摘要:窄线宽半导体激光器由于其高单色性、低频率噪声、高可调谐性等优点,广泛应用于高速相干光通信、分布式传感、激光雷达等领域。随着高品质因子(Q)光学谐振腔、硅光异构集成芯片等技术的发展,窄线宽半导体激光器近十年经历了革命式发展,线宽压缩至千赫兹(kHz)量级,甚至到亚千赫兹量级。文章阐述了千赫兹量级窄线宽半导体激光器的最新进展,针对不同压缩线宽机制的窄线宽激光器进行了分类介绍,深入讨论了优化耦合系数、减少外腔损耗等对窄线宽激光器性能的影响,并针对未来应用需求展望了千赫兹量级窄线宽激光器在进一步压缩线宽、提升输出光功率方面的发展方向。

摘要:基于光纤中光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的模式复用技术在提高光通信容量方面具有很大的潜力。适合于传输OAM模式的光纤通过材料和结构的优化设计逐步实现了OAM信号传输更稳定、传输距离更长,OAM模式更多等特性。文章从光纤的模式叠加理论出发,分析比较了各种传输OAM模式光纤的研究成果、优缺点以及适合的应用场景,包括基于传统光纤设计的环状光纤、超模光纤,以及基于光子晶体光纤设计的六角和圆形光子晶体光纤等。最后对适合于传输OAM模式光纤的发展前景做了展望。

摘要:针对微电子机械系统(MEMS)陀螺温度变化影响其零偏误差的问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)和径向基函数(RBF)神经网络的陀螺零偏补偿方法。通过RBF神经网络对预处理后的陀螺零偏的温度误差建立模型,用PSO搜索RBF神经网络的最优参数来提高其泛化能力后,将PSO-RBF神经网络最优参数用于补偿陀螺零偏。实验结果证明了该算法的有效性,经PSO-RBF神经网络算法补偿后,MEMS陀螺零偏的最大误差从0.046(°)/s减小到0.0034(°)/s,标准差从0.0427(°)/s减小到 0.0013(°)/s,有效提升了陀螺的零偏稳定性。

摘要:针对系统小型化和集成化的发展需求,文章提出了一种基于布拉格光栅结构的红绿蓝(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/解复用器性能的影响。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。

摘要:背照结构的InGaAs焦平面器件,受其衬底InP的阻挡,对可见光无响应。针对宽光谱探测的应用需求,研制了一种像元间距为25μm、阵列规模为640×512的InGaAs焦平面探测器。通过在倒焊互连工艺后,对器件进行干法、湿法相结合的减薄抛光工艺,所得探测器阵列(PDA)芯片最终保留厚度约5μm,实现了对400~1700nm光谱范围内可见光和短波红外光的同时响应,峰值探测率高于8×10¹²cm·Hz1/2·W-1,峰值外量子效率超过85%,响应非均匀性优于6%,器件成像效果良好。

摘要:介绍了一种基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的,可应用于高速通信的25Gb/s可变增益放大器(VGA)。该放大器由核心电路、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20.15dB,-3dB带宽(BW)为26.8GHz,可支持高达25Gb/s的数据速率,在3.3V电源电压下的功耗为26.4mW,芯片大小为1120μm×1167μm。

摘要:设计了一款可用于检测材料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(中心频率分别为f₁,f₂和f₃)。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,该传感器在谐振频率f₁,f₂和f₃处的传感灵敏度分别可达170,103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。

摘要: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:解析解准确地描述了不同冲击载荷下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结构参数优化设计的定量依据。

摘要: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。

摘要: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分析,采用25℃温度下20pm间隔的查找表进行实验。结果表明当内部温度为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；当外界温度为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激光器的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了参考。

摘要: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有限元分析分别对AlN,WCu10,SiC,石墨烯,以及CVD金刚石过渡热沉封装的蜗线型微盘腔半导体激光器进行了热特性分析,得到了器件工作时的温度分布以及热应力、热应变分布。结果显示,SiC封装器件的有源区温度较AlN和WCu10封装器件分别降低了2.18,3.078℃,并在五种过渡热沉封装器件中表现出最低的热应力,器件热应变最小。SiC过渡热沉封装可以有效降低微盘腔半导体激光器工作时的有源区温度,同时减少封装应力与器件应变,从而提高器件的散热能力和可靠性。计算结果对半导体激光器单管散热及阵列集成散热均有指导意义。

摘要:提出了一种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,结果显示器件实现了灵敏度为210mV/Pa、频率响应为100~3150Hz的声信号测量,能够很好地应用于语音识别、噪声测量、空气声探测等领域。

摘要:以聚偏氟乙烯(PVDF)作为触力传感器的敏感元件,通过控制变量的方法探究了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。通过对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。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,触力传感器的灵敏度达到0.527mV/N。

摘要:利用氢化物气相外延方法制备了Fe掺杂GaN单晶。材料发光特性随掺杂浓度、温度和激发功率的变化规律表明,位于蓝光波段的发光与掺杂的Fe离子有关。随着Fe掺杂浓度的增加,红外波段发光强度将被抑制,而蓝光波段发光强度显著增加。在较高位错密度样品中,相比于蓝光,红外发光强度显著增加。掺杂样品的光致激发光谱进一步说明了Fe离子相关的红外和蓝光发光能级跃迁特征及过程。结果表明GaN中的本征缺陷结构以及位错对Fe相关能级跃迁具有重要影响。

摘要:通过取点法得到了由Ingot法、BM法、S-MS法和Te-MS法制备的四种新型p型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te₃的变物性参数拟合公式,分析了温度对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。从热力学方面研究了制备工艺对基于新型热电材料的热电制冷器最大制冷系数的影响。结果表明:由Te-MS法制备的新型p型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te₃具有最大的优值系数,基于该材料的热电制冷器最大制冷系数可达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%和25.76%。

摘要:通过磁控溅射沉积以及高温热退火处理,在5.08cm(2inch)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分压对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138nm,在300~800nm波段透射率大于80%,最大光学带隙达5.12eV。最优的薄膜表面粗糙度达0.401nm,800nm波长处折射率为1.94。实验结果表明,降低氧分压有利于溅射粒子动能增大、数量增多,从而提升β-Ga₂O₃薄膜结晶质量、增加薄膜透射率和光学带隙；适当提高氧分压则有利于改善薄膜表面平整度,并提高致密度。

摘要: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能最优,在紫外-可见-红外波段具有较高的响应度。在365nm紫外光照射下,光电流最高可以达到7.8μA,其上升和下降时间分别为30和21ms。同时,通过计算得到其响应度和探测率分别为4.2×10-4A/W和1.02×10⁹Jones。

摘要: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,结果显示其可用频段为2.1~4.3GHz,相对带宽为68%。给出了天线反射系数、电压驻波比、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,实际测量与仿真结果基本一致。

摘要: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。该研究获得了孔径小于250μm、圆度大于0.95、锥度小于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。

摘要:为了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研究了微通道内类水滴状微结构的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100W/cm²,入口端流体速度为1m/s的条件下,设计了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,研究了微结构的高度对微通道散热性能的影响,得出当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%。

摘要: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。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5.06~5.37eV,溅射气压为1Pa时,制备的Ga₂O₃薄膜具有最大的光学带隙。在325nm激光激发下,400nm附近和525nm附近处出现与缺陷能级相关的发光峰。

摘要: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。

摘要:基于硅基片上微环谐振器,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,宽度为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系数可调谐,仿真得到的调节范围为a₀:1.5007×10¹⁰~1.5562×10¹⁰,b₀:4.5343×10⁹~5.6473×10⁹。同时,仿真实现了温度调节电控,分析了系数不同的微分方程的数值求解过程,并在归一化后与真实微分方程曲线进行了对比,误差不超过0.02。

摘要: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,对传统协同表示字典进行了改进,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,并在美国DARPA中的运动和静止目标获取与识别计划公开发布的SAR图像数据库上进行了验证实验。实验结果表明,相较于基于全部训练样本字典的核协同表示模型,基于自适应原子选择的核协同表示方法降低了干扰原子的不良影响,提高了对SAR目标识别的可靠性和鲁棒性。

摘要: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应用。文章针对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,以实现VGG19与CapsNet相级联,从而改善训练时过拟合的问题,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。实验结果表明,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,表情识别效果更优。

摘要: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、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为10-3时,SCLF(码长N=256,列表大小L=8)译码算法的增益比SC(N=256)译码算法提升了0.55dB；当BLER为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0.22dB；当BLER为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0.17dB。

摘要:针对宏微协同组网下小区间无线资源管理问题,文章提出一种大规模多入多出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。

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

摘要: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,将提取的图像特征输入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。

摘要: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,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为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。对Middlebury测试平台上标准图像对的实验结果表明,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。

摘要: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光电导偶极天线太赫兹波辐射功率和辐射强度的饱和效应。结果表明其主要原因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,对提高太赫兹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。

摘要: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:该算法的平均准确率为94.9%,平均处理时长为25.6ms/f,具有很好的实时性和鲁棒性。