面向通导一体化的声梳信号水声通信方案

声学频率梳信号(简称声梳信号)具有时延测量精度高、参数设计灵活性好的特点,在水下高精度距离测量、定位方面得到研究,也为通导一体化波形设计提供了新的方向。该文针对通导一体化背景下声梳信号在水声通信方面的应用,设计了声梳信号水声通信编码、调制、解调、解码技术方案。通过对信号进行相关性、时延估计特性和通信性能的评估,并在此基础上开展了浅海水声信道海试实验,验证了声梳信号在实际海洋环境下的通信性能,并分析了影响其性能的主要因素。该文结果为推进声梳信号在通导一体化波形设计方面的应用提供了借鉴和参考。

高深宽比梳齿结构刻蚀工艺

梳齿结构刻蚀是制备电容加速度计芯片的重要工序步骤。在梳齿结构刻蚀过程中,采用快速切换阀代替质量流量控制器(MFC)开关气体解决了梳齿侧壁弯曲问题;将Bosch工艺中物理轰击步骤和化学刻蚀步骤移到沉积步骤之前解决了梳齿顶部损伤问题;研究了沉积时间、物理轰击偏置电极功率、化学刻蚀压力与刻蚀选择比的关系。实验结果表明:增加化学刻蚀压力能够显著提升刻蚀选择比,但齿间隙也会随着化学刻蚀压力的增加而展宽,优化后的Bosch工艺配方为沉积时间1.3 s,物理轰击偏置电极功率70 W,化学刻蚀压力60 mTorr(1 mTorr≈0.133 Pa)。制备的梳齿结构齿间隙宽度3.19μm,深度86.3μm,侧壁倾角89.9°,侧壁粗糙度79 nm,深宽比达到27∶1,刻蚀选择比达到32∶1,并成功应用于电容加速度计芯片生产。

提高微腔孤子光频梳泵浦能量转换效率技术研究进展

分析了孤子微梳泵浦能量转换效率低的原因,介绍了目前已提出的几种提高孤子微梳泵浦光能量转换效率的技术方案,包括激发孤子晶体光梳利用多孤子结构、正常-反常色散双腔耦合泵浦光循环存储结构、微腔-光纤/波导环泵浦光反馈耦合干涉结构、主-副微环腔耦合超模谐振峰劈裂结构等,并分析了这些方案的优缺点。在此基础上,给出了本课题组对反馈耦合腔的优化设计,仿真模拟结果显示,单孤子微梳的泵浦光转换效率可超过25%。最后,对孤子微梳的低能耗产生方案作出总结和展望,为微腔孤子光频梳泵浦能量转换效率提高技术的发展与应用提供理论参考。

清梳效果的评估与改进

为合理控制纺纱半制品质量、提高成纱品质,详细介绍清梳效果评估的目的、方法及标准,结合实际生产经验及乌斯特公报数据,重点从半制品棉结、杂质、短绒及纤维伸直度等方面对清梳效果进行评估,分析问题及成因,并对梳棉、清梳等重点工序及部位提出改进方法。指出:清梳效果的评估与改进应依据半制品结杂、短绒、伸直度变化规律,分析判断清梳联各工序的清梳效果,结合落棉率的分配及落物对具体问题进行分析,及时调整不达标工序和部位,充分发挥器材专件作用。

梳状高度计编队探测海洋涡旋仿真分析

单颗星下点高度计卫星可进行一维海面高度测量,但时空分辨率较低,对涡旋的探测能力不足。梳状高度计卫星编队可提升海面高度时空分辨率,增强对涡旋的识别探测能力。为定量分析高度计编队下的涡旋探测能力,本文在黑潮延伸体海域开展观测仿真实验,对海平面高度进行沿轨采样,经优化插值算法处理后得到逐天海面高度异常数据场并进行涡旋识别与统计分析。此外,本文还同步开展了单颗星下点高度计和成像高度计卫星涡旋探测仿真实验及对比分析。结果表明,梳状高度计卫星编队在涡旋数量、极性、半径及振幅等方面识别效果较好,与成像高度计探测结果相近。

精梳工艺对混色纱纤维径向混和效果的影响

为探讨精梳工艺对涤粘混色纱纤维径向混和效果的影响,基于纤维成像法观察混纺纱横截面的纤维分布情况,建立了混纺纱横截面纤维径向混和不匀率的数学模型,采用涤粘普梳混纺工艺路线与涤粘精梳混纺工艺路线分别制备两种混纺比的涤粘混色纱,计算两种混色纱的纤维径向混和不匀率。结果表明:涤粘精梳混纺工艺能够显著提高纱线截面内的纤维径向混和均匀性;与涤粘普梳纱相比,涤/粘混纺比为65/35时,涤粘精梳混纺纱的涤纶径向混和不匀率降幅为42.88%,粘胶纤维径向混和不匀率降幅为41.91%;涤/粘混纺比为50/50时,涤粘精梳混纺纱的涤纶、粘胶纤维径向混和不匀率降幅分别为40.57%、39.55%;涤粘普梳混纺工艺对纤维混纺比的控制更加准确。

用于激光频率参数测量的飞秒光学频率梳

近年来随着光纤制造技术和飞秒激光技术的成熟,以掺铒(Er)光纤光学频率梳为代表的频率梳技术,逐步突破了光学频率测量领域,在长度测量、精密光谱分析、超低相位噪声微波频率产生、精密时间频率传递、温度测量等领域发挥出越来越重要的作用,已成为许多高端科研领域的基础性工具。但飞秒光学频率梳所解决的重要问题是对激光频率进行测量。本文主要面向激光频率参数测量的需求,研制基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳,在实现光学频率梳稳定运转的前提下,通过非线性光学频率变换技术,实现光谱范围从掺Er光纤光学频率梳的中心波长向各个待测激光波长的转换,并完成与多个不同波长激光的拍频信号探测。目前已验证的飞秒光梳可测频率范围为500~2000 nm;频率稳定度和准确度为10^(-16)量级;线宽为Hz量级。该指标满足了激光频率特性参数测量的需求,为激光绝对频率、频率漂移、线宽等参数的测量提供了基础性的测量工具。

基于锁模光学频率梳的高速数据传输

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频至射频域,生成携带编码信息的高速、高阶、低相位噪声的调制信号,再结合锁模光学频率梳窄线宽、多波长的特性,仅使用单个激光器即可实现基于波分复用技术的大规模并行高速通信.仿真验证了该方案的可行性,随后在100 m的自由空间光链路中使用光子微波信号进行16元正交幅度调制通信实验,实现了误码率低于10^(–6)的14 Gbit/s数据传输.

梳刷式枸杞采摘机的设计与理论分析

为了实现枸杞机械化采收,提高枸杞采摘的采净率、降低损伤率,提出一种柔性梳刷齿的梳刷式采摘机,该装置通过梳刷齿的冲击作用使得枸杞熟果脱落,完成采摘工作。通过对枸杞自然特征和物理参数测量分析,设置了梳刷器的各项参数,利用Solidworks软件搭建了样机模型,并选择了合适的材料制造了样机;通过静力学分析和赫兹碰撞理论推导出了梳刷齿速度与冲击力之间的关系式;使用Adams软件对梳刷过程进行了动力学分析,当滚筒转速为57 rpm时,枸杞果实的受力峰值为0.83 N,理论上满足了采摘的需求;在青海诺木洪农场对当地宁杞1号进行采摘实验,结果表明:采净率为96.84%,损伤率为8.76%,满足枸杞采收的工作要求。

光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。

差速梳齿式菠萝采收机的设计及试验研究

目前,我国菠萝采收主要依靠人工完成,劳动强度大,工作效率低。针对这一问题,基于仿生学原理创新设计了一种差速梳齿式菠萝采收机。首先,针对“巴厘”品种的菠萝进行种植模式与物理性状分析;其次,通过三维软件建模完成差速梳齿式菠萝采收机的设计,确定采摘方式主要为旋转梳齿与固定梳齿差速配合完成菠萝采摘;最后,结合理论分析试制了差速梳齿式菠萝采收机样机,并开展了田间试验。选取机器行进速度、梳齿转速和梳齿数量为影响因素,以菠萝采摘率为评价指标进行田间试验,结果表明:当机器行进速度为2m/s、梳齿转速为15r/min、梳齿数量为6个时,菠萝采摘率最高为85.4%。研究结果可为提升我国菠萝生产机械化进程、减轻菠萝采收劳动强度和提高菠萝产业经济提供技术参考与借鉴。

基于Si_(3)N_(4)微环混沌光频梳的Tbit/s并行实时物理随机数方案

本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使其处于光学混沌态,从而成为性能优良的物理熵源.采用现场可编程门阵列(FPGA)板载的多位模数转换器,对滤波后频梳的光混沌信号进行离散采样量化,生成8位二进制比特流.对该比特流进行实时的自延迟异或处理,并保留4位最低有效位,实验最终实现了单信道实时速率达5 Gbits/s的合格物理随机比特流.结合实验中数目达294的混沌光频梳齿,本方案的并行实时随机数的吞吐量可望达到1.74 Tbits/s.这些结果可为实时物理随机数源提供集成、超高速的新可选方案.

基于异步光学采样的电光频率梳时间抖动测量

电光频率梳是一种单频激光器经相位调制构造的光学频率梳,具有重复频率高、灵活可调等特点,通过精确的色散控制,电光频率梳在时域上可以输出超短脉冲激光序列,其时间抖动特性对于开展精密测量等应用十分重要.本文提出一种基于双光梳异步光学采样原理测量电光频率梳时间抖动的方案.建立了时间抖动测量的理论模型并进行数值模拟.搭建了一台重复频率为10 GHz、脉冲宽度为2.6 ps的电光频率梳,并开展了时间抖动的测量实验.测量的直方图分析表明,电光频率梳的周期抖动为3.86 fs.测量装置主体为光纤结构,且不需要高速光电探测器,有望对电光频率梳、微环频率梳等新型高重频光学频率梳时间抖动的测量与优化起到关键作用.

齿梳式油茶花药采集器关键部件设计与试验

【目的】针对油茶花粉人工采集难度大、耗时费工、尚未实现机械化等问题,为实现油茶花粉的机械化采收,提出一种通过采集油茶花药来收集花药裂开后释放全部花粉的研究思路,设计一种油茶花药采集装置,并对其工作过程及关键部件参数进行设计与分析。【方法】基于油茶采粉与授粉农艺性状和力学特性的分析,设计一种齿梳式油茶花药采集器,并对油茶花药与齿梳分离机构相互作用过程进行力学分析,确定影响花药采摘性能的主要因素。以花药采净率、花朵损伤率为评价指标,采用单因素试验法,确定齿梳间隙、齿梳安装角度、齿梳辊转速的取值范围;并以齿梳间隙、齿梳安装角度、齿梳辊转速为试验因素,开展三因素三水平正交试验;以花药采净率、花朵损伤率为考核指标,运用Design-expert软件对试验因素进行参数优化,获得了各因素的最优参数组合。根据优化后的工作参数,进行油茶花药采摘性能试验,以采摘一朵油茶花花药的时间作为评价指标,测定齿梳式油茶花药采集器的采集效率。【结果】各因素对花药采净率影响的主次排序是齿梳辊转速、齿梳安装角度、齿梳间隙;对花朵损伤率影响的主次排序是齿梳辊转速、齿梳安装角度、齿梳间隙。综合分析选取较优参数组合为:齿梳间隙为0.59 mm,齿梳安装角度为58°,齿梳辊转速为322.23 r/min;该花药采集器采净率为97.02%,花朵损伤率为8.33%。采摘性能试验表明,齿梳式油茶花药采集器平均采集效率约为3.88 s/朵。【结论】提出的齿梳机构采摘花药的方法可行,研制的齿梳式油茶花药采集器运行稳定,满足油茶生产农艺要求,可为油茶机械化采粉技术与装备研究提供参考。

一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂

针对深井超深井钻井中高密度水基钻井液黏度高、易高温增稠等流变性调控难题,以对苯乙烯磺酸钠盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基-2-甲基氯化铵、烯丙基聚氧乙烯醚为单体,合成了一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂ZT-1。采用红外光谱表征了降黏剂的分子结构,验证梳型两性离子聚合物合成的成功,采用热重分析表征了降黏剂的热稳定性,其分解温度达250℃。ZT-1具有良好的抗高温耐盐钙降黏分散性能,抗温240℃,可抗饱和盐,抗2%氯化钙;ZT-1加量为0.3%时,老化温度为200℃,在评价浆中的降黏率可达77.7%,在高密度(2.4 g/cm^(3))水基钻井液体系中表观黏度的降低率达33%,塑性黏度的降低率达14%,动切力降低率达67%。ZT-1性能优于阴离子降黏剂磺化丹宁以及常规线性两性离子聚合物降黏剂XY-27和ADS共聚物,这种梳型两性离子聚合物降黏剂在超高温超高密度钻井液中具有良好的应用前景。

基于光注入电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器获取光学频率梳

提出了一种基于电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器在外部光注入下产生光学频率梳的方案,实验研究了关键参量对所产生的光学频率梳性能的影响。在该方案中,首先采用频率为1.6 GHz(激光器弛豫振荡频率)、功率为19 dBm的正弦信号直接电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器,使其进入增益开关状态;进一步引入单光注入以及双光注入以获取高性能光学频率梳。实验研究结果表明:采用单光注入时,在合适的注入光功率条件下,连续变化注入光波长可使产生的光学频率梳的中心波长在1525~1560 nm内实现连续调谐。光学频率梳的梳线数目呈现周期性变化,变化周期为激光器的纵模间距0.28 nm(35 GHz);在给定注入光波长条件下,逐渐增加注入光功率,光学频率梳的梳线数目先在一个较高水平附近振荡,然后急剧下降,最后趋于平缓,而光学频率梳的载噪比呈现先增加后饱和的趋势;在优化单光注入参数条件下,获得了梳线功率在10 dB变化范围内包含49根梳线的光学频率梳。引入额外的注入光构建双光注入,在优化的参数条件下,获得了梳线功率在10 dB变化范围内包含92根梳线的光学频率梳。最后,对单光注入和双光注入以及不同注入波长间距的双光注入所产生的光学频率梳各梳齿之间的相干性进行了分析,发现各种光注入方式下所产生的光学频率梳各梳齿之间均具有强的相干性,其拍频信号中基频的单边带相位噪声均处于−125.0 dBc/Hz@10 kHz左右的水平。

梳帽卷瓣兰花部特征对蝇类传粉者的适应性

为揭示梳帽卷瓣兰(Bulbophyllum andersonii)的繁殖特性和传粉机制,在2023年对分布于云南西双版纳的梳帽卷瓣兰野生居群开展了传粉生物学研究,包括开花物候、繁育系统、传粉昆虫、花部微观形态特征及花的挥发性成分等。结果如下:梳帽卷瓣兰的盛花期在7月中旬,单花花期为5 d;繁育系统属于异交并依赖传粉者,自然结实率为26.06%;套袋试验表明自交不亲和,不存在无融合生殖和自动自花授粉现象;唇瓣的铰链结构、传粉通道及宽大的侧萼片等花部特征在传粉过程中发挥重要作用;曲角杆蝇(Gampsocera sp.)是其唯一有效传粉者并在访花过程中表现出舔舐唇瓣的行为;通过扫描电镜观察发现,唇瓣上附着大量的特殊颗粒,可能是访花者的食物报酬;花部挥发性气味主要含有单萜类、芳香类等化合物,其中邻苯乙醚和避蚊胺可能与昆虫访花行为有关。上述研究结果表明,梳帽卷瓣兰的花形态结构与气味适应于曲角杆蝇进行传粉,属于特化传粉系统。

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

基于铝镓砷微环谐振腔的集成量子频率梳

南京电子器件研究所基于自主工艺平台设计并成功研制了铝镓砷(AlGaAs)微环谐振腔量子频率梳芯片(如图1所示),得益于高非线性系数的AlGaAs微环谐振腔结构可实现高亮度的量子光源。该器件最高品质因子(Q)为1.3×10^(5),平均自由光谱范围(Free spectral range,FSR)为201 GHz(如图2所示),覆盖在C波段100 nm光谱范围,可提供大于25对量子关联光子对输出,测量1553.97 nm关联光子单计数(如图3所示)和符合计数,得到光谱亮度为2.1×10^(7)Hz/(mW^(2)·nm),符合偶然比(Coincidence to accidental ratio,CAR)为262(如图4所示),该研究为实现可扩展、全集成的低成本光量子网络及光量子精密测量提供了高亮度的集成量子频率梳光源。

氟化镁微瓶腔光频梳光谱分析及优化

氟化镁微腔光频梳具有体积小、功耗低、光谱覆盖范围广、色散可调控的优势,在光通信、中红外光谱等领域有着潜在应用前景.本文研究了氟化镁回音壁模式微瓶腔平台产生的光频梳光谱特性.为了优化氟化镁微瓶腔光频梳的光谱分布,利用有限元法迭代求解了瓶腔结构在不同曲率和轴向模式下的二阶色散及高阶色散,通过分步傅里叶法求解非线性薛定谔方程仿真了不同轴向模式激励下的光频梳光谱演变过程.结果表明,在最佳曲率半径下通过低阶轴向模式激励可以实现宽带范围的近零反常色散调谐,而高阶轴向模式将导致微瓶腔呈现弱正常色散.在低阶轴向模式下较弱的反常色散使光频梳的带宽得到展宽,证明了三阶色散和负的四阶色散可以展宽克尔孤子光频梳;在高阶轴向模式下弱正常色散抑制了克尔光频梳的产生,拉曼光频梳占主导地位.在适宜的泵浦条件下通过调控微瓶腔的轴向模式可以实现克尔孤子光频梳和拉曼光频梳的选择性激发.本文工作的开展将为氟化镁微腔色散设计及宽带克尔孤子光频梳、拉曼光频梳实验调控提供指导意义.