摘要:Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后介绍了基于热光效应的Fano共振调谐的研究进展,最后展望了硅基微环谐振器的Fano共振的发展及应用。

摘要:提出了一种由单模布拉格光栅和多模Fabry-Perot腔级联而成的温度和折射率双参量传感器。对多模光纤的末端采用氢氟酸进行腐蚀,在腐蚀后形成的凹陷处填充紫外胶,从而形成Fabry-Perot腔。Fabry-Perot腔和单模光纤布拉格光栅级联后,构成最终的传感结构。Fabry-Perot腔对温度和折射率敏感,而光纤布拉格光栅对温度敏感而对折射率不敏感。利用上述特性,采用灵敏度矩阵法可实现对温度和折射率的同时测量。实验结果表明,传感器的温度和折射率灵敏度分别为-0.4832nm/℃和-508.64pm/RIU。该传感器具有制作工艺简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高的优点,有很好的应用前景。

摘要:红外探测器在国防航天领域应用广泛,其低噪声读出电路是获得有用清晰红外图像的基础。当探测器工作在高背景微弱信号下时,常出现噪声扰动大,各元信号高低不平,部分信号无法读出的问题。针对国内航天工程应用需求,文章设计了一种低噪声的新型读出电路。该电路在传统CTIA的基础上,设计了自稳零技术和新型相关双采样电路,对噪声抑制表现出优良的作用。可应用于低温中波线列红外HgCdTe航天探测器的信号读出以及其他低温和常温探测器的信号读出,工作温度范围为77~300K。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了10×1线列读出电路后仿真验证与流片,结果表明,与传统CTIA电路对比,输出噪声下降44.7%,总输出噪声仅为72.1μV。

摘要:基于阻抗匹配理论(IMT)和多层局域表面等离子体共振(LSPR)耦合效应,设计了一种多层石墨烯-黑磷可调谐各向异性吸收器。通过采用时域有限差分法(FDTD)进行模拟仿真计算分析发现,TE偏振下,吸收器在波长20.8~45.34μm范围内可实现94%的宽带平均吸收；TM偏振下,在波长16.6~44.6μm范围内可以实现96.3%的宽带平均吸收,呈现出一定程度的各向异性吸收特性。此外,通过调整石墨烯-黑磷块的宽度,可以调节吸收带宽。同时,动态调节石墨烯的费米能级或黑磷的电子掺杂浓度也能够调节吸收带宽和平均吸收率。该研究成果对动态可调谐红外能量采集、偏振选择性吸收和红外伪装领域具有理论指导意义。

摘要:建立了铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池结构模型,利用SCAPS模拟计算得到CIGS薄膜太阳能电池的载流子生成率、能带排列、电场强度等,研究了CIGS薄膜太阳能电池吸收层的Ga组分含量、不同共蒸法制备的电池吸收层缺陷密度、吸收层厚度、掺杂浓度对电池输出性能的影响。结果表明,单步共蒸法制备的电池中CIGS/CdS异质结“尖峰状”的能带排列有利于载流子传输；当Ga组分含量在30%时,太阳能电池的输出性能优异。三步共蒸法制备的电池吸收层缺陷密度进一步降低,可提升电池的输出性能。吸收层厚度为2.0μm厚的电池吸收层即可吸收大部分的光子,继续增加吸收层厚度会导致短路电流密度降低。增大吸收层掺杂浓度,提高了光生电动势、增大了开路电压,但CIGS/CdS异质结界面处势垒下降,载流子复合率上升,导致短路电流密度下降。优化CIGS薄膜太阳能电池参数后,利用SCAPS模拟得到其转换效率达到了27.67%。

摘要:设计并优化了一种基于4H-SiC的1000V垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS),在留有50%的裕度后,通过Silvaco仿真软件详细研究了器件各项参数与耐压特性之间的关系。经优化,器件的阈值电压为2.3V,击穿电压达1525V,相较于相同耐压条件下的Si基VDMOS,4H-SiC VDMOS的击穿电压提升了12%。此外,击穿时4H-SiC VDMOS表面电场分布相对均匀,最大值为3.4×10⁶V/cm。终端有效长度为15μm,约为Si基VDMOS的6%,总体面积减小了近1/10。并且4H-SiC VDMOS结构简单,与相同耐压条件下的Si基VDMOS相比,未增加额外的工艺步骤,易于实现。

摘要:光电振荡器具有输出信号相位噪声低、频率可调的优点,已成为军民应用领域的研究热点。然而,目前光电振荡器存在输出信号频率不稳定的核心问题,这限制了其在工程中的应用和推广。基于此,文章研究了光电振荡器频率漂移机理,提出了一种基于光电混合反馈控制的光电振荡器频率稳定方法,该方法在保证光电振荡器低相噪的情况下可同时实现光电振荡器特定振荡频率的稳定输出。实验测试得到光电振荡器的稳定度达到了5.6×10-12/天,这可以满足工程中对频率稳定的应用需求。

摘要:为了解决CCD与CMOS工艺兼容性低、互连集成制作难度大,以及芯片间接口匹配和高性能兼备等问题,对CCD器件拓扑结构与像元、CMOS读出电路、三维异质互连集成及高密度引脚封装等技术进行研究,提出了一种1024×256阵列规模的集成式CCD-CMOS图像传感器。该器件实现了CCD信号的高精度数字化处理、高速输出及多芯粒的技术融合,填补了国内CCD-CMOS三维集成技术空白。测试结果表明:集成CCD-CMOS器件的光响应和成像功能正常,双边成像效果良好,图像无黑条和坏列,互连连通率(99.9%)满足三维集成要求,实现了集成式探测器件的大满阱高灵敏度成像(满阱电子数达165.28ke-、峰值量子效率达86.1%)、高精度数字化(12bit)和高速输出(行频率达100.85kHz),满足集成化、数字化、小型化的多光谱探测成像系统要求。

摘要:设计了一款中、长波双色应用的数字化红外焦平面读出电路。由于双色红外焦平面器件在注入电流及动态输出阻抗上存在着数量级的差异,同时双波段均要求高灵敏度,因此读出电路需要在有限像元面积内实现双输入级的结构设计和大动态范围。电路采用基于直接注入型输入级的脉冲频率调制结构,设计电荷复位单元代替传统电压复位结构,可降低可探测的电荷分辨率,并改善由复位遗失电荷带来的非线性影响,同时电路设计了20bit混合结构的计数器,满足电路大电荷容量和低功耗的要求。仿真结果表明,实现的最小电荷分辨率为692e-,对应电荷容量为7.2×10⁸e-,双波段探测线性度均高于99.8%,在中、长波典型应用情况下功耗分别为3.03,6.66μW。

摘要:提出了一种基于LTCC陶瓷基板的自封焊小型化光电探测模块,通过LTCC内埋电阻发热快速实现器件的密封。该模块不仅可以支持内部集成多种功能的光电芯片,还可与外部单元实现平面化、表贴式贴装,大幅提升模块安装适配性与可靠性。通过测试,模块在18GHz频率范围内具有高响应度与高平坦度,在体积上相较分立器件缩小了一个数量级,同时模块成本预计可降低一半以上,在机载、星载、弹载等平台的宽带相控阵系统中具有广阔的应用前景。

摘要:光波导表面等离激元共振(SPR)传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。文章设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)脊型波导SPR传感器,并对其关键参数进行了优化。结果表明,该敏感单元在待测液折射率为1.33~1.45的范围内能够稳定工作,在高折射率检测区,传感器展现出了高达10220nm/RIU的灵敏度和173RIU-1的高品质因数。

摘要:为提升InGaN基可见光探测器性能,制作并测试了基于GaN/InGaN MQWs外延材料的单边凹槽叉指电极MSM结构蓝光光电二极管。凹槽电极器件的I-V特性测试结果显示,相较于传统平面电极器件,随着偏压增加,器件暗电流越小且越趋于平缓,而光电流越大；光谱响应率测试显示,器件截止带边都位于490nm附近,凹槽电极器件带边处拒绝比高于平面电极器件1个量级。当偏压为5V时,凹槽电极器件响应率为0.0346A/W@480nm,对应外量子效率为8.94%,高于平面电极器件。器件性能提升的原因是单边凹槽电极结构有效改善了内建电场的分布,从而抑制了表面传导漏电流,使得器件暗电流更小且更有利于电极收集光生载流子,提升了响应率。

摘要:六方氮化硼是一种中子敏感材料。介绍了使用低压气相化学沉积在1673K下以大约20μm/h的生长速率制备了高质量203μm厚的六方氮化硼。在氮化硼的两侧沉积厚度为100nm的金电极,制备了垂直结构的六方氮化硼中子探测器。该器件的电学性质表明制备的六方氮化硼材料的迁移率寿命的乘积(μτ)为2.8×10-6cm²/V,电阻率为1.5×10¹⁴Ω·cm。在850V电压下,该探测器对热中子的探测效率为34.5%,电荷收集效率为60%。

摘要:分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co₃O₄种子层和Co₃O₄薄膜,再在Co₃O₄薄膜上水热生长Fe₂O₃纳米棒,获得了高质量的Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料。通过改变Fe₂O₃前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe₂O₃组分的含量。结果表明,Fe₂O₃纳米棒覆盖在呈网状结构的Co₃O₄薄膜上,随着Fe₂O₃前驱体溶液浓度即Fe₂O₃组分含量的增加,Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe₂O₃前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10¹⁰Jones)。

摘要:针对工作在含内热源密闭空间的空冷和热管式两级热电制冷装置,分别建立了瞬态性能计算模型,得到了制冷空间温度、模块两端温差,以及制冷系数随时间的变化规律；对比两种散热方式对装置特性的影响；分析了工作电流和热电偶热冷两级面积比,对温度、耗时和制冷系数的影响。结果表明:当元件功率为6W时,空冷和热管式制冷器温度分别比无热源时升高了8.28和7.86℃,热管式的制冷温度比空冷式低1.85℃,制冷系数比空冷式高12.12%。

摘要:介绍了石英玻璃刻蚀浅锥孔的制备方法。通过紫外接触式光刻系统在石英玻璃上形成光刻胶浅锥孔阵列图案,用电感耦合反应离子刻蚀机(ICP-RIE)进行刻蚀。研究了光刻参数和蚀刻参数(气体流量、气体成分、腔压、ICP功率和偏置功率)对石英玻璃的刻蚀性能、表面轮廓、蚀刻速率和侧壁倾角的影响。结果表明:刻蚀气体种类对石英浅锥孔阵列刻蚀效果有显著影响,CF₄和Ar的组合气体所刻蚀的石英锥孔阵列的效果最佳,随着CF₄气体流量比的增加,石英刻蚀倾角先降低后又小幅增加,当刻蚀气体(CF₄∶Ar)流量比在5∶3时,石英刻蚀速率为0.154μm/min,光刻胶刻蚀速率为0.12μm/min,得到的石英浅锥孔倾角最倾斜。在其他刻蚀参数一定的情况下,ICP功率由600W升高至800W,石英刻蚀速率大幅降低,聚合物的沉积成为刻蚀工艺的主导；刻蚀石英的粗糙度R_q随着ICP功率的降低明显增加；RF功率升高时刻蚀石英的速率增加,R_q值增加后又降低,当RF功率升高至200W时,光刻胶发生碳化现象。可为石英玻璃微器件的制备提供工艺参考。

摘要:钙钛矿微纳结构双光子荧光在高分辨成像、光电转换等领域应用广泛,其中增强双光子荧光发射强度是提高器件性能的关键。与电介质基底相比,置于贵金属薄膜上的微纳结构由于等离激元的激发作用,能够有效增强线性及非线性光学响应。基于此,提出了在金膜上自组装CsPbBr₃纳米晶超晶格结构,与玻璃基底上样品相比,金膜上超晶格结构内部形成了更强的局域场增强。实验结果表明,其线性光致发光强度提高了约100%,而双光子发光强度得到了约16倍的显著提升。进一步通过改变泵浦光偏振方向可见,这种超晶格的双光子发射具有偏振依赖性,偏振角度在0°~360°范围内呈现四重对称性。研究结果表明,金膜上CsPbBr₃纳米晶超晶格是一种有效增强双光子发射的体系,这为构建高性能微纳非线性光子器件提供了新的可能性和优化思路。

摘要:针对动态环境下基于接收信号强度的传统可见光定位方法定位精度低、稳定性差等问题,提出一种基于接收信号强度比的改进北方苍鹰算法(NGO)优化Elman神经网络(RNGO-Elman)的室内可见光定位系统。提出选择一个辅助参考点,将待测参考点与辅助参考点的接收信号强度比值和接收机的真实位置作为训练集数据,建立不受动态环境影响的指纹数据库。针对NGO算法收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,利用折射反向学习策略初始化种群,增加种群多样性,引入非线性权重因子来加快收敛速度,避免陷入局部最优。使用优化后的NGO算法来优化Elman神经网络的初始权值和阈值,构建RNGO-Elman动态定位预测模型。仿真结果表明,在4m×4m×3m的实验空间下,优化后的RNGO-Elman定位模型平均定位误差为1.34cm,定位精度相较于Elman定位算法、NGO-Elman定位算法分别提高了82%,21%。在LED发射功率波动时,基于RSSR的RNGO-Elman定位误差为1.29cm,1.38cm。所提可见光定位方法具有定位精度高、定位性能稳定等优点。

摘要:单像素成像为突破经典成像中像素数量的限制提供了方法,但要实现良好稳定性和准确性的相位成像仍然是一个挑战。基于现有的单像素成像框架,提出了一种无需干涉测量与相位迭代算法的单像素相位成像方法。通过傅里叶频谱零级强度测量发现,该方法实现了相位成像。实验结果表明,相位成像的重复精度为0.12%,误差为4.1%,证明了该方法具有良好的稳定性和准确性,对单像素成像的进一步发展和经典相位成像的突破创新均具有一定的借鉴意义。

摘要:针对短波红外焦平面探测器高灵敏度、大动态范围的发展需求,设计了一款新型的红外焦平面异形读出电路。传统的像元只使用一种输入级,难以兼顾高灵敏度和大动态范围,而在该设计中包含的组合像元使用了CTIA和大动态范围两种输入级,兼顾了其优点。具体布局为每2×2个CTIA输入级模块阵列中间,含有1个直接注入模式/对数模式可切换的大动态范围输入级模块。工作模式有两种,第一种为CTIA输入级模块和直接注入模式的大动态范围输入级模块同时工作；第二种为CTIA输入级模块和对数模式的大动态范围输入级模块同时工作。基于0.18μm 3.3V标准CMOS工艺,绘制了CTIA输入级阵列规模为320×256,像元中心距为15μm的异形电路像元阵列版图。仿真结果表明,异形电路像元通过小积分电容实现了高灵敏度,通过对数光响应输出实现了大动态范围。

摘要:基于CPU及GPU的卷积神经网络平台存在体积大、能耗高等问题,提出了一种基于Zynq平台的卷积神经网络人脸检测加速系统。该系统采用YOLOv3-Tiny算法,并利用Wider Face人脸数据集进行训练。为提高网络效率,采用层融合技术减小网络深度,加快检测速度；同时,采用8位整数量化策略,以降低内存访问量,减少资源消耗。通过利用ZynqXC7Z035芯片上FPGA端并行计算能力,设计出可重复利用的多通道卷积计算模块,实现DSP的重复递用。实验结果显示,所设计的加速系统实现了9.5FPS的实时推理速度,检测速度是intel i7-8700CPU的7.9倍,系统功耗仅为2.65W,满足低功耗的性能需求。

摘要:为了解决低压台区线损计算在理论上因线路复杂、用户众多以及数据获取困难等带来计算难度与精度不足的问题,提出了一种结合改进K-Means⁺⁺算法与Elman神经网络的创新计算方法。深入分析了低压台区线损的决定因素,并依据相关性分析构建了线损的关键特征指标集。采纳主成分分析方法实施数据降维,简化数据结构。通过改进的K-Means⁺⁺算法对数据集进行有效聚类,优化模型训练过程。同时,整合粒子群优化算法进一步提升Elman神经网络的性能。通过对实际数据进行仿真验证,结果证实所提出的方法在训练效率和计算精度方面表现优异。

摘要:为解决置换索引的差分混沌移位键控(PI-DCSK)通信系统存在能量效率低的问题,结合短参考技术,提出了一种M进制短参考置换索引的差分混沌移位键控(SR-PI-DCSK)系统。该系统将参考时隙的混沌序列缩短至小于半个符号周期,信息时隙将参考时隙的置换排列副本进行复制并拼接P次,在不增加PI-DCSK系统结构复杂度及维持相同的恢复比特信息所需能量的情况下,可以有效提高系统能量效率,同时提升系统的误比特率(BER)。然后,分析了SR-PI-DCSK 系统的能量效率,推导了其在多径瑞利衰落信道环境下的BER表达式,使用蒙特-卡罗模拟仿真验证了该理论推导的正确性。仿真结果表明,在同一条件下,所提出的系统与PI-DCSK系统相比具有更好的性能增益,这能为下一代物联网短距离通信应用提供一种混沌调制方案。

摘要:针对传统的语义分割技术对于沥青道路裂缝的检测存在检测精度低、误差大的问题,提出了一个基于改进DeepLabv3+网络的语义分割方法。该方法在编码器阶段,采用轻量级MobileNetv2取代DeepLabv3+的主干网络Xception,从而减少参数量；在解码器阶段,引入双注意力机制以进一步提高网络的分割精度；使用Dice Loss函数与原始交叉熵损失函数混合,以缓解样本中前景和背景不平衡问题。最后以道路实时检测的数据为对象进行了大量的实验,结果表明,该方法与原始DeepLabv3+相比,平均交并比(mIoU)、平均像素精度(mPA)分别提升了8.98%和17.39%。与其他主流语义分割模型相比,改进后的DeepLabv3+在沥青道路裂缝的检测上也取得了较好的效果。

摘要:针对无人机航拍图像背景复杂、小目标占比高且分布不均导致的现有算法精度不佳等问题,提出了一种面向无人机航拍图像的多尺度目标检测网络VTO-YOLOv8。首先,采用WIoU v3作为边界框回归损失函数,并使用明智的梯度分配策略,这一策略将使网络更加关注普通质量样本,从而提高其定位能力；其次,设计四层T-BiFPN结构,加强浅层特征和深层特征的融合；此外,设计C2f-DBB多分支模块,在不增加计算量的前提下,提升检测性能；同时,使用聚焦调制模块,加强不同尺度信息的交互。实验结果表明,网络在Visdrone2019数据集上相较基准模型在mAP50和mAP指标上分别提高了9.0%和5.9%,同时参数降低了22.6%,可更好地应用于无人机航拍目标检测中。

摘要:裂缝是一种常见的路面损坏形式,及时、准确地检测和评估路面裂缝的状态,对于路况监测和养护决策具有重要的意义。文章提出了一种基于图像处理的路面裂缝特征提取方法,首先,对分割得到的路面二值图像进行连通域分析,利用裂缝区域和干扰区域之间的特征差异,筛选出真正代表裂缝的连通域；然后,采用改进的快速并行细化算法提取出裂缝骨架,以端点所在分支的长度为标准来去除骨架中的毛刺,针对骨架断裂和向内缩短的问题,通过端点方向以及端点间距离来进行骨架的连接和生长。实验结果表明,该方法能够有效去除分割结果中的干扰区域,提取出清晰完整且无毛刺的裂缝单一像素骨架,较好地反映了裂缝的主要结构和形态特征。