摘要:随着红外技术的发展,红外探测器响应非线性现象及其表征逐渐成为国内外研究的新热点。然而,传统的测试方法无法有效区分线性响应与非线性响应,使得非线性的测试精度受到限制。文章利用谐波信号表征光导探测器的阻抗非线性,通过提取非线性分量排除线性信号的干扰,增加测试的精度。使用该谐波法测试了两个不同材料与结构的探测器,发现所测试的利用液相外延材料制备的探测器由于阻抗非线性产生的谐波信号约是体材料探测器的100倍,这可能是热激发在不同探测器上的效果不一致,导致非线性程度的不同。结合实验和数学分析,证明了该谐波法在光导探测器阻抗非线性测试中的可行性。

摘要:针对光电探测单元与标准工艺兼容、单片集成与工艺技术融合难度大等问题,文章基于互补双极标准工艺设计了单片集成式高响应光电探测器件,采用光电探测器和信号处理电路单片集成方案,开展高响应光电探测单元和低延迟高速率信号处理电路的设计与仿真,实现了器件的单片集成、工艺技术融合和高响应光电探测。测试结果表明,该器件光电响应特性和信号处理功能正常,实现了高响应(峰值响应达到0.462A/W)、快数据输出速率(最大达12Mbd)、低传输延迟(小于41.8ns)、低输出逻辑电平(0.15V)、低输出漏电(小于1.5μA)等光电探测要求。所设计的器件整体技术性能优异,可满足小型化、高集成、低成本的光电探测系统应用要求。

摘要:电光调制器是光通信链路的重要组成部分。随着近红外波段光通信频谱的不断消耗,2μm中红外波段成为拓宽光纤通信频谱的新选择。文章提出了一种2μm波长的基于绝缘体上钛酸钡平台的中红外电光调制器。对钛酸钡脊波导和慢波电极进行了理论分析和结构优化。仿真结果表明,在2μm波长处,当调制长度为5mm时,所设计的电光调制器拥有较高的调制效率并且实现了较大的电光带宽,其半波电压长度积(Vπ·L)为0.677V·cm,3dB电光带宽为229.6GHz。

摘要:自供电型光电探测器通过内建电场即可完成信号的探测,无需外加电源,具有低功耗、高灵敏度及快速响应等特点,引起了研究者的广泛关注。文章利用简易的真空热升华方法制备出高结晶度的CuI微米颗粒薄膜。进一步利用空间限制退火技术抑制了退火过程中CuI分子的纵向扩散,显著改善了薄膜的均匀性和致密性。通过构建p-CuI/u-GaN异质结,实现了具有自供电特性的蓝-紫光探测器。该探测器的响应范围为波长小于420nm的蓝-紫光波段,在360nm的紫外光波段具有大响应度(51mA·W-1)、高比探测率(6.1×10¹¹Jones)、较快响应速度(上升时间为32ms,衰减时间为36ms)及良好的稳定性。研究结果表明,采用热升华结合空间限制退火技术能够制备出高质量的p-CuI薄膜,p-CuI/u-GaN异质结自供电蓝-紫光探测器为高性能半导体光电探测器件的制备提供了新的方法和途径。

摘要:在太赫兹波段,高阻硅和蓝宝石具有低吸收率、高电阻率和低光谱色散等优良特性,常被用作器件的衬底材料。然而,它们的折射率与空气存在较大差异,导致从空气入射的太赫兹波在界面发生大量反射,从而降低了波的透过率；同时,还可能会引发法布里-珀罗谐振腔效应,进而限制太赫兹探测器的工作带宽和灵敏度。为降低界面反射,文章提出一种太赫兹波段的三层减反射结构,借助Matlab中传输矩阵法和电磁场仿真中有限元法进行仿真,筛选出Mylar/Al₂O₃/AlN的材料组合。仿真结果表明,在340GHz的入射波照射下,该结构在275~405GHz范围内反射率均低于-20dB,将其应用于太赫兹探测器后,-3dB带宽提升至50GHz以上,响应度提高了3.2倍。该结构制备简单、成本低廉,为太赫兹波段的宽带减反提供了一种经济且有效的解决方案。

摘要:为满足光电编码器信号读出电路在集成度、体积和分辨率等方面的设计要求,文章基于伪随机编码原理和莫尔条纹光信号理论,对增量式光电编码器和绝对式光电编码器的编码原理进行研究。设计并流片了一款基于增量式与伪随机混合编码方式的高分辨率光电编码器专用集成芯片,基于350nm CMOS工艺实现了光电探测器与读出电路的全集成。该芯片尺寸仅有4.6mm×3.5mm,分辨率可以达到22bit,在50kHz的信号周期下能同时产生精确的正弦和余弦输出信号,以及在2MHz的时钟频率下输出数字形式的伪随机码信号,满足系统的设计指标。

摘要:基于TSMC 65nm CMOS工艺,设计了一款基于双钳位技术,实现在宽电压范围下,满足高精度电流匹配电荷泵电路。双钳位技术可以避免使用轨对轨运放所带来的电路结构复杂化的问题,并且通过增加调节开关管和互补开关计数,有效地优化电荷共享、时钟馈通以及电荷注入等非理性效应对电路的影响。仿真结果表明,与传统电荷泵电路相比,在电源电压为1.2V、电荷泵电流为50μA时,双钳位电荷泵电路的电流匹配度在0.2~1.0V范围内可以保持在0.03%以内。

摘要:针对传统胶粘剂封装的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器长期使用出现的老化、蠕变等问题,提出了一种新的金属封装FBG传感器温度增敏结构和封装工艺。通过有限元分析方法对传感器进行应变不敏感设计,使用玻璃焊料代替传统环氧树脂胶粘剂将FBG与不锈钢基底进行两点式焊接固定,并使用金属外壳与硅橡胶进行密封保护。在-20~55℃温度变化范围内,所制作的FBG温度传感器温度灵敏度为27.46pm/℃,线性拟合度均达到0.999,温度稳定性和可重复性良好,其在0~150℃的大温度范围内测量标准差小于0.003℃,也保持了良好的温度稳定性和重复性。该封装结构的传感器工艺简便、成本低、易于实现,其在结构健康监测领域具有广阔的应用前景。

摘要:为提高荧光检测的灵敏度,提出一种基于硅基光子晶体的微流通道结构。该结构可以有效增强通道内激发光场,实现量子点的荧光定向发射。利用平面波展开法计算光子晶体的能带结构,同时借助时域有限差分法详细研究了量子点偏振、通道结构参数,以及通道内量子点位置对荧光发射的影响。此外,还分析了该结构在量子点激发过程中的增强效应。仿真结果表明,与传统硅微流通道相比,光子晶体微流通道具有更高的远场发射功率以及更窄的辐射角；与玻璃基底相比,光子晶体微流通道中的量子点远场功率达到了16.9倍的增强以及9°以内的窄角发射；光子晶体微流通道对945nm的激发光场实现了平均7.9倍的增强。

摘要:提出了一种耦合度可切换的太赫兹分支波导定向耦合器,该耦合器的耦合度可在3和10dB之间进行切换。通过控制前四条分支表面二氧化钒薄膜的电导率,实现耦合度的切换。仿真结果表明,在180~250GHz的频率范围内,当二氧化钒电导率为2×10⁵S/m时,耦合度为(3±0.6)dB,隔离度与回波损耗大于17dB；当二氧化钒电导率为10S/m时,耦合度为(10±0.7)dB,隔离度大于18dB,回波损耗大于20dB。耦合器在两种耦合状态下均表现出优异的性能,符合设计预期。

摘要:提出一种利用光刻胶热熔和等离子体刻蚀技术相结合的石英微透镜阵列的制备工艺。详细研究了热熔和感应耦合等离子体刻蚀等关键工艺,并确定了最佳工艺参数。最终在石英衬底上制备了不同尺寸和形状的微透镜阵列。微透镜的几何形貌和光学性能测试结果表明,所制备的石英微透镜阵列具有很好的尺寸一致性,并且表面质量高,测试焦距与理论计算值相吻合。该方法制备的石英微透镜阵列具有良好的成像性能,可广泛应用于光学领域。

摘要:设计了一种基于频率选择表面的太赫兹超表面标签,整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。频率选择表面的结构单元由对称八边形嵌套环构成,刻蚀在材料为聚酰亚胺的中间介质上。标签采用频率编码规则,当一个嵌套环消失时,相对应的共振频率点的吸收峰也消失,从而完成不同的编码,通过频率编码也实现有效的带宽利用。仿真结果表明,所提出的结构实现了4bit的编码容量,其工作频率范围为0.1~0.5THz,标签面积仅为0.25mm²,具有较高的编码密度,角度稳定性不小于45°,具有偏振不敏感的特性,满足标签识别准确性的要求,具有良好的编码性能。此外,提出了一种频移编码规则,通过改变谐振结构参数来引入频移,从而实现了在不改变标签体积的基础上增加了编码容量、提高标签编码密度,能够更灵活地满足实际应用需求。所提出的基于超表面的柔性太赫兹标签区别于流行的射频标签,在医疗和工业部件、汽车零件和硅芯片等微小物体上有很好的应用前景。

摘要:光纤温度传感器由于其结构的小型化和抗电磁干扰能力强受到了研究者的广泛关注,但目前部分传感器灵敏度无法满足实际需求。针对这一问题,提出了一种基于Lyot滤波器和马赫-泽德干涉仪级联的高灵敏度光纤温度传感器。马赫-泽德干涉仪由两个级联的气泡型凸锥组成,因其全保偏光纤结构具有较好的稳定性。同时,作为传感干涉仪的Lyot滤波器是通过在两个线偏振器之间以45°角熔接一段保偏光纤制成。通过调整Lyot滤波器中传感部分保偏光纤的长度,使其自由光谱范围接近马赫-泽德干涉仪,从而产生游标效应增强级联传感器的灵敏度。实验结果表明,Lyot滤波器的灵敏度为-1.4nm/℃,级联传感器的灵敏度提高到-28.3nm/℃,灵敏度放大倍数为20.2。所提出的光纤温度传感器偏振稳定性强、制作简单、灵敏度高,能够满足工业领域中的高精度应用需求。

摘要:采用数值方法研究了不同结构参数下扇形穴-梯形肋微通道的流动和传热特性。发现肋高(α)对总热阻(R_th)和压降(Δp)的影响最为显著；随着α的增大,R_th迅速减小,而Δp迅速增大。为获得最优参数,采用响应面法、非支配遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和相似理想解排序技术(TOPSIS)进行多目标优化。并基于场协同原理和强化传热系数(PEC)对优化前后微通道的整体性能进行评价。结果表明,当R_th均为0.1858K/W时,优化后的微通道的W_pp仅为0.0062W,比未优化的微通道降低了53.38%；当W_pp均为0.0132W时,优化后的微通道R_th比未优化的微通道R_th降低了13.04%,仅为0.16K/W。优化后微通道的PEC高于未优化前,当Re=231时,PEC从1.163增加到1.253,增加了7.74%；当Re=631时,PEC最大为1.4515。场协同原理表明,TOPSIS最优微通道的速度场和温度场协同效果最好(FC=0.01889)。

摘要:针对荧光检测中荧光发射强度低且全方向发散的问题,提出了一种由双层错位金属光栅和倾斜电介质光栅组成的复合结构。采用时域有限差分法研究了量子点的偏振态和金属光栅参数对荧光定向发射增强的影响,并分析了荧光激发过程中的电场增强效果。通过将上转换量子点置于复合结构中的聚甲基丙烯酸甲酯层,实现了荧光远场定向发射增强。研究结果表明,与自由空间中相比,当量子点处于错位金属光栅中时,荧光激发增强40倍,荧光定向发射增强26倍,且远场辐射角小,进而可以提高荧光生物检测的灵敏度。

摘要:研究了不同RKKY铁磁耦合强度对Skyrmion振荡及进动特性的调控。研究结果表明,T层和B层的Skyrmion都可以在一定条件下达到稳定振荡,即Skyrmion进动呈现圆形轨迹；同一时刻,T层Skyrmion进动位置要超前B层,且耦合强度的大小会改变上下两层Skyrmion进动半径差值。此外,文章还研究了不同驱动电流对Skyrmion动力学特性的影响,研究结果表明驱动电流可以对起始振荡时间、稳定振荡半径等动力学特性进行有效调控。

摘要:为降低加速度计存在的零点漂移对测量精度的影响,满足低量程微机械(MEMS)加速度计的测量精度和漂移需求,设计了一种基于AD7124的高精度MEMS加速度计信号处理系统。以STM32F303CBT6为核心控制器,驱动高精度模/数(A/D)转换芯片AD7124进行数据采集。设计脉冲宽度调制输出方波作为加速度计的激励信号,运用加权移动平均滤波对信号进行去噪和平滑,提出一种零点漂移抑制与跟踪的算法,解决了零点漂移过大的问题。测试结果表明,加速度计在±1g量程下的灵敏度为146mV/g,经过数字滤波后的加速度计输出稳定度提高了5.97倍,最终零偏稳定性由45.850mg/h改善为0.055mg/h。

摘要:构建了基于光学方法的单晶势垒层磁性隧道结理论模型,并利用该模型研究了MgO基磁性隧道结中隧穿磁-塞贝克效应的温度特性。由于该理论模型充分地计入了势垒层的周期性和晶格畸变的影响,在此理论模型中,温度不仅通过费米分布函数对塞贝克系数产生影响,还会通过晶格畸变对塞贝克系数进行修正,进而使塞贝克系数具有关于温度的振荡特性。该振荡特性来源于单晶势垒层周期势对隧穿电子的衍射所导致的相干性。上述结果在理论上解释了MgO基磁性隧道结中平行塞贝克系数和TMS随温度非单调变化的实验结果,并阐明了其物理机制。此外,文章还研究了应变、杂质浓度以及回复温度等晶格畸变参数对隧穿磁-塞贝克效应温度特性的影响。研究结果发现,杂质浓度和回复温度可以对平行塞贝克系数非单调变化的幅度进行调制。

摘要:红外成像技术被广泛应用于医学诊断、光谱学、分子传感等领域,近年来,超透镜技术为红外成像提供了一个小型化和集成化的平台。由于超透镜固有色散的存在,极大地阻碍了其在红外成像中的应用。而目前设计消色差超透镜的主流方法是先对超透镜进行仿真,然后分析相关性能参数,这种传统方法需要大量的时间。为了解决这一问题,文章采用光场拼接的技术,结合粒子群算法,设计了一个直径为100μm,工作波段在3.7~4.8μm范围内的全硅介质消色差超透镜,其计算的有效焦距为219.01μm,离焦系数为1.87%,最高聚焦效率为49.3%。并用Lumerical FDTD软件对所设计的超透镜进行仿真验证,将仿真结果和拼接结果在焦距、离焦系数、计算时间、半高全宽、聚焦效率和调制传递函数等方面进行了系统地对比,从而验证了光场拼接技术的可行性和正确性。这种方法可以扩展到其他波段,并为设计更大尺寸的超透镜提供了一个新的思路。

摘要:锑化铟(InSb)因其在红外探测、高速电子学和量子计算等领域的卓越性能备受关注。文章探索了Si(111)邻位面衬底上InSb薄膜的异质外延生长,并研究了其光电导特性。尝试采用Bi缓冲层结合InSb两步法生长策略解决Si与InSb晶格失配和热膨胀系数差异大的问题,在平坦Si(111)衬底上获得了高质量InSb(111)单晶薄膜。然而,在具有高密度台阶结构特征的Si(111)斜切衬底表面上生长得到的Bi(001)缓冲层存在大量倒反畴缺陷,在该表面上进一步生长得到的InSb薄膜均为多晶结构。所制备的InSb/Bi/Si异质结构在模拟日光辐照条件下显示出负光电导效应,应与异质结构界面态对InSb层光生载流子的捕获效应有关。

摘要:为进行水下大功率LED灯散热结构的多方案优化设计,基于CFD方法对某一型自主设计、加工和制造的LED灯进行自然对流工况下的流-固共轭传热数值模拟；为验证仿真结果准确性,进行了水箱试验验证,得到的热平衡状态下测点温度值与试验结果平均相对误差为2.9%；为预测实际水下环境中LED灯的内部工作温度,进行了水下大空间中LED灯的热平衡数值模拟,比较了不同海水流速下,横向和竖向翅片对应测点的温度变化趋势,为进一步优化特定作业环境下的LED灯散热结构提供参考。

摘要:智能反射面(RIS)由大规模光电器件阵列组成,可以调控入射电磁波的幅度、相位等电磁特性来获得定制化的反射波束,改善非视距(NLOS)环境的无线定位服务问题。构建了一个智能反射面的非正交多址接入(NOMA)定位系统,利用部署在空中的多个RIS对基站发射给用户的信号进行反射,便于用户接收；另外,RIS利用伪随机序列对基站发射的信号进行再调制然后反射至用户,方便用户识别不同RIS反射的信号。最后,用户使用多重信号分类算法估计出多个信号到达角(AOA)来获取定位坐标。仿真结果表明,所提出的方法在NLOS环境下定位精度可达厘米级。

摘要:针对极化码的传统临界集包含正确路径可能被消除的比特位置问题,提出一种极化码的优化临界集SCL-Flip译码算法。该算法将临界集作为初始临界集,采用高斯近似原理对极化子信道的可靠度进行估计,然后,通过改变初始临界集的选取规则,优化用于串行抵消列表译码中临界集的不完整性,并根据信道可靠度由低到高排序形成优化临界集,该优化临界集能减少重译码次数并有效提高翻转准确性。仿真结果表明,所提算法有较大的性能增益,且翻转次数明显降低。

摘要:针对遥感图像全色锐化中存在光谱分布不均、空间细节缺失的问题,提出一种融合跨阶段局部网络(CSPNet)与无参数注意力(SimAM)的遥感图像锐化方法。首先,在主干结构中引入CSPNet,利用普通卷积加跳连的方式替代特征提取中的残差块,以缓解梯度冗余,提升模型学习力。其次,添加SimAM块,直接从特征中推导出三维权重,而后反向优化提取到的特征,使得模型能提取到更深层次的特征信息。最后,设计一种可学习作差参数来控制相减权重,以便突出融合图像的边缘信息。实验结果表明,所提方法不仅能改善模型的梯度冗余,还能进一步提升融合图像的空谱分辨率。

摘要:针对红外图像信噪比低、边缘信息模糊、杂波干扰多等检测难点,提出一种基于子空间投影的生成对抗网络红外图像降噪方法。首先,生成器由U-Net结构和子空间注意力网络构成,编码阶段由4层下采样实现图像特征提取,解码阶段由4层上采样重建图像。其次,在每层跳跃连接中加入子空间投影网络,每层特征图与同层上采样后图像共同放入子空间投影网络进行图像特征融合,将投影特征图与原始高级特征融合实现图像降噪。最后,将图像输入到鉴别器进行对抗训练,得到清晰重建图像。实验结果表明,与BM3D,DnCNN等常用算法相比,改进的生成对抗网络算法有更好的客观评价指标效果,PSNR和SSIM分别达到了34.36,0.9852dB,从而验证了改进算法的良好降噪性能。

摘要:为降低复杂背景中的干扰杂波对红外小目标检测的影响,提出一种双邻域局部权重对比度算法。首先,考虑到不同尺寸的红外小目标的背景特性,采用双邻域窗口策略有效捕捉目标与背景特性。其次,分别计算方向信息特征图和权重系数增强图,前者充分利用目标的弥散方向信息,后者结合区域灰度响应强度及离散程度生成权重信息,两者结合生成目标显著图。最后,采用自适应阈值分割从目标显著图中提取目标。在4组不同背景的公开数据集上与6种算法进行了比较,所提出的算法具备较强的抗干扰能力和准确的检测性能。