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

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

摘要:针对三维激光雷达的应用场景对雪崩光电二极管(APD)焦平面的性能要求,研究并制备了一种2×128硅基线性模式APD焦平面组件,它由硅基APD焦平面阵列、读出电路和制冷封装管壳组成。APD像元采用拉通型结构,通过大尺寸微透镜实现了高填充因子,通过隔离环掺杂实现了串扰抑制。通过离子注入工艺实现了击穿电压和响应电流的均匀性。设计大带宽低噪声跨阻放大电路、高精度计时电路,实现了窄脉宽、高灵敏度探测。采用气密性封装,实现了APD焦平面制冷一体化封装,制冷温差在40K以上。测试结果表明,焦平面的探测阈值光功率可达3.24nW,响应非均匀性为3.8%,串扰为0.14%,最小时间分辨率可达0.25ns,实现了强度信息与时间信息同时输出的功能。

摘要:采用水基溶液法制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT),研究了在有无紫外光辅助退火条件下,不同后退火温度(270,300,330,360和400℃)对IGZO-TFT器件电学性能的影响。研究发现,IGZO-TFT在后退火温度为360℃时器件电学性能最佳,从而证明了水基溶液法在小于400℃的低温下可以制备IGZO-TFT。同时,研究表明,在后退火温度为360℃时,与无紫外光辅助退火IGZO-TFT相比,经紫外光辅助退火IGZO-TFT的饱和迁移率从1.19cm²/Vs增加到1.62cm²/Vs,正栅偏压偏移量从8.7V降低至4.6V,负栅偏压偏移量从-9.7V降低至-4.4V,从而证明了紫外光辅助退火对IGZO薄膜具有激活与钝化作用,可以优化IGZO-TFT器件的电学性能。

摘要:针对CMOS图像传感器高精度和低功耗的需求,设计了一种14位列级模数转换器(ADC)。在传统斜坡式模数转换器(RAMP ADC)架构基础上,采用了3位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)与11位RAMP ADC相结合的两步式结构,有效缩短了量化时间。RAMP ADC部分采用高低时钟的计数方法,可显著降低计数区间内的功耗。同时,提出了RAMP-SAR-RAMP切换的相关双采样逻辑,可进一步减少静态随机存取存储器(SRAM)数量,从而缩小版图面积。采用0.18μm标准CMOS工艺进行仿真,结果表明:在600MHz时钟、单沿计数的工作模式下,ADC量化时间为9.32μs,在1.8V数字电源电压下,计数区间内功耗均值为8.51μW。

摘要:提出了一种基于对称悬臂梁的小型化低频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式；然后对传感器进行结构参数优化,采用ANSYS Workbench对传感器进行静应力与模态分析；最后根据分析结果制作传感器,并实验研究了传感器的幅频响应、灵敏度特性、横向抗干扰能力和冲击响应。结果表明,该传感器固有频率为72Hz,灵敏度为681.7pm/g,抗横向干扰度小于4.9%,且体积仅为6.48cm³,可用于50Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。

摘要:以方环单极子天线为基础,设计了一种太赫兹频段超宽带圆极化微带阵列天线。提出的新型低剖面环形天线单元由C型结构和改进后的接地结构组成,实现了天线表面电流不对称流动以及电流的最优纵横比,辐射圆极化波；采用2×4天线阵列不仅提高了天线增益,而且增强了其方向特性。仿真结果表明,该阵列天线的阻抗带宽为67.42%(193.86~391.02GHz),圆极化轴比带宽可完全包含该频段,且在该频段内峰值增益为15dBi,在太赫兹通信设备中具有广阔的应用前景。

摘要:提出并制备了一种基于游标效应的高灵敏度光纤马赫-曾德尔应变传感器。该传感器由两个自由光谱范围相近的马赫-曾德尔干涉仪并联构成。其中单个马赫-曾德尔干涉仪是由一段无芯光纤和一段少模光纤拼接在两根单模光纤之间制成的。两个马赫-曾德尔干涉仪的自由光谱范围相近而不相等,并联叠加后产生游标效应,达到增敏的效果。实验结果表明,在0~166.667με的应变范围内,单个干涉仪的应变灵敏度为-1.90pm/με,两个干涉仪并联叠加谱包络的应变灵敏度为12.06pm/με。该传感系统采用并联方式实现游标效应,具有制作简单、灵活性高、灵敏度高等优点,可广泛应用于精密测量领域。

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

摘要: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PIn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系统中的超辐射光源。文章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PIn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。研究结果可为制造光学相干层析扫描系统的超辐射发光二极管提供一定的理论基础。

摘要: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。利用波长为1.064μm、重频为10Hz、脉宽为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1.78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,即熔融形成的凹坑。此外,在平顶激光测试下,观察到损伤区域边缘颜色变化。

摘要:采用化学气相沉积(CVD)方法进行碳化硅(4H-SiC)同质外延生长,生长过程中温场分布是决定外延层质量的关键因素。对CVD系统的温场分布进行了仿真研究,并采用无偏角4H-SiC衬底进行同质外延生长实验验证。结果表明,无偏角4H-SiC外延层中的3C-SiC多型体夹杂与生长室温场分布密切相关。实验数据验证了仿真结果,两者的温度分布具有高度一致性,这也证明了仿真数据的有效性。

摘要: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。

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

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

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

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

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

摘要: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。

摘要: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。

摘要: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,提出了一种三级脉冲整形方案。首先,利用色散补偿光纤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和色散位移光纤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。

摘要:针对现有单人姿态估计网络结果缺乏可靠性评估和鲁棒性保障等问题,提出了一种基于偶然不确定性的测试时增强方法。该方法首先利用随机并行的数据增强和模型推理得到多样化输出,随后通过计算该输出的偶然不确定性得到其可靠性评估,最后根据可靠性将该输出及其不确定性进行加权融合以得到更准确鲁棒的结果及其评估。在MPII数据集上的实验表明,该算法可即插即用地应用于任意现有单人姿态估计网络,从而得到更精确鲁棒的结果及其不确定性评估。

摘要:传统的星载变频通道存在易受电磁干扰、动态范围受限、带宽瓶颈等不足,将微波光子技术引入卫星通信系统中,可克服电域信号变频的局限性,提升星载变频通道的性能。文章提出了一种基于并联马赫-增德尔调制器(MZM)与相干接收的宽带微波光子变频技术, 通过采用相干接收方法,能够实现较好的共模噪声抑制,并降低谐波失真的影响,同时结合抑制载波调制方式所带来的优势,有效改善了变频无杂散动态范围等指标。通过实验验证,其杂散抑制比优于60dB,无杂散动态范围优于100dB·Hz2/3,为新型星载微波光子变频方案设计、实际应用提供了必要的理论依据与技术支撑。

摘要:为了提高光网络对大规模、差异化电力业务的资源分配能力,降低大规模业务的算法训练时间,提出了一种基于多智能体深度确定性策略梯度算法的智能电网光网络资源分配方案。该方案考虑大规模和差异化电力业务,将智能电网光网络建模成多智能体系统,以最大化电网公司收益为目标,建立了智能电网光核心网络切片模型,进行网络资源分配优化,并采用条件判断映射,简化了优化问题。同时,把不同业务部署到不同智能体中进行运算,以降低训练时间,满足网络实时性需求。仿真结果表明,该算法具有更大的奖励、更低的成本、时延和训练时间。

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

摘要: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,提出了一种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。

摘要:在激光雷达的水下目标探测中,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。文章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。

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