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

摘要: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。

摘要:全光纤型侧向光学相干层析(OCT)探针由于兼具尺寸小和三维全周成像的优点,近年来受到了学术、工业界的广泛关注。文章通过对全光纤型侧向OCT探针的聚焦性能进行数值仿真,优化了探针的结构参数。基于优化的探针结构,针对反射器与GRIN光纤间随机横向位移引发的光功率衰落,进一步数值分析了探针套管尺寸及反射器位置对于探针鲁棒性的影响。

摘要:为实现高灵敏度的折射率测量,设计了一种基于双模干涉的光纤折射率传感器,该传感器为单模-多模-单模光纤(SMS)结构,其中单模光纤和多模光纤具有相同的直径和纤芯折射率。剥去多模光纤的包层,将其置于待测环境中,多模光纤中激发出的两个模式之间会发生干涉,当待测环境折射率发生变化时,干涉谱中的波谷会发生移动,可根据光谱中波谷的移动量来实现对折射率的测量。利用FDTD Solutions软件进行仿真模拟,得到不同折射率下的干涉谱,结果表明,位于1517.32nm的干涉谷对折射率的敏感度为1848.2nm/RIU,最小分辨率误差仅为2.74×10-5RIU。该传感器较传统光纤传感器而言,结构简单,有着高灵敏度、低分辨率误差等优点,应用前景广阔。

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

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

摘要:针对高帧频、全局曝光、通道数可选等成像应用需求,提出了一种高光谱成像用CMOS图像传感器,重点分析了8T像素结构和读出电路的设计方案与电路原理,完成了芯片的整体仿真和流片验证。结果表明:设计符合预期,成像效果良好,像素具备较高的满阱和全局快门功能,读出电路实现了输出通道数可选功能,同时保证了模拟信号在大面阵、低输出通道数条件下的高速、低噪声输出,最终实现的像素阵列为2048×256,像素尺寸为24μm×24μm,单通道最大输出频率为40×10⁶pixel/s,最高帧频为4000f/s,可满足高光谱成像系统对图像传感器的需求。

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

摘要:低成本、小型化的波长扫描半导体激光器在光纤传感系统中有着重要作用。设计了一种可进行温度调谐的半导体激光光源驱动电路。该电路系统以ARM单片机作为控制中心,利用热敏电阻采样激光工作温度,并通过半导体制冷器(TEC)进行温度调节,使得激光器能够根据温度调谐实现波长扫描；同时通过背向光探测器(PD)采样激光输出功率,并通过改变半导体激光驱动电流实现对激光输出功率的控制,使得激光器在温度变化时输出光功率保持稳定。实验结果表明,该电路能够长时间可靠地工作,激光器能够实现的最大波长调谐范围为5nm,且输出光功率在整个波长扫描过程中保持稳定。

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

摘要:采用银金属辅助化学腐蚀技术在多晶硅衬底上制备了黑硅绒面,通过能谱仪、扫描电子显微镜和反射率测试仪对所制备黑硅样品的表面银金属残留、形貌和光吸收进行了表征和分析。在此基础之上,通过扩散、腐蚀清洗、镀膜和印刷烧结测试等工序,将多晶黑硅样品制备成太阳电池片,并通过I-V和EL测试仪对其光伏性能和电致发光特性进行了测量和分析。结果表明,与无银残留样品规则、均匀的圆形腐蚀坑绒面相比,黑硅制备过程中如果有银离子残留在表面,扩孔后的表面形貌呈现为方向杂乱和深浅不一的凹坑状形貌,且凹坑周围边界尖锐、形状不规则,制备成电池后转换效率偏低3.03%。

摘要:在半导体封装基板检测的传输过程中,末端执行器对其快速稳定高效率的传输起着关键作用。在满足设计强度、刚度的条件下,以末端执行器轻量化为目标,建立了末端执行器的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS对基板传输机器人末端执行器进行静力学和模态分析,得到末端执行器在最大载荷情况下的应力、应变特性和对应的振型,并对其进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果建立新的末端执行器结构,对新的结构进行强度校核,验证设计方案的有效性。研究结果表明,优化后末端执行器的前四阶固有频率都大于伺服电动机的回转频率(50Hz),质量减少了26.7%,较好地实现了轻量化的目标,同时为后续的相关产品研制提供了一种新的技术方案。

摘要:利用流体模型对ArF准分子激光气体放电过程进行了数值模拟,通过对比不同初始预电离强度下的气体放电情况,分析了预电离效应对准分子激光系统放电特性的影响,并探究了不同气体参数下的预电离效果。结果表明,初始预电离强度对于极间击穿电压、ArF准分子的形成以及光输出特性均有显著影响。在保证均匀电场且有效放电的情况下,低的初始预电离强度难以“点燃”气体,但可以获得较高的激光输出能量,而提高初始预电离强度能有效降低击穿电压,却不利于气体对能量的吸收转化。此外,预电离效果受工作气压与F₂比例的影响,气压的升高或F₂浓度的增加,均会降低预电离的有效性。

摘要:介电常数近零模式为在纳米尺度上控制光与物质相互作用提供了新途径。利用衰减全反射原理分别激发Al₂O₃衬底的声子极化激元和GaN薄膜的介电常数近零模式,并且通过调整薄层厚度和优化空气层的间隙来实现双层结构模式的耦合杂化。使用传输矩阵法和有限时域差分法数值模拟计算了混合模式的电场分布和色散,结果表明两种模式由于满足强耦合条件而发生耦合劈裂。在有限时域差分法模拟的光谱中,色散关系的高频和低频分支在反交叉点都显示出强耦合,从电场图中可以观察到混合模式。混合模式具有高度传播特性和亚波长光限制的特点,可以作为未来红外和太赫兹纳米光子集成和通信设备的基础。

摘要:建立了用于生长直径为15.24cm(6inch)的Ga₂O₃材料的氢化物气相外延(HVPE)生长腔的二维几何模型,对Ga₂O₃材料的生长进行了数值模拟。依次优化了GaCl进气速度、O₂进气速度、喷口到衬底间的距离等关键参数,在较高生长速率下使衬底上的Ga₂O₃膜厚相对均匀度达到7.02%。此外,对仿真中不同的反应活化能设置进行了对比实验,发现活化能参数虽然对平均生长速率有明显影响,但是对样品的生长速率分布及均匀性影响不大。

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

摘要:通过数值模拟研究了交错式微针鳍散热器的散热效应,分析了针鳍阵列间距和高度对散热器壁温和压降的影响。结果表明,压降随针鳍间距和针鳍高度的减小而呈非线性增加；壁温随针鳍间距的增大而上升,随针鳍高度的增加则呈现出波动趋势。基于上述研究,进一步利用响应表面近似法对微针鳍的横向间距、纵向间距和高度进行了优化,优化后压降最大可降低61.11%。

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

摘要:为了保持直接法的快速性与特征法的高精度和闭环能力,提出了一种融合直接法与特征法的RGB-D同时定位与地图创建(SLAM)算法。该算法主要包含3个并行线程:跟踪线程、局部建图线程和闭环线程。在跟踪线程中对非关键帧进行跟踪,通过最小化光度图像误差来进行相机的初始位姿估计以及像素点的对应关系计算,利用最小化局部地图点重投影误差进一步优化相机位姿,实现快速准确的跟踪与定位；在局部建图线程中对关键帧进行提取并匹配ORB特征,执行局部BA(光束平差法),对局部关键帧位姿和局部地图点的位置进行优化,提高SLAM的局部一致性；在闭环线程中执行对关键帧的闭环检测和优化,从而保证SLAM全局一致性。另外,根据RGB-D图像和相机位姿信息,通过基于Octomap的建图框架,构建完整准确的3D稠密环境地图。在TUM数据集下的实验表明,所提出的方法可以得到与基于特征法相当的精度,且所需时间更少。

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

摘要:相对于外腔半导体激光器,分布式反馈(Distributed Feedback Laser,DFB)激光器的温调率较高,为实现饱和吸收稳频,需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求,基于MAX1978芯片设计了精密温控系统；利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化,利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定,系统最终实现0.2mK的控温稳定度,比同类设计的稳定度高1~2个数量级,解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题,具有广阔的应用前景。

摘要:针对现有驼峰溜放监测技术易受电磁干扰和外界环境影响,且很难实现大容量、高密集测量的不足,提出一种基于弱光栅阵列应变传感的驼峰溜放监测方法。首先,采用反射率仅为0.2‰的弱光栅阵列及混合复用组网技术解决了大容量、高密集检测的难题；其次,结合有限元模型和轮轨耦合理论对轨道受力情况、传感器灵敏度进行推导分析；最后,将封装好的光栅阵列传感光纤安装在试验现场,并进行了压道实验。结果表明,该方法能够准确识别溜放车组的轮轴信息、行车方向以及轨道占用信息。系统可靠性高、灵敏度较高,为轨道占用检查技术提供了新的思路。

摘要:针对红外图像空间分辨率低、视场窄,导致图像配准率低、实时性差的问题,提出一种基于感兴趣区域(ROI)的高精度红外全景拼接算法。该算法首先根据两张相邻图像的近似位置关系,求取图像间的ROI；接着,在ROI窗口中提取尺度不变特征变换(SIFT)特征点并将其作为运动目标,结合KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)实时跟踪算法确定待配准图像中特征点的位置信息并进行匹配；然后采用随机采样一致性(RANSAC)算法剔除误匹配点对；最后利用像素级融合法消除拼接痕迹,合成一幅分辨率稳定、视场宽的红外全景图像。经实验验证,该算法与传统SIFT算法相比,配准率提高了3.491%,运行时间约提高了50%,能够准确、有效地实现多帧红外图像的无缝拼接。

摘要:为了减小装配误差,解决自动装配过程中强迫装配、装配不到位等问题,设计了基于光纤传感的调校系统。该系统由光纤传感阵列、解调模块、调校控制机构组成。提出了应变分布解算模型,推导了波长与位置偏差的函数关系,仿真分析了工件应变敏感区域的分布特征,量化了应变与位置误差的映射关系。实验采用可调施力结构对系统应变监测量进行标定,采用视觉测量对系统位置偏差量进行标定。实验结果显示,位置偏差与波长变化呈线性映射关系,验证了依据波长反演装配位置偏差的可行性。与视觉测量的标准值相比,该系统的位置偏差平均相对误差为8.6%。由此可见,该系统具有实时、精确反演工件应变场的计算能力,在自动化装配中具有很好的应用前景。

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

摘要:现有的无人机探测通常采用以雷达扫描为主,辅以其他传感器探测的方式。但是,目前使用雷达探测的成本较高,而激光器作为一种低成本、低功耗的器件已受到人们广泛关注。以激光为载体,结合无线光通信中的捕获、瞄准、跟踪(APT)系统,设计并实现了一种基于激光探测技术的无人机扫描定位系统,并以气球模拟无人机目标的测试方式,测试了该系统的定位精度和效率。扫描试验结果表明:在激光发射器平均功率小于40mW的情况下,该系统对目标的捕获定位能达到较高的精度,误差在5%以内,最大可探测范围为45m。

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

摘要:紫外成像仪为实现放电点定位和电气设备故障诊断,需要对来自不同传感器的紫外与可见光图像进行配准。针对紫外与可见光图像成像原理差异较大,特征点提取及匹配困难的问题,文章提出一种基于互信息的紫外与可见光图像配准算法并将其应用到紫外成像仪中完成实时配准。首先计算紫外与可见光图像中的互信息,将互信息作为相似性测度,采用刚体变换模型对图像进行变换,然后通过1+1进化算法求取最优相似性测度时的空间变换参数而完成图像配准,并通过仿真和紫外成像仪样机验证了所提算法的有效性。