均方根误差为 31 ps)，验证了该架构在星载激光测距系统中的工程适用性。
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2025,46(2):327-335, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20250311001
Abstract:
高精度光纤陀螺仪(FOG)的发展方向呈现集成化和小型化趋势，其核心目的在于通过结构优化实现器件微型化的同时保证测量精度的提升。文章基于系统级封装方式，将光纤陀螺信号处理电路的 ADC、FPGA、DAC裸芯(DIE)通过键合线工艺集成至单一基板。针对金丝键合线的物理参数(线径、跨距、弧高)对信号完整性的极大影响，构建精细化电磁仿真模型，系统探究键合线几何参数与基板微带线宽度间的耦合效应对信号传输质量的影响机制。通过引入 L9(3?)正交试验法，对四组关键参数组合开展多目标优化分析，得到针对 FOG信号处理电路的 SiP键合线及基板微带线最佳组合方案，为光纤陀螺信号处理电路的系统级封装集成化提供工程实践参考。
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2025,46(2):336-341, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241101001
Abstract:
针对准循环低密度奇偶校验(Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check，QC-LDPC)码中存在的短环结构会严重影响码字纠错性能的问题，文章提出一种基于减法构造搜索算法的新颖 8环 QC-LDPC码构造方法。该方法利用减法构造(Subtraction Construction，SC)的搜索算法来构造围长至少为 8的 QC-LDPC码。具体实现过程为:首先采用 Golomb Ruler序列确定指数矩阵的首行元素，继而通过 SC搜索算法迭代生成后续元素，最终构造出满足无 4，6环约束条件的指数矩阵，并据此生成奇偶校验矩阵。仿真结果表明，当误码率为 1×10?6时，相较于同码率、码长的QC-LDPC基准编码方案，所提出的 SC-QC-LDPC码在码长为 1 200和 3 600时的净编码增益分别最小能改善 0. 23和 0.12 dB，展现出优异的纠错性能。此外，该构造方法兼具码长和码率配置灵活性和较低的计算复杂度优势。
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2025,46(2):342-349, DOI:
Abstract:
高精度光纤陀螺广泛使用掺铒超荧光光纤光源，其输出光的平均波长会随着使用时间的增加发生漂移，导致光纤陀螺标度因数稳定性不能满足长期使用需求。文章提出一种平均波长长期稳定性提升技术，首先加入了泵浦功率控制回路，稳定泵浦功率减小泵浦源老化带来的泵浦功率损失和平均波长漂移；然后加入高斯滤波方案，滤除光谱中不稳定波段光以提升光谱稳定性与对称性，并通过仿真模拟优化了滤波器参数。实验结果表明，使用该方法的光纤陀螺光路平均波长稳定性提升了 88%，其在常温下 9个月内的标度因数稳定性优于 5 ppm，并且改进后光纤陀螺其他性能参数未见明显劣化，验证了该方法的有效性。
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2025,46(2):350-359, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241129001
Abstract:
针对螺栓在长期工作中出现松动、蠕变，提出一种基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感的螺栓应力测试方法。首先，利用飞秒激光加工技术透过光纤涂层制作 FBG，基于该光纤光栅设计线性腔结构的掺铒光纤激光器，实现具有高信噪比的激光输出；其次，分别设计并制备不同尺寸的不锈钢和铝材质的螺栓垫片，并对其受力特性进行仿真分析；然后，将 FBG分别嵌入不锈钢和铝材质垫片槽中并结合螺栓构建应力测试系统，通过对垫片表面施加应力，使得 FBG产生相应的形变，从而导致激光波长出现漂移。实验中，分别对槽深为 1，1.5 mm的不锈钢和铝材质垫片的螺栓应变测试系统施加 0~10 N·m应力，随着应力的增加，激光波长出现红移，1 mm槽深的不锈钢和铝垫圈传感器中心波长分别共移动了 41和 61.8 pm，灵敏度分别为
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2025,46(2):360-366, DOI:
Abstract:
针对星敏感器中高灵敏度大面阵探测器芯片稀缺性问题，提出基于国产高灵敏度 CMOS图像传感器(CIS)的成像组件设计方案。依据星敏感成像组件工作原理，设计基于 CIS的星敏感成像组件硬件电路系统，开发基于高级可扩展接口(Advanced Extensible Interface，AEI)总线的 FPGA与 DSP交互式高速数据传输软件模块，并对星敏感器实际应用中关注的非均匀性、线性度、动态范围以及信噪比等技术指标进行了测试。研究结果表明，该 CIS星敏感成像组件的各项指标均满足恒星探测的实际应用需求。
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2025,46(2):367-373, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20241031002
Abstract:
电网的误操作是设备损坏和系统故障的重要原因之一。为提高电网防误操作能力，文章提出一种基于多模态数据融合的电网防误诊断方法。首先，通过双向门控循环单元对采集的视频监控、传感器数据和操作日志进行多模态数据融合，并采用多交互注意机制来获取多模态数据的统一表示。其次，通过 Bayesian神经网络更新长短期记忆网络(Long Short-Term Memory，LSTM)模型权重，结合 Bayesian对不确定性估计和 LSTM对时间序列数据处理的优势，将多模态数据的融合特征输入 Bayesian-LSTM网络，实现电网防误诊断。实验结果表明，所提方法可以有效提高电网误操作诊断的准确率，进一步提升电网运行的安全性与稳定性。
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2025,46(2):374-380, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.20240918001
Abstract:
为将光纤光栅传感系统的工作波段拓展至硅基探测器适用的近红外波段，采用 1 550 nm波段的相位掩模板进行 780 nm波段的二阶光栅刻写研究。首先，分析了二阶光栅的成栅机理，并搭建紫外激光 -相位掩模的刻写系统制备了二阶光栅。研究结果表明，二阶光栅的中心波长与一阶中心波长呈近似二倍关系，并且二阶波长的带宽较窄。随后，利用刻写的光栅封装了应变传感器和温度传感器，并系统研究了其温度和应变特性。结果表明，二阶波长的温度灵敏度和应变灵敏度分别为 5. 52 pm/℃和 0. 61 pm/με，约为一阶波长灵敏度的一半。本研究为拓展光纤传感的工作波长范围及硅基探测器的应用提供了技术支持。
2025年第46卷第2期
光电器件
材料，结构及工艺
光电技术及应用
2025年第46卷第2期
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场强对电子轰击CMOS器件光电阴极量子效率影响研究 “新型光电探测会议推荐稿件”
闫磊, 石峰, 程宏昌, 韩剑, 袁渊, 马靖, 师宏立, 罗洋
Abstract:
电场强度直接影响电子轰击CMOS器件(以下简称“EBCMOS)图像增强特性,通过实时调控EBCMOS电场强度是实现其亮度自适应控制的一种有效手段,针对当前GaAs光电阴极量子效率模型无法完全满足电场强度改变时其有效光电子发射特性的预测,导致EBCMOS自适应控制精度无法达到预期的问题,本文通过[3×105V/m,3×106V/m]电场强度变化时GaAs光电阴极量子效率测量数据,结合已有的GaAs光电阴极量子效率模型和半导体空间电荷层及表面势之间的关系,分析了电场强度引起GaAs光电阴极量子效率发生变化的原因,并根据测量数据拟合获得了电场强度参数对逸出几率的作用方程,最后通过10支EBCMOS样品验证方程预测吻合度达到91%以上。该研究成果为新一代高性能数字微光器件应用提供了理论模型支撑。
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基于慢波电极薄膜铌酸锂电光调制器的超短光脉冲产生
刘佳旭, 周桥玲, 周敬杰, 郑少南, 赵兴岩, 邱阳, 董渊, 钟其泽, 胡挺
Abstract:
超短光脉冲源可以提高数据传输速率和非线性作用效率,在光通信、超快光谱学和光学计算等领域具有重要意义。相比于微环谐振器激发光频梳或锁模激光器产生光脉冲的方法,由级联电光调制器和色散补偿单元组成的时间透镜系统具有明显优势,兼具出色的系统相干性以及片上集成的兼容性。文章提出了一种基于慢波电极薄膜铌酸锂的级联电光调制器时间透镜系统,用于产生超短光脉冲。所设计的马赫-曾德尔强度调制器在无需移除或替换衬底的情况下,实现了2.46 V.cm的调制效率和超过100 GHz的调制带宽。通过级联强度调制器、相位调制器和单模光纤完成了不同频率下的时间透镜系统仿真。在10 GHz、30 GHz和45 GHz频率下,系统可分别产生21、17和17条平坦度小于3 dB的梳齿,经由单模光纤压缩后的光脉冲宽度分别为3.45、1.5和1 ps。仿真结果验证了该时间透镜系统作为超短光脉冲源的有效性。
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基于直方图增强策略的Gm-APD激光雷达三维重构算法
Abstract:
Geiger mode Avalanche Photo Diode (Gm-APD) 激光成像雷达三维重构算法的目标还原度、图像信噪比等受统计帧数的影响较大,通常统计帧数越多,重构效果越好,但成像实时性也会越差,而较少的统计帧数则会导致目标缺失及图像信噪比低。针对少帧数下的三维重构问题,提出了基于直方图增强策略的三维重构算法。首先,基于皮尔逊相关系数进行相关邻域直方图求和,增强直方图中信号特征,并通过均值滑窗搜索目标距离范围,滤除直方图中的噪声,得到增强后的直方图；其次,使用低复杂度的双参量极大似然法进行距离估计,得到距离像；最后,基于空域阈值进行图像噪声抑制,提高距离像质量。经真实实验数据验证,在统计帧数为50时,本文算法相比匹配滤波法的目标还原度提高了0.13,图像信噪比提升1.63dB,证明了本文三维重构算法在少帧数下具有良好的适用性,为Gm-APD激光雷达在需少帧数探测的实时性场景中的应用做出了贡献。
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死区高反射膜对硅光电倍增管量子效率的影响
郭超前, 王军, 吴云, 杨延飞, 张向通, 张昊童, 王磊, 刘露, 刘丽娜, 李连碧, 韩小祥, 李泽斌, 张国青
Abstract:
硅光电倍增管(SiPM)的盖革雪崩光电二极管单元(G-APD)间存在不可避免的间隔区域(简称 “死区”),这一结构特性限制了其光子探测效率(PDE)的进一步提升。针对该问题,本文提出在 SiPM 表面死区区域制备高反射金属膜层的方法,通过金属膜与透明封装层上表面的多次反射效应,将入射至死区的光子导向 G-APD 单元的光敏区域,从而提高器件的绝对量子效率,进而实现 PDE 的提升。研究通过理论建模与多物理场仿真,系统分析了死区高反射膜对 SiPM 绝对量子效率的增强机制。结果表明:在 G-APD 单元尺寸为 10 μm 的条件下,理论计算与光学仿真得到的光透射率增幅分别为 5.93% 和 6.03%；半导体器件仿真显示,器件绝对量子效率增幅达 5.9%,与透射率增幅高度吻合。该方法为突破 SiPM 死区损耗限制、提升光子探测性能提供了有效解决方案。
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基于矩形波导的太赫兹腔体滤波器设计
Abstract:
在太赫兹频段通信系统中,高性能滤波器是实现信号选择性传输和抑制带外干扰的核心器件。然而传统腔体滤波器设计方法在低频段较为成熟,当工作频率提升至太赫兹频段时,面临着高次模耦合效应显著、加工公差影响加剧以及插入损耗急剧增加等技术瓶颈,这些问题严重限制了太赫兹通信系统的整体性能。本研究基于CST Microwave Studio全波仿真平台,通过建立耦合理论模型,系统分析了腔体滤波器相关理论,设计出一种用于真空太赫兹系统的340GHz腔体滤波器。仿真实验结果表明,所设计的滤波器在中心频率为340 GHz,频率范围为335-345GHz,通带插入损耗控制在1 dB以内,通带内的回波损耗优于20dB。在355GHz处带外抑制达到-25dB,在320~325GHz处达到-35dB。本研究为太赫兹频段高性能滤波器的设计与实现提供了重要的理论指导和技术参考,对推进太赫兹通信系统的发展具有一定的工程应用价值。
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基于激光表面微结构的自动聚焦窗口研究
Abstract:
对在激光加工过程中传统对焦方法中自动对焦窗口构建技术在微纹理应用中实时性有限、易受背景噪声影响和计算量大的缺点,本工作提出了一种显著性窗口构建方法,该方法通过整合梯度和颜色线索来利用图像显著性来隔离感兴趣的区域进行焦点评估。主要方法是将视觉显著性检测框架应用于自动对焦窗口生成,实现了对无关背景信息的抑制,增强了清晰度评估的特异性,引入一种结合kirsch梯度分析、LAB颜色对比计算、局部归一化和纹理抑制的窗口提取算法,在亮度变化和复杂模式下可靠地描绘微纹理区域。在激光微加工装置上实验验证了该方法,其灵敏度相较于传统的中心窗口方法提高了约83%,陡度提高了75%,锐度比提高了54%,从而产生单峰和快速响应的焦点曲线,支持稳定的微结构制造。这种显著性窗口为激光微加工平台提供了一个强大的解决方案,平衡了高精度和实时性。
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通过分子动力学研究3C-SiC晶体在纳米抛光中的材料去除行为
Abstract:
虽然3C-SiC晶体在航空航天、能源、化工及电子等工程领域具有广泛应用,但增强3C-SiC材料表面摩擦和磨损机制仍然存在挑战。本研究聚焦于纳米抛光深度对3C-SiC晶体材料去除机制的影响,采用分子动力学(MD)模拟方法,在特定范围内改变抛光深度,考察其对工件原子运动和结构转变的作用。模拟结果表明,减小抛光深度可降低抛光引起的亚表面损伤和相变程度。研究结果表明,1-3nm的抛光深度范围较为适宜。本研究在原子尺度上深化了对3C-SiC材料去除机制的理解,对实现其表面及亚表面的超精密加工具有重要指导价值。
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面向激光芯片的铬锆铜微流道热沉SLM制造与散热性能研究
蔡益勋, 杨光照, 钟鑫, 潘琳琳, 曹明轩, 付斌, 袁铭辉, 李会军
Abstract:
采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术制备铬锆铜(Cu-Cr-Zr)微流道热沉(Micro-Channel Heat Sink, MCHS)。对流道可成型最小尺寸进行优化和测试，当MCHS的流道高度和宽度的设计尺寸为1.7 mm时，实际流道高度和宽度成型尺寸约为1.078 mm、1.415 mm，若流道高度设计尺寸小于1.7 mm，则易发生流道堵塞现象。在热沉表面焊接半导体激光芯片后，测试输出特性，结果显示：激光芯片的阈值电流为1.02 A；在驱动电流为5.39 A时，激光芯片的输出功率为4.601 W、斜率效率为0.85 W/A；铬锆铜微流道热沉的热阻为7.33 °C/W。经过50小时的稳定性测试，激光芯片输出功率降低了8.54%后趋于稳定。实验结果验证了SLM技术制备MCHS的可行性，并具有工业化生产的潜力。
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盖革模式InGaAS/InP单光子探测器阵列的低盲时间读出电路
Abstract:
基于0.18μm CMOS混合信号工艺，设计了一款8×8阵列结构的框架式读出集成电路（ROIC），适用于盖革模式InGaAs/InP雪崩光电二极管阵列。该读出电路具备帧内自由异步多回波探测的功能。该电路像元中心距为具有100 μm的像素中心距，集成了电容式主动淬灭电路和14位时间数字转换器（TDC），可实现4 μs的帧周期长度和1 ns的时间分辨率。相较于其他多回波探测方案，本电路通过引入像素SRAM阵列和双模式触发器阵列，实现了在较小像素中心距下的该设计实现了多路激光回波时序的单帧内像素自恢复并连续探测三次光子回波的同步探测。采用16通道并行输出架构，在125 MHz读出时钟频率下，系统数据读出时间为仅需1.34 μs即可完成数据读出。高达75%的有效探测时间占比最高达75%，表明该结构在准连续盖革模式探测领域具有一定显著优势，能够实现全时域范围内近乎零较低盲区的光子检测。
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轻量化激光测距系统时间精度提升方法研究
Abstract:
针对智能无人平台对激光测距技术提出的大量程、高精度、高实时性与轻量化集成需求，解决传统激光测距法依赖专用时间数字转换器（TDC）及恒比定时阈值鉴别电路带来的系统复杂、可扩展性差等问题，设计了基于FPGA的激光脉冲飞行时间测量与数据处理方法，采用FPGA高频时钟计数+多相位时间内插实现了1ns测量精度。针对不同距离激光回波功率变化引入时间游走误差，设计了脉宽补偿法进行时间校正。样机测距试验结果表明，在10m-5km测距范围内时间精度达到1ns，测距误差±0.15m，同时满足大量程与高精度测距需求。
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量子传感关键技术研究综述
Abstract:
量子传感技术是指通过量子态的叠加性、相干性、纠缠性和隧穿性实现对物理量的高精度、高灵敏度测量，目前已成为量子技术的核心领域之一。其应用涵盖导航定位、生物医学、基础物理研究及国防安全等。本文聚焦量子传感技术，系统地综述了其发展的几个方向，深入探讨了不同量子传感技术的原理及优缺点，并重点对比阐述了典型器件里的关键技术。此外，本文还展望了量子传感技术芯片级集成技术，为推动量子传感器的高精度、集成化、小型性的发展提供参考。
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亚波长光栅片上光学真延时线的微波光子学应用
Abstract:
光学真延时线（OTTDL）是微波光子学（MWP）和光通信中信号处理的基础性关键模块。本文实验演示了一种基于绝缘体上硅（SOI）的可变折射率OTTDL结构，该结构由40条亚波长光栅（SWG）波导组成。结合实测得到的SWG波导延时数据，通过仿真验证了该OTTDL在多种MWP应用中的可行性。首先，展示了具有离散频率调谐与可重构能力的微波光子滤波器（MPF）；其次，实现了相控阵天线波束形成角度的离散调谐；最后，分析了多腔光电振荡器（OEO）及不平衡双腔OEO的振荡光谱和相位噪声特性，并验证了其离散频率调谐的可行性。
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基于SA-LSTM的电力光缆光功率预测方法
陈锦山, 吴诗雨, 林国栋, 王新澜, 林树, 李兆祥, 赵丽娟
Abstract:
为了提高基于光功率预知光缆异常的准确性,本文利用模拟退火长短期记忆(Simulated Annealing Long Short-Term Memory,SA-LSTM)算法,实现了光功率波动情况的预测。首先对原始光功率数据进行归一化处理。随后利用模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法对长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)算法中的迭代次数、隐藏层单元数和学习率在大范围内进行全局寻优,获得最优参数。最后利用最优参数建立LSTM算法模型,以实现预测光功率的未来趋势。实验结果表明,所提方法在最优参数时光功率预测的均方根误差为2.83×10-3 dB,仅为均值的0.14%。相较于自回归移动平均径向基函数(Autoregressive Moving Average Radial Basis Function,ARMA-RBF)算法、差分自回归移动平均支持向量机(Autoregressive Integrated Moving Average Support Vector Machine,ARIMA-SVM)算法、自回归移动平均长短期记忆(Autoregressive Moving Average Long Short-Term Memory,ARMA-LSTM)算法和差分自回归移动平均长短期记忆(Autoregressive Integrated Moving Average Long Short-Term Memory,ARIMA-LSTM)算法分别提升了91.7%、91.0%、96.4%和96.3%。因此,本文所提方法能够更加准确地预测电力光缆的光功率趋势,具有广泛的工程应用价值。
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LD端面泵浦高功率窄脉冲激光器研究
Abstract:
设计了激光二极管(LD)泵浦窄脉宽高功率固体激光器。激光器采用主振荡功率放大（MOPA）结构，主振荡级采用掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体作为激光工作物质，结合RTP（磷酸钛氧铷）电光调Q器件，分析了高重频激光脉宽特性，实现了主振荡级窄脉宽输出；功率放大级采用LD双端泵浦Nd:YVO4晶体结构，通过建立三维热仿真模型，对比分析了LD单端泵浦和LD双端泵浦激光工作物质的热效应，讨论了LD双端泵浦条件下，LD泵浦光斑、激光工作物质长度等对功率放大级热效应的影响。在实验中优化激光器参数，主振荡功率放大后，在重复频率10kHz时，得到了最大平均功率为22.01W，脉冲宽度为4.33ns的1064nm激光输出，光-光转换效率为18.21%
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基于冲激响应的探地雷达快速仿真方法研究
Abstract:
目前探地雷达（GPR）仿真研究存在耗时长、灵活性差的问题，特别是在采用步进频连续波（SFCW）信号源时，传统方法对每个频率逐一仿真，导致计算效率低下，难以满足复杂场景的需求。针对上述问题，本文提出一种基于冲激响应的快速仿真方法。该方法将GPR系统建模为线性时不变系统，通过计算其冲激响应并与输入信号卷积来获取对应的回波信号，并求解出系统传递函数用于SFCW的回波信号计算，从而有效避免了每个频率的重复仿真，显著提高仿真效率。与实验结果进行对比，结果表明，该方法在确保仿真结果准确性的前提下，大幅缩短了仿真时间，且与实际测量结果的误差控制在4.34%以内。本文提出的方法有效解决了现有GPR仿真耗时长、资源消耗大的问题，为探地雷达的高效仿真及其在复杂环境下的应用提供了有力支撑。
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基于LDDC-GAN的丁基橡胶数据生成模型研究
Abstract:
针对工业视觉检测中丁基橡胶样本有限性、现有生成模型小样本易崩溃及属性失真问题，提出了一种轻量化双域约束生成对抗网络（Lightweight Dual-Domain Constrained GAN，LDDC-GAN）。该模型引入频域能量对齐机制以抑制模式崩溃，结合余弦损失对纹理特征进行约束，通过频域与空间域的协同优化，保证生成图像在结构上的连续性和细节的真实性；同时，设计了渐进式通道压缩策略，将模型参数量降低至4.42M，显存占用优化至6.4GB，并融合改进的StyleGAN2生成器、判别器架构与动态梯度裁剪策略，在386张256×256工业样本上实现了高效收敛。实验结果表明，该模型在FID和SSIM指标上均优于当前主流基线模型。
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基于虚拟游标效应的锯齿形光纤马赫曾德尔干涉仪高灵敏应变传感器
Abstract:
为提升虚拟游标效应传感器灵敏度,本文提出一种锯齿形光纤马赫曾德尔干涉仪,可增大干涉仪自身灵敏度,虚拟游标效应处理后,灵敏度进一步提升。通过二氧化碳激光器在毛细管光纤上加工锯齿形微结构,减小传感区域横截面积,促使应变集中分布。再与虚拟参考干涉信号叠加放大传感信号。实验结果表明,当锯齿深度为30 μm时,传感干涉仪的应变灵敏度提升至2.5 pm/με；结合放大因子为136.6后,虚拟游标效应传感器的包络谷灵敏度达到341.75 pm/με,较现有同类传感器性能显著提高。该方法通过协同优化传感干涉仪结构与虚拟游标效应,为高灵敏度光纤应变传感器设计提供了新思路。
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基于自适应差分编码的FBG反射光谱数据压缩传输方法
Abstract:
本文针对多通道光纤布拉格光栅（FBG）传感解调系统中光谱数据量大、实时传输需求高的问题，提出了一种基于动态步长调整的自适应差分编码压缩传输方法。通过分析FBG反射光谱的高斯分布特征及相邻数据间的相关性，设计了动态步长调整策略:在波形两侧平滑区域采用大步长提升压缩效率，在波峰突变区域切换为小步长以降低量化误差。为进一步优化硬件实现，基于FPGA平台构建了流水线架构，采用定点运算与查找表降低了资源消耗与处理延迟。仿真结果表明，该方法对光谱数据的压缩比达到4:1，重构误差小于1%，信噪比（SNR）达到35.08dB，且在噪声环境下仍保持高鲁棒性。中心波长解调实验中，解调系统与波长计的标准差最大为0.065nm，最大误差小于都0.1nm，验证了算法的准确性与实用性。
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HgCdTe红外焦平面质子位移损伤效应研究
Abstract:
针对红外探测器在空间应用中受高能粒子辐照导致性能衰退的问题,利用质子辐照实验,开展了位移损伤对HgCdTe红外焦平面关键参数影响的研究。通过对比辐照前后红外焦平面的性能变化,结合半导体辐射效应理论,分析了位移损伤对HgCdTe红外焦平面特性的影响机制。结果表明,HgCdTe红外焦平面经过质子辐照实验后,暗电流、噪声和盲元数量均有增大,增大的幅度随辐照注量的增大而增大。该工作可为深入开展HgCdTe红外探测器辐射损伤效应及损伤机理提供重要参考。
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锗表面自组装单分子膜的去费米钉扎效应研究
Abstract:
本研究首先通过氢化锗烷化反应在锗表面形成乙烯基膦酸二乙酯(DVP)的自组装单分子,随后从肖特基势垒变化、表面均匀性、稳定性的角度全面研究了DVP单分子膜在锗表面的去费米钉扎效果。实验结果显示,DVP分子膜能够有效释放锗表面的费米钉扎效应,在p型锗上形成肖特基势垒为0.50 eV的整流接触；在n型锗上肖特基势垒由0.52 eV降到了0.44 eV。然而,DVP单分子膜对锗表面费米钉扎的调控不均匀,p型锗上样品的肖特基势垒存在12.2%的变化量,这是由于锗表面的悬挂键没有被完全钝化造成的。此外,DVP分子膜在p型锗上的费米钉扎释放效果只能维持48 h,随后迅速退化,这与DVP分子膜的致密性密切相关,而锗表面复杂的化学特性是导致分子膜不致密的重要原因。
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基于硅上锗平台的中红外重建型光谱仪
Abstract:
中红外波段（2.5-25 μm）包含了特征频率区（2.5-7.7 μm）和分子指纹区（7.7-16.7 μm），非常适用于光谱检测和分子传感等应用。基于光波导的重建型微型光谱仪已经在近红外和可见光波段实现了优异的重建效果。然而,在中红外波段,实现兼具大带宽、高分辨率和紧凑性的重建型光谱仪仍然是一个巨大的挑战。基于硅上锗(GOS)中红外材料平台,本文设计了基于级联法布里-珀罗(F-P)腔滤波器的片上重建型光谱仪,其中波导布拉格光栅(WBG)被用作F-P腔的反射镜。该光谱仪由63个经特定筛选算法选出的级联F-P腔滤波器构成。仿真结果表明,该光谱仪在4 μm 附近实现了600 nm的工作带宽和0.4 nm的双峰分辨率,在无需额外调谐的情况下表现出1500的带宽分辨率比(BRR)。
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高空间色温均匀性的激光前照灯白光光源
Abstract:
激光二极管发射出的光束具有高方向性,导致激光激发荧光粉产生的蓝光和黄光在空间强度分布上存在明显差异,显著降低了光源的空间色温均匀性。针对这一问题,提出了一种基于微透镜阵列匀化系统和微结构荧光粉层的激光白光光源,通过改变蓝光的空间强度分布,实现蓝光和黄光的均匀混合。测试结果表明,该光源的角色温偏差为630 K,相比传统的激光直接聚焦于荧光粉层表面的激光白光光源和仅采用微透镜阵列匀化系统的激光白光光源分别降低了10170 K和1070 K。同时,该光源的光通量为1458 lm,发光效率为138 lm/W,相对色温为5226 K,显色指数为71.1,满足汽车前照灯光源的标准要求。
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磨粒辅助激光电化学复合加工硅通孔技术研究
Abstract:
单晶硅作为光电器件的基础材料，其高脆性和低断裂韧性给精密加工带来了显著的挑战。针对单晶硅通孔结构的高质量加工需求，本文提出了一种磨粒辅助激光电化学复合加工方法。该方法在激光电化学复合加工的同时，利用激光诱导的空化效应驱动磨粒高速运动并冲蚀通孔内壁，去除表面的熔渣和氧化层。对比分析了磨粒辅助对加工质量的提升效果，并探究了激光功率和外加电压对加工结果的影响。结果表明，磨粒辅助加工显著提高了激光电化学复合加工的质量；当激光功率为26 W时，硅通孔内壁氧含量降低至3.27%，面粗糙度减小至454 nm，通孔锥度减小至3.26°，达到最佳加工效果；当电压为30 V时，硅通孔的形貌最佳，孔壁光滑且锥度最小。
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应用于帧差型传感器的带数据压缩的读出电路设计
Abstract:
本文提出了一种基于180 nm CIS工艺设计的帧差型传感器(Frame Difference Sensor, FDS)读出电路,该电路具备数据压缩功能,旨在降低数据传输带宽和存储压力。通过分析FDS与动态视觉传感器(Dynamic Vision Sensors, DVS)的地址事件表示(Address-Event Representation, AER)两种数据输出格式的优缺点,设计了一种自适应切换数据输出模式的读出电路。该电路能够根据事件密度动态选择最优的数据压缩方式,从而有效减少冗余数据。在电路设计中,采用了自调零技术以降低事件编码电路的失调电压。仿真结果表明,自调零技术将失调电压对量化结果的影响从38.77 mV降低到了1.185 mV,显著提高了电路的精度和稳定性。此外,帧率可在375帧/秒(fps)到1627 fps之间动态调整,满足不同场景的需求。实验结果表明,该电路在事件稀疏场景下表现出色,视频压缩比最高可达98%,显著提高了数据传输和处理效率。
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基于SOI超表面的全斯托克斯偏振探测器研究
Abstract:
偏振探测作为表征光与物质相互作用的关键技术手段,近年来在生物医学成像、高精度光学测量及军事目标识别等领域展现出重要的应用前景。针对光电系统集成化与微型化的发展需求,本研究创新性地提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)平台的全斯托克斯偏振探测器。该方案通过将SOI器件的500 nm器件层局部设计成超表面结构,并设计为pin型光电探测器以实现单片集成,成功解决了传统偏振探测系统体积庞大、集成度低的技术瓶颈。结果表明,所设计的探测器在780 nm工作波长下展现出优异的性能,手性超表面像素的圆二色性(CD)达到42%,线性超表面像素的消光比(ER)高达10 dB。值得注意的是,该器件实现了高精度的斯托克斯参数重构,其中S1、S2和S3参数的平均重构误差分别为0.30%、0.85%和11.17%。本研究不仅为集成化偏振探测系统的设计提供了新思路,同时也展现了超表面技术在光电集成领域的巨大应用潜力。
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高效率光调制器的研究进展
Abstract:
光学调制器是利用外源性能量来改变光信号特征的基础光子器件，主要是调制光信号的振幅、频率和相位等参数。以调制器为核心的集成光子芯片由于其大带宽、高速信号处理能力和极低功耗的优势，成为未来光通信、光互联和光计算的预期解决方案的前沿。其发展进步引发了近年来各单位相当大的学术兴趣和广泛的研究努力。虽然过去的研究主要围绕着调制速度，但最小化面积和节能的紧迫性已经将研究重点转移到了调制效率上。本综述致力于细致阐明光学调制器的调制效率，对硅基材料、III-V族元素、铁电体、合成聚合物和石墨烯等不同材料的光相位调制器进行了介绍和对比。对这些调制器的全面分析为即将到来的高效光学调制器件的创新提供了思路和参考。
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基于Fibonacci-Lucas序列的8环QC-LDPC码新颖构造方法
Abstract:
针对当前准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity-check, QC-LDPC)码存在短环结构并且其纠错性能差的问题，基于斐波那契-卢卡斯序列(Fibonacci-Lucas sequence, FLS)提出一种围长至少为8的QC-LDPC码新颖构造方法。该方法先用Fibonacci-Lucas序列构成一个满足无4环条件的指数矩阵，再利用搜索算法搜索出让该指数矩阵满足无6环条件的元素得到一个递增序列，构造相应的指数矩阵，得到其奇偶校验矩阵。仿真结果表明，在误码率(bit error rate, BER)为时，所构造的FLS-QC-LDPC码相较于其他3种具有相同码率和码长的QC-LDPC码，其净编码增益得到了明显改善，因而其纠错性能较好。此外，该构造方法灵活多变，支持多种码长和码率选择，同时保持较低的计算复杂度，高效且适应性强。
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基于金三八面体的致密组装实现光纤LSPR传感器研究
Abstract:
光纤局域表面等离激元共振（LSPR）传感具有无标记检测、样本消耗量少和远距离传感等优点。本文利用液-液界面自组装方法，在光纤上快速组装均匀且致密的金三八面体单层膜，成功制备了光纤LSPR传感器。表征结果显示，光纤表面金三八面体排列规则，分布均匀且覆盖率高，未出现纳米颗粒团聚现象。仿真分析表明，相较于同一尺寸的金纳米球，金三八面体的多尖端结构能够产生更显著的局部电场增强效应。结合微流控技术，利用该光纤LSPR传感器成功实现了不同浓度蔗糖溶液的折射率传感，最高灵敏度可达312 nm/RIU，展现了良好的检测性能。
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基于光频转换实现室温中波碲镉汞探测器大动态范围读出
Abstract:
室温工作的中波红外碲镉汞探测器由于阻抗低、背景电流大等问题,导致信号读出时信噪比和动态范围都难以提升,限制该探测器室温下的应用效果。本文设计了一种光频转换电路结构,该电路通过低失调运放稳定探测器工作状态,再对探测器的光电流进行电流-电压-电流-频率的转换,将较大的光电流压缩至符合电流频率输入级的范围(0 ~ 4.3 μA),同时该电路也能对探测器暗电流和背景电流进行抑制。测试结果表明电路在与探测器结合后动态范围可达93 dB,电路功耗仅为27.3 mW,实现了中波红外碲镉汞探测器的室温大动态范围读出。
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基于光纤光栅的指尖三维力触觉传感器在裂缝检测中的应用
Abstract:
提出了一种基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的新型指尖三维力触觉传感器,并将其应用于裂缝检测。该传感器采用四根FBG,结合凹槽和细梁结构,优化了对轴向力和横向力的测量灵敏度,同时简化了解耦过程。通过力学仿真,分析了传感器在不同力作用下的形变特性,并构建了三维力感知模型。实验结果表明,传感器在X、Y、Z三个方向的灵敏度分别为1680.45 pm/N、1441.28 pm/N和125.36 pm/N,具备良好的三维力检测能力。动态实验中,传感器测得的三维分力与理论值高度吻合,合力最大相对误差仅为4.40%。裂缝检测实验中,表现出良好的裂缝宽度检测能力和受力检测能力,检测宽度的最大相对误差不超过4%。该传感器具有结构简单、解耦方式简便、灵敏度高的特点,可为机器人在复杂环境中的裂缝检测和修复任务提供有力支持。
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基于动态多层次特征提取的高光谱解混方法
Abstract:
针对基于视觉Transformer进行高光谱解混时,固定大小的patch划分方式可能导致图像局部结构的坍塌和图像间语义不一致的问题,提出一种数据驱动的方法,旨在根据输入的高光谱图像自适应地调整patch划分的位置和尺度,并通过引入多尺度变形注意力机制有效捕获图像中的局部特征和空间位置信息,同时通过多层次特征提取策略,全面挖掘图像中蕴含的丰富特征。在多个真实数据集上的实验对比结果表明,所提方法能够精确估计丰度图和端元光谱,并在不同场景下,特别是在处理复杂地物光谱特征时,展现出优异的泛化能力和稳定性。
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基于3D-Harris关键点检测结合改进ICP的 姿态估计算法
Abstract:
针对传统激光雷达姿态估计过程中原始点云存在离群噪声点、配准易陷入局部最优、效率低下的问题,本文设计了一种基于3D-Harris关键点结合改进迭代最近点(ICP)的三维点云配准算法。该算法通过引入体素滤波与统计滤波相结合的预处理技术,以去除异常噪声点；随后,利用3D-Harris关键点检测算法,进一步缩小姿态估计过程中的对应点搜索空间,提高姿态估计效率；粗配准采用基于快速点特征直方图特征描述的采样一致性算法,对关键点进行了特征描述并提供了初始旋转平移矩以优化精配准的初始值,提升姿态估计精度；此外,精配准过程通过Kd-tree的近邻搜索加速ICP。最后的实验结果表明,本文算法在配准精度和计算效率方面均优于传统方法,具有较高的应用价值。
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结合重叠光谱块嵌入和深度卷积的高光谱解混网络
Abstract:
基于Transformer的高光谱解混方法将高光谱图像划分为大小固定且不重叠的小块,将分好的块输入给Transformer编码器后,再通过解码器进行解混。然而,不重叠的块划分会导致相邻像素之间相似信息被割裂,同时Transformer前馈层中会丢失一些局部信息,进而影响解混效果。本文采用改进的重叠光谱块划分以及在Transformer全连接层中加入深度卷积的高光谱解混方法,经过在多个数据集上进行实验,结果表明改进后的方法相比原始方法能够取得较为显著的解混效果。
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空间应用CMOS图像传感器寿命评估方法研究
Abstract:
随着用户对遥感卫星的设计寿命要求逐步延长，图像传感器作为遥感载荷核心器件，其寿命直接决定了卫星寿命。CMOS图像传感器已经成为遥感载荷的主力可见光探测器，目前可查到的评估方法以质量保证试验为主，本文提出了一种基于任务需求的CMOS图像传感器寿命评估方法，以一个虚拟的遥感任务为例，在设计阶段对CMOS图像传感器进行可靠性设计分析，试验阶段制定质量保证方案，重点基于辐照试验结果对器件受辐照后性能退化的影响进行分析，定量化评估在遥感相机寿命末期CMOS图像传感器能否满足任务需求。
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基于光栅辅助反向耦合器的箱式响应 粗波分复用器
Abstract:
本文提出并制作了一种基于光栅辅助反向耦合器的粗波分复用器芯片。该波分复用器由三个具有不同反射波长的光栅级联而成。引入光栅辅助反向耦合器结构,可以避免使用分立的环形器,或因片上分束器带来6 dB的附加损耗,同时还能有效避免反射光对信号光的干扰。通过优化光栅宽度、光栅周期数等参数,并对光栅进行切趾设计,本文基于绝缘体上硅平台设计并制作了三通道的粗波分复用器。实验结果表明,器件的片上插损约为2.5 dB,信道串扰低于-24 dB,光谱呈现了明显的箱式响应,芯片面积仅为为0.6 mm×1.5 mm。本文成功突破了基于常用结构粗波分复用器件尺寸大、带宽小和难以获得箱式光谱响应的技术瓶颈。所研制的芯片有望被广泛应用于城域网、光纤到户、数据中心等通信系统和片上互联系统当中。
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平面型光导器件高压、高频响应测试链路研究
Abstract:
针对平面型SiC、GaN光导器件,设计了一种用于高压、高频响应测试的链路。根据宽禁带半导体器件的不同特性阻抗,利用PSpice软件对测试链路进行了电路仿真,同时利用CST软件在0.5-5 GHz频率下进行了高频响应仿真,最后采用SiC光导器件测试了链路的高压导通能力,采用GaN光导器件对电路的高频响应进行了验证。实验结果表明:本文研究的高压、高频响应测试链路具有耐高压、全固态、可快速拆卸的优势,能满足平面型SiC、GaN光导器件在偏置电压0-20 kV和主频(DC-1 GHz)的光电导测试需求。研究成果为宽禁带半导体光电导器件的耐高压工作能力和高频响应能力提供一定的设计参考和实验借鉴。
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一体化红外成像系统中的红外图像处理SoC芯片设计
邓军, 黄晓宗, 陈霜, 陶家园, 李健壮, 黄文刚, 张浪, 付驿如, 刘育君
Abstract:
随着红外成像技术在夜间监控、工业检测等领域的广泛应用，对红外成像系统提出了一体化应用需求。本文设计了一款面向红外成像系统一体化应用的红外图像处理SoC芯片，该芯片集成了CPU、红外图像处理（Image Signal Process, ISP）协处理器及专用外设控制接口等，可单片实现红外探测器控制、红外图像采集、自适应非均匀校正、自适应盲元识别补偿、图像增强等实时图像处理，从而简化了红外成像系统中的红外探测信号处理系统结构，降低了其功耗和成本，为红外成像系统一体化设计的实现奠定了技术基础。该芯片采用40nm CMOS工艺设计实现，面积为4000μm×6800μm。测试结果表明经过该芯片处理后，图像非均匀性和盲元率可分别降低到0.14%和0.19%，红外图像处理效果满足预期要求。
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Si衬底上立式AlSb纳米线分子束外延与表征
Abstract:
锑化铝(AlSb)因其优异的光电性能在高能粒子探测器、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。本文利用分子束外延技术,在Si衬底上制备了立式AlSb纳米线。研究发现,纳米线的外延生长无需外来金属催化剂辅助,制得的AlSb纳米线具有小的直径。生长温度和V/III束流比对纳米线形貌具有明显的调控效应,提高生长温度可提升纳米线的轴向生长速率。微结构分析表明,闪锌矿结构的AlSb纳米线易在空气中发生潮解反应。本研究为制备Si基集成的AlSb半导体提供了一种新的方法。
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测量闪烁体荧光衰减特性的TCSPC系统及优化研究
Abstract:
利用液闪探测器基于TOF方法进行中子/伽马诊断是聚变点火研究中的关键手段，其核心是快衰减的闪烁体。针对闪烁体的衰减特性测试需求，本工作基于先进的TCSPC原理建立了测试系统，针对单光子的获取基于“滤片+多孔光栅”结构优化了衰减机构。经测试，该系统的响应时间为0.84 ns，光强度测量动态范围达到了104，测量精度为0.61 ns，单光子信号占比95%以上。针对衰减特性存在明显差异的BC501和CLYC闪烁体进行了验证测试，获得了两种闪烁体的衰减曲线。分析结果表明，BC501闪烁体的衰减常数分别为3.7 ns和35.5 ns，与参考值分别相差0.5 ns和3.2 ns；CLYC的衰减常数分别为1.4 ns、58.9 ns和1074 ns，与参考值分别相差0.4 ns、8.9 ns和74 ns。分析结果证实了测量系统的可靠性，将应用于后续闪烁体样品的测试对比。
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基于CIS的星敏感成像组件设计与实现
Abstract:
针对星敏感器用高灵敏度大面阵型探测器芯片稀缺性问题，提出基于国产高灵敏度CMOS图像传感器（CIS）的成像组件设计方案。依据星敏感成像组件工作原理，设计基于CIS的星敏感成像组件硬件电路，开发基于AEI（Advanced Extensible Interface）总线控制模块的FPGA软件和DSP软件交互式高速数据传输方式，并对星敏感器实际应用中关注的非均匀性、线性度、动态范围以及信噪比等技术指标进行了测试，结果表明，CIS星敏感成像组件的这几项指标满足恒星探测的实际应用需求
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基于零差激光干涉的低频加速度计校准系统研究
Abstract:
校准是确保加速度传感器测量效果精确度和可靠性的重要方法。针对现有校准方法在低频校准时存在的数据量过大导致内存不足、处理速度慢的问题，开展了基于零差激光干涉的低频加速度计校准系统研究。通过对非线性误差特别是非正交相位误差的分析提出了误差补偿的方法；利用动态相位连续展开方法和自适应动态分解算法进行数据采集和处理，实现降低采样率、减少数据量的目标，并确保了校准精度。实验结果证明，该系统能够实现加速度计在0.1~80Hz频率范围内的灵敏度精确校准，满足低频校准的测试需求。
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基于可饱和吸收体的复合腔窄线宽掺铒光纤激光器
Abstract:
本文介绍了一种1550nm窄线宽光纤激光器,该光纤激光器采用复合腔结构,利用主腔和子腔之间形成的游标效应,拓宽了腔内纵模间隔。采用一段长度为5m的低掺杂未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体,通过环形器和FBG反射,在饱和吸收体中形成相向传输的激光,由此产生驻波效应形成动态光栅,以此来抑制跳模并消除了多纵模。在泵浦功率200mW时,获得了中心波长1550.15nm、输出功率8mW的窄线宽激光,通过延时自外差法测得线宽为784Hz。
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基于复位噪声抑制与LOFIC技术的高动态全局快门CMOS图像传感器
Abstract:
全局快门CMOS图像传感器中，传统5T像素存在噪声较大、动态范围偏低的问题，其帧率则受到ADC量化速度的限制。对5T像素中采用渐进式源随器反馈复位的方案进行了研究，通过源随器复用共源级放大器,实现了像素内FD点的复位噪声抑制；设计的LOFIC结构在不减小转换增益的前提下，扩展了像素满阱与动态范围；设计的DS ADC将完整斜坡拆分为两个斜率相反的半斜坡，使量化速度翻倍且不增加功耗和面积。仿真结果表明，引入了复位噪声抑制与LOFIC的全局快门像素噪声仅0.78e^-，动态范围103dB，满阱容量109.36ke^-，666.7MHz时钟频率下，DS ADC采样率1MSPS，量化像素输出的复位信号、PPD信号以及LOFIC信号总共只需2.4μs。
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基于多尺度边缘感知滤波的暗通道图像去雾方法
Abstract:
雾霾天气经常造成成像设备获取的图像质量下降、目标对比度降低及轮廓模糊问题。传统暗通道去雾算法虽然具有一定效果,但在图像边缘及深度变化较大的区域易产生光晕伪影和过度平滑现象。为此,本文提出了一种基于多尺度边缘感知滤波的暗通道图像去雾算法。该算法首先将边缘感知滤波权重引入引导滤波的代价函数,以解决引导滤波器无法动态调整平滑程度的问题；其次,通过多个不同尺度的边缘感知滤波器加权计算,细化透射率的估计；最后,将雾霾图像的大气光强值以及通过本文算法获得的透射率代入大气散射模型,从而恢复无雾图像。实验结果表明,与传统暗通道去雾算法相比,所提算法处理后的图像在信息熵(IE)、平均梯度(AG)、标准差(SD)和色彩均衡性(CU)等指标上分别提高了7.60%、36.19%、54.25%和47.59%。总体而言,该算法在去雾效果上优于传统方法,能够有效恢复图像细节,提高视觉质量,具有较好的应用前景。
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一种基于异步行列扫描的EVS读出电路
Abstract:
基于XFAB 180nm CMOS工艺设计了一种EVS读出电路。介绍了基于事件的视觉图像传感器，分析了行列扫描的异步时序和事件输出数据量对电路的影响。读出电路基于行列扫描的方式实现异步时序，提高了时间分辨率并降低了读出电路的功耗和延迟。通过对行事件密度进行判断的方式自动切换数据输出方式，减少事件信息的冗余输出，提高了事件读出速率。像素部分通过对数光感受电路、开关电容放大电路和两晶体管比较器输出事件信息，单个像素功耗为54.3nW。读出电路采用1.8V的工作电压，最大事件率可达到41MEps。在64×64阵列中，1MEps事件率时电路总功耗为15.31mW，通过切换数据输出方式的方法最大可减少50%冗余事件信息的输出。
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一种应用于大面阵CMOS图像传感器斜坡发生器
Abstract:
为满足大面阵CMOS图像传感器(CIS)的应用需求，本文提出一种斜率可调、且可配合列并行ADC实现普通采样（DS）与相关双采样（CDS）的斜坡发生器电路的实现方案,并对电路进行了设计仿真和版图实现，采用90nm(1.2V/2.8V)1P5M CIS工艺进行了制作。设计结果表明, 该斜坡发生电路结构简单，面积较小，斜率可调、工作模式可调，斜坡幅度>0.5V，复位时间<70ns，DNL 为+0.018LSB/-0.012LSB, INL+0.78LSB/-0.013LSB，满足超大面阵CIS的设计和工程应用需求。
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基于FOG信号处理电路的SiP键合线仿真分析
Abstract:
高精度光纤陀螺仪(FOG)的发展趋势是集成化和小型化,从而实现小体积和高精度的目的。本文采用系统级封装(SiP)方式,将光纤陀螺信号处理电路的ADC、FPGA、DAC裸芯(DIE)采用键合线的方式集成至一块基板。由于金丝键合线的物理参数(线径、跨距、弧高)会极大影响信号完整性,因此本文针对光纤陀螺SiP集成的金丝键合线,进行建模并仿真,分析金丝键合线的物理参数及基板微带线宽度对信号完整性的影响,并采用L9(34)正交试验法分析优化四种参数组合,得到针对FOG信号处理电路的SiP键合线及基板微带线最佳组合,为光纤陀螺信号处理电路的系统级封装集成化提供工程参考。
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消色差超透镜设计及双光子聚合加工
Abstract:
为了扩展超透镜的设计自由度,实现多功能的超透镜,并降超表面器件的设计难度,提出了一种基于梯度下降优化的超透镜逆向方法。结合反向传播算法求解梯度信息,实现了偏振不敏感的基于单层结构的消色差多阶超透镜设计。利用双光子聚合3D打印技术,对加工工艺进行探索,实现了打印横向分辨率达到200 nm的超透镜加工。实验测量到所加工的超透镜的焦距和设计值偏离小于3%。对比其他报道,本研究将逆向设计方法的设计灵活性和双光子聚合3D打印方法的三维加工优势结合,为设计加工高自由度超表面,充分发挥超表面的光场调控优势,推进超表面的工程应用,提供了新的方案。
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高精度三维成像用硅基线性APD焦平面组件设计
Abstract:
设计了一种用于非扫描式激光三维成像的64×64硅基线性APD焦平面组件，包括硅基线性APD阵列和读出电路。硅基线性APD阵列芯片采用背照式N+-p-π-P+结构，像元中心距为150μm，工作在线性倍增模式。APD像素单元采用片上集成微透镜、反射镜等结构提升近红外波段的探测灵敏度。读出电路采用单片集成技术，将高速前置放大、时刻鉴别、高精度时间间隔测量、时序控制等功能模块集成在单一硅片上。硅基线性APD焦平面组件能够实现64×64阵列的全并行激光脉冲信号探测，具有良好的均匀性，在905nm波长处的最小检测光功率为20nW，时间分辨率为0.339ns，计时位数为16bits，最大帧频达到5kHz。
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光纤陀螺标度因数长期变化抑制技术研究
Abstract:
高精度光纤陀螺广泛使用掺铒超荧光光纤光源,其输出光的平均波长会随着使用时间的增加发生漂移,导致光纤陀螺标度因数稳定性不能满足长期使用需求。针对该问题,本文提出了一种平均波长长期稳定性提升技术,该方法在陀螺光源处加入了泵浦功率控制回路,从而稳定泵浦功率减小泵浦源老化带来的泵浦功率损失和平均波长漂移；使用光路滤波技术滤除光谱中不稳定波段光以提升光谱稳定性与对称性,并通过仿真模拟优化了滤波器参数。实验表明,使用该方法的光纤陀螺光路平均波长稳定性提升了88%,其在常温下9个月内的标度因数稳定性优于5ppm,并且改进后光纤陀螺其他性能参数未见明显劣化,验证了该方法的有效性。
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基于MZI与OEO的高灵敏度光纤磁场传感器
Abstract:
本文提出了一种基于马赫-曾德干涉仪与光电振荡器的高灵敏度光纤磁场传感器。根据基于光电振荡器的传感器原理,建立了所设计的马赫-曾德尔干涉仪的波长灵敏度与光电振荡器的频率灵敏度之间的映射关系,揭示了光电振荡器的频率灵敏度随着波长灵敏度的增加而增大。本文中,马赫-曾德尔干涉仪是通过在两根单模光纤之间错位拼接一段锥形光纤来制造的,它可以将宽带光源发出的光切割成正弦形状的光。实验结果表明,在1.6mT–12.8mT范围内,该传感器的频率灵敏度为324Hz/mT,对应的测量误差在±0.96mT以内。
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预制棒POVD工艺中等离子体温度的光谱测量
Abstract:
等离子体外部气相沉积法(Plasma-Outside-Vapor-Deposition,POVD)能够制造出高质量的光纤预制棒,其中高频感应等离子体炬的温度诊断是确保光纤预制棒质量和性能的关键环节。然而在实际测量环境中,由于等离子体物理过程的复杂性和不稳定性,温度诊断的一致性和准确性问题普遍存在。文章基于非接触式发射光谱诊断技术,针对POVD工艺中等离子体光谱数据绘制Boltzmann图,拟合计算出等离子体温度。为了得到准确性高的电子温度计算结果,文章提出了一套适用于各阶段各元素的等离子体光谱谱线筛选标准。经过谱线筛选后的测温结果,各阶段拟合线性度均优于0.96,同时不同积分时间下测温结果的变异系数CV也从原先的20.74%降低到了5.55%以下。由此证明了文章提出的等离子体光谱谱线筛选标准能够很好地改善等离子体温度诊断中存在的一致性和准确性问题。
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硅晶圆通槽激光电化学复合加工试验研究
Abstract:
单晶硅作为半导体器件的基础材料,具有高硬度、高脆性和低断裂韧度等特性,在微纳加工中面临显著挑战。激光加工广泛用于单晶硅微结构加工,但热损伤显著。针对这一问题,提出了一种基于激光电化学复合的硅晶圆通槽加工新方法。该方法利用激光的光-热耦合效应,结合单晶硅导电性随温度升高的特性,实现了激光刻蚀与电化学溶解复合,有效改善加工质量。阐明了激光诱导电化学加工的机理,并设计了相应的试验方案。对比试验结果表明,激光电化学复合加工在表面质量方面优于传统激光干切方法。进一步研究了施加电压对加工表面质量的影响,试验发现当电压为40SV时,加工表面粗糙度显著降低至310Snm,达到最佳加工效果。
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基于时域频域特征融合的轻量化圆棒类产品字符缺陷检测网络
Abstract:
针对字符重叠、错位、偏移等圆棒类产品表面字符缺陷检测难度大，检测精度低的问题，提出一种基于时域频域特征融合的轻量化圆棒类产品字符缺陷检测网络。将Scharr算子、时域特征和频域特征融合，获得清晰度高的字符边缘和细节信息。同时引入共享卷积设计轻量化检测头，在保证精度的前提下提高检测速度。通过实验结果表明，改进的算法平均精度均值达到96.37%、召回率达到 91.13%、精确率达到 95.47%，较原始网络分别提高6.97％，4.62%，6.3%；检测速度达到87.9帧 /s，较原始网络提高 6.6 帧 /s。
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Co3O4/ZnS复合材料薄膜的制备及其紫外光光电探测性能
Abstract:
本文通过水热法在FTO衬底上制备Co3O4薄膜,再在Co3O4薄膜上水热生长ZnS纳米球,得到Co3O4/ZnS异质结复合材料薄膜,通过改变ZnS反应溶液浓度来改变异质结复合材料中ZnS组分的含量。采用XRD、XPS、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对复合材料薄膜的微观形貌和相组成进行表征。结果表明,ZnS纳米球覆盖在Co3O4薄膜上,形成纳米球组成的网状结构。随着ZnS反应溶液浓度增大,Co3O4/ZnS异质结复合材料薄膜对紫外光的响应逐渐增强。Co3O4/ZnS异质结复合材料薄膜有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(5.98mA/W)和探测率(3.1×1010Jones)。
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蓝宝石/TiN新型复合基板的设计及其上AlN薄膜制备研究
Abstract:
氮化铝(AlN)作为新一代超宽禁带半导体,因其在深紫外光电器件、电力电子器件等领域的广阔应用前景而备受关注。然而,高制备成本限制了其大规模应用。本研究设计了一种耐高温退火的蓝宝石/TiN新型复合基板结构,在其上低成本磁控溅射沉积AlN并结合高温热退火工艺,成功制备了c轴取向的AlN薄膜。研究分析了复合基板对AlN薄膜表面形貌和晶体质量的影响,并进一步探究了AlN薄膜的应力变化情况。结果表明,经1600℃高温退火30分钟后AlN薄膜仍保持完整连续,复合基板上制备的AlN薄膜表现为压应力,而纯蓝宝石上的AlN薄膜为张应力。本研究在低成本制备c轴取向AlN薄膜及对其应力调控方面提供了新的思路。
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背接触晶硅太阳电池的研究现状与展望
Abstract:
晶硅太阳电池在全球光伏市场中占据主导地位，份额超过90%，成为可再生能源领域不可或缺的一环。近年来，背接触晶硅太阳电池凭借其出众的转换效率和美观的组件设计，吸引了业界的广泛关注。然而，复杂的制造工艺推高了其生产成本，使得这类电池在与其它单晶硅光伏产品的市场竞争中面临不小的挑战。本文深入介绍了背接触太阳电池的增效机制，同时详细剖析了其技术上的显著优势。依据电池结构设计的差异，背接触太阳电池主要被划分为金属穿孔卷绕太阳电池、发射极穿孔卷绕太阳电池以及交叉指式背接触太阳电池三大类。从工业生产的视角出发，本文对当前背接触太阳电池的发展瓶颈进行了细致分析，并就未来的改进方向展开了探讨。这些改进方向包括但不限于：与其他太阳电池结构结合、陷光微纳结构的应用、叠层结构的设计、电池薄片化技术的推进以及银浆用量的优化等。特别值得一提的是，晶硅/钙钛矿叠层电池被视为未来太阳电池发展的重要方向，其在提升转换效率和降低成本方面具有巨大潜力。
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PEEK紧套光纤的熔融拉伸包覆制备工艺及传感特性研究
Abstract:
本文提出了一种聚醚醚酮紧套光纤的熔融拉伸包覆制备传感器的新工艺,可以提高传感器的可靠性和耐高温性,该工艺成型包覆紧密,控制灵活。通过数值模型探讨了传感器制备工艺与成型尺寸之间的关系,该方法可以制备不同直径的传感器样品,为本研究提供实验支持。对样品进行结构表征和高温应变实验,结果表明传感器同心度和外径受拉伸速度和加热温度的影响。直径约0.7 mm、0.59 mm、0.51 mm的PEEK传感器温度灵敏度分别为50.65 pm/℃、42.76 pm/℃、38.45 pm/℃,力灵敏度分别为431.41 με/N、532.90 με/N、584.36 με/N,在监测、通信领域具有广泛的应用前景。
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基于FPGA内部资源的高精度数字延时系统设计
Abstract:
针对星载激光测高系统回波模拟设备中长距离、高精度延时的需求,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)内部集成特殊延迟线的数字式脉冲延时发生器(Digital Delay Generator,DDG)架构。自测量补偿型DDG由“内插延时线 + 三级粗、细时间延迟电路”组成。基于CARRY4组成的内插延时线精确测量外部触发信号到达时刻和FPGA内部时钟采集沿之间的时间差,从而精准确定时间延时的起点。再依次经过粗时间计数、粗相位调节和细相位调节三级时间延时策略,实现了基于触发信号起始时刻的长时间尺度下的高精度延时。DDG设计中包括抖动自测量和校准方法,适用于内部和外部触发,其设计资源完全依赖于FPGA片内基础资源,确保了设计的广泛适应性。实验结果表明,当使用频率精度为±0.5ppm的振荡器时,在补偿后的外部触发模式下,时间最小延时步进可达37.5±7.5ps,在2ms延时下输出抖动优于270ps(RMSE 31ps)。
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基于改进YOLOv8n的管道缺陷检测研究
Abstract:
针对管道检测中由于背景干扰和特征尺度多变导致的检测精度低和误检率高的问题，提出了一种基于YOLOv8n改进的FHS-YOLOv8（Feature High Selection-YOLOv8）模型。首先，提出了一种特征金字塔共享卷积模块（FPSC），通过使用不同膨胀率的共享卷积层，提升了模型在多尺度特征提取上的能力。其次，提出了一种高级筛选路径聚合网络（HS-PAN），结合高层筛选和路径聚合的创新设计，通过动态特征筛选和双路径特征融合，有效解决了多尺度问题。最后，在头部网络中引入了SEAM模块，使得模型能够自适应调整“注意力”焦点，从而优化检测效果。实验结果表明，改进后的算法在管道缺陷数据集上的精确度和平均精度均值（mAP@0.5）相较于YOLOv8n模型分别提高了3.3%和4.1%，同时参数量减少了32.3%。FHS-YOLOv8模型在复杂场景中的检测性能明显优于传统方法，展现出更强的鲁棒性和精确度。
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EBCMOS中电子倍增层信噪比理论分析
王重霄, 陈卫军, 宋德, 梁荣轩, 岳纪鹏, 夏浩然, 刘名杉
Abstract:
基于光子传输理论和电子与半导体相互作用理论,建立了电子轰击互补金属氧化物(EBCMOS)中电子倍增层的二次电子波动性引起的增益噪声形成机制模型。采用蒙特卡罗模拟方法,计算了二次电子的信噪比,重点分析了入射电子能量、钝化层种类与厚度、电子倍增层厚度与掺杂浓度等系统参数对增益噪声的影响。结果表明,当使用Al2O3钝化层材料,并通过减薄钝化层厚度、降低掺杂浓度、减少电子倍增层厚度以及降低工作温度等一系列措施,能够有效提高电子倍增层的信噪比使其达到75.35 dB。本文的研究成果对EBCMOS电子倍增层的制备具有理论指导意义。
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基于遗传算法优化广义回归神经网络的光纤光栅峰值检测方法
Abstract:
为了提高光纤布拉格光栅(FBG)传感器的峰值检测精度,提出了一种遗传算法优化广义回归神经网络(GA-GRNN)的光纤布拉格光栅(FBG)峰值检测方法,通过遗传算法对广义回归神经网络的平滑因子进行寻优处理,提高了广义回归神经网络对FBG中心波长的计算精度,从而提高了整个光纤光栅峰值检测系统的精度。实验结果表明,检测精度为3.1pm。该方法具有较高的精度和分辨率,可以在较短的波长范围内检测任意光纤布拉格光栅的峰值。
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双向变迹垂直光栅耦合器的设计优化
Abstract:
为实现单模光纤与硅基光子芯片的高效垂直耦合，设计了一种基于SOI平台的双向变迹光栅耦合器。该设计采用改变光栅占空比的策略，分别利用一元一次函数和指数函数对占空比进行线性变迹和非线性变迹两种方式，优化了单模光纤与向上衍射模斑的重叠积分，分别获得39.18%和36.59%的耦合效率。通过有限时域差分法（FDTD）软件对光栅耦合器进行仿真分析，对光栅的一些关键参数进行优化。经过仿真，发现在埋氧层下方添加Al反射镜后，线性与非线性变迹两种情况耦合效率可在1570nm波长处分别提升至90.8%与92.06%，且3dB带宽分别达到73nm、74nm，展现出良好的耦合与带宽特性，且在优化后，占空比非线性变迹要比线性变迹获得更高的耦合效率。这一方案不仅提升了耦合效率，还确保了器件的带宽性能，对硅基光栅耦合器的设计与应用具有参考价值。
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基于光纤光栅激光器传感的螺栓应力测试方法研究
Abstract:
本文针对螺栓长期服役中的松动、蠕变问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感的螺栓应力测试方法。首先,利用飞秒激光加工技术透过光纤涂层制作FBG,基于该光纤光栅设计了线性腔结构的掺铒光纤激光器,实现具有高信噪比的激光输出；其次,分别设计并制备了不同尺寸的不锈钢和铝材质的螺栓垫片,并对其受力特性进行了仿真分析；接下来,将FBG分别嵌入不锈钢和铝材质垫片槽中并结合螺栓构建应力测试系统,通过对垫片表面施加应力,使得FBG产生相应的形变,从而导致激光波长出现漂移。实验中,分别对槽深为1mm、1.5mm的不锈钢和铝材质垫片的螺栓应变测试系统施加0~10N.m应力,随着应力的增加,激光波长出现红移,1mm槽深的不锈钢和铝垫圈传感器中心波长分别共移动了41和61.8pm,灵敏度分别为4.05和6.13pm/(N.m)；1.5mm槽深的不锈钢和铝垫圈传感器波长分别飘移141.7和180.5pm,灵敏度分别为14.12和18pm/(N.m),线性度达到0.99。
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基于混合维度异质结材料的硅APD短波红外探测技术研究进展_硅基光电探测器件及组件”投稿
Abstract:
为满足低成本三维成像和多功能光电系统的迫切需求,硅基APD探测器与量子点、二维材料等新型集成技术是未来实现光电芯片集成化的重要研究方向。论文探讨基于混合维度异质结材料的硅基APD阵列短波红外探测技术研究,首先介绍了传统APD器件的应用场景限制,以及基于新型半导体材料的光电探测器研究方向；其次描述了量子点、二维材料在光电探测器中应用；接下来介绍混合维度异质结材料与探测器的集成化技术,重点强调了混合维度异质结材料的优势；然后梳理了国内外基于异质结材料的光电探测器的研究现状,并概括了基于混合维度异质结材料的硅APD短波红外探测阵列结构的科学问题；最后,展望了基于混合维度异质结材料的硅APD短波红外探测阵列的发展及应用趋势,拓展硅基器件的探测波长,实现短波红外探测功能。这对未来基于混合维度异质结材料的高性能APD器件的设计、优化与制造具有十分重要的意义。
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1.18 GW/cm2的p-NiO/β-Ga2O3异质结MOSFET的设计与研究
Abstract:
本文在栅极凹槽结构的基础上，实现了一种增强型 β-Ga2O3 MOSFET，在凹槽区域引入p-NiO 层，形成了异质结结构，并通过添加一层氧化物有效抑制了栅极漏电流。同时优化了 β-Ga2O3的外延层浓度，p-NiO的掺杂浓度、长度和厚度四个重要结构参数。获得最佳参数后，设计了氮化层和场板结构以进一步提高器件的击穿电压。仿真结果表明，该器件的击穿电压为 2380 V，阈值电压为 +0.79 V，比导通电阻为 4.82mΩ.cm2，功率因数（PFOM）为 1.18 GW/cm2。最后，将本文提出的器件与无氧化物器件和无 p-NiO 器件进行了性能对比，结果表明，本文提出的器件结构具有更优越的性能。
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正交试验抑制UV-LIGA工艺线宽波动及其机理研究
Abstract:
SU-8厚胶光刻工艺在高深宽比结构的制备中应用广泛，但甩胶过程中易在片上不同位置及片间胶产生厚波动，导致局部过曝或欠曝，降低转移精度。本文通过田口法研究了不同前烘时间下胶厚、曝光剂量对光刻的影响，发现增加前烘时间能有效抑制图案线宽波动，当前烘时间由90 min增加到110 min时，线宽稳定性提高了86.8%；并通过仿真分析解释了机理：延长前烘时间能抑制SU-8底部的光酸产生，增大厚度方向光酸浓度差，导致后烘时扩散到两侧未曝光区域的光酸减少，进而抑制胶厚-剂量失配导致的线宽变化，为解决厚胶胶厚波动导致的误差提供了解决方法和理论依据。
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基于可靠性函数的极化码PSS-RF-SCL译码算法
Abstract:
针对串行抵消列表下基于搜索集的路径分裂选择策略(Path Splitting Selecting strategy based on Search Set under the Successive Cancellation List, PSS-SS-SCL)译码算法的缺陷,提出了基于可靠性函数的路径分裂策略和依靠辅助路径度量值(Auxiliary Path Metric, APM)的剪枝策略。在此基础上,提出了PSS-RF-SCL(Path Splitting Selecting strategy based on Reliability Function under the Successive Cancellation List)译码算法。该算法在译码阶段,每个信息比特在进行路径分裂前,计算所有路径的路径度量(Path Metric, PM)值。利用这些PM值计算出该比特的可靠性函数值。将可靠性函数值低于其平均值即阈值α的信息比特视为需要进行路径分裂的比特。使用该方法来识别分裂比特,明显减少了多余的分裂次数。此外,将APM值高于正确译码路径的APM平均值即阈值β的路径视为不可靠路径。对不可靠路径进行剪枝,明显降低了译码列表总数。仿真结果表明,相较于传统的基于搜索集的路径分裂策略辅助SCL译码算法,所提出的PSS-RF-SCL译码算法在没有性能损失的前提下,明显降低了译码复杂度。
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具有P-top层与缓冲层结构LDMOS击穿特性研究
Abstract:
在传统平面栅LDMOS结构(CON-LDMOS)基础上,设计了一种具有P-top层与N型缓冲层结构的LDMOS(BP-LDMOS)。P-top层辅助耗尽漂移区,拓宽了耗尽层宽度,并缓解了栅极右侧拐角处的电场集中效应,使横向电场分布更加均匀,器件耐压特性变好；N型缓冲层的设计,增大了漂移区内载流子密度,使器件导通特性得到了改善。本文主要探究了P-top层掺杂浓度、长度、厚度以及漂移区掺杂浓度对BP-LDMOS击穿特性的影响。仿真结果表明,相较于CON-LDMOS,BP-LDMOS击穿电压为329.4 V,提升了3 %；比导通电阻为23.1 mΩ·cm2,降低了40.1 %；品质因数为4.70 MW/cm2,提升了77.4 %。
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基于红外-可见光双波段的扫描型宽视场成像方法研究
Abstract:
针对目前红外成像设备中可见光与红外波段成像分辨率低，视场小以及图像位置映射关系不一致等问题，提出一种基于红外-可见光双波段的扫描型宽视场成像方法。该方法首先使用阵列传感器采集物体的可见光波段图像，使用单元红外探测器感应目标的红外热辐射，并通过电机驱动，以线扫描方式实现红外波段成像；然后根据可见光像素均匀分布与红外像素等角度分布的特点，在像素世界坐标系上实现正圆切割映射；最后利用扫描角度温度模型对红外图像进行温度补偿。实验结果表明：该方法可以有效同步的采集可见光与红外波段图像，使可见光与红外图像在长、宽视场角度上具有1:1的映射比，对红外与可见光双波段成像推广应用具有参考意义。
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深槽型半超结VDMOS器件仿真研究
李尧, 苟恒璐, 谌利欢, 牛瑞霞, 陈文舒, 龙仪, 白开亮, 陈晓刚
Abstract:
本文基于超结理论,设计了深槽型半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(DT-SSJ VDMOS),通过Silvaco TCAD仿真软件对其电学特性进行了仿真研究,并对比讨论了DT-SSJ VDMOS与深槽型VDMOS(DT VDMOS)及深槽型超结VDMOS(DT-SJ VDMOS)的电学特性。深沟槽的引入打破了栅氧化界面垂直电场高斯定律的限制,降低了栅氧化层峰值电场；相对于超结结构,半超结的引入降低了工艺复杂度,同时提升了器件稳定性。仿真结果表明,DT-SSJ VDMOS的击穿电压(BV)为1000V,比导通电阻(Ron,sp)为26.78 mΩ.cm2及品质因数(FOM)为37.565 MW/cm2。与DT VDMOS器件相比,DT-SSJ VDMOS的BV提高了100%,FOM提高了57%；与DT-SJ VDMOS器件相比,其Ron,sp降低了35.9%,FOM提高了5%,采用深沟槽和半超结结构,更好地折中了击穿电压和比导通电阻之间的矛盾,器件的整体性能也得到了提升。
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III-V多结太阳电池子电池光电性能研究
Abstract:
优化每个子电池的性能对提升III-V多结太阳电池整体性能至关重要。但子电池的电流电压特性无法直接测量。本文分析了不同结构的III-V多结电池的子电池的光谱响应测试条件,由此可计算子电池电流密度。子电池电压则需要通过光电互译理论计算。由于绝对光子辐照强度测试困难,本文利用黑体辐射改进光电互易理论,获得了符合实际应用的光电互译形式。该方法可以利用实测的子电池的量子效率与不同注入电流密度下的电致发光光谱,结合整体电池的电流电压特性,计算出各个子电池的电流电压特性。突破多结太阳电池只能整体表征性能而无法测试子电池性能的难题,从而可以针对性地优化多结电池结构。
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基于动态浮动逆变换比较器的10位低功耗SAR ADC研究
Abstract:
对于航天级CMOS图像传感器,模数转换器(ADC)是获得清晰红外图像的关键部件。针对国内航天工程这一应用需求,设计低功耗高效率的ADC是大规模CMOS图像传感器的主要指标,本文采用差分式输入结构和动态浮动逆变换前置放大比较器,设计了一种10位低功耗逐次逼近模数转换器。该ADC采用AMS 0.35μmCMOS工艺,电源电压为3.3V,采样速率为1MS/s。设计结果表明,ADC的SNDR=61.02dB,SFDR=73.26dB其有效位数达到 9.84bits,且功耗仅为260,版图单元面积240μm900μm。本设计在同等采样速率下具有更低功耗以及更优噪声表现,可应用于后续大规模CMOS图像传感器中。
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基于轻量化AWD-YOLOv8s的小目标螺栓检测算法
Abstract:
针对地铁车辆车顶图像中螺栓占比小，导致算法检测精度低和计算量大的问题，该研究提出一种基于轻量化AWD-YOLOv8s的小目标螺栓检测算法。首先，设计了一种自适应权重下采样AWD模块，通过赋予局部特征信息不同的权重值，增强算法对小目标特征信息的提取能力；其次，引入尺度内特征交互（AIFI）模块替换SPPF模块，通过捕捉同一尺度特征间的依赖关系，轻量化改进算法；最后，引入轻量化Ghost-P2结构，增强算法对小目标螺栓特征信息的提取能力。实验结果表明，改进后的算法均值平均精度达到98.7%，相比原算法提高2.2%，模型参数量减少46.7%，检测速度可达115FPS，实现模型轻量化的同时提升检测精度。
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基于ADC结构的56Gb/s PAM4信号SerDes接收端的设计
Abstract:
基于28nm CMOS工艺，1.05/1.2V电源电压，采用32路时间交织ADC（TI-ADC）结构，设计了一种56 Gb/s 四电平脉冲（PAM4）信号的SerDes接收端。为了满足TI-ADC对输入信号的要求，提出了一种基于前馈结构的连续时间线性均衡器（CTLE）结合可变增益放大器（VGA）的模拟前端（AFE），在不影响低频增益的前提下提高高频增益。TI-ADC中的子ADC（sub ADC）采用一种一步两位逐次逼近模数转换器（2b/cycle SAR ADC），采样率为875MS/s分辨率为8bit。为保证共模输出电压以及减小建立时间，电容阵列DAC采用上级板采样的分裂电容结构；采用锁存式SAR 逻辑单元代替传统的静态触发器式移位寄存器，提高转换速度。仿真结果表明：在奈奎斯特14GHz频率下，CTLE补偿10.2dB信道衰减；VGA提升3dB低频增益，眼宽为0.37UI，眼高为150mV；TI-ADC采样速度28GS/s，SFDR为52.2dB，SNDR为45.8dB，ENOB为7.32bit；整体接收端功耗为344 mW，能效为6.14pJ/bit。
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锑化物中波 APD 的设计与优化
Abstract:
本文针对中波弱光探测下线性模式 APD 的需求,设计基于 InAs/GaSb 二类超晶格和 AlGaAsSb 四元合金分别作为吸收层和倍增层的雪崩光电探测器。通过构建 AlGaAsSb合金的碰撞电离模型,基于 SILVACO-ATLAS 仿真平台较为系统的模拟了倍增层厚度及掺杂浓度、吸收层厚度及掺杂浓度等结构参数对器件 I-V 特性、电场分布以及瞬态响应的影响,从而获得最佳的模型参数以减小暗电流和提高增益。同时,也探究了不同温度对器件性能的影响。仿真结果显示在 300 K 下,在工作电压下的增益为 16.4,在击穿电压处的最大增益为 129.5,比探测率为 2.39×1011 cm.Hz 1/2.W-1。该研究可为在室温下工作的中波红外雪崩光电二极管提供理论基础。
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铟掺杂氧化镓日盲深紫外探测器
Abstract:
掺杂可以使Ga2O3通过带隙调制显著影响其光吸收特性和电学特性,从而提升光电探测器的性能.因此,本文用PECVD法制备In掺杂β-Ga2O3薄膜,研究了掺In对β-Ga2O3基日盲光电探测器性能的影响机制和应用潜力.该探测器具有优异的深紫外光响应特性,在5 V偏压,光强275 μW/cm2的254 nm波长光照下光电流达到μA级别,最大光响应度可达480 mA/W,探测度达到6.42×1013 Jones,同时还具有235%的外量子效率以及2.15的光电导增益,最大光暗电流比接近106。高温生长更有利于In的掺入,相对于不掺In情况,相同光照和偏压条件下掺In后β-Ga2O3薄膜光电流明显增大.薄膜中的氧空位与晶格缺陷会对光电探测器性能产生关键影响,其中高占比的表面氧空位通过吸附氧分子和形成表面势垒,影响电子积累与输运,从而在254 nm紫外光照射下提高了光电流响应,而光响应参数随光强增加而减小主要由于载流子的散射与复合.该探测器对深紫外(DUV)低光强的极高灵敏度保证了其在光学传感应用中的巨大潜力,此研究还为高效率In掺杂Ga2O3的深紫外光电探测器提供了新的设计思路.
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基于1/4速率架构的60Gb/s PAM4信号SerDes接收端设计
Abstract:
随着信息技术的不断发展，通信系统对数据传输速率提出了更高的要求。为了扩展高频带宽同时降低电路功耗，设计一种用于接收1/4速率架构的60Gb/s PAM4信号SerDes接收端。提出跨导跨阻抗（Gm-TIA）结构的连续时间线性均衡器（CTLE）和并行四抽头前馈均衡器（4-tap FFE）的均衡策略扩展高频带宽，采用四分之一速率结构进一步降低电路功耗。电路基于28nm CMOS工艺实现，在1.05/1.2V电源电压下，后仿真结果表明：在奈奎斯特15GHz频率处，CTLE可补偿18.5dB的信道衰减；经过4-tap FFE眼宽为0.6UI，眼高为120mV；整体接收端功耗为83.71mW，能效为1.40 pJ/bit，版图核心面积为394.55um*343.53um，所提电路适用于高速串行接口和通信应用中。
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基于场协同和火积耗散的截断型双层微通道热沉强化传热的数值模拟
Abstract:
本文采用CFD技术数值模拟了波浪形双层微通道热沉的流动传热过程，分析了雷诺数和上层截断长度对流动和传热性能的影响。基于场协同原理与火积耗散理论，对比分析了四种双层微通道构型。结果计算表明，在层流状态下，随着雷诺数增加，微通道热沉的平均温度Tave逐渐降低，努塞尔数(Nu)；表面传热系数（h）和综合强化换热因子(PEC)提高，火积耗散逐渐减少。在相同雷诺数下，浪形底面上层通道长度比为0.2的双层微通道传热协同角和压降协同角最小。其中，具有浪形底面上层通道长度比0.2的Case1波浪形微通道热沉，在传热和流动特性上表现最优。
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基于减法构造搜索算法的新颖8环QC-LDPC码构造方法
Abstract:
针对准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity-check, QC-LDPC)码中存在的短环结构会严重影响码字纠错性能的问题，基于减法构造搜索算法而提出一种新颖的8环QC-LDPC码构造方法，该方法利用减法构造(Subtraction Construction, SC)的搜索算法来构造围长至少为8的QC-LDPC码。该构造方法先用Golomb Ruler序列固定第一行，后两行利用基于减法构造的搜索算法得到，可以构成一个满足无4，6环条件的指数矩阵(exponent matrix, EM)，得到其奇偶校验矩阵。仿真结果表明，在误码率(bit error rate, BER)为10-6时，同本文对比的同码率码长的其他QC-LDPC码码型相比较，所构造的SC-QC-LDPC码在码长为1200和3600时,其净编码增益分别最小能改善0.23dB和0.12dB，因此其纠错性能较好。此外，该构造方法不仅提供了灵活的码长码率选择，还具备较低的计算复杂度。
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基于改进UFLDv2的道路线检测方法
Abstract:
在自动驾驶领域中车道线检测算法主要面临检测效率低下，严重遮挡，光照欠佳等问题。基于此应用场景，本文提出了一种基于改进UFLDv2网络的道路线检测方法。本方法在特征提取阶段使用我们设计全新的层结构如SNA与SNB，同时引入轻量化注意力机制CBAM，使用有序数学期望损失函数函数与原始交叉熵损失函数的混合损失函数，有效平衡了FLOPs与检测准确度。最后使用混合锚点检测系统对车道线进行高效的检测，通过在CULane数据集上进行大量实验。结果表明我们改进后的方法所需计算量（FLOPs）降低了57.5%，同时检测精度（总F1参数）提升了0.7%。与其他的主流道路线检测网络相比，改进后的网络在极端情况下的车道线检测取得了很好的效果。
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基于临近耦合馈电的超宽带圆极化天线
Abstract:
针对通感一体化技术(ISCA)中卫星通信对超宽带、圆极化的需求,提出一款加载弧形枝节的超宽带圆极化微带天线。通过对方环天线进行裁剪处理,调节表面横向电流和纵向电流,以产生圆极化波。加载两个四分之一圆弧型枝节,扩展轴比带宽。通过设计天线底层的临近耦合馈电结构,与天线顶层产生谐振,实现天线小型化,并扩展阻抗带宽。从仿真和测量结果可以看出,天线为右旋圆极化(RHCP)辐射；阻抗带宽(IBW)为9.06-22.55 GHz(85.4%)；3 dB圆极化轴比带宽(ARBW)为9.91-21.54 GHz(74%)；峰值增益为3.5 dBi；尺寸为11.7×11.7×0.127 mm3(0.38λ×0.38λ×0.127 mm3,λ为9.91 GHz对应的自由空间波长)。所设计的天线结构简单紧凑、工作频带宽,覆盖Ku波段。
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面向微波光子信道化的高精细阵列波导光栅研究
Abstract:
本文针对传统信道化接收机的在瞬时工作带宽、处理速度及规模方面的技术瓶颈，提出一种基于阵列波导光栅的无源信道化方法，通过超窄通带的高精细阵列波导光栅来实现对射频调制信号在光域的窄带信道划分，设计和制备的光信道划分芯片性能稳定，封装后的通道光插损约11dB，相邻通道光隔离度大于16dB，系统验证实现了超宽带射频调制信号10GHz带宽的多通道信道化分，系统架构简洁紧凑，极大降低了信道化系统的复杂度，并且具备与微波光子前后端系统在光域全光拉通的能力，可显著减小整机微波光子链路的插入损耗，改善系统接收系统的灵敏度。
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并行可配置FFE高速SerDes发送端设计
Abstract:
非归零码(NRZ)信号在面对较长的传输距离和严重的信道衰减导致误码率高等问题时,在高速SerDes发送端通常采用前向反馈均衡(FFE)对信号进行处理。基于UMC 28 nm CMOS工艺,采用分辨率为8bit的数模转换器(DAC)的架构,设计了一种并行可配置FFE高速串行接口(SerDes)发送端。并行输入信号与已存储的8个10 bit抽头系数通过可配置FFE中乘法器模块和并行进位加法器模块进行逻辑运算,实现信号预均衡处理。采用与非门、共源共栅器件以及复位路径组成的高速4:1多路复用器(MUX),终端输出网络采用源串联端接(SST)结构实现更低的功率损耗。仿真结果表明:该发送端在1.05 V电压供电,信道衰减为18.59 dB@20 GHz的条件下,输出40 Gb/s NRZ信号的眼高378.4 mV,眼宽为18.53 ps(0.74 UI),整体版图面积为0.055 mm2,整体电路功耗为41.8 mW。
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多模态数据融合下的电网防误诊断方法与应用
Abstract:
电网的误操作是设备损坏和系统故障的重要原因之一。为提高电网防误操作能力,文章提出了一种基于多模态数据融合的电网防误诊断方法。首先,通过双向门控循环单元(BiGRU)对采集的视频监控、传感器数据和操作日志进行多模态数据融合。并采用多交互注意机制来获取多模态数据的统一表示；其次,通过Bayesian神经网络更新长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)模型权重,结合Bayesian对不确定性估计和LSTM对时间序列数据处理的优势,将多模态数据的融合特征输入Bayesian-LSTM网络,实现电网防误诊断；最后,实验结果表明,所提方法可以有效提高电网误操作诊断的准确率,进一步提升电网运行的安全性与稳定性。
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基于相位掩模板法二阶光栅刻写及传感特性研究
Abstract:
为了将光纤光栅传感系统的工作波段拓展到硅基探测器可用的近红外波段，本文采用1550nm波段的相位掩模板进行780nm波段的二阶光栅刻写研究。首先分析了二阶光栅的成栅机理，随后搭建了紫外激光-相位掩模的刻写系统制备了二阶光栅，分析对比一阶与二阶中心波长呈二倍关系，并且二阶波长的带宽更窄。用刻写的光栅分别封装了应变传感器和温度传感器，对温度和应变传感特性展开研究，结果表明二阶波长的温度灵敏度和应变灵敏度约为5.52 pm/℃和0.61 pm/με，约为一阶波长灵敏度的一半，本文的研究为拓展光纤传感的工作范围提供了技术支持。
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红外探测器成像稳定性筛选方法
于元祯, 高璐, 陈彦冠, 王亮, 邢艳蕾, 王晓龙, 张磊, 李娟
Abstract:
针对国标判据无法评价制冷型红外探测器成像质量稳定性的问题，本文提出一种基于相邻像元响应一致性识别非稳定像元，根据非稳定像元数量判别红外探测器成像稳定性的筛选方法。本文使用相同校正系数对探测器多次测试数据执行非均匀性校正，后以滑动窗口的方式分析各像元与其相邻像元的一致性，并根据多次开关机累积非稳定像元的数量实现探测器成像稳定性的判别。所提出方法以多次测试数据为支撑，剔除测试误差影响，提高了筛选方法准确性。经不同阵列探测器的大量实验结果验证，所提出方法在结果准确性和普适性方面存在较大优势。
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基于MHA-1DMini-Xception的光纤复合架空地线覆冰识别方法
杨润平, 苏润梅, 袁隆, 陈思, 张竟超, 李国良, 尚秋峰, 姚国珍
Abstract:
基于深度学习的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)智能信号处理技术已成为研究热点。本文针对光纤复合架空地线(OPGW)覆冰监测应用,提出了MHA-1DMini-Xception深度学习网络模型。通过改进Mini-Xception网络的深度可分离卷积模块,使其能在参数较少的情况下仍保持模型优良性能,且可有效提取一维时序信号特征；同时引入多头注意力机制,通过并行计算允许模型在不同的表示子空间内学习特征信息,从而增强了模型的表达能力,提升了网络的鲁棒性。将Φ-OTDR采集的OPGW覆冰振动信号划分为无覆冰、一级覆冰和二级覆冰三种类别数据,采用MHA-1DMini-Xception模型对覆冰数据集进行分类识别,对测试集样本的识别准确率达到了97.47%,性能优于CNN模型和Mini-Xception模型。本文方法为光纤振动信号的分类识别提供了有益参考。
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高真空退火处理超薄金属基透明电极性能研究
罗国平, 王国豪, 黎薇, 王美珍, 江静雯, 罗苑幸, 朱伟玲
Abstract:
氧化物/金属/氧化物多层结构透明电极被认为是一种很有前途的氧化铟锡替代品。本研究采用磁控溅射法制备超薄金属基透明电极，研究高真空退火处理对多层透明电极微观结构、表面形貌和光电性能的影响。实验结果表明，高真空退火处理影响了透明电极的晶粒尺寸和表面形貌，薄膜变得更加致密，对载流子散射损耗更低，光电性能得到了提升。在高真空环境200 ℃退火处理1 h后，超薄金属基透明电极仍保持较好的光学性能和电学性能，方块电阻为8.34 Ω/sq，平均可见光透射率接近96%，品质因子高达1090.45 /Ω。经高真空退火处理后超薄金属基多层透明电极具有良好的热稳定性和优异的光电性能。
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少模光纤弯曲特性分析
Abstract:
能够实现模分复用的少模光纤已经成为提高光纤通信传输容量的研究热点，其弯曲特性的分析具有重要意义。本文通过有限元建模分析研究普通阶跃少模光纤、环芯少模光纤以及椭圆型环芯少模光纤的弯曲半径、纤芯半径对其弯曲特性的影响。通过对比分析有效折射率、弯曲损耗以及有效模场面积三个性能指标，得出结论：弯曲对于三种少模光纤各阶模式的有效折射率影响较小；随着弯曲半径的增大，少模光纤的弯曲损耗呈现下降趋势，有效模场面积呈现增加的趋势；环芯少模光纤由于其特殊的纤芯结构使其具有更高的折射率差，椭圆型环芯少模光纤各模式间的重叠最小。本文的研究对少模光纤的结构设计及优化提供了有益的参考，为进一步研究利用少模光纤实现高质量的信号传输提供了理论基础。
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基于涡旋光相移干涉的高精度微测量技术研究（新型光电探测会议推荐稿件）
Abstract:
为实现精密加工和芯片制造行业中物体微位移的高精度测量,提出了一种基于涡旋光干涉的高精度微位移测量技术。通过改进传统的马赫-曾德干涉系统,采用空间光调制器(SLM)生成涡旋光作为参考光源,与作用于被测物体的球面波物光发生干涉,产生螺旋形的干涉条纹。物体的微小位移引起干涉条纹旋转,通过测量旋转角度即可确定位移量。该技术结合激光干涉优点,经过图像处理、四步相移法和解包裹算法,生成解包裹相位图和位移分布图,从而精确分析物体的微位移量。实验结果表明,该方法测量误差低于3%,重复性测量平均误差为1.4%。该系统操作简便,测试精度高,且稳定可靠。
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一种4H-SiC超结UMOSFET的UIS特性分析
Abstract:
设计并优化了一种具有两段不同P柱浓度的4H-SiC超结沟槽型场效应晶体管结构(DP-SJ-UMOS)，分析了器件UIS测试电路与基本原理，利用Sentaurus TCAD仿真软件对该器件结构的UIS特性进行了详细研究，提出了三种提升雪崩耐量的方法。在漂移区采用多次外延生长与高能离子注入的方法形成上下两段不同浓度的超结结构，改善了器件雪崩击穿时的雪崩电流路径，使得击穿时流径器件寄生三极管的电流减小，有效抑制了寄生三极管的开启，提高了雪崩耐量。实验仿真表明，本文结构相较于传统超结器件(Con-SJ-UMOS)雪崩击穿电压提升了24.5%，峰值电流提升了4.8%，雪崩耐量提升了6.9%。
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基于双分支特征提取的车道线检测算法研究
Abstract:
针对车道线检测算法结构复杂、参数数量较多等问题,本文将车道线检测视为语义分割任务,构建一种基于双分支特征提取的车道线检测模型(简称DP-RESA)。首先,使用两路并行的语义分支和细节分支提取车道线特征。语义分支使用轻量化的Mobilenetv2提取高级特征；细节分支具有更多通道数,用于提取具有更多空间细节的低级特征。其次,利用高级特征的权重对低级特征进行筛选这一思想,快速且高效地融合了两路分支的特征信息。最后,在Tusimple数据集上的实验表明,与baseline相比,本文的DP-RESA算法的准确率提高至96.58%,参数量降至5.12M,单图推理时间降低11.76ms,能够满足车道线检测任务需部署在资源有限的嵌入式平台的需求。
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PEDOT:PSS/n-Si和氧化钼/n-Si异质结TOPCon太阳电池比较研究
Abstract:
本文对PEDOT:PSS和MoOX两种空穴传输层及其所制备的晶硅异质结TOPCon太阳电池进行了系统的比较分析。首先对比了PEDOT:PSS和MoOX薄膜的功函数、电阻率、光吸收及对硅片的减反射作用等光电特性，然后根据薄膜性质设计了异质结在背面的全背电极PEDOT:PSS/n-Si和MoOX/n-Si异质结太阳电池对比实验，最后通过量子效率、光照和暗态J-V等测试对两种异质结太阳电池的性能进行了比较研究，并进行了稳定性测试。结果表明，PEDOT:PSS/n-Si太阳电池具有更高的PN结质量和转换效率，而MoOX/Si太阳电池则具有更高的开路电压和稳定性。通过对两种电池进行分析比较，有助于对其进行更具针对性的改进和优化
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CMOS机芯温度系数校正模型及效果验证
竹学武, 占春连, 郭靖, 高涵, 王加朋, 于昌本, 孔德仁, 商飞, 徐春冬
Abstract:
CMOS图像传感器具有低功耗、低成本、高集成度、高响应速度以及高测温上限等特性，在辐射测温领域中具有广泛应用。在外场试验过程中，CMOS图像传感器的机芯温度会随环境温度变化而波动，这种波动会导致背景灰度及响应系数发生变化，影响CMOS机芯的定量能力，使得测温误差增大。针对此问题，我们提出了一种普适性的校正方法，通过构建背景灰度及响应系数的温度校正模型，实现CMOS机芯在不同环境温度下的量值稳定性，提高了测温精度。文章通过高低温温箱模拟外场273.2 K~313.2 K的环境温度变化，利用标准高温黑体，获取了CMOS图像传感器对1073.2 K目标的测试数据。试验结果表明，该校正方法在273.2 K~313.2 K环境中可使CMOS图像传感器测温的最大温差由10.9 K降低至2.2 K。
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基于双阵列FBG的曲线形状重构方法
Abstract:
针对光纤布拉格光栅（FBG）曲线形状传感器某一阵列检测点失效问题，本文构建了基于双阵列FBG的求解曲线形状传感器曲率和弯曲方向的模型。首先推导了中心波长漂移量与曲率的函数关系，然后构建了曲率与弯曲方向的映射关系，最后利用Frenet-Serret方程实现曲线形状重构。在Ansys建模和仿真分析基础上，本文制作了FBG曲线形状传感器并对实验数据进行了分析。仿真和实验结果验证了本文所提出的双阵列FBG曲线形状重构的可行性。相较于典型三阵列FBG曲线重构方法，仿真弧形和s形的远端位置误差分别仅增加了0.9%和0.13%；实验数据的远端位置平均误差仅增加了0.34%。
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高温退火对低温硫化生长的ZnS薄膜性能的影响
Abstract:
采用磁控溅射方法在石英玻璃衬底上沉积了Zn薄膜,然后低温硫化制备了ZnS薄膜,最后在500-800℃高温下和氩气氛中进行1h退火。以XRD、SEM、EDS和紫外-可见分光光度计等研究了退火温度对所得薄膜性能的影响。结果表明：低温硫化制备的ZnS薄膜为六方结构,在高温退火后,晶粒尺寸变大,在可见光范围透光率高达约80%,带隙为3.59-3.63eV。随着退火温度的升高,ZnS薄膜的晶粒尺寸从20nm增加至30nm,S/Zn原子比则降低,表面形貌也发生变化。其中,在≥600℃高温退火后,ZnS薄膜中还出现了硫杂质相。最佳高温退火温度为500℃,所得ZnS薄膜具有好的质量。
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1064nm单光子探测硅基SPAD探测组件设计
Abstract:
设计了一种用于单光子探测的8×8阵列硅基SPAD探测组件，包括硅基SPAD焦平面阵列和高压读出电路。硅基SPAD焦平面阵列采用N+-p-π-P+结构，像元中心距为200μm，工作在盖革模式。SPAD像素单元采用背面反射镜、微纳散光结构提高1064nm波长的光子探测效率。高压读出电路采用单片集成技术，将高压淬灭电路、延迟复位电路、雪崩电流检测电路以及高压保护电路等集成在单一硅片上。硅基SPAD探测组件可实现8×8阵列规模的单光子信号并行检测，在40V过偏压条件下1064nm波长的平均光子探测效率达到11.1%，平均暗计数率为4.6kHz，在100ns死区时间下的后脉冲概率为6.76%。
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基于双声光调制器Φ-OTDR系统的抑制频漂方法
Abstract:
相位敏感光时域反射系统(Φ-OTDR)中激光器和声光调制器都存在频率漂移现象,从而导致解调后的信号出现相位偏移和振幅波动,影响振动信号检测精度。本文提出了基于双声光调制器的Φ-OTDR系统结构,采用外差检测构造了具有相同频漂的本振和传感信号,克服了频漂对传感光纤后向瑞利散射光信号的频漂影响。激光器输出的光信号被分为上下两个支路,分别经两个声光调制器和两个分光器产生四路移频光脉冲。下支路的一路光脉冲进入传感光纤,其后向瑞利散射信号和上支路的一路光脉冲相干后生成的传感拍频信号,另外两路脉冲相干后生成的本振拍频信号,二者具有相同的频漂效应,通过正交相位解调即可解决频漂问题。本文建立了抑制频漂的正交解调模型,理论推导分析了该模型抑制频漂的机理,仿真验证了双声光调制器系统抑制频漂影响的可行性。
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基于对抗学习与形状修正的遥感图像建筑提取
Abstract:
高分辨率遥感图像建筑物提取对城市实景三维重建任务具有重要意义。针对传统卷积方法分割复杂背景遥感图像中的建筑物时出现的错分、漏分和边缘混淆等问题,提出结合对抗学习与形状修正的遥感图像建筑物提取算法SCGAN。该算法引入对抗学习策略,在生成器的分割网络之后增加形状修正单元,分别通过建筑物边缘提取和形状正则化路径来提升模型对建筑物边界和形状的感知能力,并使用排除背景冗余信息、专注于建筑物形状建模的判别器来进一步指导分割网络的训练。实验结果表明,所提方法对解决遥感图像中建筑物边缘处地物互相遮挡和边界易混淆等问题具有可行性和有效性,从而整体提高了遥感图像中建筑物分割精度。
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3300V平面栅IGBT器件特性仿真研究
Abstract:
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为一种广泛应用于电子电路行业领域中的功率器件,具有导通电压低、通态电流大、开关速度快和输入阻抗高等优势。本文基于数值模拟软件建立了3300V/50A平面栅场截止型绝缘栅双极型晶体管器件（FS-IGBT）的仿真模型，通过设计器件结构及参数分别对击穿特性、转移特性以及导通特性进行分析。研究表明，漂移区厚度和掺杂浓度、P-body区掺杂浓度、P+衬底区掺杂浓度和N型缓冲区掺杂浓度等都对器件的击穿电压和导通压降产生一定影响。在合理的阈值电压范围内，通过研究漂移区、N型缓冲区和P-body区参数，结果显示FS-IGBT器件的饱和电压和关断损耗相较传统平面栅IGBT结构分别降低了5.2%和32%，击穿电压提高了14%，阈值电压为5.3V。
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层内调节特征金字塔的密集人群姿态估计算法
Abstract:
针对现有姿态估计算法对密集人群检测存在漏检和误检等问题，提出一种改进YOLOv8sPose的密集人群姿态估计算法YOLOv8Pose-Dense Crowd（YOLOv8Pose-DC）。首先，设计一种集中式层内调节特征金字塔网络，采用并联方式把可变形注意力机制和CASPPF结合起来，通过自上而下的方式对金字塔网络进行全局集中调节，增加网络中全局表示的空间权重，使得改进算法能够获得全面且具有区分性的特征表示；其次，提出多尺度双检测头结构，减少计算量同时提高模型检测效率；再次，使用DySample模块，提高模型上采样效率；最后，加入上下文感知模块，提高模型全局信息关联能力，并抑制无用背景突出人物特征。实验结果表明，相较于基准模型，YOLOv8Pose-DCmAP@0.5提升3.1%，召回率提升4.2%。设计算法性能有较大提升，完全满足生产需要。
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大阵列微波光子系统及器件跨域并行仿真技术研究
熊建伟, 孙岩, 葛菊祥, 刘小勇, 周涛, 高峰, 瞿鹏飞, 陈智宇
Abstract:
针对大阵列微波光子系统和器件仿真难的问题，本文充分结合大阵列处理流程特性和微波光子技术特性，提出了一种分布式跨域并行的仿真方法。该方法一是利用大阵列微波光子系统通道间独立传输特性实现了跨系统结构域的流水线并行计算；二是利用大阵列微波光子系统前后处理时间的相对独立性实现了跨时间域的数据并行计算。通过静态负载均衡策略分配计算资源使二者高效联合，实现了微波光子系统的快速仿真，解决了由于模型多、数据量大、仿真窗口长而导致的全系统仿真耗时长的问题。针对64阵列、400个模型的微波光子系统仿真，该技术将仿真时长从39小时缩短到23分钟，仿真效率提升了两个数量级，有望大幅度缩短微波光子工程样机的研制周期。
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振动下微波光收发链路附加相位噪声研究
Abstract:
针对强烈振动条件下,微波光传输链路的附加相位噪声严重恶化的问题。本文首先分析了光链路在振动环境中附加相噪恶化原因,并研究机械振动传递机理,建立了数学仿真模型。仿真与实验分析,得到光链路系统的加速度敏感度,在低频和高频范围内分别为10-12和10-11量级。实验结果表明,强振动环境中,光链路系统附加相位噪声恶化40dBc/Hz左右,特别地,在共振处,附加相噪恶化加剧8 dBc/Hz左右。通过减小光链路系统加速度敏感度,避免共振等措施,能有效减弱振动对系统附加相位噪声的影响。
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基于LCD-YOLO的车辆检测算法
Abstract:
针对现有YOLOv8s车辆检测模型的检测精度低、参数量多、计算量大的问题，提出了一种基于改进YOLOv8s的LCD-YOLO（Lightweight Car Detection-YOLO）轻量化车辆目标检测算法。该算法使用频率自适应膨胀卷积(Frequency-Adaptive Dilated Convolution,FADC)优化YOLOv8s中的C2f（CSP bottleneck with 2 convolutions），以提升特征融合能力；使用共享卷积层，减少网络卷积次数，以此减少参数量来实现模型轻量化；通过动态聚焦的边界框回归损失计算方法，能够有效提高网络对遮挡重叠目标检测能力，提高边框检测精度。在KITTI数据集上进行实验，结果表明所提算法平均检测精度提升到95.1%，相比于YOLOv8s算法检测精度提高了2.9%，网络参数量减少14.9%、计算量减少10.9%，更好满足车辆的
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采用正交试验的喷淋式HVPE氧化镓生长腔仿真研究
Abstract:
第三代半导体材料α-Ga2O3因其高宽禁带和优异的巴利加优值而广泛应用于高功率器件等电子器件。α-Ga2O3的诸多生长方法中,HVPE可以达到制备大尺寸的α-Ga2O3晶圆对生长速率和质量以及成本的要求。对α-Ga2O3的喷淋式HVPE生长腔进行了生长过程的三维数值模拟。为了系统、有效地评估参数对生长结果的作用,引入正交试验方法对基于CFD模拟的生长参数进行分析。结果表明生长速率和均匀性与衬底倾斜角度、O2入口速率、N2入口速率、GaCl出口下倾角以及喷淋头的结构密切相关。研究提出了参数的优化组合,为工业上获得生长速率和生长均匀性均衡优化的外延层提供有用的参考。
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温度与拉伸应变调控体相黑磷的价带演化
Abstract:
利用角分辨光电子能谱仪（ARPES）结合薄膜拉伸样品托，对体相黑磷分别进行了变温度和200℃下拉伸应变调控的能带测试。结果显示，随着加热温度从30℃增加到200℃，价带顶（valence band maximum, VBM）逐渐向深能级偏移。造成这种变化的原因是晶格的受热膨胀弱化了层间相互作用。随后，200℃下的应变ARPES测试表明，随着沿zigzag方向的拉伸应变的增加，VBM呈现出线性的浅能级偏移趋势，高温下的VBM偏移率达到了17.8 meV/% strain。这是由于在高温下，拉伸应变引起的面外方向的晶格收缩量更大，相应的层间相互作用增强更多，从而导致VBM发生更显著的偏移。
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基于LID-YOLO的小目标昆虫轻量化检测算法
Abstract:
针对复杂背景下新疆棉田昆虫识别误检率高、小目标昆虫难以检测等问题,提出了一种基于YOLOv5s改进的LID-YOLO(Lightweight Insect Detection-YOLO)轻量化昆虫检测模型。首先,主干网络使用GhostNet网络替换原CSPDarknet53网络,并采用Slim-Neck模块对颈部网络进行改进,以实现模型轻量化；其次,引入BottleNet Transformer融合模块,减少模型参数量并增强网络特征提取能力,更好的检测小目标；最后,加入NAM注意力机制,通过应用权重稀疏性惩罚抑制不显著权重来提取细节特征,提高模型准确率。实验结果表明,LID-YOLO模型在参数量、计算量、模型权重大小方面,相比YOLOv5s模型,其分别减少了30.9%、45.6%和29.7%。LID-YOLO模型的准确率达到了97.4%,检测速度为55.25FPS,与原YOLOv5s模型相比,提高了1个百分点和2.62FPS。LID-YOLO模型在保证轻量化的同时进一步提高了检测精度,更好满足农作物昆虫实际检测的需要。
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基于TSD-YOLO的交通标志检测
Abstract:
针对现有交通标志检测算法对小目标检测效果较差的问题,提出了一种基于级联多尺度特征融合的交通标志检测算法。首先,设计了一种新的级联多尺度特征融合网络,利用多尺度序列特征融合模块和三重特征编码模块,使模型能更好地融合交通标志的全局特征和细节特征。其次,在骨干网络中加入可变形注意力机制,使模型专注于相关区域并捕获更丰富的图像特征。最后,使用Inner-IoU 损失函数,提升了模型的泛化性能。在CCTSDB数据集上的测试结果表明,改进模型的平均精度为55.3%,较YOLOv8s模型提升了3.2%。此外,在TT100K和VOC数据集上的表现凸显了模型出色的泛化性能。
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基于双钙钛矿的透明光伏器件
Abstract:
透明光伏器件可以对太阳光谱中不同成分进行选择性吸收,从而在维持器件透明性的条件下产生光伏效应。已有大量研究报道将多晶硅及钙钛矿材料用于透明光伏器件以实现多功能物联网集成系统。然而,传统多晶硅和钙钛矿材料的窄带隙特性使得所制备的透明光伏器件无法达到最高的透明度,从而无法满足对外观的需求,也难以进行多功能系统集成。针对于此,本工作将非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6引入作为透明太阳能电池的光吸收层,实现了紫外吸收的透明光伏器件。在器件制备过程中通过引入低压后处理步骤成功制备出高质量、低雾度以及高透过率的Cs2AgBiBr6多晶薄膜,然后进行对器件参数的系统优化,制备得到的透明光伏器件的光电转换效率PCE达到1.56%, 同时平均可见透过率达到73%。
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基于RSSI的密集目标室内协同定位改进算法
Abstract:
针对室内环境下,辅助定位目标真实位置未知及部分定位目标因定位模块失效引起惯性导航系统累积误差较大的问题,提出一种基于接收信号强度指示(RSSI)的密集目标室内协同定位方法。通过改进的交互多模型卡尔曼滤波(IMM-EKF)算法,将辅助目标位置作为未知参数扩维到每个模型的状态向量中,有效降低了辅助定位目标位置误差对定位精度的影响,避免了定位模块失效后惯导系统的累积误差。仿真实验表明,该方法在x方向和y方向的定位误差标准差,较传统IMM-EKF的协同定位方法分别降低了32.19%、23.45%,提高了室内目标的定位精度,并在定位模块失效的情况下,定位目标仍可保持较高的定位效果。
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集成超表面的MEMS热电堆红外探测器的设计及仿真
邵泊游, 王凯, 雷程, 宫明峰, 姬迪洋, 张震宇, 郭晋竹, 梁庭
Abstract:
MEMS热电堆红外探测器作为一种重要的红外探测技术，已经众多领域得到了广泛应用。随着红外技术的不断发展和应用需求的不断增加，热电堆红外探测器的性能指标也提出了更高的要求。设计了一种在吸收区集成超表面结构的热电堆结构，使其对9~11μm的红外光吸收率增大到了70%左右，同时，将热偶条形状设计为热端窄，冷端宽的四边形结构，可使热端向温度集中区进一步延伸，并有效降低了内阻。采用有限元仿真软件对结构进行仿真，结果表明，集成超表面后的探测器响应电压可达到37.876mv，响应率和探测率经计算后分别为41.9V/W，1.97×108cm·Hz1/2·W-1，性能分别提升了38.9%、38.7%和39.7%。
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基于深度学习的桥梁表观病害检测
Abstract:
混凝土桥梁表观病害检测对桥梁维护至关重要。然而,现有基于机器视觉的方法在处理小尺寸病害和复杂背景时存在检测效率低、精度不高的问题。本文基于YOLOv5提出了一种新型检测网络,通过优化YOLOv5主干网络、引入全局注意力机制以及多尺度金字塔空间池化结构,有效提升了检测精度与效率,尤其在面对复杂背景下小尺寸病害检测方面表现出色。实验结果表明:改进后模型的平均检测精度较原网络结构提升了4.1%；同YOLOv7相比,本文方法的平均检测精度高了2.3%、检测速度快了30%。
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基于二进制自相似描述符的多模态图像配准
Abstract:
针对LSS(Local Self-similarity)局部自相似描述符不适用于多模态图像配准的问题,提出了一种新的自相似描述符,能够有效用于实现多模态图像配准。首先对多模态图像采用相位一致性算法提取图像的最大矩,然后对由最大矩信息得到的边缘图像进行Harris特征点提取,接下来基于边缘图像生成二值图像,并基于二值图像构造二值化自相似描述符,最后对多模态图像进行描述符相似性计算以及特征点匹配。通过对比实验表明,所提二值化自相似描述符能够取代传统的LSS自相似描述符,有效提高了自相似描述符对多模态图像的兼容性和运行效率。
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玻璃在射频系统封装和射频元件中的应用研究进展
Abstract:
未来无线通信系统将部署更高频段以满足其高性能、微型化、多样化等发展需求。射频技术是实现无线通信系统的基础，直接决定整个通信系统的性能。玻璃具有优异的高频电学性能、高稳定性等优点，并且玻璃表面高密度细金属导线成型技术和高可靠大高宽比通孔加工技术日趋成熟，因此正逐渐广泛应用于射频系统先进封装和无源射频元件的衬底材料。本文系统概述了玻璃在芯片后装、芯片埋置、三维堆叠这三种射频封装技术和传输线、互联线、滤波器、移相器、天线这五种无源射频元件中的最新研究进展，从结构集成度、工艺实现性、射频性能等角度剖析了不同先进封装结构和无源射频元件，并分析了各自所面临的挑战。最后，从光电共封装、SOP集成、高效散热等方面探讨了玻璃基射频系统的未来发展方向。
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基于自编码器与多尺度空-谱特征编码的高光谱图像解混算法
Abstract:
基于自编码器的高光谱解混方法或者过度关注高光谱图像中的空间信息或者过度关注光谱信息，忽略了空间信息和光谱信息的均衡提取。针对该问题，本文提出一种基于自编码器与多尺度空-谱特征编码的高光谱图像解混方法。该方法利用CNN编码器进行多尺度空间-光谱特征提取，Transformer编码器接收多尺度空间-光谱空间特征，利用子Transformer编码器和全局Transformer编码器解耦空间和光谱之间的依赖性。为了验证所提出方法的性能，在两个真实数据集上进行实验和对比。结果表明，所提出的解混算法可以提高高光谱图像解混精度.
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文本生成图像的DF-GAN增强模型研究
Abstract:
针对文本生成图像任务中生成图像的语义关联性低,细节较模糊以及结构完整性较差等问题,提出了一种结合自注意力机制的DF-GAN增强模型。首先,利用BERT模型挖掘文本上下文语义特征,同时结合语义深度融合模块,实现深层的文本语义与图像区域特征的匹配。其次,在模型架构层面引入一种自注意力模块作为卷积模块的补充,目的是能够更好地建立长距离、多层次依赖关系。实验显示本文提出的增强模型不仅加强了文本与图片之间的语义联系,而且保证了生成图像的细粒度和完整性。
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硅基光子晶体微流通道增强荧光定向远场发射
Abstract:
本文提出了一种基于硅基光子晶体的微流通道,有效增强了通道内的激发光场并且量子点的发射光在光子晶体形成的共振腔内得到了谐振增强。根据平面波展开法计算了光子晶体的能带。利用时域有限差分法详细研究了微流通道内量子点偏振,通道结构,以及量子点位置对于荧光发射的影响,并对该结构在激发过程的增强效果进行了分析。光子晶体微流通道具有比传统硅微流通道更高的远场发射功率以及更窄的辐射角。与裸玻璃相比,光子晶体微流通道中的量子点的远场功率实现了16.9倍的增强以及9°以内发射角。对于945 nm的激发光实现了通道内平均7.9倍的增强。
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基于绝缘体上钛酸钡的2微米波段慢波高速电光调制器
黄通, 马如原, 刘瑛璇, 许天琦, 邱阳, 赵兴岩, 郑少南, 钟其泽, 董渊, 胡挺
Abstract:
电光调制器是光通信链路的重要组成部分。随着近红外波段光通信频谱的不断消耗，2微米中红外波段成为拓宽光纤通信频谱的新选择。本文提出了一种2 μm波长的基于绝缘体上钛酸钡平台的中红外电光调制器。对钛酸钡脊波导和慢波电极进行了理论分析和结构优化。仿真结果表明，在2 μm波长处，当调制长度为5 mm 时，所设计的电光调制器拥有较高的调制效率并且实现了较大的电光带宽，其半波电压长度积（Vπ·L）为0.677 V·cm，3-dB电光带宽为229.6 GHz。
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一种CCD内信号累积的时序研究
Abstract:
本文介绍了一种解决CCD内信号累积的时序方法,使电荷在垂直CCD求和栅和输出节点浮置扩散FD上实现累积。从而达到不增加垂直区阱深和最小程度增加水平区阱深的情况下,实现更大电荷量的转移和读出的目的。本时序方法通过垂直和水平驱动时序的配合将多级垂直信号和多级水平信号进行叠加,特别对水平CCD方向的时序进行了优化和验证,实现了便于AD进行CDS采样的改进。此时序成功应用到了航天在轨型号中,实现了CCD器件的大动态范围模拟图像信号输出,突破了工艺对于像元电荷容量的限制。
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基于场协同原理和NSGA-II的扇形穴-梯形肋微通道多目标优化
王俊超, 刘人鞠, 杨光照, Ivan S. Babichuk, 曹明轩, 臧鲁浩, 王天雷, 王颖, 袁铭辉
Abstract:
采用数值方法研究了不同结构参数下扇形穴-梯形肋微通道(TFMCHS)的流动和传热特性。发现肋高()对总热阻()和压降()的影响最为显著;随着的增大, 迅速减小,而迅速增大。为获得最优参数,采用RSM、NSGA-II和TOPSIS进行多目标优化。并基于场协同原理和强化传热系数()对优化前后微通道的整体性能进行评价。结果表明,当均为0.1858K/W时,优化后的微通道的仅为0.0062W,比未优化的微通道降低了53.38%;当均为0.0132W时,优化后的微通道比未优化的微通道降低了13.04%,仅为0.16K/W。优化后微通道的高于未优化前,当=231时,从1.163增加到1.253,增加了7.74%;当=631时,最大为1.4515。场协同原理表明,TOPSIS最优微通道的速度场和温度场协同效果最好(=0.01889)。
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一种基于双钳位技术的宽范围高精度电流匹配的电荷泵设计
Abstract:
基于TSMC 65nm CMOS工艺,本文设计了一款基于双钳位计数实现在宽电压范围下满足高精度电流匹配电荷泵电路,双钳位技术可以避免使用轨对轨运放所带来的电路结构复杂化的问题。并且通过增加调节开关管和互补开关计数,有效地优化了电荷共享、时钟馈通以及电荷注入等非理性效应对电路的影响,仿真结果表明,与传统电荷泵电路相比,在电源电压1.2V,电荷泵电流为50uA时,双钳位电荷泵电路的电流匹配度在0.2~1.0V范围内可以保持在0.03%以内。
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空间限制退火制备的自供电p-CuI/u-GaN薄膜异质结紫外探测器研究
Abstract:
自供电型光电探测器具有低功耗、高灵敏度、及快速响应等特点，吸引了广泛的研究兴趣。本文利用简易的真空热升华方法制备出高结晶度的CuI微米颗粒薄膜。进一步地，利用空间限制退火技术抑制了退火过程中CuI分子的纵向扩散，显著改善了薄膜的均匀性和致密性。通过构建p-CuI/u-GaN异质结，实现了具有自供电特性的紫外探测器。该探测器在360nm的紫外光波段具有大响应度（51mAW-1）、高比探测率（6.1×1011Jones）、较快响应速度（上升时间约32ms，衰减时间约36ms）及良好的稳定性。这些结果表明，采用热升华结合空间限制退火技术能够制备出高质量的p-CuI薄膜，p-CuI/u-GaN异质结自供电紫外探测器为高性能半导体紫外光电探测器件的制备提供了新的方法和途径。
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晶圆键合工艺的灰边缺陷改善研究
Abstract:
晶圆键合技术是背照式(BSI)图像传感器的基本技术和关键工序，键合会产生边缘键合缺陷导致键合质量受影响。本文为有效提升键合质量，对边缘键合缺陷进行改善研究。首先，针对划线(scribe line)区域采用了等离子体增强化学气相沉积（PECVD），对边缘划线区域沉积不同氧化膜厚度，厚度达到40k?以上时，可改善边缘划线区域键合缺陷。其次，研究了化学机械研磨（CMP）过度研磨引起边缘不同区域氧化膜去除量差异。测量了不同研磨压力下边缘不同区域氧化膜厚度，结果表明边缘不同研磨区域氧化膜差值在5000?内时灰边缺陷得到改善。
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基于石墨烯/镓锡复合热界面材料的硅阶梯异质集成结构半导体激光器
王越, 石琳琳, 代昱成, 孙松伟, 邹永刚, 范杰, 王海珠, 王小卓
Abstract:
为实现硅基异质集成半导体激光器,并且缓解半导体激光器阵列各发光单元温度不均匀等问题,提出了一种基于石墨烯/镓锡合金作为复合热界面材料的硅阶梯异质集成半导体激光器阵列。利用有限元软件分析研究了阶梯结构和传统结构的硅异质集成器件,对比发现阶梯结构硅异质集成器件有源区结温降低2.728℃。利用石墨烯/镓锡合金缓解硅和Ⅲ-Ⅴ族半导体间热膨胀系数差距较大等问题,在阶梯状硅基底上结合石墨烯/镓锡合金对异质集成半导体激光器阵列实现低温键合。封装后的阶梯结构与传统结构进行光谱和功率-电流-电压测试发现,阶梯结构封装后的热阻降低,输出功率提高了6.4%。
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波长调制型PMMA光波导SPR折射率传感器设计
Abstract:
光波导表面等离激元共振（SPR）传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。本文设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）脊形波导SPR传感器，并对传感器的关键参数进行了优化。分析结果表明，该传感器在待测液折射率为1.33-1.45的范围内能够稳定工作，在高折射率检测区，传感器展现出了高达10220 nm/RIU的灵敏度和173 RIU-1的高品质因数。
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短参考置换索引调制的DCSK通信系统
Abstract:
为了解决置换索引的差分混沌移位键控(PI-DCSK)通信系统存在能量效率低的这一问题，结合短参考技术，提出了一种M进制短参考置换索引的差分混沌移位键控(SR-PI-DCSK)系统。该系统将参考时隙的混沌序列缩短至小于半个符号周期，信息时隙将参考时隙的置换排列副本进行复制并拼接P次，在不增加PI-DCSK系统复杂度及维持相同的恢复比特信息所需的能量的情况下，可以有效提高系统能量效率同时提升系统的误比特率(BER)。分析了SR-PI-DCSK 系统的能量效率，推导了其在多径瑞利衰落信道环境下的BER表达式，并且使用蒙特-卡罗模拟仿真验证了理论推导的正确性。仿真表明，与PI-DCSK系统相比，在同一条件下，所提出的系统具有更好的性能增益，为下一代物联网短距离通信应用提供一种混沌调制候选方案。
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低背景和高背景下长波碲镉汞红外探测器的性能比较
Abstract:
p-on-n型长波碲镉汞红外探测器相比n-on-p型有着更低的暗电流,较小的暗电流使探测器可以在低背景的探测中具有较高的探测能力,针对器件响应测试在常温黑体背景下,探测率受积分时间较短的影响而无法有效提高,采用将低温黑体辐射源置于杜瓦腔体内,对器件在低温背景下的探测率D*与器件工作温度、黑体辐射源温度的变化关系进行测试与分析。在低背景下对于p-on-n型红外探测器探测率D*的测试结果可为器件的应用提供指导。
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脉冲反应磁控溅射频率对VOx薄膜的调控与优化
Abstract:
通过脉冲反应磁控溅射以不同脉冲频率在玻璃衬底上制备了不同厚度的氧化钒薄膜,研究了退火对不同脉冲频率制备的氧化钒薄膜的影响。研究发现在适当氧氩比溅射气氛下,脉冲频率的提高会导致薄膜的生长速率下降,并促进钒的氧化,使薄膜中的高价态钒的比例提高,薄膜电阻率上升。对沉积的薄膜进行退火处理,发现随着退火时间的延长,所有脉冲频率沉积的薄膜的电阻率均有不同程度的降低,除200kHz外,其余薄膜随着退火时间的延长,薄膜的电阻温度系数也有一定的提升,例如300kHz沉积的氧化钒薄膜在经历377℃ 60min的真空退火后,方阻由2163kΩ/□下降至684kΩ/□,TCR由-2.096%/k提高至-2.516%/k,该结果证明了通过脉冲频率和退火相结合的方法对氧化钒薄膜的调控和优化作用。
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基于过扫数据抑制大面阵CCD图像漂移方法
Abstract:
研制阶段的全帧转移大面阵CCD器件在测试过程中,存在连续采集的多帧图像数据随时间漂移的情况,导致CCD器件读出噪声和本底统计结果偏大。为保证CCD器件读出噪声和本底统计数据的准确性,经分析研究CCD器件成像特性和测试电路特性,采用器件读出过扫行数据对器件有效像元数据进行校正的方法,对器件读出噪声和本底统计结果进行校正,并对不同工艺器件进行测试验证。结果表明采用器件读出过扫行数据进行校正的方法能有效抑制器件有效像元数据漂移导致的CCD器件读出噪声和本底统计数据偏大情况,得到真实准确的测试结果。
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基于注意力残差网络的结构光包裹相位展开算法
Abstract:
目的：针对传统轮廓条纹测量术包裹相位展开算法中，由于噪声及“孤立区域”等导致的绝对相位误解算的现象，提出了一种基于注意力残差网络的单频绝对相位展开网络。方法：本文解包裹网络的编码器由降采样模块及添加不同填充的残差模块构成，并且将卷积注意力机制模块引入，用来进行特征提取及条纹位置信息学习。解码器由上采样模块及残差模块构成，用来调整网络输出分辨率。结果：本文网络在高斯噪声污染的仿真数据集上的均方根误差比枝切法平均降低了71.4%，解算平均耗时0.4s。本文网络在实测数据集上相对枝切法和最小二乘法解算错误率分别降低了69.9%和43.2%。结论：结果表明该算法能够稳定完成较为复杂曲面和存在“孤立区域”的包裹相位对象的解算。
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动态环境下基于深度学习的视觉SLAM研究综述
Abstract:
目前的同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)研究大多是基于静态场景的假设,而实际生活中动态物体是不可避免的。在视觉SLAM系统中加入深度学习,可以协同剔除场景中的动态物体,有效提升视觉SLAM在动态环境下的鲁棒性。本文首先介绍了动态环境下基于深度学习的视觉SLAM分类,然后详细介绍了基于目标检测、基于语义分割和基于实例分割的视觉SLAM,并对它们进行了分析比较。最后,结合近年来视觉SLAM的发展趋势,通过对动态环境下基于深度学习的视觉SLAM存在的主要问题进行分析,总结了未来可能的发展方向。
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基于特征融合与降维的K-Means++和Elman神经网络的低压台区线损计算方法
Abstract:
为了解决低压台区线损计算在理论上因线路复杂、用户众多以及数据获取困难等问题所带来的计算难度与精度不足，本研究提出了一种结合改进K-Means++算法与Elman神经网络的创新计算方法。研究初步深入分析了低压台区线损的决定因素，并依据相关性分析构建了线损的关键特征指标集。采纳主成分分析方法实施数据降维，简化数据结构。通过改进的K-Means++算法对数据集进行有效聚类，优化模型训练过程。同时，整合粒子群优化算法进一步提升Elman神经网络的性能。通过对实际数据进行仿真验证，结果证实所提出的方法在训练效率和计算精度方面表现优异。
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溴化锑后处理的钙钛矿量子点及其发光二极管
王振, 唐浩, 陈威威, 肖飞, 葛安然, 蒋啸群, 王艺, 谢霁帆, 黄春平
Abstract:
采用LARP法在室温下合成SbBr3后处理的CsPbBr3钙钛矿量子点,测试结果发现,SbBr3后处理能够有效改善CsPbBr3量子点的光电特性。TEM、PL以及XPS谱图分析表明,Sb3+被成功引入晶格,减少了晶格缺陷,XRD测试证明了后处理不会改变量子点的立方结构。经过后处理,量子点的荧光寿命达到了36.02 ns,同时光稳定性也得到提升,150分钟365 nm紫外灯的照射后,后处理量子点的发光强度仍能保持初始强度的87 %以上,且发光峰没有发生偏移。使用后处理量子点制备的QLED器件,发光强度是原始器件的4倍以上,达到了20260 cd/m2,CIE色坐标为(0.095,0.753),具有较高的色纯度,最大电流效率、功率效率、EQE均得到了显著提升。
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基于光纤光栅增敏传感器的贮箱焊缝应力测试方法
Abstract:
提出并制备了一种基于光纤布拉格光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)的增敏型应变传感器,并对其室温下应变特性进行了实验研究。通过建立传感器件应变传递力学模型,推导出平均应变传递率表达式,并结合传感器件有限元仿真分析设计了双环增敏结构。实验中,将封装后的FBG应变传感器粘贴在等强度梁上进行测试,实验结果表明在0~490με的应变范围内,FBG应变传感器的应变灵敏度达到2.18pm/με,线性度为达0.9914,增敏比为2.59,并采用五点式应变花布设方法对火箭贮箱模型焊缝处进行应变测量,得出焊缝上下两端测试点的主应变灵敏度差值为1.19 με/kg。证明所设计的传感器能够对火箭贮箱模型焊缝处受到的力实现定量分析。
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航天TDICCD相机谱间串扰分析与处理
曹金彦, 于树海, 钟兴, 张雷, 陈茂盛, 贺小军, 邹吉伟, 白芸, 范黎明
Abstract:
为了提高航天TDICCD遥感相机信噪比和成像质量,对TDICCD遥感相机成像谱段间相互串扰进行了深入研究。在高密TDICCD成像电路设计过程中,由于PCB电路板空间有限,布局布线密集,导致信号间隔离度差,引起谱段间信号相互串扰。这种串扰的存在严重影响各个谱段有效信号的采集,当各谱段工作频率不同时,图像即产生明显的串扰条纹。本文首先根据信号处理流程介绍了成像系统的组成,给出两种串扰现象；然后,分析串扰产生原因及其边界条件,并给出成像串扰抑制的方案。最后,对改进后的TDICCD成像系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明,采取的措施有效地去除了TDICCD成像谱间串扰条纹,相机信噪比得到了显著的提高,在相机辐亮度为133.729W/(m2*Sr)的条件下,相机信噪比提高了6.92dB,达到了47.83dB,满足实际工程的需求。
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偏振选择可调谐双带太赫兹吸收器
朱海侠, 倪波, 冯祯婕, 钱乙通, 周晓彦, 倪海彬, 杨凌升, 常建华
Abstract:
本文设计了一种偏振选择可调谐双带太赫兹吸收器,该吸收器由方形分裂石墨烯环、SiO2介质层以及金属反射层组成。该吸收器在不同偏振入射下可以产生双吸收峰,在x偏振波下7.86 THz和12.63THz处的吸收率分为97.9%、91.2%;在y偏振波下6.30 THz和10.52 THz处的吸收率分为94.1%、93.2%。除此之外,讨论了石墨烯费米能级、介质层的厚度以及石墨烯图案的物理尺寸对吸收率的影响。通过改变石墨烯费米能级,可以对不同偏振状态下的双带共振吸收峰的波长进行调谐,因为在两个偏振状态下都能产生双带高吸收峰,所以此研究可能为太赫兹偏振成像?太赫兹传感?选择性光谱检测和偏振复用等领域提供参考价值。
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硫系非晶态半导体人工神经突触的可塑性
Abstract:
模拟大脑中的神经突触是实现下一代计算机——类脑神经形态计算架构的关键性一步。为了利用光子模拟神经突触的可塑性进而发展全光人工防神经突触器件，本文开展了基于可控光诱导抑制效应的硫系非晶态半导体人工防神经突触实验研究。分析了材料化学组分和抽运光功率对该人工防神经突触的调控作用，描述了该人工防神经突触的可塑性。结果表明参入不同杂质的硫砷化合物平面波导具有不同的可控光诱导抑制过程，且不同的抽运光功率对应不同的抑制深度。基于这些特性，该人工防神经突触展现出了配对脉冲促进易化、短程抑制功能、长程抑制功能，具有良好的可塑性。
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铌酸锂M-Z电光强度调制器光辐射模研究
Abstract:
铌酸锂M-Z电光强度调制器光辐射模与光纤耦合是导致芯片与光纤组件耦合失效的主要问题,本文采用光纤与芯片高精度耦合扫描法对光波导和光辐射模进行扫描,研究了光辐射模中心位置分布,光辐射模输出光功率随偏置电压变化特性,以及光辐射模、光波导与光纤耦合光能量分布特性。测得光波导有效耦合区域X、Y方向范围分别为14~15.5μm和14~16μm,光辐射模有效耦合区域X、Y方向范围分别为89~92μm和92~96μm。利用所研究的光辐射模特性,制定了失效耦合的解决方案,解决了光辐射模耦合失效问题。
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基于AlGaAs分布布拉格反射器增强的GaAs/AlGaAs的850nm波长单行载流子光电探测器
王健, 窦志鹏, 李光昊, 黄晓峰, 于千, 郝智彪, 熊兵, 孙长征, 韩彦军, 汪莱, 李洪涛, 甘霖, 罗毅
Abstract:
高速 850 nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。我们报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的 GaAs/AlGaAs 的单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的AlxGa1-xAs三元合金组成,可以在830~870 nm范围内形成>0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,我们将GaAs吸收层所需的厚度降低到1040 nm,兼顾PD对光的吸收率和光生电子的渡越时间。我们采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850 nm波长、-2V偏压下具有19.26 GHz 的 -3dB 带宽和0.4926 A/W 的响应度。
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具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究
Abstract:
目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。为了介入小管径管道,设计并制造了一种具有温度补偿功能圆柱式热阻式微电子机械系统(MEMS)流速传感器,其包含一个加热电阻以及一个测温电阻,通过热损失的工作原理实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明：制造的流速传感器的温度系数(TCR)为0.22%/℃,灵敏度(S)为4.25mV/(cm.s-1)。提出的圆柱型MEMS流速传感器可测量内径为2mm的管道中的流速,测量精度高,有望应用于工业、生物医学等领域。
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基于改进YOLOv5s的地铁车辆螺栓定位检测
Abstract:
螺栓连接是地铁中常用的连接方式,其长期受交变力的影响易产生松动等故障,若未及时检测则会危及行车安全。地铁车辆螺栓定位检测是螺栓松动识别的基础。传统的人工螺栓定位检测成本高且容易出现误检、漏检,以机器人视觉检测为代表的自动化检测逐渐成为主流。地铁车辆视觉检测采集的图片分辨率高、螺栓像素占比小且分布密集,通过改进YOLOv5s网络对螺栓进行定位检测。针对螺栓像素信息少且多次卷积造成特征信息损失的情况,提出一种特征加权融合模块(FWFM),用于融合骨干网络提取的各尺度特征图,并结合坐标注意力机制(CA),赋予不同尺度特征图相应权重,提高模型对螺栓的关注度；为了解决密集分布螺栓检测难的问题,用NWD-NMS替换YOLOv5s网络中的IOU-NMS, 更好地去除重叠的预测边界框。实验结果表明,改进后的 YOLOv5s 算法在螺栓定位检测中显示出良好的性能,AP@.5:.95达到 96%,相对于传统YOLOv5s 算法提高了46.4%。
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碲硒锌镉单晶体的垂直布里奇曼法生长与性能研究
Abstract:
碲锌镉(CdZnTe)是目前最重要的室温半导体核辐射探测器材料。而在CdZnTe晶格中以Se替位部分Te得到碲硒锌镉(CdZnTeSe),将使得晶格中离子键的成分增加,从而提高晶体的硬度,降低Cd空位和Te夹杂物缺陷浓度,提升材料质量。为了获得适宜于核辐射探测器制备的CdZnTeSe晶体,本工作研究了富Te条件下CdZnTeSe晶体的垂直布里奇曼法生长,成功制备出直径21 mm、长度超过70 mm的Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03单晶锭。所得Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03晶体的(1 1 0)面X射线衍射摇摆半峰宽达到0.104°,而Te夹杂相的尺寸<5 μm,表明晶体具有良好结晶性。Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03晶锭尾部的能带隙和红外透过率均低于晶锭的头部和中部,可归因于Cd0.9Zn0.1Te0.97Se0.03在垂直布里奇曼法生长过程中存在着潜热释放不足导致的晶体后续生长阶段的结晶性下降。而CdZnTeSe晶锭的头部和中部的电学性能指标达到了室温核辐射探测器制备要求。
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基于铁电材料的有机光电突触晶体管研究
Abstract:
模拟生物突触结构的设备是实现神经网络计算的可行方案之一，其中人工视网膜器件为机器视觉和图像识别的实现提供了有力支持。通过旋涂制备聚偏氟乙烯—三氟乙烯(P(VDF-TrFE)) 制备铁电栅层，热蒸发酞菁铜(CuPc)作为半导体层，探究该晶体管模拟突触功能的光电响应。实验结果表明，该光电晶体管在625nm具有显著的光响应，其能够产生兴奋性突触后电流(EPSC)并实现短期可塑性(STP)到长期可塑性(LTP)的转变以及高通滤波功能，利用剩余极化强度模拟了大脑学习过程中提前施加注意的行为。此外，以栅电压和光照作为独立输入逻辑信号，在单个晶体管中实现了“与(AND)”和“或(OR)”的布尔逻辑功能。上述结果表明， CuPc可以与铁电材料进行良好结合制备出具有突触响应特点的光电晶体管，这为人工视网膜器件的开发提供了有机铁电器件的参考。
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高品质磷化铟多晶的HGF法合成研究
Abstract:
用高压水平温度梯度定向结晶技术合成了磷化铟（InP）多晶。分析了不同温度梯度对多晶配比度的影响，结果表明当温度梯度低于4 ℃/cm时，多晶呈明显富铟状态，配比度在97%以下；当温度梯度在5 ℃/cm以上时多晶致密、无铟夹杂，达到进化学配比状态，配比度达到99%以上。对多晶样品进行了霍尔测试和辉光放电质谱（GDMS）测试，合成的高配比度磷化铟多晶载流子浓度在8×1015 cm-3以下，迁移率在3900 cm2V-1s-1以上，纯度达到99.99999% 以上。多晶中的杂质主要有Si、S、Fe、Cu、Zn、As等，分析了杂质的来源及其对材料性能的影响。
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单光子雪崩二极管SPICE仿真模型的建立和应用
Abstract:
单光子雪崩二极管(SPAD)作为一种高效的光子探测器件被广泛应用于量子通信和三维成像技术。本文在Cadence中建立了一个SPAD的Spice模型,通过Verilog-A语言,采用了两个e指数函数的组合,以连续函数的方式描述了SPAD在盖革模式区等效电阻的动态变化。这两个e指数函数分别体现了高阻区和低阻区的等效电阻特性,解决了分段电阻模型仿真不收敛的问题。该Spice模型模拟了SPAD器件在“接收光子-雪崩产生脉冲-淬灭-复位”工作过程中的动态特性和 SPAD从正偏到二次击穿的静态I-V特性。本文将其应用到4种不同淬灭电路的仿真中,验证了该模型的有效性和稳定性。
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聚苯胺功能化的塑料光纤传感器用于黄曲霉毒素B1浓度 检测
Abstract:
研制了一种基于聚苯胺功能化的光纤生物传感器,首先采用苯胺和APS的氧化还原反应对去除部分纤芯的塑料光纤(POF)修饰,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再将光纤移入AFB1抗体溶液进行AFB1抗体分子固定,最后将光纤浸入牛血清蛋白溶液中结合未与抗体结合的位点,最后置于在室温下晾干。即可获得聚苯胺功能化光纤生物传感器。实验研究了苯胺浓度和pH值对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的特异性、抗干扰性及检测限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对AFB1有高选择敏感性,在0.01~10μg/L的AFB1浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,检测限为0.09μg/L,低于国家标准0.5~20μg/L,加标回收率为95.97%～113.13%,对AFB1的特异性和抗干扰性良好。
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短波红外探测器金丝键合工艺优化分析
Abstract:
金丝键合技术是红外探测器制造必不可少的封装技术,用来实现器件芯片与板级电路的电学信号互联。为探究适用于不同应用需求的短波红外焦平面探测器,本文分析红外焦平面探测器键合工艺给出工艺实施的注意事项。采用25μm金丝,以键合结果符合国军标要求为基本目标,给出超声压力、超声功率、超声时间范围,研究烧球之后超声焊接之前的接触力对键合可靠性与金丝拉力的影响,针对引线高连通率与高强度两类侧重,提出了差异化的键合参数优化设置,并使用探测器电学测试的统计结果做出了相应验证。
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基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感
Abstract:
法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。本文采用了三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升了折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,本文基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10-5 RIU,在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×104 dB/RIU,可探测极限为5.52×10-6 RIU。
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基于LSD和FLD融合的道路裂缝 图像预处理方法研究
Abstract:
针对道路中的路标、路沿等直线类干扰物影响道路裂缝识别的问题，本文提出了一种基于LSD（Line Segment Detector）和FLD（Fast Line Detector）融合的道路裂缝图像预处理方法。首先，基于LSD算法和 FLD算法对裂缝图像进行直线检测，获取直线类干扰物的线段坐标值；其次，根据直线检测算法返回的线段坐标值进行断线重连，解决了直线检测算法提取线段不连续的问题；最后，根据线段重连后获取的直线型类扰物的掩膜图和裂缝图像原图，运用 FMM（Fast Marching Method） 图像修复算法达到消除直线类干扰物的目的。经过大量实验分析可得：该方法能够有效的消除裂缝图像中的直线类干扰物,使得裂缝检测的准确率提升7.1%。
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基于角度偏差自校正的光纤形状传感结构与方法设计
Abstract:
光纤形状传感中FBG的放置角度误差会影响曲率的计算精度,从而增大形状反演的误差。为了实现传感胶棒的角度自校正,设计了一种自校正形状传感结构,在传感胶棒的感知截面上布设9个FBG,以120°等角度间隔作为基准位置,分别提取±10°位置上的应变,从而完成FBG响应与角度偏差的函数映射。提出了一种基于角度偏差自校正算法,通过适应度函数完成对传感参量a与k的阈值优化,实现任意角度偏差的自校正。仿真分析不同a与k条件下的响应关系发现,a具有很好的线性变化特性,k仅随主敏感FBG波动的特性。单截面实验中,加载0-100N应力变化后,9个FBG的平均响应度介于[-1.012me/N, 0.987me/N]。响应度的正负可以表征弯曲方向,相邻FBG的响应也具有很好线性度。组合截面实验中,根据反演结果重建传感胶棒三维结构,输出各点位坐标和应力值信息。
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CMOS探测器自适应信号读出技术研究
Abstract:
设计了一种根据光照强度自动调节增益的CMOS探测器,它能够在一帧时间内实现光照强度与积分增益自动适应,从而实现无论在弱光还是强光条件下CMOS探测器都能有适应的灵敏度和动态范围。相较于传统CTIA电路,自适应信号读出技术新增了比较器电路来控制CTIA积分电容大小,通过短曝光输出电压与参考阈值比较,输出信号结果用来调整长曝光积分增益,最终得到每个像素的输出电压和增益档位。基于 0.5 mm 5V-CMOS工艺进行了128×1线阵CMOS探测器设计仿真与流片,仿真结果表明,光电流在2 pA~100 nA六个数量级内分别自适应四个积分增益,都能有良好的信号读出。
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量子级联激光器热仿真与分析
Abstract:
本文针对大功率量子级联激光器对提高散热能力的迫切需求，通过有限元法建立常见器件结构的二维散热模型。通过设置的热沉温度为293K，波长为8.3μm，波导宽为8μm，发热功率为13.4W的器件模型，研究了不同器件散热结构和封装结构对量子级联激光器的温度及热通量分布的影响，进而评价器件的散热能力。结果表明，正焊无电镀金双沟道脊器件、正焊有电镀金双沟道脊器件和倒焊器件的器件最高温度分别为609K、453K和369K。掩埋异质结器件中，正焊无电镀金器件、正焊有电镀金器件、倒焊器件的最高温度分别为453K、442K、368K。与使用铜底座相比，使用金刚石底座的掩埋异质结倒焊器件有源区的最高温度为362K。通过对模型热通量分布的分析，表明掩埋异质结器件的热量分布更加均匀，有源区温度更低，这意味着掩埋异质结更适合高功率器件。
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基于深度学习的燃气PE管道焊缝缺陷检测
Abstract:
为了解决人工与传统数字图像处理方法进行燃气PE管道焊缝缺陷识别时面临的效率低、漏检率高、评片效果不佳等问题,提出了基于改进YOLOv5和Deeplabv3+算法的燃气PE管道焊缝缺陷智能检测方法,实现从输入燃气PE管道焊缝DR检测图像到输出缺陷种类及其测量值的精细化测量。首先,在宏观区域层面采用YOLOv5网络预提取缺陷区域,减少与缺陷相似的非目标区域的干扰,并设计了融合坐标注意力机制(CA)与加权双向特征金字塔网络(BiFPN)的CA-BiFPN模块,以提高对小目标缺陷检测能力,其最终的缺陷识别定位平均精确度为95.1%。然后,在微观边界层面采用语义分割算法Deeplabv3+,实现像素级别的缺陷分割,缺陷分割平均像素准确率91.25%、平均交并比值为85.52%。最后,在几何特征层面采用最小外接矩形法计算其实际尺寸大小,其平均相对误差为5.47%。结果表明该检测方法可实现燃气PE管缺陷高效率、高精度、智能化检测。
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基于开口圆环结构的太赫兹分束器设计
Abstract:
本文提出了一种基于开口圆环结构的太赫兹分束器,其结构单元为典型的金属-介质-金属结构,顶层金属图案由开口圆环组成,底层为连续金属板。通过改变开口圆环的开口大小和半径大小排列构成了88的相位梯度超表面。当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,电磁波会被分成沿x,y轴对称但能量分布不同的四束波,两种入射模式能够得到两种不同的分束比。在0.7 THz时,太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,其分束比分别为0.8:1和1.9:1,实现对分束比的调谐。此分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹隐身等领域。
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5G电力虚拟专网中基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法
Abstract:
5G电力虚拟专网利用电力系统基础设施中提供定制网络功能的多个网元组成电力网络切片，为新型电力系统中的差异化请求提供定制化服务，因此，网元中的异常行为会直接影响电力网络切片的服务性能。本文针对5G电力虚拟专网中高维、不均衡和分布式的数据特征，提出了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法。首先，鉴于生成对抗网络在获取高维复杂数据分布方面的优势，采用具有梯度惩罚的Wasserstien生成对抗网络（WGAN-GP）模型对网元中的多维运行数据进行分析和监控并获取其分布情况；其次，基于5G电力虚拟专网的管理架构，设计了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测框架，使分布式电力切片管理器能够协同训练全局异常检测模型，增强模型泛化能力。最后，通过数值仿真验证了基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法的训练效率和检测性能。
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基于植入式光纤传感网络的固体火箭发动机结构健康监测
慕聪颖, 胡曙阳, 武丹, 梁纪秋, 胡夏芬, 范丽, 张芸山
Abstract:
为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时检测和评估，设计并研制了高强度飞秒光栅传感网络，重点研究了传感与信号传输链路的涂覆和封装技术。开展了发动机界面脱粘扯模拟离实验研究，传感器可以准确测量脱粘及其发展趋势。设计了可用于发动机应变、温度和载荷施加的模拟演示系统，开发了基于传感器数据的发动机数字孪生模型，形成发动机实物与孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入520型号发动机，对发动机壳体开展了水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和试车。传感器能够准确测量出发动机的应力应变状态，为固体火箭发动机的健康管理提供了有效的数据支撑。
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基于维度注意力与多尺度卷积网络的脑电分类方法研究
Abstract:
针对脑电信号的非平稳性、时变复杂和分类准确率较低的问题,以及传统机器学习方法在提取复杂特征方面的不足,提出了一种基于维度注意力机制的多尺度时空卷积神经网络分类模型(DIMS-CNN),旨在提高分类准确率,以更好地适用于实际应用场景。首先,对数据进行带通滤波和去伪迹,并进行了降采样和通道选择等预处理；随后,将经过处理的数据输入构建的时空卷积模型中,为了进一步增强网络的特征提取能力,加入了时序和通道的多维度注意力机制以及正则化技术；对于数据量不足的问题,采用了频带互换的方法进行数据增强,且提高了模型的泛化性能。分别在HGD数据集和实验室自采集数据集上进行验证,获得了90.97%和90.21%的平均分类准确率,通过相比较其他算法,可以该文方法在分类准确率上有显著提高。
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基于Leach模型的空气耦合超声换能器声阻抗匹配特性研究[ ]
Abstract:
针对空气与空气耦合超声换能器之间的声阻抗不匹配，换能器换能效率低的问题，文章利用PSpice仿真工具对空气耦合超声换能器进行建模和仿真，研究换能器经过声阻抗匹配后对换能器性能的改善情况。文章描述了如何使用PSpice建立空气耦合传感器的电路模型，并设置仿真参数。通过仿真阻抗图和时域曲线，与实际测试结果进行了对比和验证。分析了多层匹配层对换能器信号幅值的影响，同时，还验证了经过声阻抗匹配后的换能器在实际中的应用情况。
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用于FBG解调的AWG芯片的设计、仿真与制备
李姝锋, 袁配, 黎婷, 李丙祥, 许然, 杨奕瑶, 祝连庆
Abstract:
微型光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调系统是光纤传感领域的热门研究方向。光子集成技术的发展催生了一系列小型化的光纤光栅解调仪。阵列波导光栅(AWG)是光子集成解调系统的核心部件。其光谱特性会影响光子集成光纤光栅解调系统的解调性能。本文设计、仿真并制造了一种基于绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)衬底的阵列波导光栅(Arrayed waveguide grating, AWG)。经测试,该AWG的片上插入损耗为3 dB,串扰< -20 dB,3dB带宽为2.3 nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8 nm范围内的解调精度可达34.2 pm,波长分辨率为6 pm。
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一种具有高能量分辨率Al2O3钝化结区的PIN探测器
Abstract:
本文提出了一种Al2O3钝化结区的PIN探测器，该探测器在传统PIN探测器的基础上，在器件正面的PN结和背面的高低结处沉积了10nm的Al2O3薄膜，经过TCAD仿真，发现该探测器相比于传统的探测器漏电流和保护环处的电子电流密度更低，且能对高能粒子射线入射产生充分响应电流。然后，设计了两种探测器的制备步骤且制备了器件，然后进行了薄膜少子寿命的表征，器件的暗态IV测试和241Am元素能谱测试，结果表明，相比于传统的PIN探测器，Al2O3钝化结区的PIN探测器的衬底沉积Al2O3薄膜之后少子寿命提升至1061us，漏电流降低至5nA，能量分辨率提升至521eV。
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基于分布式奇偶校验码的低复杂度极化码SCLF译码算法
Abstract:
针对极化码串行抵消列表比特翻转(Successive Cancellation List Bit-Flip, SCLF)译码算法复杂度较高的问题,提出一种基于分布式奇偶校验码的低复杂度极化码SCLF译码(SCLF Decoding Algorithm for Low-Complexity Polar Codes Based on Distributed Parity Check Codes,DPC-SCLF) 算法。与仅采用循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)码校验的SCLF译码算法不同,该算法首先利用极化信道偏序关系构造关键集,然后采用分布式奇偶校验(Parity Check,PC)码与CRC码结合的方式对错误比特进行检验、识别和翻转,提高了翻转精度,减少了重译码次数。此外,在译码时利用路径剪枝操作,提高了正确路径的竞争力,改善了误码性能,且利用提前终止译码进程操作,减少了译码比特数。仿真结果表明,与D-Post-SCLF译码算法和RCS-SCLF译码算法相比,所提出算法具有更低的译码复杂度且在中高信噪比下具有更好的误码性能。
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波浪形双层微通道热沉性能的传热优化分析
Abstract:
本文基于CFD软件对波浪形双层微通道热沉的热性能进行三维数值研究,将传统的波浪形双层微通道热沉在面积不变的情况下对其入口截面形状进行改进,当入口流速u=1-2m/s,热通量在q=100000-600000W/m2范围内进行了一系列数值模拟,研究微通道热沉入口形状、流速以及热通量的对其温度、压降的影响。并基于（火积）耗散理论进行对比,得到波浪形双层微通道热沉传热的更优方案,在边界热流一定的条件下,（火积）耗散越小的微通道热沉换热效果更好。结果表明:随着微通道入口流速的增大,热沉温度逐渐降低,进出口压差逐渐增大,（火积）耗散逐渐减小。入口形状为上下层均为矩形时微通道热沉的温度比入口形状为上层五边形-下层矩形时微通道热沉的温度更高,PEC更大,（火积）耗散更小,传热效率更高。
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新一代飞行头盔夜视用传感器分析
Abstract:
合适的夜视传感器的选取对于飞行头盔设计保证至关重要,是确保飞机驾驶员完成任务的关键；飞行头盔的工作特点也决定了集成其上的夜视传感器必须具备高灵敏、紧凑轻便等特性。本文在分析飞行头盔用夜视传感器的工作环境、目标特性基础上,参照已集成应用于飞行头盔的夜视传感器实例,解析了两种适用夜视传感应用的“电子轰击混合型像增强器”和”InGaAs焦平面型探测器”的技术指标。给出了适合飞行头盔用夜视传感器主要技术指标要求,并提出对国产现有夜视用传感器加以改进,使之更适合飞行头盔夜视应用的技术方向。
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QAM调制下基于卷积码与累加编码调制级联的纠错码性能研究
Abstract:
基于卷积码与累加编码的PPM调制级联码（SCPPM）在泊松信道光PPM调制下具有极优异的性能。本文将这种累加编码结构引入到QAM调制中，分析其性能。并与常规基于卷积码、并行级联卷积码（Turbo）以及低密度奇偶校验码（LDPC）的比特交织编码调制迭代译码（BICM-ID）进行了比较，结果表明在高阶QAM调制下，卷积码+累加编码+QAM调制串行级联（SCAQAM）纠错方案具有极优异的误码性能。对于16QAM及64QAM调制，相对于另外几种纠错码结构的BICM-ID系统分别有约0.3dB和0.5dB的性能提升，并且只有卷积码与累加码结合才更具性能优势。对于这种纠错结构，进一步比较了自然、格雷、反格雷星座映射方式，将累加后的比特流以反格雷方式映射具有更优异的性能。
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石墨烯涂层高灵敏SPR-PCF的大气污染传感器及特性研究
Abstract:
为了提升大气污染物检测的灵敏度,提出一种基于高灵敏度石墨烯涂层的表面等离子体光子晶体光纤(Surface Plasmon Resonance-Photonic Crystal Fiber, SPR-PCF)传感器,并将其应用于大气污染物的检测。该传感器在纤芯外围镀上金膜,并采用六边形不同直径空气孔双排列的结构,在金薄膜与待测物之间涂敷一层敏感材料石墨烯,利用有限元方法,系统地分析了金属层厚度、空气孔间距及直径和石墨烯厚度等因素对SPR-PCF传感器灵敏度的影响。在折射率范围为1.398-1.402时,模拟结果显示,该传感器具有显著的表面等离子体共振效应,并分析得到了最优结构参数,此时传感性能几乎不受环境温度影响,最大波长灵敏度达到55000 nm/RIU,与之对应的波长分辨率为1.82×10-6 RIU。相比于同一折射率测量范围涂敷石墨烯的结构,所述SPR-PCF传感器的波长灵敏度是现有典型SPR-PCF传感器波长灵敏度的2.86-9.17倍,分辨率是已有典型SPR-PCF传感器的0.109-0.349。因此,在大气污染物浓度和种类检测方面,该SPR-PCF传感器有较好的应用前景。
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GaN基 p-i-n型紫外探测器钝化工艺研究
Abstract:
为了降低GaN基紫外探测器的漏电流并提升可靠性，钝化层膜系的选择及其工艺的优化是至关重要的。本文采用的钝化层有：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的Si3N4、电感耦合等离子体化学气相沉积(ICPCVD)生长的Si3N4和SiO2以及等离子原子层沉积(PEALD)生长的Al2O3，分别制备了GaN基金属-绝缘体-半导体(MIS)器件，对MIS器件的电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)特性进行了对比研究。采用PECVD生长的Si3N4作为钝化层，在GaN基MIS器件中具有较低的漏电流；通过在双层PECVD生长的Si3N4钝化层中引入一层PEALD生长的Al2O3，进一步降低了界面态密度：平均界面态密度从3.94×1013 eV-1cm-2降低到3.52×1011 eV-1cm-2。利用这种“三明治结构”钝化膜，制作了p-i-n型GaN基紫外雪崩探测器，与没有PEALD生长Al2O3的Si3N4膜系的探测器相比，在113 V反向偏压下的暗电流从3.73×10-8 A降至3.34×10-8 A。
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基于双边滤波和AGAST-BEBLID的图像匹配算法
Abstract:
针对传统AGAST特征匹配算法存在精度差、鲁棒性低等问题，提出一种基于双边滤波和AGAST-BEBLID的图像匹配算法。首先使用双边滤波进行去噪和增强图像边缘细节效果。其次使用BEBLID算法在特征提取阶段创建高效二进制描述子，来产生更好的局部特征描述。然后使用GMS算法结合汉明距离来筛选KNN匹配后的图像达到特征粗匹配。最后使用GC-RANSAC算法在误匹配剔除阶段进行局部最优模型拟合，得到图像特征精匹配。实验结果显示:改进后的算法在复杂环境下的总体平均准确率较AKAZE、BRISK和SIFT分别提高10.57%、17.20%和19.45%。
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基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器
Abstract:
本文提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器，并对传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成，光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器，光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度，使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm，光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm，两者的自由光谱范围相近又不相等，从而形成光学游标效应。实验结果显示，单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃，级联光纤模态干涉仪后，温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃，放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单，稳定性好，不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。因此，在化工、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
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面向过程控制的光纤传感网络多状态监测系统
Abstract:
为了实现对工业过程控制的实时监测与在线控制，设计了基于光纤传感网络的多状态监测与反馈控制系统。系统由扫频激光器、光纤解调模块、PC处理模块、光纤传感网络及状态控制单元组成。提出了一种多状态监控算法，将温度与应变的各点位FBG波长响应值进行权重组合，然后与4种常见的状态异常情况进行映射建模，再通过状态分析，给出反馈调整参数。实验采用罐内温度场与罐外应力场采集的方式，对应变0-5000??与温度30-150℃的在线检测进行标定。结果显示，校正后的应变灵敏度均值为0.499pm/??，温度灵敏度均值为7.425pm/℃。反馈控制对状态波动具有在线调整能力，不同异常类型的反馈时间不同。4种情况校正后的温度与应变波长偏差均小于?1℃和?50??。验证了系统的可行性。
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基于改进Otsu的桥梁裂缝检测方法
Abstract:
裂缝作为桥梁健康检测的重要依据之一，能够反映桥梁结构的受损状态。针对传统的桥梁裂缝检测方法效率低、主观性大，费时费力等缺点，本文提出一种基于改进Otsu的桥梁裂缝检测方法。在目标方差前加入偏重参数和背景倾向系数，利用灰度值梯度累积量获取峰值信息，进而保证在单峰情况下阈值始终在峰值左侧，然后通过灰度值累积量适当调整阈值，最终实现自适应桥梁裂缝检测。实验结果表明，本文改进算法能够有效检测出桥梁裂缝，且相比于EW、WOV，VE等改进算法，本文改进算法获得的误分类值更接近0，缺陷检测率更接近1，有更好的检测效果。
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EBCMOS钝化层表面残气吸附特性
Abstract:
基于密度泛函理论，研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)钝化层表面的残气吸附机制，并分析其电学特性。结果表明，以 Al2O3 钝化层为例，真空腔内残余气体H2在Al2O3不同表面的吸附为物理吸附，在(001)面的吸附距离最大，吸附强度最低，电荷转移最少。对比CO、N2、CO2、H2O 等残余气体分子在(001)表面的吸附结果发现，(001)面对残气分子的吸附均为物理吸附，(001)面相比于其他表面，对残余气体分子有更好的抑制作用，所生成钝化层能提高EBCMOS器件电子倍增层的电荷收集效率，对研制寿命长而稳定的EBCMOS器件具有理论指导意义。
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基于新电极的太赫兹光电导天线设计
Abstract:
本文提出了分别采用凹形电极和新叉指形电极的两种光电导天线,其电极产生的静电场电场强度是中间小而周围大,而激光光斑的光强是中间大而周围小,因此提高了衬底的抗击穿能力和光电流。相比于采用传统带状线电极的光电导天线,采用凹形电极的光电导天线产生的光电流提升了62%；相比于采用传统叉指形电极的光电导天线,采用新叉指形电极的光电导天线产生的光电流提升了41%。所设计的两种光电导天线都具有结构简单、便于加工且易与其它提高辐射功率的技术相结合的优点,其在成像、生物传感、通信领域和光电探测有着重要的潜在应用价值。
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TSV三维封装缺陷激光主动检测分类与量化
Abstract:
随着三维集成技术的不断发展，硅通孔(Through Silicon Via，TSV)三维封装因其独特工艺而受到广泛关注，其缺陷的检测问题也不容忽视。为对TSV三维封装内部缺陷进行分类与量化，提出一种针对TSV三维封装内部缺陷的激光主动激励分类与量化方法。以激光为主动热源，激发TSV内部缺陷，通过理论与仿真分析，掌握缺陷特征在主动激励下的温度分布表现规律；构建卷积神经网络对缺陷样本信息进行训练，实现内部缺陷的分类识别与量化。试验表明，该方法能在不损坏样品的前提下有效对内部缺陷进行识别分类及量化，准确率可达95.56%。
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3200V 双P阱终端VDMOS击穿特性仿真研究
李 尧, 王爱玲, 王奋强, 蓝 俊, 牛瑞霞, 张鹏杰, 张栩莹, 吴回州, 刘良朋
Abstract:
基于场限环终端技术理论,提出了一种具有双P阱结构的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)。通过数值模拟软件分别仿真了P阱各项参数和漂移区掺杂浓度与击穿电压的关系,提取器件击穿时的表面电场并分析其击穿机理。研究结果表明,当漂移区掺杂浓度一定时,击穿电压随P阱数量和结深的增大而增大,随P阱掺杂浓度的增大而先增大后减小；当P阱参数一定时,击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而先增大后减小。经优化器件各项参数,击穿电压(VB)达到3200 V,与传统平面栅型VDMOS相比提升了305%,终端有效长度仅为26 μm,表面电场最大值为1.21×106 V/cm,且分布相对均匀,终端稳定性和可靠性高。
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基于CVMD和DBO-SVM的光纤周界安防信号识别方法
Abstract:
为降低光纤周界安防信号中噪声对分类结果的影响，提升信号分类的准确率和运行效率，本文提出一种融合了相关变分模态分解(Correlation Variational Mode Decomposition，CVMD)、蜣螂算法(Dung Beetle Optimizer, DBO)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的分类方法。利用CVMD去除原始信号中的噪声分量，并提取去噪后信号的能量、能量熵和峭度作为特征向量。采用DBO算法优化SVM，得到最佳惩罚因子和核函数参数，并构建DBO-SVM分类模型。搭建了基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的周界安防系统，采集了攀爬、敲击、踩踏和无入侵四类信号。实验结果表明，CVMD-DBO-SVM的分类准确率相比CVMD-PSO-SVM和CVMD-GA-SVM更高，达到了98.75%，同时运行时间更短，综合性能最优。
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结合可逆网络的超高分辨率图像的风格迁移
Abstract:
针对处理超高分辨率图像时面临的内存成本问题和风格迁移过程中过度风格化的问题,提出了一种结合可逆网络的超高分辨率图像的风格迁移方法,能够以较小的内存成本实现任意尺寸图像的风格迁移。所提算法采用可逆的Glow模块作为基本单元构建可逆神经网络模块,通过将图像划分成小块的方式避免超高分辨率图像引起的内存问题。为了更好地提取输入图像特征以及确保不同块之间的风格一致性,在风格迁移模块使用引入通道注意力机制的残差模块和缩略图实例化归一化模块(TIN)。实验结果表明,相较于当前通用的各种神经风格迁移网络,所提算法不仅能够避免图像在编码和解码过程中的信息丢失问题,而且以更低的内存成本实现了相当的风格迁移性能。
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基于P型高阻硅衬底的背照CCD图像传感器
Abstract:
设计并研制了一款基于P型高阻硅衬底的背照CCD图像传感器，器件有效阵列规模为6144×256元，像素尺寸为15μm×15μm，器件采用了非光敏区大面积P阱设计，改善了基于P型高阻硅衬底CCD放大器特性，器件放大器线性工作区从优化前16.0V～16.5V扩展至10.0V～14.0V，直流增益从优化前0.50提升至0.85；器件采用了可见、近红外波段背照减反射膜设计，器件在400nm～750nm波长范围内平均量子效率优于85%，在900nm近红外波长量子效率可至43%；器件采用了非推结复合能量硼注入工艺设计，器件在复合光照下MTF优于0.40。
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光电半导体材料辐照诱发微观缺陷的演化特性研究
王兴鸿, 王祖军, 蔡星会, 尹利元, 唐宁, 晏石兴, 李传洲
Abstract:
基于分子动力学计算方法,运用LAMMPS程序模拟了Si、GaAs、3C-SiC三种半导体材料中辐照引起的级联碰撞过程,并分析了晶体内微观缺陷的演化特性。模拟结果表明,级联碰撞会在晶体内部形成类似离位峰的结构,大多数空位缺陷聚集在损伤区域内部,而损伤区域外围分布的主要是间隙缺陷。通过对三种材料进行缺陷簇分析,发现Si中缺陷簇数量明显多于GaAs,缺陷簇最大尺寸达到了17个原子。此外,三种材料中的Frenkel对的数量变化过程大致相同,均呈现“上升,下降,稳定”的趋势,但3C-SiC中的缺陷数量要远小于Si和GaAs,表明3C-SiC具有更好的辐射抗性,其晶体结构在受到辐照后仍能保持相对稳定。
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复杂混合尾流气泡场的激光探测特性研究
Abstract:
在实际舰船尾流激光探测过程中,激光探测系统与目标气泡层之间会存在杂质(气泡群、悬浮粒子),导致气泡回波信号信噪比降低。为了提高实际舰船尾流探测的信噪比,采用蒙特卡洛方法,仿真模拟了不同气泡层特性遮挡的情况,通过改变遮挡气泡层的厚度、数密度来探究其对目标气泡回波特性的影响,仿真得到：当遮挡气泡层存在时,回波信号会明显降低,且降低趋势会随着遮挡气泡层厚度和数密度的增加而更为剧烈。搭建了实验室条件下的模拟舰船尾流激光探测系统,对不同气泡层特性遮挡的情况进行了验证,得到了遮挡效应会随着气泡层的厚度,数密度增大而不断变强的变化规律。对测试数据进行归一化处理,实现了仿真与实验的相互验证,可为舰船尾流激光探测工程化提供支撑。
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面向白盒交换机的软件定义网络切片测试平台及验证
Abstract:
随着电力行业的高速发展,人们对电力有着更多的需求,一些重要的科研项目也在朝电力方向不断深入,但当前的电力物联网缺乏由白盒交换机搭建的SDN切片测试平台。因此,本文提出了面向白盒交换机的软件定义网络切片测试平台,首先,设计了一种融合数字孪生(DT)、AI智慧内生的SDN切片平台架构；其次,通过对白盒交换机、链路数据的统一表征,构建了孪生网元本体模型、链路本体模型和与物理网络一致性描述的孪生网络模型,分析了AI内生的SDN切片生命周期；最后,给出了SDN切片架构下的虚拟网络功能(VNF)部署案例,并详细说明了AI内生优化框架和具体工作流程。实验结果表明面向白盒交换机的SDN切片测试平台实现了物理网络的拓扑可视化与流量全息,降低了网络的时延和带宽开销；且相较于非数字孪生AI算法,数字孪生深度确定性策略梯度(DT-DDPG)算法在增强型移动带宽(eMBB)场景下的时延和带宽消耗分别降低了46%和37%。
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基于深度强化学习的5G电力虚拟专用光网络切片时延优化算法研究
Abstract:
考虑到5G电力虚拟专用光网络切片中业务端到端时延较大，以及仿真中网元状态同步时延较大导致仿真策略不准确的问题，提出一种基于深度强化学习的5G电力虚拟专用光网络切片中时延优化算法。首先建立5G电力虚拟专用光网络切片系统模型，该模型包括一个用于网元状态更新的同步节点和其余业务节点，其中同步节点通过专用特种光纤与软件定义网络控制器直接连接。在此基础上，在保证业务服务质量的同时，提出一个最小化包括业务时延和网元同步时延的优化问题。由于该优化问题变量即有离散变量又有连续变量，因此分别使用离散和连续的深度强化学习算法求解。仿真结果表明，所提算法能够有效降低电力虚拟专用光网络切片网络时延，满足服务质量要求的同时有效保证仿真策略的实时性。
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多尺度特征融合U-net的遥感影像黑臭水体智能检测
刘羿漩, 董兴鹏, 何胜文, 魏伶伶, 孙中平, 白 爽, 李东浩
Abstract:
针对目前遥感监管无法达到高精度、全方位和短周期的监管需求，尤其是在受损水体活动快速监管领域仍存在明显短板等问题。研究采用卫星遥感技术获取高分辨率遥感影像水体样本数据集，基于深度卷积神经网络从高分辨遥感影像中提取水体并进行黑臭水体智能监测，提出了一种改进U-Net的黑臭水体检测网络模型（Impaired Water Detection Network,IWDNet）。首先基于U-Net结构引入跳跃式多尺度特征融合，结合通道注意力机制、卷积注意力模块、通道与空间注意力机制生成不同多尺度特征融合注意力机制（Multi-scale Feature Fusion Attention Moudle,MFFAM）模块进行对比，并引入空洞卷积扩大网络感受野，最终实现黑臭水体的识别检测。实验证明：基于跳跃式多尺度融合与CBAM注意力机制的黑臭水体检测网络（MFFCBAM-IWNet）模型有效提升了识别精度，在高分辨遥感影像水体样本数据集上表现最佳，总体精度达98.56%，Kappa系数达0.9784，模型在广东省等地共计检测到30个疑似受损水体点位，其中疑似受损河渠27处，疑似受损湖塘3处，疑似黑臭水体水域总面积为8094m2,研究结果可为生态环境遥感智慧化监管提供数据支撑。
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基于相位调制等效展宽激光线宽的极低相噪光电振荡器
庾财斌, 张浩, 肖永川, 瞿鹏飞, 李波, 孙力军, 刘必晨
Abstract:
光电振荡器是一种采用光电结合方式的新型微波频率源，其利用光学长时储能，可以实现极低相位噪声的信号输出。本文研究了光纤中散射噪声对光电振荡器相位噪声的影响，重点介绍了基于相位调制等效展宽激光线宽抑制布里渊散射噪声架构，通过理论公式推导以及实验验证，表明了上述架构可极大改善光电振荡器的相位噪声。实验中采用调制频率为50MHz、调制幅度为3.1的相位调制信号对激光线宽进行等效展宽，得到了在10GHz频率下为-157.3dBc/Hz@10kHz的极低相位噪声信号输出。
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基于半嵌入结构的超透镜共聚焦特性
肖功利, 陈佳宇, 杨宏艳, 赖子凡, 周嗣童, 李海鸥, 刘兴鹏, 陈赞辉
Abstract:
本文设计了一种1:1比例的半嵌入全介质超透镜,能够实现不同窄波段的共聚焦特性。采用时域有限差分法对不同高度和晶格常数下纳米单元的相移进行了数值分析。基于惠更斯-菲涅耳原理,构建了1环(半径为7.7 μm)和3环(半径为13.5 μm)的超透镜,并对比分析了它们的聚焦特性。在3环设计下,当波长为600 nm、线偏振光时,超透镜的焦距离设计目标偏差约为2.2%,焦点半高全宽为1.1 μm,聚焦效率达到68.28%。此外,还对650~490 nm波段内的超透镜色散进行了分析,并得到了650~550 nm波段内100 nm带宽和550~490 nm波段内60 nm带宽的恒定共聚焦焦点,这是由于焦深的存在所导致的。所设计的超透镜结构具有偏振不敏感、亚衍射极限聚焦、变焦和窄波段共聚焦的特性,在超分辨率、光路复用、彩色成像等领域具有潜在的应用价值。
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基于片上微腔自反馈注入锁定的窄线宽激光器
Abstract:
本文对半导体激光器外腔自反馈注入锁定进行了理论分析,研究了片上微腔的自反馈注入锁定对于DFB激光器输出线宽的影响,分析了决定锁定带宽及线宽压缩系数的关键参数。基于Q值为2.4×106的片上Si3N4微腔的后向瑞利散射实现了DFB激光器的自反馈注入锁定,将其输出线宽由自由运转时的556.71kHz压窄到了92.28kHz,锁定带宽达到425 MHz。研究结果有助于理解半导体激光器自反馈注入锁定机理,并为实现窄线宽激光器提供了新的结构更简单、集成化潜力更高的方案。
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基于双十字结构的太赫兹传感器设计
马勇, 陈鑫, 徐应松, 盛宏远, 黎人溥, 陈前斌, 周幸叶, 陈沁
Abstract:
设计了一种基于双十字结构的多谐振峰太赫兹超材料传感器。整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。基本单元的表面图案呈双十字交叉状,介质材料为聚酰亚胺(Polyimide)。仿真结果表明,所提出的结构具有5个不同的谐振吸收峰,吸收率均超过90%。前3个谐振峰分别对应单元结构内部不同区域形成的基本磁谐振,后2个谐振峰则来源于单元结构间的相互作用。当传感器表面覆盖15 μm厚度分析物时,该传感器各个谐振峰的灵敏度分别为72、137、234、353和252 GHz/RIU,且谐振峰偏移量与待测分析物折射率变化量呈较强的线性关系,具有优越的传感特性。此外,多峰传感器稳定性优于传统的单峰或双峰传感器,具有良好的抗干扰能力,有助于降低测量误差。本文所提出的这种高灵敏度多谐振峰传感器在微量分子检测领域具有广阔的应用前景。
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基于轴向应变误差修正的FBG形状重构算法
Abstract:
针对轴向应变误差影响光纤布拉格光栅（FBG）形状传感器的重构精度问题，提出了一种基于轴向应变误差修正的形状重构算法。纤芯位置偏差是造成轴向应变误差的主要因素，为了获取光纤形状传感器的纤芯位置偏差，提出了三芯光纤形状传感器的误差理论模型。为了验证该模型的有效性，通过ANSYS Workbench对误差理论模型进行有限元建模仿真，将纤芯位置偏差和标定偏差代入误差理论模型，对存在位置偏差的纤芯轴向应变数据进行修正，并与理想纤芯位置处的轴向应变数据进行对比，证明了该理论模型对存在误差的轴向应变数据具有良好的修正效果。为了计算每个检测点的纤芯位置偏差，根据提出的误差理论模型，提出了一种基于二分法逐次逼近的FBG形状传感器纤芯位置偏差计算方法。仿真结果表明，纤芯位置偏差修正前后重构曲线的最大位置误差从1.74mm改善为0.10mm。对于自封装的FBG形状传感器，使用纤芯位置偏差修正前后，重构空间曲线的最大位置误差从19.81mm减小到7.66mm。
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基于GWO-VMD-SVD的Φ-OTDR信号降噪 方法
Abstract:
针对Φ-OTDR系统采集的信号中包含大量随机噪声的问题,提出了一种基于灰狼优化算法的变分模态分解联合奇异值分解的新型降噪方法(GWO-VMD-SVD)。通过灰狼优化算法寻找VMD分解中最优的分解层数和二次惩罚因子,抑制了模态混叠现象；引入排列熵判定机制区分有用信号分量和噪声分量；将有用信号分量保留,同时对噪声分量使用SVD分解进行二次降噪,提取其中的有用信号；将两次降噪保留的有用信号进行重构,得到降噪后的信号。实验结果表明,该方法相对于VMD-PE和EEMD-CC,信噪比更高,能更有效的保留信号中的有用信息。
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ZnO 基异质结紫外探测器光电特性研究
Abstract:
利用仿真软件对n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器建模,基于所建的模型,从外加偏压、ZnO载流子浓度和ZnO厚度等角度模拟分析n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器的光电特性,如电场分布、暗电流、光电流、响应度以及响应时间等,并与n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器比较。结果表明:相比于n-ZnO/p-Si 异质结紫外探测器,n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器暗电流更低为10-15量级,比n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器降低了一个数量级,光电流均为10-8量级,变化不大,n-ZnO/p-SiC响应度更高,最高可达0.41 A/W,且能够有效抑制n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器对可见光的响应。以上仿真结果与实验测得的数据具有高度的一致性,仿真计算结果为后续进一步优化异质结紫外探测器的光电特性奠定了理论基础。
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1064nm低电压薄膜铌酸锂电光调制器
Abstract:
低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。本文提出一种半波电压低于1.5V的薄膜铌酸锂Mach-Zehnder电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05V的低半波电压、0.319dB的低损耗和27dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315V·cm，调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。
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高性能ZnSnO:Li/ZnSnO双有源层TFT电学性能的研究
高瑞妍, 郭亮, 王冲, 王超, 杨帆, 初学峰, 迟耀丹, 杨小天
Abstract:
双有源层以迁移率高、开关比高、大面积均匀性强等优点成为了近些年研究热点,采用射频磁控溅射方法,制备了ZnSnO:Li/ZnSnO 薄膜晶体管并对其电学特性进行了测试,研究了具有双层结构的ZTO:Li/ZTO TFT提高迁移率下的原理机制。对比于ZTO TFT,该ZTO:Li/ZTO TFT表现出了良好的电学特性,场效应迁移为率13.98 cm2/Vs,亚阈值摆幅为0.84 V/dec,开关比为1.13×109,通过XPS对薄膜分析,发现ZTO层中掺入Li,引起薄膜中金属与氧键结合浓度增加,氧空位减少,因而其TFT的迁移率增大,开关比增大,亚阈值摆幅减小。这些优异的性能都与掺 Li的ZTO薄膜有关。
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基于WOA的FBG形状传感器铺设角度偏差自校正模型
Abstract:
FBG形状传感器的铺设角度偏差导致曲率和挠率测量误差,进而影响形状传感器的重构精度。针对该问题,本文提出一种基于鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)的FBG铺设角度偏差自校正模型。重构实验验证了本文方法的有效性,不同形状的远端重构误差分别从11.66mm和22.6mm降低为5.63mm和10.47mm,相对误差分别从2.56%和4.96%降低至1.21%和2.25%,相对误差从2.56%和4.96%降低至0.95%和2.06%。
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基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器的设计与分析
Abstract:
目前三通带太赫兹滤波器存在通带带宽差异大的问题。为了提高太赫兹滤波器三通带的带宽均匀性,设计了一款基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器,其结构由三个嵌套式“十”字环金属贴片、“十”字金属贴片和聚酰亚胺衬底三层结构组成。当太赫兹波垂直入射到滤波器表面时,在0.1~0.862 THz范围内形成三个滤波通带,各通带的峰值透射系数约为0.9,具有较好的通带性能,并且通带之间的传输零点的透射系数都在0.07以下,带外抑制良好。各通带的3dB带宽的最大通带比约1.29,10dB带宽的最大通带比约1.13,具有较好通带均匀性。三个工作通带的矩形系数均大于1.7,通带边沿陡峭,频率选择性良好。该滤波器具有透射系数高、带宽差异小、结构简单和易于加工等特点,其在太赫兹的多信道通信领域具有广阔的应用前景。
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基于GSR-YOLOv7的探地雷达回波图像识别的研究
Abstract:
针对探地雷达回波图像特征不突出，工作人员现场解译时间长，准确率不高的问题，提出一种基于YOLOv7改进的回波图像识别方法GSR-YOLOv7。首先使用GhostConv替换YOLOv7卷积层的卷积核减小参数量；引入SimAM注意力机制提高特征学习能力；并通过对感受野模块RFB卷积核的复用，增大感受野；同时引入改进EIoU损失函数提高模型分类能力和回归精度。基于道路回波图像数据集的实验结果表明，改进后的模型MAP50达到了97.57%，MAP50:95达到了73.13%，较YOLOv7分别提高2.13%和8.46%，模型大小减小了35%。本研究提出的GSR-YOLOv7模型对于回波目标的检测效果较好，能适用于移动端系统，对于体积小、算力低的平台具有较大应用价值。
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基于同质区分割的非线性端元提取算法
Abstract:
端元提取是高光谱遥感图像混合像元分解的关键步骤。传统端元提取算法忽略了高光谱图像中地物空间分布相关性与非线性结构，制约了端元提取算法的精度。针对高光谱图像的空间关系与非线性结构，提出一种基于同质区分割的非线性端元提取算法。使用超像素分割方法将图像分割为若干同质区，利用流形学习构造高光谱图像数据的非线性结构，最后在同质区内提取端元并利用聚类方法优选端元。模拟和真实图像数据实验表明，本文算法能够保证高光谱数据的非线性结构，端元提取结果优于其他传统线性端元提取方法，在低信噪比的情况下，可以保持较好的端元提取结果。
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基于介质片加载实现MIMO介质谐振器天线解耦
Abstract:
提出了一种通过在介质谐振器(DR, Dielectric Resonator)上表面侧边加载介质片(DS, Dielectric Sheet)来实现1×2 MIMO 介质谐振器天线(DRA, Dielectric Resonator Antenna)解耦的简单的新方法。1×2 MIMO DRA采用双层介质基板结构以优化阻抗匹配特性和辐射特性,两DR的边到边间距为0,天线工作在毫米波频段。 所加载的DS使得DR内的场重新分布并向DS加载区域以及DS内集中,从而减弱耦合到另一DR单元的场强以实现解耦效果。基于ANSYS HFSS 的仿真结果表明天线的-10 dB阻抗匹配带宽为25.6%(22.75 ~ 29.43 GHz),带内最大实现了30 dB的隔离度的增强。
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重参数化大核卷积的光学黑色素瘤图像检测算法
Abstract:
针对皮肤镜采集的光学黑色素瘤图像,由于其背景信息复杂,干扰信息过多,导致检测精度较低,出现误检、漏检等问题。因此提出一种重参数化大核卷积的光学黑色素瘤图像检测算法。首先,在主干部分设计一种融合大核卷积与C3的新模块C3_RepLK,增大模型的感受野,提取更多的有效信息。其次,引入感受野模块RFB,融合不同尺度的特征信息,减少错检问题。颈部网络中采用混合密集稀疏卷积GSConv和轻量化上采样算子CARAFE,使得网络能够捕捉到丰富的上下文信息,抑制漏检问题。最后,在算法中融入二阶通道注意力模块SOCA,加强特征之间的关联性,关注更有用的特征。实验表明,所提检测算法较原YOLOv5算法,所有类别平均精度从85.0%提升至89.4%,证明了所提出的算法对于检测黑色素瘤的有效性。
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基于射频响应互补的光子辅助瞬时测频
Abstract:
瞬时测频（IFM）是现代电子战中的一项重要技术。基于光子辅助的IFM技术具有大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势，可克服传统电子学方法的瓶颈，因此备受青睐。该文在已有研究基础上，给出了另一种测频误差更小的光子辅助瞬时测频方法，通过搭建具有射频功率响应互补特性的光链路，实现了对0.5 GHz~18.5 GHz信号的频率测量。研究表明，链路的信号增益实测结果与理论吻合，据此构造的幅度比较函数随频率变化更加剧烈，非常有利于实现准确的频率测量，获得了优于30 MHz的测量精度。而且，该方法较为简单，只需少量的常规器件即可实现，抗环境变化能力也得到提升。通过更换高频的调制器和光电探测器，可实现对更高波段信号的频率测量。
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基于改进生成对抗网络的红外图像增强算法
Abstract:
针对红外图像细节分辨率不高、目标边缘模糊而导致目标识别率低，虚警率高等问题，提出一种有监督的生成对抗网络结合胶囊网络的图像增强方法，以提高图像清晰度。首先，在生成器中，将Unet与全局上下文模块相结合，捕获丰富上下文信息，提高图像细节特征；在鉴别器中，将胶囊网络与Res2net结合，提取图像特征和结构，提高细节提取能力，增强生成对抗的模仿能力。实验表明，该方法能够根据图像内容，对图像所需区域进行细节重点增强，从而极大程度提高图像分辨率和视觉效果。
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Sm3+离子激活Y2MgTiO6橙红色荧光粉的制备及发光性质研究
Abstract:
采用溶胶-凝胶法合成了一系列橙红色发光的Y2-2xMgTiO6: 2xSm3+( YMT: 2xSm3+, 0≤ x ≤0.11)荧光粉。通过粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、光致发光激发和发射光谱对样品进行了表征和分析。XRD表明所制备的YMT: Sm3+样品为纯相，无任何杂质。SEM图像显示荧光粉颗粒尺寸为2-3 μm左右，分散性较好无明显团聚。在407nm的近紫外光激发下，YMT: Sm3+荧光粉的发射光谱在500-700 nm波长范围内存在三个显著的发射峰，分别是603 nm（4G5/2→6H7/2）和650 nm（4G5/2→6H9/2）处较强的红光，以及566 nm（4G5/2→6H5/2）处较弱的绿光。Sm3+离子的最佳掺杂浓度为5 mol%，理论计算出Sm3+离子的临界转移距离为1.619 nm。当Sm3+浓度超过5 mol%时，出现明显的浓度淬灭效应，该效应归因于Sm3+离子之间电四极子-电四极子（q-q）相互作用。YMT: Sm3+荧光粉的CIE色度坐标位于橙红光区域，说明该样品是一种具有潜在应用价值的白光LEDs用红色荧光粉。
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基于多模态的车辆行人检测技术研究
Abstract:
针对单一传感器在复杂路况以及恶劣天气情况下车辆行人检测效果不佳的问题,本文搭建了一套可见光、可见光偏振、短波红外、长波红外多模态数据采集系统,构建一个多模态数据集；提出了一种多模态车辆行人检测算法。首先,提出了一种基于改进型SIFT特征点的多尺度部分强度不变特征的异源图像配准算法；然后,提出基于YOLOv5多模态数据目标检测网络。最终实现了平均精度在日间数据集1.0%的提升,日间夜间混合数据集10.9%的提升。
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基于改进YOLOv5的荧光图像细胞智能检测研究
Abstract:
为解决人工对FISH(Fluorescence In Situ Hybridization, 荧光原位杂交)荧光图像进行结果判读存在的效率低、劳动强度大等问题,针对FISH荧光图像细胞智能检测提出一种融合空域图像增强的改进YOLOv5算法。算法在原始YOLOv5神经网络模型基础上,加入了空域图像增强模块,并选择了模块最佳增强系数,扩大了模型对荧光图像的对比度适应范围,提高了模型的特征提取能力和细胞检测准确率。实验结果显示,改进YOLOv5模型的mAP(Mean Average Precision, 平均精度均值)为0.983,达到了比原始模型更优的训练效果和收敛速度,并且,改进YOLOv5模型的细胞识别率达到91.65%,比原始YOLOv5模型提升了9.19%。将细胞智能检测算法嵌入自主开发的荧光图像智能检测软件,结合荧光点检测算法,可给出有效判读结果。
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基于原模图的8环QC-LDPC码构造方法
Abstract:
针对当前准循环低密度奇偶校验(Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check, QC-LDPC)码存在短环及纠错性能不够好的问题,基于原模图提出一种新颖的QC-LDPC码构造方法。该方法选择码长码率可灵活调整的原模图作为基矩阵,再结合具有特殊性质的卢卡斯数列和等差数列,通过原模图的低译码门限和数列的特殊性质,构造校验矩阵环长至少为8,且所需存储空间少,易于硬件实现。仿真结果表明：该方法构造的PLA-QC-LDPC(2400,1200)码与同等码长码率中基于卢卡斯数列和最大公约数(Greatest Common Divisor, GCD)序列的可快速编码的非规则LG-QC-LDPC码、基于素数和乘法表构造的PM-QC-LDPC码以及基于原模图和消除基本陷阱集的非规则PL-QC-LDPC码相比,净编码增益均有一定程度的提高。
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高g值压阻式加速度计设计与仿真
李永伟, 郭晋秦, 乔俊福, 李峰, 乔志敏, 张烨, 芦婧, 张健, 闫莎莎
Abstract:
本文研究了一种具有高灵敏度、小尺寸的四端梁结构的压阻式加速度计。利用有限元软件对不同悬臂梁、质量块尺寸的结构建立模型,并对该结构进行了灵敏度与应力分析、模态分析、动态响应等分析。仿真研究结果表明,在50000g量程内,传感器轴向灵敏度达到7.40 μV/g,横向灵敏度0.33%,线性度为0.06%,响应时间20.3 μs,固有频率111.2 kHz。抗冲击性能能达到334000g,可以满足高g值环境下的测试需求,同时该研究为研制高性能传感器提供了一种准确且高效的仿真方法。
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三种状态蒽的三重态吸收性质研究
Abstract:
利用瞬态吸收光谱技术研究蒽在甲苯溶液和PMMA薄膜及晶体的瞬态吸收过程,发现激发波长375 nm处的吸收度为0.7时,溶液中蒽的三重态最大吸收信号强度为其在PMMA中的5倍,而在高吸收度的晶体中,三重态吸收较低。通过建立模型分析,PMMA中的蒽分子存在光场诱导下偶极矩的宏观统计极化,导致宏观极化偶极矩的降低,而处于甲苯溶液中的蒽分子则易被光场所极化,产生较大的极化偶极矩,这是引起三重态吸收信号差异的原因。晶体状态下,S1能级发生分裂,低于T2能级,S1–T1能量差较大,系间窜越不有效,抑制了三重态吸收。以上结果解释了蒽分子在不同状态下三重态最大吸收信号差异。
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基于改进粒子群算法的室内可见光定位研究
Abstract:
为了提高现行室内可见光定位系统定位精度，提出考虑噪声干扰的动态惯性权重及认知因素的改进型粒子群算法。首先，将决定定位精度的欧式距离转换为目标函数最小值优化问题；其次，利用惯性权重动态赋值，增强粒子群算法初期的全局搜索能力和后期的局部搜索能力；然后，利用正弦函数使得个体认知因素值非线性地减小、利用余弦函数使得群体认知因素值线性地增加，进一步提升定位精度；最后，通过仿真与实验测试对提出的定位算法进行了验证。结果表明，仿真测试时，在 两种定位模型中，0、0.5、1、1.5m四个高度平面的空间定位平均误差分别为0.65cm、0.54cm；实验测试时，在搭建的室内空间中的平均定位误差分别为2.67cm、1.81cm。
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机载激光通信链路的传输信道及性能分析
Abstract:
对于机载激光通信的传输信道，分析了大气信道中的衰减、光强闪烁、光束漂移及气动光学效应等复合效应，并推导了接收光束尺寸、链路中断概率和误码率等传输性能。仿真分析表明：一方面，接收光束尺寸受光束漂移及气动光学效应的影响而增大，且在低空条件下的光束尺寸主要受到大气湍流的影响而导致其大于高空条件；另一方面，长距离的机载激光通信链路需考虑光束漂移的影响，并可通过优化发射光束大小进行抑制。
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多光谱TDI-CMOS图像传感器读出电路设计
刘戈扬, 刘昌举, 翟江皞, 李明, 徐江涛, 王小东, 任思伟
Abstract:
针对3D集成式多光谱TDI-CMOS图像传感器的数字化处理和高速读出需求,为了解决与TDICCD探测器的整体布局、物理尺寸和接口的匹配性和一致性问题,研制了适用于五谱段TDICCD的CMOS读出电路芯片。该读出电路芯片创新地设计了一种使用多相位ADC时钟、支持相关多次采样的新型列级单斜ADC电路结构,实现了TDICCD信号的数字化和高速输出,有效提升了探测器的动态范围和噪声指标。流片测试结果表明:读出电路芯片的功能正常,集成式TDICCD的成像效果良好,新型列级ADC工作正常,读出电路以最小9.5us的行周期输出14bit数据,相关多次采样具备降低输出信号噪声的作用,实现了TDICCD信号的高精度数字化处理和高速输出,满足3D集成式TDI-CMOS图像传感器的研制要求。
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WO3/SnO2复合薄膜的制备及光电性能
Abstract:
采用水热法和电化学沉积法，成功制备了包覆有SnO2纳米颗粒的WO3纳米棒阵列薄膜，退火处理后形成WO3/SnO2异质结复合薄膜。通过改变SnO2的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD、FESEM对WO3/SnO2复合薄膜的物相和形貌进行了分析，通过电化学工作站对WO3/SnO2复合薄膜的光电性能进行了研究，结果表明，电沉积时间为120s时，WO3/SnO2复合薄膜具有最小的阻抗，且在0.6V的偏压下光电流密度为0.46mA/cm2，相比于单一WO3纳米棒薄膜，表现出更好的光电化学性能。
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雪崩光电探测器的击穿效应模型分析
李冲, 杨帅, 刘玥雯, 徐港, 关锴, 李占杰, 李巍泽, 刘云飞
Abstract:
本文基于CMOS工艺制备了空穴触发的Si雪崩探测器（APD），基于不同工作温度下器件的击穿特性，建立空穴触发的雪崩器件的击穿效应模型。基于雪崩击穿模型和击穿电压测试结果，拟合曲线得到击穿电场与温度的关系参数（dE/dT），器件在250K-320K时，击穿电压与温度是正温度系数，器件发生雪崩击穿为主，dV/dT=23.3mV/K，其值是由倍增区宽度以及载流子碰撞电离系数决定的。在50K-140K工作温度下，击穿电压是负温度系数，器件发生隧道击穿，dV/dT=-58.2mV/K，其值主要受雪崩区电场的空间延伸和峰值电场两方面因素的影响。
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基于三维激光点云的隧道电缆敷设质量参数自动检测方法
郑维刚, 赵振威, 唐红, 张忠瑞, 杨鑫, 苗腾, 许童羽
Abstract:
电力电缆敷设不规范是导致绝缘故障的主要原因，影响电缆的安全运行。当前电缆敷设质量检测多采用人工接触式测量，主观性强、精度低，容易对敷设区域造成二次损伤。为解决该问题，本研究提出一种基于点云的隧道电缆敷设质量参数自动检测方法。首先在电缆敷设施工位置获取隧道电缆点云数据；之后基于隧道的结构特征分割出电缆点云；最后，基于颜色和形态特征从电缆点云中分割出敷设区域并自动测量敷设质量参数。本研究提出的电缆和敷设区域点云分割算法的平均精确度、召回率、F1分数均大于0.92，自动测量的4个敷设质量参数平均绝对误差均小于0.35mm。试验表明，本研究方法可以准确定位电缆敷设区域，并对敷设质量参数进行自动精准测量。
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基于激基复合物型双母体磷光有机电致发光器件研制
Abstract:
利用电子给体材料mTPA-PPI和电子受体材料PO-T2T,实现了一种具有显著热活化延迟荧光特性的激基复合物,通过时间分辨谱技术,探明了mTPA-PPI:PO-T2T间激子的反系间窜越(Reverse Intersystem Crossing,RISC)、瞬时荧光、延迟荧光等激子动力学过程；研制了基于mTPA-PPI:PO-T2T双母体的高性能磷光OLED器件,通过高效的反系间窜越过程,提升了三线态激子的利用率,有效提高了器件效率,缓解了高电流密度下的效率滚降。基于激基复合物双母体红光磷光器件的最大电流效率、功率效率、外部量子效率分别为20.3 cd/A、18.6 lm/W、11.54 %,是单母体器件的1.4、1.2、1.5倍,此外,双母体器件的最高亮度高达25410 cd/m2,是单母体器件最高亮度的3.9倍。
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基于广义短路比约束的光伏最大准入容量优化
Abstract:
光伏容量的增加会导致系统出现小干扰稳定问题,广义短路比指标可用于刻画多光伏馈入系统的小干扰稳定性,基于此,本文提出了在广义短路比约束的条件下,多光伏馈入交流网络中任意节点的最大准入容量优化方法。首先建立多光伏馈入系统的小干扰稳定性分析模型；其次,以未降阶拓展阻抗矩阵的形式表达广义短路比,考虑光伏接入网络中任意节点的情况,建立基于广义短路比约束的光伏最大准入容量优化模型,并采用改进的粒子群算法进行模型的求解。最后,通过仿真验证了该方法的正确性。
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Alq基有机发光二极管中Liq的“n型掺杂”机理研究
Abstract:
通过将Liq(8-hydroxyquinolinato-lithium)掺入电子传输层Alq(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)中,制备了具有不同结构的仅传输电子的单载流子器件。实验结果表明,掺杂器件的电性能劣于含Liq/Al复合阴极的非掺杂器件,优于含Al阴极的非掺杂器件,这表明掺入Alq的Liq没有产生明显的“n型掺杂”效应,其具有双重作用：掺杂后分散在Alq/Al阴极界面上的Liq以电子注入层的形式出现,通过增强电子注入来提高器件电流；掺杂后存在于Alq体相中的Liq由于自身的导电性差,对电子传输具有不利影响,从而降低了器件的电流。在电致发光器件的测试中,Liq的掺杂表现出类似的现象,掺入Liq的器件性能介于非掺杂具有Liq/Al阴极和Al阴极结构器件之间,三种器件的最大电流效率分别为3.96、4.27和2.27cd/A,并且在吸收光谱和光致发光光谱中观察不到电荷转移的发生。
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基于高斯滤波和AKAZE-LATCH的图像匹配算法
Abstract:
针对图像匹配中AKAZE(accelerated-KAZE)算法匹配精度较低以及计算复杂等问题,提出了一种基于高斯滤波和AKAZE-LATCH算法相融合的图像匹配算法。首先,对输入图像进行高斯滤波预处理,去除高斯噪声等连续性噪声,并且保留图像的边缘信息。然后通过LATCH(Learned Arrangements of Three Patch Codes)算法为AKAZE算法构建高效的二进制描述子,再通过KNN(K Nearest Neighbors)算法得到对应的匹配对。最后结合USAC(UniversalRANSAC)去除误匹配对方法进行再次筛选,得到最终的匹配结果。经实验对比,本文算法相较于AKAZE算法匹配精度更高,具有良好的鲁棒性和可靠性,可用于多数复杂场景下的图像匹配。
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恒加试验下基于BRM的LED照明灯的三参数Weibull分布的参数估计
Abstract:
三参数Weibull分布拟合LED照明灯寿命的优势较为明显,但要得到三参数Weibull分布参数较为精确的点估计并不是件容易的事。目前常用的参数估计方法诸如有极大似然法、矩估计法、Bayes估计法等,由于其计算的方程复杂,造成软件编程很麻烦,不易掌握,而且也不一定能得到参数估计。鉴于此,本文针对恒加试验提出一种简便的求三参数Weibull分布参数估计的方法,该方法不涉及超越方程的求解问题,软件编程相当简单,且统计思想清晰。通过LED照明灯恒加试验下的几个案例数据说明方法的应用,并与已有的方法做了对比分析,从中可以看到所提出的方法优势显著。
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基于纳米胺结构保护层的多波段高反射Ag基膜系制备
Abstract:
Ag基膜系具有在可见到近红外波段最高的反射率,但Ag的环境稳定性较差,易受腐蚀导致反射率降低。采用离子束辅助电子束蒸发沉积(IAD)方式制备了不同厚度比例的Ta2O5-SiO2纳米胺薄膜,计算出有效折射率和膜层残余应力,选用Ta2O5厚度占比为75%的纳米胺薄膜,进一步设计制备了纳米胺结构保护层Ag基膜系和常规两层式结构保护层Ag基膜系,实现了多波段高反射率目标,并且两种Ag基膜系的残余应力相近。在24h湿热实验后,纳米胺结构保护层Ag基膜系的反射率红移量小于常规两层式结构保护层Ag基膜系；在144h湿热实验后,纳米胺结构保护层Ag基膜系表面缺陷腐蚀程度小于常规两层式结构保护层Ag基膜系,结合FIB制样后TEM观察结果,表明纳米胺结构保护层具有更高的致密度,能够为Ag基膜系提供更优良的环境稳定性。
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瞬态光响应法测试中波碲镉汞器件少子寿命的新方法
Abstract:
在测试中波碲镉汞光伏器件的瞬态响应时,当激光光斑照射器件表面位置距离光敏面较远时,器件表现为特殊的双峰脉冲响应现象,分析出现这种异常双脉冲现象的原因是由于光敏区内的少子漂移和光敏区外侧向收集的少子扩散有时间上的差异。通过对器件施加反向偏压,脉冲响应随反向偏压的增大由双峰变成单峰的实验结果,验证了少子侧向收集是导致器件形成双峰的主要原因。对第二个峰拟合得到P区的少数载流子寿命。将瞬态响应获得的少子寿命与该P型中波碲镉汞材料的理论计算和光电导衰退法得到的少子寿命相对比,发现三种方式得到的少子寿命随温度的变化趋势基本一致,这说明了可以通过瞬态光响应得到中波碲镉汞器件的少子寿命。
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基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法
Abstract:
形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向,具有广泛的应用前景。本文提出了基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法,通过测量物体部分位置点的应变数据,采用模态理论实现应变-位移转换,进而重构物体形状。本文以长宽高分别为1000mm、1000mm和0.5mm的钛合金板作为研究对象,通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型,依据有限元仿真中位置点模态的相似性,采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化,在合金板上表面施加400N的力使其产生形变。本文算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)对误差和重构位移数据集进行了训练,依据重构位移预测误差,其拟合误差不大于3.5%。
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基于超材料吸收器的非制冷微红外热探测器
Abstract:
基于超材料的红外吸收器具有光谱范围广、响应快、灵敏度高等优点,在军事和生活中应用广泛。本文研究了一种叠层结构的超材料吸收器,该吸收器利用光学超材料的局域场增强效应,并结合热释电材料的温度敏感特性,可实现中红外波段的探测。在此基础上,设计了一种可在3~15 μm范围内调制峰值波长的超材料吸收器(覆盖大气窗口(8~14 μm)),其吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2~1 μm。通过调节热探测器中的热分布,本文所研制的吸收器在与类似研究工作相比,温度提升了约21倍。通过多物理场模型,对吸收器与新型热释电材料(LiTaO3)耦合结构的电磁场特性和热学特性进行分析。结果表明,当探测器的阵列为5×5时,探测器稳态温度的变化量为0.311 K。本文所设计的超材料吸收器具有显著提高器件的热响应和稳定温度的优势,适用于大规模像元级非制冷中远红外波段的热成像与传感应用。
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基于φ-OTDR的分布式光纤声波传感系统性能改进研究
Abstract:
基于相敏光时域反射仪(φ-OTDR)的分布式光纤声波传感系统的关键性能之间相互制约，且存在衰落问题，这严重降低了系统的可靠性。为了满足复杂的工程现场环境对φ-OTDR的各性能指标的需求，提出基于自适应卡尔曼滤波(AKF)和频分复用(FDM)的高性能φ-OTDR，利用FDM提升系统的频响带宽，引入自适应卡尔曼滤波对线性响应于外界振动的相位状态的噪声统计特性进行实时估计和修正，抑制了衰落和串扰导致的相位失真问题。实验结果表明，改进后φ-OTDR系统的传感线性度被有效提升，系统本底噪声降低到-83.7 dB2/Hz，应变分辨率达到了0.28 pε/√Hz。
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导纳谱应用于铜铟镓硒中缺陷的能量分布
Abstract:
该文通过导纳谱技术表征铜铟镓硒(CIGSe)太阳电池吸收层中缺陷的能量分布研究了退火前后铜铟镓硒(CIGSe)太阳电池退火后效率提高的机理。我们发现退火后铜铟镓硒(CIGSe)电池的暗电流下降了大约一个数量级，电池的理想因子也从2.16下降到1.85。在反向偏压下，退火前铜铟镓硒(CIGSe)太阳能电池的电容高于退火后太阳能电池的电容。通过对于电池的C-V特性作1/C2 vs. V线性拟合发现退火前铜铟镓硒电池吸收层中的自由载流子浓度高于退火后。我们通过1/C2 vs. V线性拟合后获得退火前电池的内建电场分别为0.52 V和0.64 V。通过导纳谱表征，退火后吸收层中缺陷的激活能降低，但是缺陷浓度几乎不变。缺陷激活能的降低意味着铜铟镓硒太阳能电池中缺陷的Shockley-Read-Hall (SRH)复合概率降低，因此退火后太阳能电池的开路电压和并联电阻都有一定的提升幅度。
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光电经纬仪伺服控制系统主电源设计
Abstract:
为满足车载光电经纬仪对伺服控制系统控制精度、稳定性以及重量体积等方面的要求,首先针对伺服控制系统主电源开展了相关研究,主电源作为伺服控制系统的能量供给单元,其稳定性决定了伺服控制系统的稳定性,继而影响伺服控制系统的跟踪精度以及跟踪频率等指标；本文从电源设计要求、主电路、最大脉宽限制电路、PWM控制电路、电压电流检测电路以及电压反馈控制电路6个方面进行了阐述,同时依据此方法设计电源,得到的测试结果：电源输出为48V DC；输出功率为2400W；峰峰值为310mV；重量：13.8kg；体积：350*200*110 mm3；满足装备对电源的设计要求。
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Ag与p型GaP欧姆接触的表面特性分析
Abstract:
在p型GaP表面制作Ag电极，并利用退火环境令金属和半导体的接触界面产生良好的欧姆接触。并通过扫描电子显微镜（SEM）、俄歇电子能谱（AES）以及X射线光电子能谱（XPS）的表征分析与对比，来研究不同退火环境对欧姆接触表面特性的影响。结果表明：退火时间过短，获得能量自由移动的原子移动面积小，不利于提高样品表面致密性；退火温度过高，欧姆接触表面的晶粒又容易发生球聚现象，造成样品表面的粗糙程度加剧。另外，在退火过程中，发生的相互扩散、形成化合物和合金相以及氧化反应也会对欧姆接触表面特性产生影响。其中，氧化反应较其它反应更为剧烈，对比接触电阻率的影响更大。因此，适宜的退火环境和有效控制氧化反应是增强欧姆接触性能的关键。
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GaN基蓝光micro-LED的电致发光光谱、结温和载流子温度研究
Abstract:
结温及载流子温度作为影响LED发光效率的重要参数而广受关注。本论文研究了GaN基蓝光集成传感micro-LED的光致发光(EL)光谱、载流子温度等随结温的变化规律。通过内置集成传感单元的芯片设计实现了GaN基蓝光micro-LED在0.04-53.4 A/cm2电流密度下结温和EL光谱的实时精确测量,并将正向电压法测量结温的低温端范围拓展至123 K。结果表明,低温下由于载流子泄漏、串联电阻的原因,结温与正向电压的线性斜率发生变化。对EL光谱使用高能侧斜率法计算得到不同电流密度下的载流子温度。发现载流子温度与结温在所研究的结温和电流密度范围内可以近似用二次方程拟合,并对载流子温度随结温和电流密度变化的规律进行了分析和解释。上述针对GaN基蓝光集成传感micro-LED的光电热特性的研究有利于未来提升器件性能。
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液相外延碲镉汞中砷离子注入与激活表征研究
Abstract:
As在HgCdTe材料中具有较小的扩散系数,可以形成较为稳定的结构,广泛应用于HgCdTe的p型掺杂。在p-on-n型碲镉汞红外探测器的制备中As掺杂是重要的制备方法。针对在制备过程中存在无法精确测量As激活率的问题,提出采用低温弱p型退火辅助霍尔测试的方法,获得了载流子浓度分布,从而通过与SIMS测试结果对比得到长、中波液相外延HgCdTe材料中As的激活率约为57.5±3%,并分析了退火等工艺对As掺杂后激活率的影响。
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GaAs衬底上等离子体增强原子层沉积GaN薄膜*
邱洪宇, 王馨颐, 段彰, 仇鹏, 刘恒, 朱晓丽, 田丰, 卫会云, 郑新和
Abstract:
采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在斜切的砷化镓(GaAs)衬底上低温沉积了氮化镓(GaN)薄膜，对生长过程、表面机制以及界面特性等进行分析，得到GaN在215~270℃的温度窗口内GPC(growth-per-cycle)为0.82?/cycle，并从表面反应动力学和热力学方面对GPC的变化进行了分析。研究发现，生长的GaN薄膜为多晶，具有六方纤锌矿结构，且出现(103)结晶取向。在GaN/GaAs界面处观察到约1nm厚的非晶层，可能与生长前衬底表面活性位点的限制和前驱体的空间位阻效应有关。更为有意思的是，在沉积的GaN薄膜中，所有的N皆与Ga以Ga-N键结合生成GaN，但是存在少部分Ga形成了Ga-O键和Ga-Ga键。这种沉积时的成键方式，可能与GaN薄膜中存在的缺陷和杂质有关。
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基于BAS-BP-Bagging模型的光纤陀螺温度补偿
Abstract:
为提高光纤陀螺的输出精度,以天牛须搜索算法(BAS)优化后的BP神经网络模型为基学习器,采用Bagging并行集成学习算法建立了BAS-BP-Bagging温度补偿模型,并对某型号光纤陀螺进行了温度补偿实验。实验结果表明,在-40℃～+60℃温变环境下,该方法补偿后的光纤陀螺温度漂移相较于补偿前减小了近80%,相较于多项式补偿算法减小了55%,相较于BP神经网络补偿算法减小了30%左右。同时该模型在对新鲜样本的补偿过程中表现出了较为优越的泛化性能。
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星敏感器抗杂光的复合型背景估计星图处理算法
Abstract:
星敏感器在太空作业时，易受到太阳光、月光和地气光等杂光的干扰，导致拍摄的星图灰度整体升高，背景均匀性较差，难以准确提取到星点坐标。针对上述问题并结合现有算法提出了一种复合型背景估计的杂光干扰下星图处理算法。首先，星点具有经点扩散成像后尺寸为直径3x3至7x7的特征，设计相应的背景估计模板，之后为提高算法鲁棒性，提高局部信息的利用率，再设计一个像素估计模板，两个估计模板同时计算后处理数据实现阈值分割，之后进行星点质心计算。通过试验证明该方法可以较好的抵抗杂光干扰，提高杂光背景下星点提取的精度。
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基于SWNT可饱和吸收体结合Sagnac滤波的调Q掺铒光纤激光器
Abstract:
提出并搭建了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体结合Sagnac环的被动调Q掺铒光纤激光器,对其输出激光特性进行实验研究。采用光沉积法制备了单壁碳纳米管可饱和吸收体,透射率为75%。基于单壁碳纳米管的可饱和吸收特性,搭建调Q激光器,实现谐振腔Q值调节。将Sagnac环形滤波器插入光纤环形腔,Sagnac环结构产生的滤波效应可以对调Q脉冲实现精细度滤波。该激光器工作阈值为800 mW。当泵浦功率为830 mW时,激光器可实现稳定的1530.4 nm激光输出,输出功率为12.3 mW,重复频率为210.7 kHz,对应的脉冲周期为4.76 μs,脉冲宽度为2.19 μs,其最大脉冲能量为58.37 nJ。
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一种全速率线性25Gb/s时钟数据恢复电路
Abstract:
针对光通信系统中对信号低抖动的要求,提出了一种高速时钟数据恢复电路(CDR)。CDR采用了混频器型线性鉴相器,避免了D触发器的时钟到输出延迟,在提升工作速率的同时取得了低抖动；CDR中还包括无参考时钟的鉴频环路,提升了捕获范围。为了高速应用,部分电路模块采用了电感峰化技术,有效提升了其带宽性能。该CDR电路在45 nm CMOS工艺下设计,仿真结果显示,CDR恢复出的时钟与数据的峰峰值抖动分别为2.19 ps和2.32 ps,时钟相位噪声-101.4 dBc/Hz,在1 V的电源电压下,功耗为50.28 mW。
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基于Zynq平台的图像目标检测系统
Abstract:
针对图像目标检测任务中采用的深度学习网络复杂的计算和规模庞大的计算参数,导致基于ARM架构的嵌入式系统上,目标检测任务存在着高延时和处理速度慢的问题,本文提出并设计实现了一种新型完整嵌入式道路车辆检测方案。该方案在基于YOLOv3-Tiny的特征提取网络中采用结构重参数化的方法提升模型检测精度,并通过Vitis-AI在Zynq嵌入式平台上部署DPUCZDX8G架构的加速核对卷积神经网络的并行加速,最后将改进的YOLOv3-Tiny网络模型经过量化、编译,以动态链接库的方式部署。实验结果表明,在VOC2007上测试最终实现均值平均精度(MAP)为0.597,实时处理速度为27.7FPS,同时帧率功耗比为1.49,适合边缘计算设备的低功耗要求。
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基于FPGA的激光多普勒微振动检测及信号处理方法
Abstract:
为实现微弱振动信号的实时、高精度解调,提出基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的激光多普勒微弱振动检测及信号处理方法。采用全光纤结构的光学系统,振动信号处理系统则以FPGA为核心设计。改进相位解缠模块,在增大振动的测量范围同时,使其能适用于简谐振动与复杂振动。通过模拟振动实验验证了改进后相位解缠模块,且当振幅在80μm以内时,测量精度在5‰以内。通过对压电陶瓷实际振动目标测振实验,其频率测量误差在1Hz以内,振幅与频率的测量精度均在1%以内。实验验证了该振动信号处理方案对于扩大振动测量范围与实现高精度目标振动解调的有效性。
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光学元件磁流变加工驻留时间粒子群优化算法
Abstract:
为实现光学元件磁流变高精度加工,基于脉冲迭代原理,提出基于粒子群算法的驻留时间优化方法。该方法在脉冲迭代法的基础上引入粒子群算法对整体面型残差进行优化,通过对整体驻留时间的判定,从而实现每个驻留时间点的最优选择,达到高精度面形加工。通过对Φ156mm光学表面仿真加工,均方根(RMS)值和峰谷(PV)值从初始的169.164nm和1161.69nm收敛到23.4925nm和807.2156nm。仿真结果表明,该算法能在保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,能有效降低中频误差,其算法性能优于常用的脉冲迭代法。该算法为磁流变抛光光学元件加工过程中的驻留时间计算提供了一种解决方案。
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掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究
Abstract:
本文基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果说明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm (1660~2188 nm),高于目前已报道的实验结果。部分模拟结果与文献报道的实验结果进行了对比,较好的证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。
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一种高资源效率的Fast-RCSC极化码译码器
Abstract:
针对现有极化码软输出译码器存在的高资源消耗与低资源效率问题,设计了一种Fast-RCSC译码算法及其译码器硬件架构。Fast-RCSC算法对内部特殊结点进行完整计算,在减少译码周期的同时仍有较好译码性能。基于不同特殊结点公式之间存在相似性,进而通过对引入的特殊结点模块进行计算结果复用以及计算模块分时复用,减少特殊结点模块资源消耗。通过共用存储单元以及对不足存储单元数据宽度的数据进行合并,降低存储资源消耗。在CSMC 180nm工艺下综合结果表明,设计的译码器在码长为1024的情况下,面积大小为2.92mm2,资源效率为245.2Mbps/mm2,对比现有软输出译码器有不同程度的提升。
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小像元量子阱FPA抗光学串音的FDTD仿真
Abstract:
小尺寸量子阱光栅耦合(grating coupling)结构在工艺上难以制备，反射耦合（reflective coupling）结构较为容易，为探究反射耦合结构是否可以在小尺寸范围内替代光栅耦合结构，本文使用FDTD电磁场仿真软件MEEP对光栅耦合结构和反射结构的小像元GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列在入射光到达衍射极限时的串音问题进行了仿真，验证了在逼近衍射极限时，采用全内反射结构的FPA在5-6.5μm和8.5-10μm之间的抗串音效果强于光栅耦合结构，而在6.5-8.5μm和10-12μm之间，光栅耦合结构的抗串音效果更强，在12-15μm的范围内，两种结构的抗串音能力相当。并仿真了全内反射结构的反射角度、刻蚀深度和量子阱周期对15μm中心距量子阱FPA的串音影响。
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硅微透镜阵列的制备工艺
Abstract:
本文开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易的硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法，实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。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，制备了孔径20μm～90μm、表面质量高的硅微透镜阵列。
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基于M-Z滤波的波长可调谐掺铒光纤随机激光器
Abstract:
本文提出了一种基于M-Z结构的可调谐掺铒光纤随机激光器,并对随机激光输出过程、随机激光的波长可调谐输出以及随机激光的稳定性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将两个2×2光纤耦合器进行熔接,构成全光纤M-Z滤波结构。实验结果表明,激光器的阈值功率为120mW,调整可调谐衰减器改变增益损耗,实现波长可调谐输出,其中单波长输出分别为1554.4nm、1555.2nm和1556.3nm,信噪比达到31.65dB;双波长输出分别为1525.9nm、1556.2nm和1531.6nm、1556.2nm,信噪比优于21.92dB；三波长输出分别为1527.4nm, 1546.9nm, 1551.6nm和1526.9nm, 1530.0nm, 1549.8nm,信噪比优于20.10dB；四波长输出为1525.9nm、1530.1nm、1547.9nm和1552.3nm,信噪比优于18.95dB；其中单波长和双波长的功率波动分别优于1.65dB和1.99dB；激光器斜率效率为0.627%。因此该随机激光器可实现单波长、双波长、三波长可调谐输出及四波长稳定输出。
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数字孪生增强的领域自适应航天器多余物检测
Abstract:
多余物控制是航天产品面临一大难题，航天器多余物在线检测受到标记数据不足的影响，本文研究了多余物产生的物理特性，建立了航天器数字孪生系统中的多余物模型，提出数字孪生增强的跨域自适应航天器多余物检测方法，这种方法通过数字孪生增强，获取航天器实时数据，结合相似结构历史标记数据，应用跨域自适应方法协助当前的在线推理，此外还提出了一种新式跨域自适应方法模型，通过一种共享网络结构和门控机制，更好的从复杂任务中挖掘先验知识。最终实现通跨域自适应技术和数字孪生结合，在计算机上模拟真实结构，这种方法实现了更高效、准确和实时的预测，可以全面检测航天器不同部件的多余物状态。
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基于缺陷俘获理论的CCD转移模型及应用
Abstract:
空间天文探测常使用CCD作为主要探测器,但极端辐射环境会对CCD性能造成影响,进而影响数据获取。为了深入了解此机制对数据获取的影响,本文基于SRH理论,分别讨论转移过程中缺陷对电荷捕获以及释放作用,并在CCD电极层面基础上建立转移模型,仿真不同情况下缺陷运行原理。并使用此模型模拟仿真STP时序,分别讨论实际使用过程中时序对数据获取的影响,以及从STP时序数据中提取相关参数的办法,并讨论各参数间的关系。该模型对于理解辐射缺陷对CCD数据转移的影响,仿真STP时序,以及在实际应用中利用STP时序获取CCD缺陷参数有辅助作用。
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基于正交实验法的混合相VOx薄膜最佳制备参数研究
Abstract:
为研究磁控溅射的衬底温度、氧氩比、沉积时间和工作气体流量对混合相VOx薄膜电学性能的影响，本文采用正交实验法，设计了4因素4水平16组实验，实施实验并记录样品电阻温度系数和方阻值，分析薄膜电学性能随不同因素不同水平的变化趋势；然后，结合均值和方差分析以及XPS分析，得到不同因素影响混合相VOx薄膜电学性能程度的显著关系为：工作气体流量>衬底温度>氧氩比>沉积时间。最后，得出制备混合相VOx薄膜的优选参数：溅射电流0.3 A，衬底温度270℃，氧氩比2.8%，沉积时间20 min，工作气体流量120 sccm，测试结果TCR-2.65%/K，方阻值1102.1 KΩ/□。
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轻量化双目头戴夜视系统壳体结构可靠性设计
Abstract:
针对固态成像型头戴夜视系统大视场、轻量化需求，对双目头戴夜视系统进行了物镜和目镜光学系统及机械装配结构设计，选用高强型碳纤维环氧树脂作为夜视系统壳体材料，利用Solid Works仿真软件优化设计了一款夜视系统壳体结构，并对极寒和高热条件下的壳体热稳定性进行了有限元分析。仿真实验结果表明，-40℃和50℃两种极端温度情况下的夜视系统壳体热应力均小于材料的屈服强度，最大应变对光学系统成像质量、显示性能和机械结构造成的影响极为有限，从而验证了壳体结构良好的耐温性和可靠性。
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基于忆阻器结构的Ge基光控晶体管制备及其光电性能研究[*]
Abstract:
面向下一代光电芯片产业，设计并制备一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3:HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3:HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究Ge基忆阻器光电响应特性,并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步的，探究器件物理机制验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性、与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
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结合全局光流的孪生区域提名网络目标跟踪算法
Abstract:
基于孪生网络的跟踪器由于其均衡的跟踪速度和精度而成为目标跟踪领域的主流的研究框架。近年来，涌现出许多基于孪生网络的目标跟踪算法。然而，受限于孪生网络跟踪框架固有的跟踪机制和搜索区域选择机制，如何解决当目标处在被遮挡、快速运动和出视野等困难场景下时，依然稳定、鲁棒的进行目标跟踪始终是孪生网络跟踪器亟需解决的问题。为此，本文提出一种结合光流的孪生区域提名网络目标跟踪算法（GOF-SiamRPN）。通过全局光流对目标的运动趋势信息进行补充，本文提出的方法可以有效地解决这些困难场景下的跟踪问题。在VOT2019和UAV123上的实验结果表明，相比我们的基准方法，本算法分别取得了2.0%和1.8%的性能提升。与其他先进的跟踪器相比，本算法也取得了有竞争力的跟踪效果。这充分说明了本算法的有效性。
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基于车载视频图像的道路消失点检测算法
Abstract:
道路消失点检测是高级驾驶辅助系统中盲区监测的重要组成部分，针对现有消失点检测方法所存在的准确度低、运算量大等问题，提出一种基于车载视频图像的道路消失点检测算法。该算法在Harris角点检测基础上优化得分函数检测出图像特征点，减少在跟踪阶段的运算量；通过金字塔光流法和帧差距离对运动特征点进行跟踪，在结束帧上准确获得各特征点的位置；对特征点去除离值点后，通过优化初始聚类中心的K-Means聚类算法，得到车载视频图像的道路消失点。最后将算法应用于各种车辆行驶场景进行测试，在较短运行时间内，能准确检测出车载视频图像中道路消失点，证明算法鲁棒性好、运算简单易实现。
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面向增强现实的多模干涉型RGB波导合波器的对比研究
Abstract:
RGB合波器作为激光扫描显示系统的关键性核心部件,其微小型化和高传输效率是应用于增强现实的必然要求。针对氮化硅、氮化镓、SU8三种可见光波段高透过率材料,对比研究了其波导的折射率差、色散曲线、单模条件,以及所构成的多模干涉型RGB波导合波器的尺寸、传输效率、光场分布。研究结果表明,氮化硅器件的各项性能介于氮化硅与SU8器件之间；氮化镓器件具有最大的芯层与包层折射率差,最小的单模截止尺寸,最短的器件长度,2000μm；SU8器件具有最小的芯层与包层折射率差,最大的单模截止尺寸,但器件长度大于氮化镓,为3600μm。此外,氮化硅、氮化镓、SU8三种器件的RGB平均传输率分别为78%、55%、91%,SU8器件占有明显优势。未来,经过进一步优化设计的超紧凑氮化镓多模干涉型RGB波导合波器有望应用于激光扫描单片集成系统中,而具有良好柔性的SU8多模干涉型RGB波导合波器则在可形变系统中具有重要价值。这些器件为增强现实系统朝着微小型化和高传输效率的发展方向提供了技术基础。
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扇形穴-梯形肋微通道散热器层流与传热特性
Abstract:
提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明：空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性的中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数(Re)为1300时,强化传热因子为1.5354,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。
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面向SNSPD系统的可拓展时间抖动测量模块
赵明豪, 张兴雨, 张成俊, 吕超林, 陈岱, 万旭骁, 巫君杰
Abstract:
针对超导纳米线单光子探测器（SNSPD）应用需求的多样化，设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析，设计了数字化单元、时间数字转换（TDC）单元和现场可编程门阵列（FPGA）单元，实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定，测试结果表明TDC单元的分辨率好于55ps，测量数据呈线性，100ns以内时间精度低于36ps。通过结合实用化SNSPD系统，实现了100ps左右的时间抖动表征，并与商用时间相关单光子计数（TCSPC）模块对比，验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。
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用于油井相含率测量的光纤探针传感器研究
Abstract:
针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境，现有井下测量设备复杂，需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率的测量的问题，设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料，利用气相和液相对光的折射率不同，通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相，从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。
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金刚石复合热沉面发射激光器面阵热特性研究
宋依依, 邹永刚, 石琳琳, 田锟, 赵 瑞, 郝永芹, 王海珠, 范 杰, 马晓辉
Abstract:
通过设计基于金刚石热沉的微槽结构，利用不同材料间的热导率差异，以优化垂直腔面发射半导体激光器面阵由于非均匀热流分布导致温度不均匀的问题，从而改善激光器面阵由于中心热量过于集中而导致的可靠性降低的结果，进而优化激光器面阵的输出功率。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型，研究了垂直腔面发射激光器面阵单元排布对激光器单元热串扰效应的影响，同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响，来对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵，与传统金刚石热沉的封装结构相比，激光器发光单元的温度差值降低了29%。
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基于数字信号处理方法的滤波网络多余物状态识别研究
Abstract:
多余物控制对航天产品的研发制造来说至关重要，而多余物状态识别是其中重要一环，其关键是有效提取高噪声图片中的局部特征。然而现有方法还没有专门针对多余物场景很好的建模，一般通用视觉模型容易对噪声进行过度拟合，难以有效过滤噪声信号。为了解决这个问题，提出了一种可学习滤波感知机，通过一个可学习滤波器代替繁重的自注意力机制，用于学习空间位置交互作用信息。随后加入了频谱掩膜用于频域分量特征抽取，学习不同频段内侧重信息。通过实验证明，在多余物识别场景取得了96.7%的准确率，优于基于卷积和自注意力的模型，并且具备更好的计算复杂度。
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640×512-5μm InGaAs短波红外焦平面读出电路设计
陆逸凡, 汪鸿祎, 陶文刚, 曹嘉晟, 田宇, 景松, 黄松垒, 李雪
Abstract:
为了适应第三代红外焦平面高密度、微型化发展方向，本文设计了一款大面阵小像元低功耗640×512-5μm InGaAs短波红外焦平面读出电路。重点研究3T像素单元简易结构的性能，分析其对芯片暗电流、焦平面噪声的影响，实现卷帘曝光工作方式、列级缓冲器动态工作以及四通道输出功能。利用可编程增益放大器，实现增益可调以及噪声抑制功能。基于0.18μm 3.3V标准CMOS工艺，在10MHz读出速率下，对小像素单元进行性能分析，阵列窗口进行四通道输出以及线性度仿真。结果表明，CTIA输入级偏压变化约30mV，工作帧频为54Hz，输出摆幅为1.7V，最大功耗小于150mW，线性度为99.987% 。
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基于非富勒烯受体的可见光-近红外有机光电探测器：Silvaco TCAD数值模拟
Abstract:
高灵敏度的有机光电探测器(OPD)具有从可见光到近红外(NIR)的宽带响应和优异的整体器件性能,在包括高质量生物成像在内的各种应用中起到了非常重要的作用。本文使用SilvacoTCAD模拟了一种活性层由宽带隙聚合物PBDTTT-C-T作为给体以及稠合八烷基小分子FOIC作为受体构成的混合物所制成的宽带有机光电探测器。模拟结果表明,器件的暗电流密度、外量子效益(EQE)、可探测到的最低光强能力等各项指标达到了很好的水平,与实验数据吻合较好。由此,本文认为模拟过程中所使用到的参数具有较好的可信度和使用价值,可以为同类型光电探测器的模拟与研究提供有益借鉴。
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基于最小均方和扩展卡尔曼滤波的IMU降噪方法
Abstract:
针对车体振动影响MEMS IMU航向精度问题，提出了一种能有效抑制振动噪声从而提升航向精度与稳定性的方法。首先，采用最小均方法对数据进行前端预处理，提升信噪比；然后，利用加速度计与陀螺仪的互补特性滤除陀螺仪的零偏噪声；最后，采用扩展卡尔曼滤波进一步滤波。总计4小时的现场实验结果表明：IMU受载体振动影响较小，航向的精度与稳定性得到提升；其中，在大角度机械运动后的相对航向误差为3.08°，静止时的航向方差为2.44＊10-5。
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波长锁定974nm半导体激光器模块的研制
Abstract:
波长锁定974nm半导体激光器模块为掺铒超荧光光纤光源(EDSFS)泵浦源,通过光栅光纤(FBG)对974nm半导体激光器芯片进行波长锁定,具有输出功率高和波长稳定的特点。本文讲述了974nm半导体激光器芯片和模块封装的设计和制作,制作的974nm半导体激光器模块能够实现全温范围内(-45~70℃)的波长锁定,在200mA的工作电流下,输出功率达到123mW,中心波长974±1nm,3dB谱宽0.20nm,波长温度变化量为0.006nm/℃,能够极好的满足EDSFS对半导体激光器模块的应用要求。
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用于NICA-MPD读出芯片的低噪声锁相环芯片设计
石群祺, 郭迪, 赵聪, 陈强军, 李君丞, 易利文, 严世伟
Abstract:
基于TSMC 180nm工艺设计并流片测试了一款用于NICA-MPD探测器的读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成,在锁相环电荷泵模块中,使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。芯片测试结果表明,该锁相环芯片在1.8V电源电压,输入50MHz参考时钟条件下,可稳定输出200MHz的差分时钟信号,时钟均方根抖动为2.26 ps (0.45 mUI),相位噪声在1MHz频偏处为-105.83 dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4 mW锁相环核心功耗为2.02mW。
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Ag/p-GaN欧姆接触的图形化及表面处理工艺研究
Abstract:
Ag在可见光范围内具有极高的反射率且具有低的接触接触电阻率,特别适合LED应用。但是Ag与p-GaN的粘附性较差,不利于该工艺的产业化应用。本论文研究了Ag/p-GaN欧姆接触的工艺,得到较为优化的工艺方法并应用于器件制备。文章研究了直接剥离Ag、氧等离子体去底胶后剥离Ag和湿法腐蚀Ag三种工艺制备Ag图形,对比了三种工艺样品的粘附性及接触电性,发现直接剥离Ag工艺欧姆存在Ag脱落问题,去底胶后剥离Ag工艺无法形成欧姆接触,而腐蚀后退火的样品则可以实现较好的粘附和较佳电性；通过XPS分析了不同工艺对接触特性影响的机理。进一步,对比优化了Ag蒸发前表面化学处理工艺,结果表明酸性溶液处理或碱性溶液可以有效降低欧姆接触电阻率,酸性溶液处理略优。优化后的欧姆接触工艺可应用于可见光及深紫外LED器件制备,器件电学性能如下：在40 A/cm2电流密度下,蓝色发光二极管电压为2.95 V,紫外发光二极管电压为6.01 V。
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基于融合改进RANASC光流法的无人机视觉SLAM研究
Abstract:
针对同时定位与建图(SLAM)中存在定位精度不足、匹配特征点误差累积和特征匹配时间较长的问题，提出了一种融合改进RANSAC光流法的优化算法。该方法基于传统RANSAC算法，加入最小二乘法对模型迭代优化来估计最优模型，对光流法的误匹配点进行剔除，减少大量图像误匹配特征点；把融合改进后的RANSAC光流法与特征点通过卡尔曼滤波进行融合，最后使用改进后的算法在公开的EuRoC MAV数据集中进行SLAM定位精度实验。实验结果表明：本文的改进算法能够有效减小光流法特征匹配的误差，从而提高无人机视觉SLAM的定位精度，证明了改进算法的有效性与可行性。
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一种星辐射模式下全天区星图识别算法及FPGA实现
Abstract:
针对在DSP中实现全天区星图识别算法耗时长导致实时性差的问题，提出并实现了一种基于FPGA的星辐射模式下的全天区星图识别算法。该方法利用FPGA并行性、高主频等特性，在保证算法高精度、高准确度的前提下，解决了全天区星图识别耗时长的问题。本文的主要工作包括：首先，根据星点信息构建星辐射模式；其次，基于FPGA实现了星辐射模式下对应特征向量的计算；最后，提出了一种可预读、流水化的星辐射模式匹配算法，极大的缩短了星辐射模式匹配的时间。在Xilinx公司的Xc7a75tfgg484-2平台上进行实验验证，结果表明，相同时钟主频下，基于FPGA的星图识别算法速度比基于DSP的算法速度快10.95倍以上，而且在使用三组特征向量同时进行匹配时，识别率超过99%。
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基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术综述
Abstract:
精密制造业发展迅猛,对精密测量技术的要求日趋提升。位移检测技术则是几何量精密测量的基础,在当代精密机械制造领域应用广泛。光谱共焦位移测量系统具有对环境光、被测物倾斜、材料类型不敏感、测量速度快以及测量分辨率高等优点,在精密位移测量领域占据重要地位。光谱共焦位移测量系统包括共焦光学系统、光谱探测系统、光谱数据处理系统三个部分。近年国内外研究人员广泛的研究了使用衍射光学元件的光谱共焦位移测量系统。本文主要针对共焦光学系统部分衍射光学元件的应用进行综述。首先介绍了光谱共焦位移测量原理及基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术; 其次,阐述了基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量的关键技术发展现状,最后展望了该技术的发展趋势。
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消除光学渐晕的FPGA实时校正系统
Abstract:
本论文从图像处理的层面消除了折反式光学成像系统中存在的光学渐晕效应。文中采用辐射定标的方式获得光学成像系统的辐射校正系数，并得出辐射校正系数满足二次多项式分布。辐射校正前相机的非均匀性误差为13.2%，校正后非均匀性误差降至3.8%，这说明辐射校正方法大大降低了光学渐晕效应。另外在实时校正系统中，采用二次多项式拟合的方式大大降低了校正系数对系统存储资源的要求。相比于原始校正系数数据量，拟合后的存储数据量减少了约三个数量级。本文中采用的二次多项式拟合的方式可有效改善光学渐晕效应，且更容易在基于FPGA系统部署，具有很强的实用价值。
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原子层沉积过程中腔室内前驱体分布的模拟研究
Abstract:
建立了原子层沉积 (Atomic Layer Deposition，ALD)反应腔室的三维模型，利用ANSYS Fluent软件模拟分析了ALD过程中压强、前驱体脉冲时间、温度等工艺参数变化对前驱体分布的影响。模拟结果表明：反应压强越低，Mg(Cp)2前驱体分子的扩散系数越高，能更快且更均匀地分布在整个反应腔室之中。前驱体脉冲时间越长，在反应腔室内的分布越均匀。脉冲时间为250ms，Mg(Cp)2在反应腔室内分布基本均匀，反应腔室内各部位的前驱体质量分数基本一致；脉冲时间为200ms 时，H2O基本均匀分布在反应腔室内。在MgO薄膜的ALD温度窗口内，反应腔室内温度越高，Mg(Cp)2前驱体分子的扩散效应越强。
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基于微波光子学的光载超宽带信号产生和传输技术
Abstract:
光载超宽带技术因为兼具超宽带信号大带宽、传输速率高等优点和光纤传输的远距离传输、损耗小的优势而在近年来备受关注。本文提出一种基于微波光子技术产生超宽带(UWB)信号的系统,该方案基于非线性PM-IM转换,产生一阶超宽带信号,然后又用平衡光电探测器(BPD)和光延迟线构建延迟线滤波器对其进行一阶差分,产生了符合美国联邦通讯委员会(FCC)掩膜要求的二阶超宽带信号。系统最终产生的二阶超宽带信号的频谱具有大约5.4 GHz的中心频率和4.3 GHz的10 dB带宽。另外,本文还提出了一种基于直接序列-二进制相移键控调制(DS-BPSK),并使用卷积编码进行信道编码,然后使用啁啾布拉格光栅对信号进行色散补偿的信号处理技术。通过Opti-system软件进行仿真验证,在前向纠错门限为3.8×10-3时,接收机灵敏度提升了约5.5dBm,有效降低了误码率,提升了光载超宽带系统的传输性能。
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氧分压对射频溅射制备Zn-Sn-O沟道层的薄膜晶体管器件性能的影响
Abstract:
以锌锡氧化物(ZTO)薄膜作为沟道层,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜作为介质层低温(100℃)制备了顶栅共面结构的薄膜晶体管(TFT),并研究了ZTO沟道层成膜过程中氧分压对器件性能的影响。结果表明,ZTO沟道层具有稳定的非晶结构、较高的可见光透明性(在400nm~700nm范围内平均透过率≥89.61%),且增大氧分压有促于其可见光透明性的提升；霍尔测试结果表明增大氧分压(由3.5×10-2Pa 增大到7.5×10-2Pa)会降低ZTO电子载流子浓度(由4.73×1015cm-3降低到6.11×1012cm-3),致使基于ZTO沟道层TFT器件的能耗降低(表现为关态电流的降低和耗尽型器件阈值电压的正向移动),此外,增大氧分压还有益于沟道层/介质层界面状态的优化(即亚阈值摆幅减小)。
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基于YOLACT与Transformer相结合的实例分割算法研究
Abstract:
为提高单阶段实例分割的检测精度和改善小目标漏检、错检情况，提出一种基于YOLACT改进的YOLACTR算法。该算法首先利用CNN与Transformer相结合，设计一种新的头部预测网络，对特征进一步提取，并使用双向注意力来关联同一实例的掩码信息并区分不同实例之间的掩码特征，注重特征点周围的关联信息，使得检测框的预测更加准确；然后利用多级上采样和设计的CS注意力模块结合形成掩码分支，使其融入多种不同尺度信息，并利用CS注意力来关注不同的尺度信息。在MS COCO数据上，YOLACTR算法与YOLACT算法相比，其边框和掩码检测精度分别提升了7.4%和2.9%，在小目标检测上分别提升了18.9%和13.5%。实验表明，YOLACTR算法可以在多目标复杂场景下，提升检测和分割精度以及分类的准确度，改善了小目标和重叠目标漏检、错检的问题。
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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
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。
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可集成制造的平面型电磁直线作动器研究
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。
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抗磁稳定悬浮结构的阻尼特性研究
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。
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基于S3-YOLOv5s的矿井人员防护设备检测算法研究
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。
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质量块-悬挂梁热弹性阻尼的L-R理论适用性
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。
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基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器
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。
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MIM波导矩形腔内嵌金属板结构Fano共振的传感特性
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。
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基于光纤传感技术的大型船闸人字门形变监测方法研究
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。
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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。
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基于SAR ADC的短波红外焦平面数字化读出电路研究
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。
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紧凑型纳米薄膜铌酸锂复合波导光电子可逆逻辑门
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。
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Al/N共掺杂TiO2薄膜的制备及光学性能
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。
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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。
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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
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)。
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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
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。
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一种基于错误集的极化码改进SCL译码算法
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。
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基于标准CMOS工艺的片上太阳敏感器研究
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。
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基于弹性形变摩擦力的光学天线伺服系统建模
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。
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MEMS加速度计在振动环境下的可靠性分析
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。
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覆盖S、C波段的宽光谱带宽InGaAlAs/InP量子阱结构
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。
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基于双摄像头的心率测量系统的设计与改进
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。
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200Gbit/s PAM4光发射组件封装技术研究
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。
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基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究
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。
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1024×1024元帧转移纵向抗晕CCD图像传感器
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。
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波浪式 MEMS 谐振陀螺的设计与研究
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%。
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导电岛微电极系统中纳米线介电组装行为研究
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。
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PECVD生长垂直石墨烯的场发射特性研究
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。
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基于Python的半导体激光二极管仿真技术研究
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。
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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。
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航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度校正算法
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。
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双层伞状开孔的微测辐射热计红外吸收分析
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。
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基于PSO-SWELM的应变传感器在线温度补偿方法
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。
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光纤形态传感器研究进展
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。
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测试设备对高精度光纤陀螺误差的影响与抑制措施
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。
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位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究
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。
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一种基于复合金属薄膜的EFPI型光纤声波传感器
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。
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综述：蓝宝石光纤高温Fabry-Perot传感器
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。
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空间用光纤陀螺辐射诱导磁场误差变化机理研究
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。
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基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用
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
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基于压缩感知的BOTDA性能增强方法
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。
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交叉耦合效应对M-Z调制器谐波抑制比的影响
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。
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锂离子电池参数监测中的光纤传感技术
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。
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基于加权光耦合阵列的任意波形产生技术研究
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。
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激光脉冲测距专用CMOS高速高增益读出芯片设计
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。
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基于SAR-SS架构的图像传感器专用高速列级ADC设计
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。
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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
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。
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基于测试结构的FinFET-MOS寄生电阻抽取
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。
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基于法布里-珀罗腔的圆极化太赫兹天线设计
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。
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星用短波红外成像仪的设计与实现
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。
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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
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。
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基于光纤传感技术的人字门结构健康监测研究与应用
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。
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一种基于对称式悬臂梁的小型化低频FBG加速度传感器
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。
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面向光背板应用的低损耗单模聚合物光波导技术研究
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。
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基于三次样条函数的光栅传感光缆舞动波长估计
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。
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基于改进正交匹配追踪的FBG传感信号处理方法
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。
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In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器的温度特性研究
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。
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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。
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基于柔性铰链的光纤光栅三维加速度传感器
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。
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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
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。
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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。
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布尔混沌调制激光雷达水下目标成像实验研究
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。
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基于EETS与GC的非规则QC-LDPC码低错误平层构造方法
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。
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基于光学成像模拟的视觉里程计方法
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。
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ZnSnO/AgNW双层透明电极的制备及性能研究
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。
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传输矩阵法求解长短周期级联光纤光栅传输谱
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。
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增益开关半导体激光器的三级脉冲整形方案
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。
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多量子阱有效折射率偏振相关性研究
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。
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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
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%。
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基于特征显著性融合的红外小目标检测
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。
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基于MDCGAN的裂缝样本扩充及识别研究
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。
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基于电容-电阻法评估碳化硅MOSFET电学参数
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。
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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。
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光泵浦太赫兹探测对于不同掺杂硅的光激发动力学表征
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。
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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。
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InPBi薄膜材料的结构性能和光学性能研究
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。
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基于畸变梯度重构畸变的在轨标定方法
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。
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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。
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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。
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基于弱反射光栅阵列的覆土储罐泄漏监测方法
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。
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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
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。
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基于图像矩特征的时间序列相似性评估
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。
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CCD图像传感器输出节点电荷容量设计
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。
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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
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。
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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。
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基于机器视觉的车道线精确检测算法
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。
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飞秒激光能量密度对SiC陶瓷微孔加工的影响
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。
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Fe掺杂GaN中Fe相关缺陷发光特性研究
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。
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溅射气压对氧化镓薄膜光学特性的影响
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。
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天基大视场光学观测星图的快速仿真方法
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。
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用光电导天线产生太赫兹波的饱和效应研究
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。
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制备工艺对新型热电材料制冷性能的影响
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%。
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MG-Y激光器波长温度特性研究
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。
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轨道角动量传输光纤的研究进展
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。
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基于类水滴状微结构的微通道流动和散热性能研究
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%。
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基于GAN和CNN-ELM的监控图像智能修复及检测方法[1]
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。
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一种基于新度量准则的极化码SCLF译码算法
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。
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结合SoftPool的VGG19与CapsNet相级联的表情识别模型研究
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。
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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。
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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。
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基于自适应原子选择的核协同表示 用于SAR目标识别
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。
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基于集成微环谐振器的可变系数微分方程光子计算
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。
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基于双波长解调的光纤干涉型传声器研究
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。
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基于0.18µm SiGe BiCMOS工艺的25-Gbps宽带可变增益放大器
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。
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基于玻璃纤维环氧树脂的双陷波宽频微带天线设计
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。
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布拉格光栅结构RGB波导复用/解复用器的光学特性
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。
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基于双开口环型的太赫兹超材料传感器设计
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。
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基于顶栅调控界面的石墨烯高增益光电探 测器
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。
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不同过渡热沉封装微盘腔半导体激光器热分析
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。
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基于SA-PSO算法的大功率LED芯片布局方式及参数优化研究
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。
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基于引导滤波及视差图融合的立体匹配
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
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真空荧光显示器阴极灯丝的可靠性设计分析
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。
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陈婷1,袁严辉*,2,顾晓勤2
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。
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基于PVDF的大面积触力传感器结构优化分析
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。
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PSO优化RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿
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。
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一种星载多光谱TDICCD测试电路设计
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。
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近红外增强硅基图像传感器研究
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%。
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短焦深空间光学相机的快速寻焦方法
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。
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空封光电耦合器内部多余物颗粒PIND检测概率研究
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。
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面向激光无线传能的光场调控技术研究
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。
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一种适用于昼夜兼容CMOS图像传感器的动态范围拓展方法
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。
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CMOS图像传感器抗电离辐照加固技术研究
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。
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基于石墨烯探测器非均匀性校正设计
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。
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基于图像识别的仪表数据采集系统设计
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。
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基于空谱联合特性的改进协同高光谱异常目标检测
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。
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高紫外CCD量子效率的技术研究
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。
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星用紫外线阵CCD抗辐照性能的地面模拟试验与验证
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。
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光OFDM系统中一种联合改进的低复杂度PTS峰均比抑制技术
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。
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LED芯片电流扩散与尺寸的仿真分析
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。
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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。
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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。
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2022,43(2):294-302, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022040701
Abstract:
硅基集成光波导具有很高的折射率对比度,能将光场限制在纳米尺度,是制备结构紧凑、高效的纳米光子器件的关键。但是,高折射率对比度也会引起波导双折射效应。因此,几 乎所有纳米光子器件都是偏振相关的。偏振分束器是偏振分集光子集成电路中克服硅纳米器件强偏振依赖性的重要组成部分,在片上相干通信、传感与环境检测等领域具有广阔的应用前景。目前报道的基于亚波长光栅波导结构的偏振分束器,工作带宽在200nm以上,消光比也超过了20dB。文章简述了各种类型偏振分束器的工作原理,对其尺寸、消光比、带宽等方面的性能进行了比较,分析了各类偏振分束器的优劣势,最后总结了其主要应用场景并展望了未来发展方向。
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2021,42(5):726-732, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021062501
Abstract:
针对红外与可见光图像尺度差异大、图像较模糊,且图像中可提取的特征点数量不足以及特征分布不均匀易导致现有配准算法失效的情况,提出一种结合滚动引导滤波和相位信息的红外与可见光图像配准方法。利用滚动引导滤波构建尺度空间,在不增加耗时的前提下尽可能保持图像边缘信息；提出一种改进的Shitomasi角点检测算法,提取具有尺度不变性且分布均匀的强角点；在特征描述阶段,给出一种新的加权函数进行频率扩展,以得到更显著的相位一致性信息,实现更准确的图像特征描述。实验结果表明,该配准方法对存在9倍尺度差异的红外与可见光图像仍能实现准确配准,且对多组图像对的配准RMSE误差均保持在2像素之内。
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2021,42(3):371-374, 384, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.03.013
Abstract:
二硒化钨(WSe2)具有双极导电特性,可以通过外界掺杂或改变源漏金属来调节载流子传输类型,是一类特殊的二维纳米材料,有望在未来集成电路中成为硅(Si)的替代材料。文章采用理论与实验相结合的方式系统分析了WSe2场效应晶体管中的源漏接触特性对器件导电类型及载流子传输特性的影响,通过制备不同金属作为源漏接触电极的WSe2场效应晶体管,发现金属/WSe2接触的实际肖特基接触势垒高低极大地影响了晶体管的开态电流。源漏金属/WSe2接触特性不仅取决于接触前理想的费米能级差,还受到界面特性,特别是费米能级钉扎效应的影响。
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2020,41(6):768-773, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.06.002
Abstract:
文章总结了低噪声CMOS图像传感器代表性关键技术的最新研究进展。从CMOS图像传感器架构及各模块设计的角度,介绍了有源像素结构和图像传感器架构,分析了广泛采用的像素内源跟随CMOS图像传感器读出电路及其噪声等效模型,重点介绍了低噪声CMOS图像传感器关键技术,包括共享参考像素差分共源放大器技术、相关多采样技术、像素内斩波技术,以及相关技术的电路级实现方式。
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2021,42(2):246-251, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.02.017
Abstract:
摩擦诱导选择性刻蚀具有加工成本低、流程简单、低加工损伤等优势,是实现单晶硅表面微纳米结构构筑的重要途径。为探究摩擦诱导机械划痕在单晶硅表面微纳加工中的掩膜行为,实验研究了选择性刻蚀中机械划痕掩膜下的线/面结构形貌与高度特征,并将其与氧化层掩膜进行对比。实验发现机械划痕掩膜性能与氧化层无明显差异,并讨论了两种不同掩膜下选择性刻蚀中纳米结构的形貌演变机理。最后,实现了采用不同掩膜的复合纳米图案加工。研究结果可为基于摩擦诱导选择性刻蚀的单晶硅表面高质量可控加工提供依据。
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2021,42(5):603-609, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021071801
Abstract:
晶圆低温直接键合技术与传统键合方式相比具有对晶片及器件损伤小、无中介层污染、无需外部电场辅助等优势,在功率型半导体光电及电力电子器件、大功率固体激光器、MEMS、光电集成等领域具有巨大的应用潜力。文章从低温直接键合技术的发展历程入手,重点介绍了湿法疏水键合、湿法亲水键合和等离子体活化键合的物理化学机制。系统阐述了低温直接键合的工艺流程和键合强度的表征方法,探讨了低温直接键合的技术发展趋势,并对低温直接键合工艺的改善和创新应用拓展进行了展望。
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2021,42(2):185-190, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.02.006
Abstract:
四级脉冲幅度调制(PAM4)在高速串行链路系统中的地位日益提高,受到越来越多的关注。传统的行波马赫-曾德尔调制器(TWMZM)的分光比为1∶1,文章提出了一种非对称光强的行波马赫-曾德尔调制器(Asymmetric Power TWMZM,AP-TWMZM),并对输入端分光比进行独立推算,得到分光比的值为4∶1。Lumerical软件的建模仿真结果表明,在插入损耗和消光比与TWMZM相当的情况下,AP-TWMZM具有更高的调制效率和更好的线性度,其线性度高达0.948。
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2020,41(6):784-787, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.06.005
Abstract:
设计了一种用于激光三维成像的128×2线性模式APD焦平面探测器,器件包括硅基APD焦平面阵列和读出电路。硅基APD焦平面阵列采用拉通型n+-p-π-p+结构,像元中心距为150μm,工作在线性倍增模式。读出电路采用单片集成技术,将前置放大电路、TDC计时电路和ADC等功能模块集成在单一硅片上。整个线性模式APD焦平面探测器可实现128×2阵列规模的激光信号并行检测,并采用LVDS串口输出激光脉冲信号的飞行时间信息和峰值强度信息。测试结果显示,该线性模式APD三维成像探测器可同时获取时间信息和强度信息,成像功能正常。
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2020,41(6):774-778, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.06.003
Abstract:
系统介绍了国内外航空发动机叶尖间隙测量技术的研究进展,分析了这些技术的原理、特点及具体应用,并指出了发展方向。在此基础上,提出了适用于航空发动机高转速叶片在线监测的新方法,并介绍了一种可实现航空发动机叶片故障监测的膜片式高温光纤F-P声发射传感测量系统。
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2021,42(2):269-274, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.02.021
Abstract:
在信号的稀疏表示方法中,传统的基于变换基的稀疏逼近不能自适应性地提取图像的纹理特征,而基于过完备字典的稀疏逼近算法复杂度过高。针对该问题,文章提出了一种基于小波变换稀疏字典优化的图像稀疏表示方法。该算法在图像小波变换的基础上构建图像过完备字典,利用同一场景图像的小波变换在纹理上具有内部和外部相似的属性,对过完备字典进行灰色关联度的分类,有效提高了图像表示的稀疏性。将该新算法应用于图像信号进行稀疏表示,以及基于压缩感知理论的图像采样和重建实验,结果表明新算法总体上提升了重建图像的峰值信噪比与结构相似度,并能有效缩短图像重建时间。
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2021,42(5):635-640, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021072905
Abstract:
基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片。采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命。电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点。采用10.16cm(4inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造。测试结果表明,该光源芯片在24ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点。
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2023,44(2):277-283, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2022112901
Abstract:
针对同时定位与建图(SLAM)中存在定位精度不足、匹配特征点误差累积和特征匹配时间较长,提出了一种融合改进RANSAC光流法的优化算法。该方法基于传统RANSAC算法,加入最小二乘法对模型进行迭代优化来估计最优模型,对光流法的误匹配点进行剔除,大量减少图像误匹配特征点；把融合改进后的RANSAC光流法与特征点通过卡尔曼滤波进行融合,最后使用改进后的算法在公开的EuRoC MAV数据集中进行SLAM定位精度实验。实验结果表明:该改进算法能够有效减小光流法特征匹配的误差,从而提高无人机视觉SLAM的定位精度。
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2021,42(6):814-817, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021071402
Abstract:
利用Silvaco TCAD软件对石墨烯作为新一代二维半导体材料具有的光学电学特性进行仿真建模,计算得到了不同掺杂类型石墨烯的转移特性曲线。进而对基于顶栅调控的石墨烯-硅光电导型光电探测器进行了建模与仿真,发现顶栅电压可以通过调控石墨烯载流子类型及浓度来改变石墨烯与硅异质结的内建电势,实现提高增益的目的。基于此制备了栅控石墨烯-硅光电探测器并测得与仿真结果一致的规律,实验中该器件在1550nm波段展现出良好的光电性能。研究结果对红外光电探测器的性能优化具有指导意义。
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2024,45(3):341-348, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2024021703
Abstract:
Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后介绍了基于热光效应的Fano共振调谐的研究进展,最后展望了硅基微环谐振器的Fano共振的发展及应用。
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2020,41(4):464-471, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2020.04.002
Abstract:
光子晶体光纤具有较强的可设计性,一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节,以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值,如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别,在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能,并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较,验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。
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2024,45(3):477-484, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2024011003
Abstract:
为了解决低压台区线损计算在理论上因线路复杂、用户众多以及数据获取困难等带来计算难度与精度不足的问题,提出了一种结合改进K-Means++算法与Elman神经网络的创新计算方法。深入分析了低压台区线损的决定因素,并依据相关性分析构建了线损的关键特征指标集。采纳主成分分析方法实施数据降维,简化数据结构。通过改进的K-Means++算法对数据集进行有效聚类,优化模型训练过程。同时,整合粒子群优化算法进一步提升Elman神经网络的性能。通过对实际数据进行仿真验证,结果证实所提出的方法在训练效率和计算精度方面表现优异。
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2024,45(3):501-507, 514, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2024010903
Abstract:
针对无人机航拍图像背景复杂、小目标占比高且分布不均导致的现有算法精度不佳等问题,提出了一种面向无人机航拍图像的多尺度目标检测网络VTO-YOLOv8。首先,采用WIoU v3作为边界框回归损失函数,并使用明智的梯度分配策略,这一策略将使网络更加关注普通质量样本,从而提高其定位能力；其次,设计四层T-BiFPN结构,加强浅层特征和深层特征的融合；此外,设计C2f-DBB多分支模块,在不增加计算量的前提下,提升检测性能；同时,使用聚焦调制模块,加强不同尺度信息的交互。实验结果表明,网络在Visdrone2019数据集上相较基准模型在mAP50和mAP指标上分别提高了9.0%和5.9%,同时参数降低了22.6%,可更好地应用于无人机航拍目标检测中。
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李尧，牛瑞霞，王爱玲，王奋强，蓝俊，张栩莹，张鹏杰，刘良朋，吴回州
2024,45(3):378-383, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2024011701
Abstract:
设计并优化了一种基于4H-SiC的1000V垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS),在留有50%的裕度后,通过Silvaco仿真软件详细研究了器件各项参数与耐压特性之间的关系。经优化,器件的阈值电压为2.3V,击穿电压达1525V,相较于相同耐压条件下的Si基VDMOS,4H-SiC VDMOS的击穿电压提升了12%。此外,击穿时4H-SiC VDMOS表面电场分布相对均匀,最大值为3.4×106V/cm。终端有效长度为15μm,约为Si基VDMOS的6%,总体面积减小了近1/10。并且4H-SiC VDMOS结构简单,与相同耐压条件下的Si基VDMOS相比,未增加额外的工艺步骤,易于实现。
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2024,45(3):356-361, DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2024010401
Abstract:
红外探测器在国防航天领域应用广泛,其低噪声读出电路是获得有用清晰红外图像的基础。当探测器工作在高背景微弱信号下时,常出现噪声扰动大,各元信号高低不平,部分信号无法读出的问题。针对国内航天工程应用需求,文章设计了一种低噪声的新型读出电路。该电路在传统CTIA的基础上,设计了自稳零技术和新型相关双采样电路,对噪声抑制表现出优良的作用。可应用于低温中波线列红外HgCdTe航天探测器的信号读出以及其他低温和常温探测器的信号读出,工作温度范围为77~300K。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了10×1线列读出电路后仿真验证与流片,结果表明,与传统CTIA电路对比,输出噪声下降44.7%,总输出噪声仅为72.1μV。
