摘要:采用光栅耦合结构的焦平面阵列(Focal Plane Array,FPA)在工艺上难以制备,反射耦合结构较为容易。为探究反射耦合结构是否可以在小尺寸范围内替代光栅耦合结构,文章使用FDTD电磁场仿真软件MEEP构建了光栅耦合结构和反射结构GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列三像元模。通过对器件内部光学串音进行仿真,验证了在逼近衍射极限时,采用全内反射结构的FPA在5~7μm和8.5~10μm之间的抗串音效果强于光栅耦合结构,而在6.5~8.5μm和10~12μm之间,光栅耦合结构的抗串音效果更好,在12~15μm范围内,两种结构的抗串音能力相当。针对15μm中心距全内反射结构量子阱FPA,探究了反射角度、刻蚀深度和量子阱周期对其串音的影响。

摘要:高灵敏度的有机光电探测器(OPD)具有从可见光到近红外(NIR)的宽带响应和优异的整体器件性能,在包括高质量生物成像在内的各种应用中起到了非常重要的作用。文章使用Silvaco TCAD模拟了一种活性层由宽带隙聚合物PBDTTT-C-T作为给体以及稠合八烷基小分子FOIC作为受体构成的混合物所制成的宽带有机光电探测器。模拟结果表明,器件的暗电流密度、外量子效益、可探测到的最低光强能力等各项指标达到了很好的水平,与实验数据吻合较好。由此,可认为模拟过程中所使用到的参数具有较好的可信度和使用价值,可以为同类型光电探测器的模拟与研究提供有益借鉴。

摘要:基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528nm(1660~2188nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。

摘要:面向高速光通信系统的应用,提出了一种全速率线性25Gb/s时钟数据恢复电路(Clock and Data Recovery Circuit,CDRC)。CDRC采用了混频器型线性鉴相器和自动锁频技术来实现全速率时钟提取和数据恢复。在设计中没有使用外部参考时钟。基于45nm CMOS工艺,该CDR电路从版图后仿真结果得到:恢复25Gb/s数据眼图的差分电压峰峰值V_pp和抖动峰峰值分别为1.3V和2.93ps；输出25GHz时钟的差分电压峰峰值V_pp和抖动峰峰值分别为1V和2.51ps,相位噪声为-93.6dBc/Hz@1MHz。该芯片面积为1.18×1.07mm²,在1V的电源电压下功耗为51.36mW。

摘要:为了适应第三代红外焦平面高密度、微型化发展方向,设计了一款大面阵小像元低功耗640×512-5μm InGaAs短波红外焦平面读出电路。重点研究了3T像素单元简易结构的性能,分析其对芯片暗电流、焦平面噪声的影响,实现了卷帘曝光工作方式、列级缓冲器动态工作以及四通道输出功能。利用可编程增益放大器,实现增益可调以及噪声抑制功能。基于0.18μm 3.3V标准CMOS工艺,在输入时钟频率为5MHz条件下,对小像素单元进行性能分析,阵列窗口进行四通道输出以及线性度仿真。结果表明,电容反馈跨阻放大器(CTIA)输入级偏压变化约30mV,工作帧频为54Hz,输出摆幅为1.7V,最大功耗小于150mW,线性度为99.987%。

摘要:RGB合波器作为激光扫描显示系统的关键性核心部件,其微小型化和高传输效率是应用于增强现实的必然要求。针对氮化硅、氮化镓、SU8三种可见光波段高透过率材料,对比研究了其波导的折射率差、色散曲线、单模条件,以及所构成的多模干涉型RGB波导合波器的尺寸、传输效率、光场分布。研究结果表明,氮化硅器件的各项性能介于氮化镓与SU8器件之间；氮化镓器件具有最大的芯层与包层折射率差,最小的单模截止尺寸,最短的器件长度(2000μm)；SU8器件具有最小的芯层与包层折射率差,最大的单模截止尺寸,但器件长度大于氮化镓,为3600μm。此外,氮化硅、氮化镓、SU8三种器件的RGB平均传输率分别为78%,55%和91%,可见SU8器件占有明显优势。未来,经过进一步优化设计的超紧凑氮化镓多模干涉型RGB波导合波器有望应用于激光扫描单片集成系统中,而具有良好柔性的SU8多模干涉型RGB波导合波器则在可形变系统中具有重要应用价值。这些器件为增强现实系统朝着微小型化和高传输效率的方向发展提供了技术基础。

摘要:通过设计基于金刚石微槽结构的复合热沉,利用不同材料的热导率差异改变热流传导方向,以优化垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)面阵由于温度分布不均匀导致的中心热量堆积的问题,从而改善激光器面阵整体的输出功率,提高可靠性。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型,研究了VCSEL面阵单元排布方式对激光器热串扰效应的影响,同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响,设计最优结构对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵,与传统金刚石热沉的封装结构相比,激光器发光单元的温度差值降低了29%,为大面积半导体激光器面阵的输出功率优化提供了新思路。

摘要:提出了一种基于M-Z结构的可调谐掺铒光纤随机激光器,并对随机激光输出过程、随机激光的波长可调谐输出以及随机激光的稳定性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将两个2×2光纤耦合器进行熔接,构成全光纤M-Z滤波结构。实验结果表明,激光器的阈值功率为120mW,调整可调谐衰减器改变增益损耗,实现波长可调谐输出,其中单波长输出分别为1554.4,1555.2和1556.3nm,信噪比达到31.65dB；双波长输出分别为1525.9,1556.2和1531.6,1556.2nm,信噪比优于21.92dB；三波长输出分别为1527.4,1546.9,1551.6和1526.9,1530.0,1549.8nm,信噪比优于20.10dB；四波长输出为1525.9,1530.1,1547.9和1552.3nm,信噪比优于18.95dB；其中单波长和双波长的功率波动分别优于1.65和1.99dB；激光器斜率效率为0.627%。

摘要:针对超导纳米线单光子探测器(SNSPD)应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换(TDC)单元和现场可编程门阵列(FPGA)单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55ps,测量数据呈线性,100ns以内时间精度低于36ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数(TCSPC)模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。

摘要:为研究磁控溅射的衬底温度、氧氩比、沉积时间和工作气体流量对混合相VOx薄膜电学性能的影响,采用正交实验法,设计了4因素4水平16组实验,实施实验并记录样品电阻温度系数(TCR)和方阻值,分析薄膜电学性能随不同因素不同水平的变化趋势；然后,结合均值和方差分析以及XPS分析,得到不同因素影响混合相VOx薄膜电学性能程度的大小依次为:工作气体流量,衬底温度,氧氩比,沉积时间。最后,得出制备混合相VOx薄膜的优选参数:溅射电流0.3A,衬底温度270℃,氧氩比2.8%,沉积时间20min,工作气体流量120cm³/min,测试结果显示,其TCR为-2.65%/K,方阻为1102.1kΩ/□。

摘要:开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90μm、表面质量高的硅微透镜阵列。

摘要:为实现光学元件磁流变高精度加工,基于脉冲迭代原理,提出基于粒子群算法的驻留时间优化方法。该方法在脉冲迭代法的基础上引入粒子群算法对整体面型残差进行优化,通过对整体驻留时间的判定,从而实现每个驻留时间点的最优选择,达到高精度面形加工。通过对Φ156mm光学表面仿真加工,均方根(RMS)值和峰谷(PV)值从初始的169.164和1161.69nm收敛到23.4925和807.2156nm。仿真结果表明,该算法能在保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,能有效降低中频误差,其算法性能优于常用的脉冲迭代法。该算法为磁流变抛光光学元件过程中的驻留时间计算提供了一种解决方案。

摘要:带有防离子反馈膜的微通道板是第三代微光像增强器件中的核心部件。文章阐述了防离子反馈膜的电子透过、离子阻止特性,利用Monte-Carlo模拟方法计算了氧化铍和三氧化二铝防离子反馈膜电子透过率和离子阻止率在不同条件下的变化曲线。模拟结果表明,氧化铍薄膜比三氧化二铝薄膜的电子透过特性好,而三氧化二铝薄膜比氧化铍薄膜的离子阻止本领好,证实了氧化铍作为防离子反馈膜的可行性。

摘要:针对非破坏性键合拉力试验拉钩位置偏离情况,分析了键合丝受力大小的影响因素,讨论了拉钩位置偏离对键合丝状态的影响情况,并设计了可靠性验证方案,通过试验对比,表明非破坏性键合拉力试验拉钩位置偏离对键合可靠性影响有限。

摘要:提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明:空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性地中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数(Re)为1300时,强化传热因子为1.5354,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。

摘要:在p型GaP表面制作Ag电极,并利用退火环境令金属和半导体的接触界面产生良好的欧姆接触。通过扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)以及X射线光电子能谱(XPS)的表征分析与对比,研究了不同退火环境对欧姆接触表面特性的影响。结果表明:退火时间过短,获得能量自由移动的原子移动面积小,不利于提高样品表面致密性；退火温度过高,欧姆接触表面的晶粒又容易发生球聚现象,造成样品表面的粗糙程度加剧。另外,在退火过程中,发生的相互扩散、形成化合物和合金相以及氧化反应也会对欧姆接触表面特性产生影响。其中,氧化反应较其他反应更为剧烈,对比接触电阻率的影响更大。因此,适宜的退火环境和有效控制氧化反应是增强欧姆接触性能的关键。

摘要:基于孪生网络的跟踪器受限于孪生网络跟踪框架固有的跟踪机制和搜索区域选择机制,当目标处在被遮挡、快速运动和出视野等困难场景下时,如何稳定、鲁棒地进行目标跟踪始终是孪生网络跟踪器亟需解决的问题。为此,文章提出一种结合光流的孪生区域提名网络目标跟踪算法(GOF-SiamRPN)。通过全局光流对目标的运动趋势信息进行补充,该方法可以有效地解决在这些困难场景下的跟踪问题。在VOT2019和UAV123上的实验结果表明,相比基准方法,该算法分别取得了2.0%和1.8%的性能提升。与其他先进的跟踪器相比,该算法也取得了有竞争力的跟踪效果。

摘要:道路消失点检测是高级驾驶辅助系统中盲区监测的重要组成部分。针对现有消失点检测方法所存在的准确度低、运算量大等问题,提出一种基于车载视频图像的道路消失点检测算法。该算法在Harris角点检测基础上优化得分函数检测出图像特征点,减少在跟踪阶段的运算量；通过金字塔光流法和帧差距离对运动特征点进行跟踪,在结束帧上准确获得各特征点的位置；对特征点去除离值点后,通过优化初始聚类中心的K-Means聚类算法,得到车载视频图像的道路消失点。最后将算法应用于各种车辆行驶场景进行测试,在较短运行时间内,能准确检测出车载视频图像中道路消失点,证明算法鲁棒性好、运算简单易实现。

摘要:针对现有极化码软输出译码器存在的高资源消耗与低资源效率,设计了一种快速低复杂度软取消(Fast Reduced Complexity Soft-Cancelation,Fast-RCSC)译码算法及其译码器硬件架构。Fast-RCSC算法对内部特殊结点进行完整计算,在减少译码周期的同时仍有较好译码性能。基于不同特殊结点公式之间存在相似性,进而通过对引入的特殊结点模块进行计算结果复用以及计算模块分时复用,减少特殊结点模块资源消耗。通过共用存储单元以及对不足存储单元数据宽度的数据进行合并,降低存储资源消耗。在华润上华(Central Semiconductor Manufacturing Corporation,CSMC)180nm工艺下综合结果表明,设计的译码器在码长为1024的情况下,面积为2.92mm²,资源效率为245.2Mbps/mm²,相比现有软输出译码器有不同程度的提升。

摘要:针对固态成像型头戴夜视系统大视场、轻量化需求,对双目头戴夜视系统进行了物镜和目镜光学系统及机械装配结构设计,选用高强型碳纤维环氧树脂作为夜视系统壳体材料,利用Solid Works仿真软件优化设计了一款夜视系统壳体结构,并对壳体在极寒和高热条件下的热稳定性进行了有限元分析。仿真实验结果表明,在-40和50℃两种极端温度情况下夜视系统壳体的热应力均小于材料的屈服强度,最大应变对光学系统成像质量、显示性能和机械结构造成的影响极为有限,从而验证了壳体结构良好的耐温性和可靠性。

摘要:为实时了解船闸人字门长期满负荷工作可能带来的结构安全问题,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感技术的人字门结构形变在线监测方法。通过对人字门结构进行建模与仿真,弄清门体整体受力分布情况；根据受力分布情况,在人字门上布置若干光纤光栅倾角传感器,实时动态监测门体各部位倾斜角度；将动态倾角变化量转化为结构形变量,建立门体拱度与各点形变量之间的映射关系。结果表明,光纤光栅倾角传感器具有良好的重复性,能够准确反映闸门开、关运行过程；所监测门体最大受力区域为门底枢止水附近,最大拱度在0.1°以内,最大形变量在7mm以内。

摘要:光学渐晕效应存在于大部分光学成像系统,严重影响成像质量。如何有效改善光学渐晕效应是航天光学遥感器设计的要点。采用辐射定标方法量化成像系统中光学渐晕效应的影响,并获得校正系数。采用多项式拟合方法对校正系数进行优化,拟合后校正系统减少约3个数量级,大大降低了对嵌入式系统存储资源的需求。通过多项式拟合方法有效减少了校正系数,对光学渐晕效应改善效果良好,校正前相机的非均匀性误差为13.2%,校正后非均匀性误差降至3.8%,满足一般成像系统对响应非均匀性的要求。该方法校正系数少,适合在基于FPGA处理器中实现,实时性强,资源占用少,具有工程实用价值。

摘要:电力电缆敷设不规范是导致绝缘故障的主要原因,影响电缆的安全运行。当前电缆敷设质量检测多采用人工接触式测量,主观性强、精度低,容易对敷设区域造成二次损伤。文章提出一种基于点云的隧道电缆敷设质量参数自动检测方法。首先在电缆敷设施工位置获取隧道电缆点云数据；之后基于隧道的结构特征分割出电缆点云；最后,基于颜色和形态特征从电缆点云中分割出敷设区域并自动测量敷设质量参数。所提出的电缆和敷设区域点云分割算法的平均精确度、召回率、F1分数均大于0.92,自动测量的4个敷设质量参数平均绝对误差均小于0.35mm。试验表明,该方法可以准确定位电缆敷设区域,并对敷设质量参数进行自动精准测量。

摘要:针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。

摘要:在航天产品的研发制造过程中,多余物控制至关重要,尤其是多余物状态识别的环节,其核心在于如何有效提取高噪声图像中的局部特征。现有方法尚未针对多余物场景进行有效建模,通用的视觉模型往往会对噪声进行过度拟合,而无法有效滤除噪声信号。为此,提出了一种可学习滤波感知机。该感知机通过采用一种可学习滤波器来替代繁琐的自注意力机制,用以学习空间位置的交互作用信息。随后,引入了频谱掩模用于频域分量特征的抽取,以学习不同频段内的重点信息。实验结果表明,该方法在多余物识别中取得了96.7%的准确率,优于基于卷积和自注意力的模型,并且具有更低的计算复杂度。

摘要:为实现微弱振动信号的实时、高精度解调,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的激光多普勒微弱振动检测及信号处理方法。采用全光纤结构的光学系统,振动信号处理系统则以FPGA为核心设计。改进相位解缠模块,在增大振动测量范围的同时,使其能适用于简谐振动与复杂振动。通过模拟振动实验验证了改进后相位解缠模块,且当振幅在80μm以内时,测量精度在5‰以内。通过对压电陶瓷实际振动目标测振实验,其频率测量误差在1Hz以内,振幅与频率的测量精度均在1%以内。实验验证了该振动信号处理方案对于扩大振动测量范围与实现高精度目标振动解调的有效性。

摘要:光伏容量的增加会导致系统出现小干扰稳定问题,广义短路比指标可反映多光伏馈入系统的小干扰稳定性。基于此,提出了在广义短路比约束条件下,多光伏馈入交流网络中任意节点的最大准入容量优化方法。首先,建立多光伏馈入系统的小干扰稳定性分析模型；其次,以未降阶拓展阻抗矩阵的形式表达广义短路比,考虑光伏接入网络中任意节点的情况,建立基于广义短路比约束的光伏最大准入容量优化模型,并采用改进的粒子群算法进行模型的求解。最后,通过仿真验证了该方法的正确性。