摘要:设计了一种单模-空芯-单模光纤微结构应变传感器,利用光束传播法进行仿真分析,建立了波长-应变关系模型,并对其应变特性、温度特性进行实验研究。实验结果表明,在0~340με范围内的拉伸应变灵敏度和-340~0με范围内的压缩应变灵敏度分别高达-4.19和-4.26pm/με,线性度分别为0.9971和0.9981；在20~70℃范围内的温度灵敏度为9.6pm/℃,线性度达到0.9909。该传感器制作简单且具有较高的应变灵敏度,可以实现应变测量。

摘要:提出了一种基于耦合多芯少模光纤(FM-MCF)光斑检测的光纤扰动传感器结构,并进行了实验验证。该传感器采用“单模光纤-多模光纤(MMF)-多芯少模光纤”的级联光纤结构,单模激光经过MMF进行光场发散后,FM-MCF中的7个芯子都能被照亮,因此在FM-MCF的末端可以用相机接收到具有7个子光斑的光斑图像。实验中在FM-MCF不同位置处施加扰动并同时采集光斑,之后基于神经网络对变化的光斑图样进行处理以实现扰动位置分类。基于FM-MCF芯内强耦合、芯间弱耦合的特性,利用该光纤结构以3cm的空间分辨率实现了对15个扰动位置的99.46%的高精度分类,远高于仅采用MMF通过光斑检测进行扰动定位的结果。也测试了FM-MCF传感器同时检测扰动位置和强度的能力,识别分类准确率均接近100%。实验结果表明,所提出的传感器具有成本低、结构简单、易于解调和高精度的优点。

摘要:大视场角透镜是成像系统的重要组成部分。为实现大视场成像效果,传统光学中需要由多个镜片组成的透镜组来纠正不同入射光角度带来的像差,从而在整个视场范围内获得无畸变的清晰图像。文章设计并制造了一种近红外超透镜,由分布在衬底两侧的单层超表面和金属光阑组成。该器件能够有效抑制像差,在940nm波长下实现120°的广角成像。实验结果证明所制造的器件在设计的视场角范围内具有良好的聚焦性能,平均实验聚焦效率为45%。

摘要:针对谐振式光纤陀螺受背向散射噪声影响严重的问题,在优化三角波调制解调参数的基础上,提出了一种基于暂态过程优化的噪声抑制方法。该方法通过部分采样和均值滤波,在不改变陀螺光、电硬件配置的前提下,优化了三角波调制时存在的暂态过程现象,提高背向散射噪声的抑制比,改善解调曲线工作区的线性度。搭建样机并进行实验后,结果表明,基于暂态过程优化的噪声抑制方法能将暂态过程的占空比由64.3%降低至12.1%,解调后背向散射噪声的抑制比达到46.8%,且解调曲线工作区线性度达99.6%。可见,基于暂态过程优化的方法能有效提高谐振式光纤陀螺背向散射噪声的抑制能力,并改善解调曲线工作区的线性度。

摘要:传统的片上全局斜坡发生器电路容易受工艺、电压和温度(PVT)的影响,导致斜坡信号易失真、线性度差；由于寄生电容的影响,片外校准的难度较大。提出了一种可以抗PVT变化,实现自适应校准斜率的斜坡发生器,采用逐次逼近算法细调和定步长搜索法微调相结合的方式,实现对斜坡的两点校正。斜坡校准电路包括电阻型DAC、电流型DAC、逻辑控制、动态比较器等模块。仿真结果表明,自适应斜坡发生器的平均校准周期约为1.143ms,校准后斜坡微分非线性为+0.00207/-0.00115LSB,积分非线性为+0.6755/-0.3887LSB,在不同PVT条件下校准电压误差小于1.5LSB,平均功耗仅为1.155mW,与传统斜坡发生器相比具有精度高、功耗低的优点。

摘要:设计了一款针对线性模式碲镉汞APD的高速成像读出电路。像元内基于三级推挽放大器级联的电阻反馈跨导放大器(RTIA),实现了光电流的实时线性转换,并利用工作于亚阈值区的MOS管作为反馈电阻实现跨阻增益可调；利用电容补偿法对RTIA的相位裕度进行优化,解决了低增益下的输出振荡现象。结果显示,像元内RTIA跨阻增益可调范围达100~140dB,增益带宽积可达10¹⁴数量级,像元电路输出延时低于1.8ns。设计了像素外的飞行时间测量电路,采用两段式时间数字转换器分别进行飞行时间的大范围粗量化和高精度细量化,测量范围可达1530m,测量精度为106.5cm,线性度高于99.99%。

摘要:nm半导体激光器在高能激光系统种子源、空间激光雷达等领域具有广泛的应用,受限于砷化镓体系InGaAs量子阱材料大应力,在1060nm波段激光器外延生长缺陷密度较高,且由于目前该波段激光器结构设计普遍采用窄波导结构,腔内损耗和非辐射复合水平较高,激光器斜率效率较低,高温特性较差。传统InGaAs压应变量子阱势垒高度较低加剧了激光器的高温特性劣化。文章通过优化激光器外延生长条件并采用应变补偿量子阱结构和厚N包层结构,精确控制材料应力和势垒高度,降低腔内损耗,减小远场发散角,研制出了一种高性能1060nm单模半导体激光器,斜率效率在85℃时依然超过0.9W/A。此外,通过引入分布式反馈激光器悬浮掩埋光栅结构实现了激光器波长锁定,斜率效率超过0.7W/A。

摘要:针对弹药热安全检测中压力检测的需求,设计了一种基于光纤光栅的高温压力传感器。通过深入研究传感构型的弹性形变对光纤光栅输出信号波长的影响和作用机制,设计了传感器封装模型结构,并对其内部参数进行了优化设计。应用有限元建立了传感器封装结构的三维立体模型,通过对模型施加10 MPa载荷,实现了模型的受压仿真,仿真结果验证了传感器压力转换结构设计的合理性。同时以薄板小挠度变形理论为基础,计算出传感器的理论压力灵敏度,设计了传感器的温度补偿方式,进行了不同温度环境下的压力校准实验,得出了传感器在不同温度的压力灵敏度变化趋势,证明了该传感器在100~450℃环境压力测量以及温度补偿方法的有效性。

摘要:针对高速目标的高精度探测及辐射环境的应用要求,为解决全局与滚动曝光模式兼容难度大、灵敏度和动态低、帧速不高、抗辐照水平低等问题,对CMOS图像传感器架构、像素结构、列并行高精度数字化、高速读出、抗辐照加固等技术进行研究。基于单边列并行DDS、多模兼容的架构方案,设计了一款7.5μm×7.5μm,2048×2048可见光CMOS图像传感器,采用双增益像素结构、高帧速数字化读出、多通道可选输出、像素和电路抗辐照加固等方法,实现了全局与滚动曝光兼容、高灵敏度高动态成像、高精度数字化和高速输出、抗辐照加固等技术验证,填补了国内多模曝光兼容抗辐照CMOS图像传感技术研究空白。测试结果表明:器件功能正常,成像效果良好,动态范围、满阱电荷、灵敏度、帧速、抗辐照等指标满足预期要求,对高速高动态成像及辐射环境的系统应用具有重要意义。

摘要:超低磁噪声(0~10nT)的碱金属加热技术是无自旋交换弛豫原子磁力仪实现超高灵敏度的关键,文章提出一种基于遗传算法的磁自抑制加热器多目标优化设计方法。该方法基于毕奥-萨伐尔定律推导目标函数新模型,优化的目标包括加热丝的长度、宽度、厚度和电流方向4类(18个)参数,以此获取加热器最佳磁自抑制性能。利用有限元分析方法,仿真分析了目标区域的磁场分布和温度分布,结果表明:加热器在目标区域的中心区域产生0.02nT/mA的平均磁场和180.34℃的平均温度。实验测试结果显示:目标区域的磁通密度取值在0.13nT/mA和0.14nT/mA范围内,这表明加热器的磁场自抑制性能较好。该研究有助于进一步提高原子磁力仪的性能。

摘要:集成光收发模块作为集成化光纤陀螺的关键器件之一,能够实现光源、探测器和耦合器等功能,其光路的耦合移位会显著影响光路耦合效率和平均波长,从而影响陀螺的零偏和标度因数等性能。文章对空间光路进行理论建模,使用重叠积分法计算耦合效率；使用Beamprop方法进行仿真分析,得到不同耦合位移下的耦合损耗以及平均波长漂移；最后通过对比实验对理论和仿真情况进行了验证。结果表明,耦合损耗受y轴方向耦合移位的影响最大,平均波长漂移受z轴方向耦合移位的影响最大,并给出了不同耦合损耗下的平均波长漂移,为集成光收发模块的光路耦合及优化工作提供参考。

摘要:针对Ψ型陀螺振子加工难度大等问题,改进了一种无锚杆金属振子。运用有限元分析软件,对振子的振动特性进行了深入分析,获得其各阶振型和固有频率；对振子进行过载特性仿真分析,得出振子在高过载条件下的应力和位移表现；并进一步采用多物理场分析振子的品质因数。结果表明,该金属振子直径为15mm,固有频率为12509Hz,模态隔离度大于3291Hz,能够承受不小于3.8×10⁴g的过载冲击,同时品质因数达到8.7×10⁴。通过实物测试以及与Ψ型振子对比,验证了优化的合理性、有效性和准确性。

摘要:光学元件表面吸收损耗是衡量光学元件光学性能的重要指标,颗粒污染物附着通常会引起光学元件表面吸收损耗大幅增加。基于红外热像仪温升检测方法,研究了几种典型颗粒污染物对高反镜表面吸收损耗的影响,并根据颗粒污染物分布特点建立阶梯式分布吸收和离散分布吸收模型。考虑测温精度受红外热像仪空间分辨率的影响,提取单像素点内温升数据进行有限元分析,获取精度与单像素点相当的镀膜元件表面局部吸收损耗,结合显微镜下扫描结果进一步优化仿真模型,从而获得了薄膜元件表面颗粒污染物的吸收损耗。

摘要:基于光刻胶修正技术,采用两步刻蚀法对石英锥形侧壁的刻蚀工艺进行了研究。首先利用Ar,O₂,CF₄气体对光刻胶刻蚀,将光刻胶的垂直侧壁修改为锥形侧壁。然后以此为掩膜实现光刻胶倾斜侧壁向石英材料的转移。两步刻蚀在同一个刻蚀腔室内完成。详细研究了光刻胶修正工艺中刻蚀气体流量、刻蚀功率、温度以及刻蚀时间等工艺参数对刻蚀速率、选择比以及刻蚀形貌的影响。通过综合优化工艺制备出刻蚀面光滑、倾斜角度为60°的石英刻蚀形貌。该工作为氧化硅以及其他材料的倾斜侧壁刻蚀工作提供了有力的参考。

摘要:柔性有机膜作为重要的功能材料,在电子器件、封装等许多领域都有广泛的应用。然而,一些有机膜存在亲水性不足、生物相容性差、化学反应活性低等缺点,通过表面处理等方法引入羟基官能团可以增加有机膜的亲水性,改善有机膜的性质和功能,使其更适用于各种应用领域。文章对柔性有机膜表面进行了干法和湿法羟基化处理,并研究羟基化工艺对有机膜亲水性的影响。结果表明,随着湿法羟基化处理时间和温度的增加,有机膜表面水接触角先减小后基本保持不变,随着等离子体处理时间增加,有机膜表面水接触角先减小后增大,同时干法羟基化处理比湿法羟基化处理的表面水接触角低约20°,有机衬底亲水性更好,缩短了处理时间。

摘要:提出了一种基于三维拓扑绝缘体Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2的周期性方环阵列超材料结构。仿真结果表明超材料结构的表面等离子体共振强度随阵列周期和方环内环尺寸的减小而增大,其中,当周期为300 nm或尺寸为25 nm时,可以限制80%的电磁波在表面态上。此外,通过仿真正、斜圆偏振光入射下超材料和非超材料结构的表面电场随偏振态的变化关系,得到了两种结构正、斜入射下的圆二色性；结果表明,超材料结构圆二色性数值为0.92,远大于非超材料结构,并且该超材料结构的圆偏振分量在总偏振光电流分量的占比有显著提升,这是因为有更多的自旋电子被圆偏振光从拓扑表面态激发到体导带上。

摘要:针对大电流下前腔面不稳定导致出现灾变性光学损伤(COMD)的问题,提出一种双区电极的半导体激光器,并对该结构激光器的COMD阈值、峰值功率、阈值电流、光谱稳定性及翘曲效应进行研究。在相同工艺条件下测试了单一电极结构和双区电极结构半导体激光器的COMD阈值、峰值功率、阈值电流、波长红移速度等参数。结果表明:在同等工艺条件下,主增益区阈值电流为80mA,阈值电流降低20%,在窗口区15mA电流的驱动下,双区电极的半导体激光器对比单电极半导体激光器COMD阈值能够提高13%、峰值功率能够提高12%,同时减少了波长红移并改善了翘曲效应。

摘要:提出了一种针对大像元CCD的电荷累积的方法,包括器件内垂直和水平方向像元结构细分与电荷包求和,以及驱动时序上的多相非等分驱动。其特点在于,通过时序与CCD图传感器结构的配合,实现了大电荷量在图像传感器内累积的功能,大幅提高了模拟信号动态。再将此方法应用到一款210μm×210μm的大像元CCD器件上,以此方法为架构搭建硬件电路并进行软件设计,通过采集成像和参数测试对方法效果进行验证。测试结果表明,在不损失转移效率的情况下,实现了CCD内信号累积和模拟输出的CDS采集成像,提高了满阱容量和动态范围。

摘要:基于三维压电半导体理论和一阶剪切变形理论,考虑材料拉伸、弯曲和剪切耦合变形,建立了功能梯度压电半导体拉-弯梁在轴向压力作用下的屈曲模型。借助有限元分析软件COMSOL对压电半导体拉-弯梁进行稳定性分析,得到了功能梯度压电半导体简支梁的前三阶屈曲临界载荷及各机电场的分布规律。通过数值算例,讨论了梁长高比、初始电子浓度和功能梯度参数等对压电半导体拉-弯梁屈曲临界载荷的影响。

摘要:基于28nm CMOS工艺实现56Gb/s NRZ和112Gb/s PAM-4双模发送端设计,均衡采用一个数据多路复用架构,支持完全可配置的分段式前向反馈均衡(FFE),终端输出网络采用带有上拉电流源的电流模式逻辑(CML)驱动拓扑结构。关键的电路结构和技术包括:依靠段落分配模块对FFE的段落进行分配,实现抽头权重的粗调；采用预充型1-UI脉冲发生器+4∶1 MUX架构改善带宽；驱动器采用负载端并接电流源提升共模电压和插入T形线圈的方法来扩展输出带宽和提高输出摆幅。仿真结果表明在输出112Gb/sPAM4情况下眼高为40mV,56Gb/s NRZ情况下为130mV。

摘要:为解决三维激光点云局部特征提取不充分且缺少上下文特征信息融合的问题,提出了一种融合自注意力机制与多层次特征提取架构的MAKNet点云特征提取网络。该网络以三维激光点云数据作为输入,通过引入SAA模块提取点云特征,增加中心点特征值与其邻域点特征值之间关注权重值,抑制稀疏点特征低识别度问题,然后采用多尺度特征提取方式,进行多层点特征提取和融合,并进行点云特征跳跃链接,增加被提取点信息涵盖量。实验结果表明,在公开数据集S3DIS上总体准确率相比于PointNet++由80.1%提升至86.9%,在自建输电线路走廊数据集上总体准确率达到96.4%,证明MAKNet网络在语义分割任务上具有良好的鲁棒性以及较强的泛化能力。

摘要:在航天工程应用过程中,发现室温下HgCdTe红外探测器前置放大电路输出正常,但是当温度降低至-55℃时,输出有振荡现象,对探测器施加红外辐照后振荡现象加剧。文章首次对该现象进行系统研究,提出了HgCdTe红外探测器电路在低温下光照后的等效电路模型,从相位裕度与增益裕度角度分析前置放大电路在低温下产生振荡的机理,并在此基础上,提出了抑制低温光照后前置放大电路振荡的解决方法,实验结果验证了该方法的有效性。

摘要:针对单探测器复合轴粗跟瞄预测过程中数据利用率不高的问题,提出了基于卡尔曼滤波和最小二乘法的实时预测方法,并通过实测振动数据进行仿真验证。结果显示:随着步长的增加,数据点之间的关联性降低,导致预测准确性和稳定性下降；数据利用率的提高又会增加数据点关联性,提升预测准确性和稳定性。在预测步长为25ms即数据利用率为75%的情况下,达到预测误差最小和稳定性最优的平衡点。

摘要:为实现相位敏感光时域反射仪中相位信号的精确测量,提出了一种基于排列熵算法的互补集合经验模态分解联合奇异值分解的新型降噪方法(PE-CEEMD-SVD)。首先,对含有噪声的相位信号进行CEEMD分解,得到一系列频率不同的IMF分量；然后,将PE算法和相关系数机制相结合,保留较大相关的有用分量,对较小相关的噪声分量使用SVD算法进行二次降噪；最后将两次降噪后保留下来的有用分量进行重构。仿真和实验结果表明,相较于EMD、EEMD和CEEMD降噪方法,该方法可获得更高信噪比的信号,有利于相位信号的精确测量。

摘要:提出了一种基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法,该算法直接利用插值补零后的预测器和更新器对信号进行分解和重构,确保逼近信号和细节信号的长度与原始信号相同,避免重构后信号失真。模拟信号和光纤陀螺输出信号的仿真实验结果表明,该算法能够较好地保留信号的时域特征,保证信号的完整性和准确性,不受降噪过程的影响,同时量化噪声降低了约50.23%,角度随机游走降低了约19.14%,零偏不稳定性降低了约53.02%,为光纤陀螺信号处理提供了一种有效的方法。

摘要:针对准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码中短环结构会影响其纠错性能的问题,基于Golomb Ruler提出了一种新颖的围长为8的QC-LDPC码构造方法。该方法先根据码长码率的需求,从Golomb Ruler中选择部分元素构造一个集合,结合指数矩阵中元素所在位置的四六环特性,通过搜索算法,依次找出符合无四六环条件的元素得到另一个集合,然后构造相应的指数矩阵,最后得到其奇偶校验矩阵。仿真结果表明:在误码率为10-6时,所构造的GR-QC-LDPC码与同码率码长的其他4种QC-LDPC码的码型相比,其净编码增益均有一定的提高,且无明显错误平层现象。