摘要:光纤布里渊传感中,本征存在的由温度和应变交叉引起的判断模糊问题,一直是光纤分布式传感领域的研究热点。针对这一问题,总结了四类解决方法:铺设参考光纤、双参量矩阵方程测量、双物理效应结合及特种光纤判别。对每一类解决方法的原理、系统、传感性能及特点进行了分析,并对各种方法进行了讨论、对比与评价。最后总结并展望了解决交叉敏感问题的研究方向。

摘要:采用标准的0.18μm CMOS工艺,设计了一种新型的应用于可见光通信系统的雪崩光电二极管(APD)。相较于传统的CMOS APD,该器件在深n阱/p衬底的结构基础上增加一层p阱,再在其上分别离子注入一层n⁺/p⁺层作为器件的雪崩击穿层,并且采用STI结构来防止器件边缘过早击穿。仿真结果表明,器件的雪崩击穿电压为9.9V,暗电流为1×10-12A,3dB带宽为5.9GHz,响应度为1.2A/W。由于STI保护环和短接深n阱/p衬底的结构设计,器件暗电流较传统结构CMOS APD降低了2个量级,且带宽提高了约10%。

摘要:基于时域有限差分法(FDTD)在GaN基LED表面分别生长了ZnO柱状与锥状微纳结构,并利用Rsoft模拟仿真软件分析了两种结构的几何参量(排列周期p、高度H、底面直径D等)对GaN基LED光提取效率的影响。结果表明两种结构均可提高器件的光提取效率,柱状结构在H=0.25μm,p=1.5μm,D=0.9μm时表现最优,其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.6倍；而锥状结构在H=0.6μm,p=1.4μm,D=1.4μm时表现最优,其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.3倍。研究结果对高性能GaN基LED的设计与制备具有一定指导意义。

摘要:钳位电压(V_pin)是影响 CMOS 图像传感器(CIS)中钳位光电二极管(PPD)电荷转移效率和满阱电荷容量的关键物理量。在辐照条件下,V_pin受辐射总剂量(TID)增加而升高,因此研究其机理对抗辐照CIS的设计有重要意义。文章利用TCAD仿真软件分析了CIS器件的电学特性,研究了V_pin受TID影响的机理。结果表明,当辐照引起的氧化物陷阱电荷浓度达到3×10¹⁶cm-3时,浅沟槽隔离(STI)附近的耗尽区将PPD中的pin层与地极电学隔离,从而导致pin层电势易受到传输晶体管TG沟道电势影响而增加,使得相同电子注入条件下PPD可存储的电子增多,复位所需电压增大,导致V_pin随着辐射总剂量增加而增大。

摘要:针对1064nm波段高灵敏激光测距应用,设计了一种由单光子雪崩光电二极管(SPAD)、微型热电制冷器(TEC)、主动淬灭主动恢复电路(AQAR)、温控单元、高压单元、FPGA等混合集成的高性能单光子探测器模块。SPAD芯片采用了分离吸收渐变电荷倍增(SAGCM)的InGaAsP/InP材料结构设计,内部电场分布经Matlab软件仿真,结果显示该结构具有良好的增益特性。SPAD芯片通过TEC制冷保持低温工作来降低暗计数以抑制器件的噪声。低延迟AQAR由高速比较器与宽带放大器构成,淬灭时间约为1.2ns,有效减少了后脉冲效应。测试结果表明,在-30℃,探测效率为30.2%下,暗计数率仅为1.9kHz,在死时间为0.8μs时,后脉冲为10.4%。通过集成化设计的单光子探测器模块具有探测效率高和暗计数率低的优势,能够满足小型化激光测距应用需求。

摘要:针对宽温宽带大动态高精度光延时调控的需求,结合数控级联和空间光连续可调延时技术,设计了一种大动态高精度延时稳定可调的9bit光纤延时线,并采用磁光开关和稳相光纤搭建了工程样机。试验结果表明,样机在60℃宽温范围内实现了工作频率1~18GHz,以5ns为步进,延时范围达2555ns,延时精度优于±5.8ps的任意可调；同时,针对某一延时点实现了动态范围为600ps、精度优于1ps的延时连续可调。

摘要:基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响。通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度。研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持。

摘要:时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一种将连续时间信号转换为数字信号输出的器件,是飞行时间(TOF)激光雷达中的关键部件。在利用计数器粗采样和多相位内插细采样的传统结构上,设计了一种基于相位内插的双级粗细结合型时间数字转换电路,并增加了双回波接收通路来接收多脉冲回波信号,在此基础上设计了一款17通道多路TDC系统芯片。芯片采用CMOS 0.11μm工艺设计,版图面积为0.6mm×3mm。后仿真结果显示,在1.2V电源下其功耗小于100mW,单输入精度平均值为51.7ps,动态范围为3.4μm,且线性度良好。该TDC芯片适用于飞行时间脉冲激光雷达的信号计时。

摘要:半导体型碳纳米管薄膜的高质量制备及其优化对于碳纳米管基电子器件具有重要意义。其中半导体型碳纳米管的长度是影响薄膜质量的重要因素之一。文章通过聚[9-(1-辛酰基)-9H-咔唑-2,7-二基](PCz)成功制备了高纯度半导体型碳纳米管溶液,经过循环沉积工艺,高效地降低了分散液中的短碳管含量,有效地提升了半导体型碳纳米管的平均长度,在此基础上通过标准工艺成功制备了高性能碳纳米管薄膜晶体管。结果显示,优化后的长碳纳米管溶液制备的薄膜晶体管具有优异的电学性能,其开关比高达10⁷,迁移率高达34cm²·V-1·s-1,比相应的短管性能提升了3倍。

摘要:采用反应直流磁控溅射法,通过调控溅射过程中的氩氧比,在石英玻璃衬底上制备了氧化钒薄膜,研究了溅射气氛及后处理条件对其微结构与电学性能的影响。经450和500℃退火,薄膜中易形成VO₂,而550℃退火时薄膜中会形成大量非4价的钒氧化物。薄膜在较高温度500℃下退火时结晶度增加,但薄膜颗粒之间的间隙更为明显,导致电阻率显著提高；同时其电阻率-温度曲线的热滞回线宽度较窄,在加热过程中相转变温度较高。当氩氧比中氧含量增加时,沉积的VO₂薄膜中生成了少量非4价的钒氧化物。结果表明,反应磁控溅射法制备的氧化钒薄膜的微结构、电阻率、相变温度等特性与氩氧比和后退火温度密切相关。

摘要:分析了热沉和陶瓷基板对背冷式封装结构半导体激光器阵列性能的影响。通过栅格化厚铜填充技术降低了复合金刚石热沉的等效电阻,并实现了热膨胀系数匹配；采用热沉和陶瓷基板嵌入焊接技术,提高了封装散热能力和稳定性。制作了间距为0.4mm的5Bar条芯片阵列样品,在70℃热沉温度、200A工作电流(占空比为1%)条件下进行性能测试,结果显示器件输出功率为1065W、电光转换效率为59.2%。在高温大电流条件下进行了1824h寿命试验,器件表现出良好的可靠性。

摘要:建立了多孔侧肋双层微通道复合热沉模型,选取最大热阻最小化为优化目标、热沉单元端面纵横比为优化变量,在热沉总体积和流体区域体积占比给定的条件下,对复合热沉进行了构形优化,并分析了冷却剂入口速度、多孔材料孔隙率、上下通道高度比、流体区域体积占比、肋厚比等参数对热沉最优构形的影响。结果表明:给定初始条件,优化热沉单元端面纵横比,可使最大热阻减小21.19%；在热沉单元端面纵横比较小时,减小孔隙率有利于降低最大热阻,而在热沉单元端面纵横比较大时,存在最优的孔隙率使得最大热阻最小；上下通道高度比和肋厚比的改变均未影响热沉最优构形。

摘要: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。

摘要:采用等离子增强原子层沉积技术于蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,研究氮等离子体预处理衬底对薄膜结晶性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等手段对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行表征和分析。结果表明,经预处理的蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜晶体质量明显提高,沿c轴高度择优取向生长；光学带隙约为3.48eV；薄膜呈n型导电特性,电阻率为2.551×10-2Ω·cm,载流子浓度高达1.876×10¹⁹cm-3,迁移率为13.04cm²·V-1·s-1；薄膜中Ga元素主要与N元素以Ga-N键生成GaN。

摘要:采用数值模拟的方法研究了具有相同的平均In组分,但In组分的分布不同的3个紫色InGaN/GaN单量子阱样品的光谱特性。通过分析样品的电致发光谱、能带结构、波函数交叠以及载流子浓度分布等,发现沿生长方向阱内In组分线性增加的单量子阱样品的发光效率最高,而In组分线性减小的样品发光效率最低。这是因为In组分的线性增加能够减弱极化场对价带的影响,使阱内价带变得更加平缓。这不仅降低了空穴的注入势垒高度、增大了阱中的空穴浓度,还增强了阱内电子-空穴波函数的交叠积分,提高了辐射复合几率,从而使In组分线性增加的量子阱的发光效率显著提高。

摘要:为了研究不同驱动方式下LED结温的差异性,依据LED热结构模型,从功率传递角度构建了差分型LED电-热动态模型,利用相同平均功率、不同频率的注入电功率,计算脉冲驱动条件下的LED结温。同时,采用正向电压法测量实际结温,对模型预测结温的准确性进行了分析。研究表明,差分模型能够表征脉冲驱动方式下LED电热特性,其理论预测值与实测值误差约为4℃,基本能够满足工程应用要求。更有意义的是,采用差分模型,能够分析在特定驱动条件下,LED热容、热阻等参数对结温的影响,为不同驱动模式下LED个性化结构设计提供了理论基础。

摘要:近年来,氧化铟锡(ITO)薄膜因其可实现介电常数近零(Epsilon-Near-Zero,ENZ)且易于调制的特性,已经成为非线性光学和微纳光学等领域的研究热点。文章先使用射频磁控溅射法在硅基底上制备ITO薄膜,再通过椭圆偏振光谱仪测试并拟合其光学参数,探究了本底真空度、溅射功率、溅射气压、衬底温度和膜厚等因素对ITO薄膜ENZ波长的调节机制。通过优化工艺,使ITO薄膜最短ENZ波长蓝移至1094.4nm,突破了以往文献报道的极限。该研究将ITO薄膜的ENZ波长延伸至近红外短波区域,有望实现微纳光电器件相关领域向短波方向的应用拓展。

摘要:光学波束合成技术是利用光信号作为载波携带射频信息而实现的一种新型的宽带射频波束合成技术,即用光信号来传输以及分配射频信号,实现射频信号的光波控制。文章介绍了基于微波光子的光学波束合成原理,重点介绍了光非相干和光相干波束合成架构,通过详细的理论公式推导以及软件仿真,表明上述两种光学波束合成架构可对多天线接收信号实现信号合成。针对目前大阵列天线单元系统对光学波束合成技术的迫切需求,利用光相干和非相干波束合成的各自优势,提出了一种适用于千量级天线阵列规模的光学波束合成架构,为光学波束合成技术在相控阵雷达、电子对抗等领域的应用提供解决方案。

摘要:针对标准CMOS工艺的单光子雪崩探测器 (Single Photon Avalanche Detector,SPAD),设计了一种可用于自由运转模式的高速淬灭电路。为了实现淬灭电路的功能设计与精准仿真,根据实测的SPAD电流-电压曲线拟合得到了电流与电压间的多段式函数解析式,进一步建立了SPAD器件的Verilog-A行为级模型并与淬灭电路进行集成仿真与验证。淬灭电路采用基于电容感应的主被动淬灭结构,利用可变MOS电容的延迟电路实现了关断时间 (Hold-off Time) 的灵活调节。仿真结果表明,所设计淬灭电路的淬灭时间和恢复时间分别为1.0和1.2ns,关断时间调节范围为1.02~3.55μs,可以满足自由运转CMOS SPAD的应用需求。

摘要:为消除激光语音传输系统中激光器输出功率不稳定对探测信号的影响,提出了一种结合集合经验模态分解(EEMD)与相关系数的方法对信号进行处理。该方法将信号分解为不同的分量,算出不同分量和原信号间的相关系数,再设置固定判定阈值来区分真实信号和趋势项分量。该方法可以克服传统处理方法中存在的模态混叠和需要主观判断趋势分量的缺点,从而达到避免主观判断失误和准确提取趋势的目的。仿真及实验结果表明,使用该方法后再去噪效果优于直接去噪,此外该方法能有效去除激光器功率线性变化和频率小于15Hz的正弦起伏变化导致的趋势。

摘要:基于压缩感知和单像素成像的基本原理,设计了一种用于图像超分辨率重建的新型深度卷积神经网络架构。这种单像素超分辨率成像算法成功地将深度学习图像超分辨率重建技术与压缩感知单像素成像技术相结合,从而发展出一种全新的深度学习单像素成像优化方法。与传统的常规压缩感知图像重构算法相比,该算法有效提升了图像超分辨率重建精度和单像素成像质量。通过图像重建的仿真实验和单像素相机的成像实验验证,结果表明这种基于深度学习的新型单像素相机成像方式具有良好的性能表现。

摘要:在全面梳理现有寄生供电系统的基础上,提出一种无需特殊工艺支持、可兼顾高速充电和低压差供电的智能多通路自适应调控寄生供电系统。该方案利用充放电控制状态机,协同双器件并行控制结构,对三条供电线路进行自适应调控切换,在提升充电速度和效率的同时,进一步模糊功耗信息。该方案可用于1-Wire芯片、高要求的光电等信息的采集以及实时监控等功能芯片的供电,并提升芯片的抗侧信道攻击能力。基于华虹宏利0.35μm体硅CMOS工艺完成了该方案的仿真,结果表明,该系统能够将芯片内外供电压差降低到0.1V以下,充电速度提升32%。

摘要:激光雷达已经成为无人智能车必备的环境感知设备。现有基于脉冲测距体制的车载激光雷达极易受到其他车载激光雷达的交叉干扰,导致雷达虚警和误判,引发交通事故。文章利用布尔混沌信号调制激光器产生的混沌激光作为雷达探测信号,结合扫描成像技术,构建混沌激光成像雷达系统,实验实现了目标物体的三维成像,并对其抑制交叉干扰的能力进行了实验测试。实验结果表明,在不采取任何抑制干扰措施的前提下,基于布尔混沌雷达波形的正交性,仍可在高强度干扰下实现探测目标的三维重构,有效抑制交叉干扰的影响。

摘要:天基目标测量具有全天时、不受大气干扰等优点。但与地面人卫测距相比,天基待测目标运动速度快且缺乏距离预报等先验信息,导致传统测距方法无法有效提取目标距离轨迹。为此,文章提出了一种基于Hough变换的激光测距距离轨迹提取算法,利用目标回波点之间的线性相关性将直线检测算法引入回波轨迹的提取,具有适应天基探测特性、抗噪声能力强等特点。实验结果表明,使用该方法提取的目标距离轨迹均方根误差优于2.72m。上述方法可以准确地提取高速移动目标的距离轨迹,为后续空间非合作目标的距离轨迹提取提供了新的途径。

摘要:为应对卫星激光通信信道的时变性、改善传输的可靠性,提出一种基于Zig-Zag结构的原模图QC-LDPC码构造方法。该方法将原模图与Zig-Zag结构的移位系数设计方法相结合,构造校验矩阵围长至少为8且码长码率可灵活选择的ZZ-QC-LDPC码。仿真结果表明:该方法所构造的ZZ-QC-LDPC码在误码率为10-6时,与同码率下基于等差数列和原模图构造的QC-LDPC码和基于最大公约数构造的QC-LDPC码以及具有大围长快速编码特性的QC-LDPC码相比,其净编码增益分别提高了约0.2,0.1和0.64dB,且在较大码率范围内均具有良好的纠错性能。

摘要:针对临床上由质子热声信号脉宽和信噪比的不确定性引起的走时提取困难问题,提出了一种基于密集网络的走时提取算法。该算法使用密集块代替传统卷积块,融合了具有不同感受野的特征,并引入了深度监督和网络剪枝机制,利用标记好的质子束热声信号数据进行学习,以提取所需的走时信息。实验结果表明,相比其他算法,该算法对质子热声信号走时的提取具有较高的准确率和鲁棒性,同时展现了实时提取的可行性。

摘要:为了消除激光跳模对调频连续波激光测距的影响,提出了一种基于重采样信号相位拼接的跳模影响消除方法。该方法利用重采样信号相位展开求导的结果来定位激光跳模发生的时间,并对重采样信号跳模处两端的峰值进行相位拼接来去除跳模段的重采样信号。通过对相位拼接后的重采样信号进行Chirp-Z变换可以得到不受激光跳模影响的目标距离谱。系统对光程约为21.16m的延时光纤进行多次测量,实验效果证明此方法可以消除调频激光跳模对距离测量的影响,并实现了12μm的测距标准差。