摘要:合适的夜视传感器对于飞行头盔的设计至关重要,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。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的主要技术指标要求,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。

摘要: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、便于加工且易与其他提高辐射功率的技术相结合的优点,其在成像、生物传感、通信和光电探测等领域有着重要的潜在应用价值。

摘要:n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器存在响应度低和响应范围广的问题,为了获得更好的紫外探测性能,设计了一种n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器。应用TCAD仿真软件模拟了n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器的光学和电学特性,模拟结果表明:n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器暗电流为10-15A,较n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器降低了一个数量级；ZnO/p-SiC探测器响应度高达0.41A/W,较n-ZnO/p-Si器件提高了156%,且n-ZnO/p-SiC紫外探测器仅对紫外光有响应,有效抑制了n-ZnO/p-Si紫外探测器对可见光的响应。

摘要: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(VB)达到3200V,与传统平面栅型VDMOS相比提升了305%,终端有效长度仅为26μm,表面电场最大值为1.21×10⁶V/cm,且分布相对均匀,终端稳定性和可靠性高。

摘要: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,并对其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3dB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2.63nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82nm,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-1.30nm/℃,级联光纤模态干涉仪后,其温度灵敏度提高到-18.19nm/℃,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。

摘要:压电陶瓷与空气之间的声阻抗差异巨大,导致声波在固-气介质间的能量传输效率低,研究匹配层特性对提升换能器能量传输效率具有重要意义。文章通过Leach模型仿真,研究了空气耦合超声换能器阻抗与瞬态响应,并搭建实验平台进行测试验证。仿真和实验结果表明,增加一层匹配层可将接收信号幅值增大约280%,增加两层匹配层可将接收信号幅值增大约363%。通过采用经声阻抗匹配后的换能器对碳纤维板缺陷进行检测,能明显检测出深度为0.5mm、直径为1mm凹槽缺陷的变化,验证了通过等效电路模型研究换能器匹配特性方法的有效性。

摘要:提出了一种Al₂O₃钝化结区的PIN探测器,与传统PIN探测器不同的是,在器件正面的pn结和背面的高低结处沉积了10nm厚的Al₂O₃薄膜。经TCAD仿真结果表明,该探测器具有更低的漏电流和保护环处的电子电流密度,能对高能粒子射线入射产生良好的响应。设计了两种探测器的制备步骤并制备了器件,通过薄膜少子寿命的表征、器件的暗态I-V测试和²⁴¹Am元素能谱测试对其进行了评估。测试结果表明,与传统的PIN探测器相比,Al₂O₃钝化结区的PIN探测器的少子寿命提升至1061μs,漏电流降低至5nA,能量分辨率提升至521eV,表现出更好的探测性能。

摘要:利用瞬态吸收光谱技术研究了蒽在甲苯溶液和PMMA薄膜及晶体中的瞬态吸收过程,发现当激发波长375nm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。在晶体状态下,S₁能级发生分裂,低于T₂能级,S₁-T₁能量差较大,系间窜越失效,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。

摘要: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。

摘要:硅通孔(TSV)三维封装因其独特工艺而受到广泛关注,然而其内部缺陷无法被直接观测成为目前的检测难题。为了对TSV三维封装内部缺陷进行检测,提出了一种基于激光主动激励的内部缺陷分类与量化方法。通过红外激光主动热源施加到TSV三维封装结构表面,激发TSV内部缺陷的外部温度分布响应,通过理论与仿真分析,掌握缺陷特征在主动激励下的表现规律；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%。

摘要:建立了非球面连续面型方形口径微透镜性能仿真模型,利用ZEMAX软件对10°视场、50μm周期、填充因子接近100%的磷化铟微透镜面型参数进行了优化设计。开发了衍射调制动态曝光与感应耦合等离子体刻蚀系统误差补偿方法制作出的磷化铟微透镜,其表面粗糙度小于2nm,面型数据与设计值相比误差小于1/4工作波长,达到完善成像水平。

摘要:设计了一种1∶1比例的半嵌入全介质超透镜,该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7.7μm)和3环(半径为13.5μm)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600nm、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1.1μm,聚焦效率达到68.28%。此外,还对650~490nm波段内的超透镜色散进行了分析,并得到了650~550nm波段内100nm带宽和550~490nm波段内60nm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。

摘要:钝化层膜系的选择及其工艺的优化对降低GaN基紫外探测器的漏电流和提升其可靠性是至关重要的。文章采用多种钝化层:等离子体增强化学气相沉积生长的Si₃N₄ (PECVD-Si₃N₄)、电感耦合等离子体化学气相沉积生长的Si₃N₄ (ICPCVD-Si₃N₄)和SiO₂ (ICPCVD-SiO₂)以及等离子原子层沉积生长的Al₂O₃ (PEALD-Al₂O₃),分别制备了GaN基金属-绝缘体-半导体(MIS)器件,并对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-Si₃N₄作为钝化层的GaN基MIS器件具有较低的漏电流；在双层PECVD-Si₃N₄钝化层中插入PEALD-Al₂O₃薄膜可以进一步降低界面态密度:平均界面态密度从3.94×10¹³eV-1·cm-2降低到3.52×10¹¹eV-1·cm-2。利用这种“三明治结构”钝化膜,制作p-i-n型GaN基紫外雪崩探测器,与单层膜系的探测器相比,在113V反向偏压下的暗电流从3.73×10-8A降至3.34×10-8A。

摘要: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。研究结果对研制寿命长而稳定的EBCMOS器件具有理论指导意义。

摘要:双有源层以迁移率高、开关比高、大面积均匀性好等优点成为近年研究热点。采用射频磁控溅射方法,制备了ZnSnO∶Li/ZnSnO 薄膜晶体管(TFT),对其电学特性进行了测试,并研究了器件迁移率提高的原因及其内在的微观机制。研究发现,ZTO∶Li/ZTO TFT表现出了良好的电学特性,其场效应迁移为率为13.98cm²/(V·s),亚阈值摆幅为0.84V/dec,开关比为1.13×10⁹。通过XPS对其薄膜进行分析发现,Li的引入导致薄膜中氧和金属结合键的浓度增加,氧空位浓度减少,从而使得TFT的迁移率增大,开关比增大,亚阈值摆幅减小。

摘要: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K和二次惩罚因子α,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,能更有效地保留信号中的有用信息。

摘要: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分别提高了10.57%,17.20%和19.45%。

摘要: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。文章将这种累加编码结构引入到QAM调制中,分析其性能。将卷积码+累加编码+QAM调制串行级联(SCAQAM)纠错方案与常规基于卷积码、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)系统进行比较,并进一步比较了SCAQAM系统的自然、格雷、反格雷星座映射方式。结果表明,在高阶QAM调制下,这种纠错结构具有极优异的误码性能。对于16QAM及64QAM调制,SCAQAM相对于另外几种纠错码结构的BICM-ID系统分别有约0.3和0.5dB的性能提升,只有卷积码与累加码结合才更具性能优势。并且SCAQAM将累加后的比特流以反格雷方式映射具有更优异的性能。

摘要: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。

摘要:提出了一种基于少模光纤的分布式温度传感系统,理论分析了少模光纤的布里渊散射谱和温度传感特性,将光纤末端产生的菲涅尔反射光作为探测光,搭建单端结构的布里渊光时域分析(BOTDA)系统,实现阶跃折射率两模光纤的温度传感测量。实验结果表明,阶跃两模光纤的布里渊频移与温度呈良好的线性关系,并在1km长光纤上实现了4.5m的空间分辨率、6.29℃的温度测量精度。

摘要: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,提出了基于深度学习算法的燃气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为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。

摘要: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0~5000με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为0.49pm/με,温度灵敏度为7.46pm/℃。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±50με,验证了系统的可行性。

摘要: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。

摘要:针对传统的桥梁裂缝检测方法效率低、主观性强,以及费时费力等缺点,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,改进算法能够有效检测出桥梁裂缝,且相比于EW,WOV,VE等算法,所提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。

摘要: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。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减小到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。