滚仰式光电吊舱地理导引实现与误差分析

为了提升地理导引精度和成功率,根据滚仰式光电吊舱的结构特点,通过建立坐标系统、目标坐标求解和框架角解算三个步骤,完整构建了地理导引的数学模型,并在此基础上引入了速度前馈和小区域搜索模式。同时,对受惯导测量误差和目标距离影响的框架角解算误差进行了数据仿真。结果表明:经纬误差和航向角误差对俯仰角的解算误差影响较大;而高程误差和水平姿态角误差则对横滚角的解算误差影响较大。提升惯导的定位精度,可进一步减小框架角解算误差,从而提升地理导引精度,而当航向角<0.1°,水平姿态角<0.05°时,姿态角误差的影响权重会变小,再通过减小姿态角误差提升导引精度的作用已不明显。随着目标距离的增大,框架角解算误差会急剧减小。最后进行了导引试验,其俯仰、横滚角均方差均小于0.12°,表明了算法的准确性和仿真分析的有效性。

引入重要度修正因子的复杂光电系统可靠性分配研究

以某新型复杂光电系统为研究对像,针对传统评分分配法客观性差、分配偏差大的缺点,构建重要度修正因子,提出了一种引入重要度修正因子的可靠性评分分配法。首先,运用模糊层次分析法,得到功能单元对上级功能单元/系统可靠性影响的相对重要度;然后,基于相对重要度,按照专家评分规则,得到功能单元对上级功能单元/系统可靠性影响的绝对重要度;最后,基于相对重要度和绝对重要度,构建功能单元重要度修正因子,以此修正各功能单元的评分结果。经对比验证,关重功能单元可靠性分配值较传统评分分配值至少提高6%,引入重要度修正因子的评分分配法能有效削弱传统评分分配法的主观影响,释放关重功能单元可靠性余量,提高功能单元可靠性分配的科学性、合理性,进而提高复杂系统可靠性设计水平。

基于DBR增强的850 nm GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器

高速850 nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的Al_(x)Ga_(1-x)As三元合金组成,可以在830~870 nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,将GaAs吸收层所需的厚度降低到1 040 nm,兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850 nm波长、-2 V偏压下具有19.26 GHz的-3 dB带宽和0.492 6 A/W的响应度。

光电量子器件研究进展(封面文章·特邀)

量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑,笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生,笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源;发展了频分复用技术,研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源;利用GaN缺陷的单光子特性,制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计,大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能,使保真度高于97%,噪声特性提高10倍;设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件,实现了99%的干涉可见度,展示了芯片集成量子光源的技术可行性;应用所制备的纠缠光源,实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程,研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器,实现了1 650个光子模式的有效存储;研究了光机械量子器件的原理机制,探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。

国外光电瞄准吊舱探测系统总体构架的对比分析

回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程,定义了光学口径和吊舱舱径之比(光舱比)作为衡量集成度的标准,重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计:二者均拥有Φ150 mm口径,约1.5°×1.5°视场,在0.7~0.9μm和3.7~4.8μm波段的传递函数接近衍射限,前者为透射式前置望远系统,后者为离轴三反式前置望远系统,二者的结构布局为:前置望远系统置于吊舱前部压缩光束,通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中,部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中,类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内,光舱比约0.492;类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内,光舱比约0.455。作为对比,采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内,光舱比约0.37,其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求,类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力,其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

基于光电容积脉搏波的无创血压连续测量研究进展

在临床诊断过程中,血压能够反映患者血液流动、身体体征变化等生理信息,是诊断组织器官健康状态的重要参考数据。由于传统血压测量方法存在有创、间断等局限性,利用光电容积脉搏波描记法(photo plethysmo graphy, PPG)实现血压的无创连续检测成为当前血压测量的热门研究领域。为此,首先简要介绍了PPG的理论背景与技术原理;其次阐述了利用PPG进行血压预测的具体流程,包括公开数据集、评估标准、预处理方法、特征提取与模型建立,并就不同方法的优缺点进行了对比分析;最后,总结了基于PPG实现无创血压连续测量的挑战与未来研究方向,为今后的研究提供参考。

基于项目驱动的光电技术课程设计教学探索与实践

光电技术课程设计是一门实践性非常强的课程,对学生的创新能力和工程意识的培养起着重要的作用。为适应新形势下新工科建设对课程教学模式的新要求,针对我校光电技术课程设计存在的问题,教学团队提出了基于项目驱动的光电技术课程设计教学改革方案,从课题项目的设计、教学组织实施与过程辅导、结果评定等方面对课程设计的教学进行了探讨,经过教学实践,表明基于项目驱动的课程设计教学方式能够更好地激发学生的学习兴趣和创新能力,提高其实践能力和综合素质,在教学中取得了良好的效果。

光电损伤后的皮肤特点及其护理

光电治疗通过启动皮肤的创伤修复过程,起到治疗疾病和皮肤美容的作用。本文总结了不同类型光电治疗后皮肤急性损伤期的变化,梳理术后皮肤损伤修复的过程和特点,以及术后皮肤护理方案的原则,拟减少术后不良反应的发生以及促进术后皮肤修复,减少停工期,提升患者满意度。

“五育并举”的光电特色专业劳动课的设计与实施——以华中科技大学光学与电子信息学院为例

针对目前部分高校大学生劳动教育被弱化,劳动教育内容专业性不强、创新性不够等问题,华中科技大学光学与电子信息学院面向光电信息科学与工程专业本科二年级学生开设了光电特色专业劳动课。该专业劳动课包括劳动目的的确定、劳动设备的选择、劳动培训与示范、学生创意设计、采用专业软件设计二维和三维结构图形、采用先进设备进行结构件成型与组装及调试、线上线下答疑解惑、现场验收、劳动总结等环节。在课程设计过程中,该专业劳动课以具有实用性、趣味性的光电小制作为牵引,激发学生的劳动兴趣和劳动热情;以使用专业设备进行结构件成型、组装及调试为主导,突出光电特色。从劳动效果来看,该专业劳动课设计将德智体美劳融入其中,提高了学生的专业技能和动手能力,培养了学生的工匠精神和创新意识,提升了学生的综合素质。

基于碳纳米管阵列的高响应光电探测器件

纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实现室温弹道输运,是构建片上高响应、超宽带、超快可调光电探测器件的新型潜力材料。南京电子器件研究所采用高纯度半导体型碳纳米管阵列材料设计制备了多种红外—光电探测器件,其中叉指型光电探测器件通过缩短电极间距降低渡越时间提高响应速度、构造功函数不同的非对称电极促进光生空穴—电子对分离提高响应度、增加栅控有效调控多数载流子降低暗电流,实现了300 A/W以上的优异响应度,响应时间<30μs。进一步联合东南大学,首次在碳纳米管光电探测器件中引入硅光波导与金属狭缝结构,激发等离激元局域光场增强与耦合,在1550 nm通信波段获得高响应特性,3dB带宽达15GHz。未来通过构建异质结及叠层结构,有望进一步降低暗电流,并开发取向阵列的偏振敏感特性,助力碳基电子学及光电子学的应用发展。

高校测控技术与仪器专业“四环六边多元立体”课程思政体系构建与实施路径——以光电测试技术课程为例

针对目前高校课程思政在内容设计与体系构建中存在的表面化、“硬融入”“两张皮”现象,结合测控技术与仪器专业人才培养目标,通过强化高校测控专业课程思政教育认知、坚守课程思政价值认同与情感认同、以光电测试技术课程为例,设计了“四环六边多元立体”课程思政体系,并通过具体案例介绍了该课程思政体系的执行过程、执行效果、课后反思,构建了“设计—执行—反思—评价—改进—再设计”的闭环实施路径。该课程思政体系为高校仪器类专业课程思政内容设计与体系构建提供了借鉴,对将测控专业课程思政建设推向深入具有重要意义。

面向光电材料专业创新需求的课程教学模式探索——以“薄膜材料技术与物理”课程为例

为给半导体行业国产装备的替代研发、攸关国家战略安全的关键“卡脖子”技术突破提供人才储备,按照卓越创新人才培养目标,根据学科特色,通过与专业知识有机结合,调整教学内容,改进教学方法,培养学生的思维能力和应用能力,培养满足光电功能与信息材料类学科创新需求的卓越人才。通过教学改革,建立完整的,符合高端化、国际化、工程化培养要求的,适合光电功能与信息材料类学科创新需求的课程教学模式。改革成果将对光电功能与信息材料类专业的其他专业基础课程以及其他高校光电功能与信息材料类专业的教学改革具有重要的参考价值。

应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求,分析和对比了IRU的各种技术方案,特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动,并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发,阐述了系统的两种工作模式及功能特点,建立了系统数学模型。然后,介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向,指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素,梳理了三项关键技术的研究动态。最后,总结了IRU的空间应用情况,并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

掺杂对2H-MoTe_(2)光电特性影响的第一性原理研究

MoTe_(2)是一种非空间反演对称性半导体,由线性偏振光照射,在无偏压条件下可以直接产生光电流,但是非常微弱.掺杂可以改变电子能带结构和降低空间反演对称性,从而有效的增强光电流.本文基于非平衡格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理,计算了本征、Nb掺杂、Ti掺杂和W掺杂2H-MoTe_(2)的能带结构、透射谱和光电流.能带结构表明:Nb掺杂使半导体2H-MoTe_(2)能带穿越费米能级,转变为金属特性;Ti和W掺杂减小了2H-MoTe_(2)的带隙,能带没有穿越费米能级,依然为半导体.掺杂都降低2H-MoTe_(2)的反演对称对称性,从本征的D3h转变为Cs.从而在线偏振光的照射下可以有效的提高2H-MoTe_(2)的光电流.同时,发现掺杂可以提高单层2H-MoTe_(2)在低光子能量下的消光比,如Nb和Ti掺杂单层2H-MoTe_(2)分别在光子能量1.1 eV和1.2 eV处取得39.48和28.48的高消光比.这些结果表明掺杂可以有效增强单层2H-MoTe_(2)的光电流和消光比,可以应用于指导2H-MoTe_(2)在光电器件的设计,特别是在红外光探测领域增添了许多可能.

X射线光电子能谱技术及其应用

X射线光电子能谱法(XPS)是最重要且使用最广泛的表面分析技术。较为全面地介绍了X射线能谱法,内容涵盖原理、分析方法、应用及技术进展。原理介绍基于理工科大学本科层级的知识,阐述了XPS的科学原理以及仪器原理;分析方法部分概述了分析的关键步骤及要点;应用部分以热门研究的材料类型分类(催化剂、生物材料、碳材料、高分子材料等)进行介绍,介绍的同时兼顾介绍了X射线光电子能谱法的一些常用技术以及在各种材料中的应用特点。本文旨在帮助该领域的初学者,包括尚未完全熟悉该技术的研究人员、研究生和X射线光电子能谱从业人员,使他们能够全面了解X射线光电子能谱技术。

光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一。基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注。本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论。最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO_(2)能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究。

基于模式识别技术的光电探测器故障辨识研究

当前光电探测器故障辨识错误率高,为提升光电探测器故障辨识效果,设计了基于模式识别技术的光电探测器故障辨识方法。首先采集光电探测器状态信号,并从光电探测器状态信号中提取特征,然后利用主成分分析算法对特征进行降维处理,得到最优光电探测器状态辨识特征,最后将光电探测器状态特征作为支持向量机的输入,光电探测器状态作为支持向量机输出,通过支持向量机学习设计光电探测器状态辨识器,实验结果表明,本方法可以有效辨识光电探测器辨识故障,光电探测器故障辨识正确率超过了90%,光电探测器故障辨识时间控制在20 ms以内,为光电探测器状态分析提供了理论依据。

单层SnS的光电效应及应变工程的第一性原理研究

光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来,研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内,SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理,采用非平衡态格林函数(NEGF)与密度泛函理论(DFT)结合的方法对单层SnS两个器件方向(Armchair和Zigzag)的光电性质进行理论计算。研究发现,在零偏压下,两个方向的光电流数值均较小,通过加偏压的方法可以获得稳定的光电流。计算了小偏压0.1~1.0 V(间隔0.1 V)、线性偏振光照射下最大光响应随光子能量的变化,发现单层SnS在光子能量为2.4与3.2 V时最大光响应数值较大且十分稳定,并结合能带图和态密度图分析了光响应产生的微观机制。本文通过计算消光比,发现单层SnS具有极强的偏振灵敏度。最后,通过施加双轴应变的方法,器件的不对称性显著增加,极大增强器件在零偏压下的光电流,其中压缩应力数值为-6%时对光电流的提升十分明显。希望以上结果能为单层SnS设计用于光电探测器提供理论参考。

基于应变法和光电法的液压凿岩机回转性能试验分析

液压凿岩机是一种广泛应用于岩石开采和工程建筑的重要设备,其回转性能对凿岩效率具有重要影响。探索更简单、有效、准确的回转性能检测方法对于研发高性能液压凿岩机和提高凿岩技术具有重要意义。该文在对液压凿岩机工作原理和回转性能参数分析的基础上,结合应变法和光电法的测试原理,将其应用于液压凿岩机回转扭矩和回转转速的检测中,提出了一种液压凿岩机回转性能测试系统。该系统通过应变法实时检测液压凿岩机回转部件的应变变化,通过光电法实时检测回转部件的转速,然后通过数据分析和处理,得出液压凿岩机的回转扭矩和回转转速,主要由路由器、应力信号采集模块、激光测速传感器、液压凿岩机组、转速信号采集模块等组成,为凿岩行业提供了一种回转性能测试方案。通过实验验证,该系统能够连续采集和在线实时检测液压凿岩机的回转扭矩和回转转速。实验数据的分析表明,液压凿岩机的回转扭矩与负载密切相关。在施加负载未超过凿岩机额定扭矩时,增加回转进油压力只会提高钎杆的转速,对回转扭矩的影响较小。这一发现为优化液压凿岩机的工作参数提供了重要的依据,可以提高凿岩效率。