基于开口圆环结构的太赫兹分束器设计

提出了一种基于开口圆环结构的太赫兹分束器,其由两种单元结构组成,这两种结构的区别在于是否存在底层连续金属层,这两种结构的顶层金属图案由开口圆环组成,介质层为聚酰亚胺薄膜。通过改变开口圆环的开口大小和半径排列构成了8×8的相位梯度超表面。当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,电磁波会被分成沿x,y轴对称但能量分布不同的四束波,两种入射模式能够得到两种不同的分束比。在0.7 THz下,当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,其分束比分别为0.8∶1和1.9∶1,实现对分束比的调谐。此分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹隐身等领域。

基于微气压传感器的室内行人高度估计方法

针对当前气压传感器解算高度存在误差随时间累积的问题,提出了一种基于微气压传感器的室内行人高度估计新方法。该方法结合微气压传感器的输出高度值,对多个相邻时间内的高度值进行合理性判断,并结合室内行人运动状态对高度变化进行约束,使得解算的高度符合室内行人运动规律。通过电脑采集MS5611微气压传感器数据进行仿真验证,结果表明:该方法能够有效地对高度误差进行修正,相较于微气压传感器直接解算的高度,该算法解算的高度更贴合实际情况,解算轨迹也更接近真实轨迹,轨迹的平均闭环误差从1.9%D下降至0.07%D。该算法有效地提高了室内行人高度估计的定位精度,在室内行人三维定位领域具有一定的工程应用价值。

一种用于光隔离IGBT栅极驱动的智能型LED驱动电路

采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70 ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

近红外单层大视场角超透镜研究

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940 nm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%。

基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器的设计与分析

目前三通带太赫兹滤波器存在通带带宽差异大的问题。为了提高太赫兹滤波器三通带的带宽均匀性,设计了一款基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器,其结构由三个嵌套式“十”字环金属贴片、“十”字金属贴片和聚酰亚胺衬底三层结构组成。当太赫兹波垂直入射到滤波器表面时,在0.1~0.862 THz范围内形成三个滤波通带,各通带的峰值透射系数约为0.9,具有较好的通带性能,并且通带之间的传输零点的透射系数都在0.07以下,带外抑制良好。各通带的3 dB带宽的最大通带比约为1.29,10 dB带宽的最大通带比约为1.13,具有较好通带均匀性。三个工作通带的矩形系数均大于1.7,通带边沿陡峭,频率选择性良好。该滤波器具有透射系数高、带宽差异小、结构简单和易于加工等特点,其在太赫兹的多信道通信领域具有广阔的应用前景。

基于Leach模型的空气耦合超声换能器声阻抗匹配特性研究

压电陶瓷与空气之间的声阻抗差异巨大,导致声波在固-气介质间的能量传输效率低,研究匹配层特性对提升换能器能量传输效率具有重要意义。文章通过Leach模型仿真,研究了空气耦合超声换能器阻抗与瞬态响应,并搭建实验平台进行测试验证。仿真和实验结果表明,增加一层匹配层可将接收信号幅值增大约280%,增加两层匹配层可将接收信号幅值增大约363%。通过采用经声阻抗匹配后的换能器对碳纤维板缺陷进行检测,能明显检测出深度为0.5 mm、直径为1 mm凹槽缺陷的变化,验证了通过等效电路模型研究换能器匹配特性方法的有效性。

磨料层动态平衡对蓝宝石衬底粗磨过程影响研究

在对蓝宝石衬底进行粗磨时,需采用大颗粒高硬度磨料以缩短用时。考虑到大颗粒磨料流动性和悬浮性弱的特征,通过监测去除量的指针的摆动情况研究粗磨过程中磨料颗粒的分布和运动规律,表明磨料层的动态平衡性对衬底的厚度均匀性和表面质量具有决定性影响,而该平衡的建立依赖于致密、均匀的初始磨料层,粗磨过程中补充的磨料仅能维持已有的平衡,不能在已失衡的情况下进行补救。该工作有助于提高粗磨工艺控制水平,并对深入研究研磨过程中磨料颗粒的运动情况具有一定的指导意义。

GaN基p-i-n型紫外探测器钝化工艺研究

钝化层膜系的选择及其工艺的优化对降低GaN基紫外探测器的漏电流和提升其可靠性是至关重要的。文章采用多种钝化层:等离子体增强化学气相沉积生长的Si_(3)N_4(PECVD-Si_(3)N_4)、电感耦合等离子体化学气相沉积生长的Si_(3)N_4(ICPCVD-Si_(3)N_4)和SiO_(2)(ICPCVD-SiO_(2))以及等离子原子层沉积生长的Al_(2)O_(3)(PEALD-Al_(2)O_(3)),分别制备了GaN基金属-绝缘体-半导体(MIS)器件,并对MIS器件的电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)特性进行了对比研究。采用PECVD-Si_(3)N_4作为钝化层的GaN基MIS器件具有较低的漏电流;在双层PECVD-Si_(3)N_4钝化层中插入PEALD-Al_(2)O_(3)薄膜可以进一步降低界面态密度:平均界面态密度从3.94×10^(13) eV^(-1)·cm^(-2)降低到3.52×10^(11) eV^(-1)·cm^(-2)。利用这种“三明治结构”钝化膜,制作p-i-n型GaN基紫外雪崩探测器,与单层膜系的探测器相比,在113 V反向偏压下的暗电流从3.73×10^(-8) A降至3.34×10^(-8) A。

基于正交实验法的混合相VO_(x)薄膜最佳制备参数研究

为研究磁控溅射的衬底温度、氧氩比、沉积时间和工作气体流量对混合相VO_(x)薄膜电学性能的影响,采用正交实验法,设计了4因素4水平16组实验,实施实验并记录样品电阻温度系数(TCR)和方阻值,分析薄膜电学性能随不同因素不同水平的变化趋势;然后,结合均值和方差分析以及XPS分析,得到不同因素影响混合相VO_(x)薄膜电学性能程度的大小依次为:工作气体流量,衬底温度,氧氩比,沉积时间。最后,得出制备混合相VO_(x)薄膜的优选参数:溅射电流0.3 A,衬底温度270℃,氧氩比2.8%,沉积时间20 min,工作气体流量120 cm^(3)/min,测试结果显示,其TCR为-2.65%/K,方阻为1102.1 kΩ/。

基于SAR ADC的短波红外焦平面数字化读出电路研究

片上集成数字化是红外焦平面的主要发展方向之一,其关键技术是在读出电路内部集成模数转换(ADC)模块。针对线列InGaAs焦平面的数字化需求,采用了一种基于非二进制的冗余位SARADC设计方案。整个读出电路包括读出电路单元和模数转换单元。读出电路单元采用的是电容跨阻放大器(CTIA)结构,其结构线性度好,注入效率高;模数转换单元采用的是SAR ADC,其结构简单,功耗低。文章采用非二进制校准的方法对CDAC模块进行设计,通过在电容阵列中插入冗余位来提高ADC的转换速度和精度,并使用下极板采样技术来提高采样精度。在0.18μm CMOS工艺模型下,完成了14 bit的SAR ADC的设计。仿真结果表明:在采样率为1 MS/s条件下,SAR ADC的信噪比(SNR)为74 dB,有效位数为13.4 bits。

5G电力虚拟专网中基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法

针对5G电力虚拟专网中高维、不均衡和分布式的数据特征,提出了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法。首先,鉴于生成对抗网络在获取高维复杂数据分布方面的优势,采用具有梯度惩罚的Wasserstien生成对抗网络(WGAN-GP)模型对网元中的多维运行数据进行分析和监控并获取其分布情况。其次,基于5G电力虚拟专网的管理架构,设计了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测框架,使分布式电力切片管理器能够协同训练全局异常检测模型,增强模型泛化能力。最后,通过数值仿真验证了基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法的训练效率和检测性能。

基于BAS-BP-Bagging模型的光纤陀螺温度补偿

为提高光纤陀螺的输出精度,以天牛须搜索算法(BAS)优化后的BP神经网络模型为基学习器,采用Bagging并行集成学习算法建立了BAS-BP-Bagging温度补偿模型,并对某型号光纤陀螺进行了温度补偿实验。实验结果表明,在-40~+60℃温度变化环境下,该方法补偿后的光纤陀螺温度漂移相较于补偿前减小了近80%,相较于多项式补偿算法减小了55%,相较于BP神经网络补偿算法减小了30%左右。同时该模型在对新鲜样本的补偿过程中表现出了较为优越的泛化性能。

基于光纤传感技术的人字门结构健康监测研究与应用

针对船闸人字门长期处于低速重载、超负荷运行的复杂水域环境下,现有检测手段存在自动化程度低、耗时耗力、易受电磁干扰等问题,提出了基于光纤光栅传感技术的人字门结构健康监测系统。基于光纤光栅传感原理构建了人字门结构健康监测系统,该系统可以感知人字门在运行过程中的应变变化情况,实现了实时数据显示、异常数据监测预警、历史数据回放等功能;针对传感器采集到的数据进行中值滤波处理,提高信号的信噪比。选取典型数据进行分析对比,验证了传感器的重复性及通航关联性,为船闸人字门的安全、稳定工作提供了数据支撑。

基于EETS与GC的非规则QC-LDPC码低错误平层构造方法

针对准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码在高信噪比区域可能出现的错误平层现象,提出了一种基于消除基本陷阱集(Eliminating Elementary Trapping Sets,EETS)和围长约束(Girth Constraints,GC)的非规则QC-LDPC码构造方法。该方法通过巧妙选取度分布,利用基本陷阱集搜索和围长约束改进渐进边增长(Progressive Edge Growth,PEG)算法构造基矩阵,然后通过等差(Arithmetic Progression,AP)序列扩展得到所需的校验矩阵。该方法仅需对简单环形式的ETS进行搜索和消除,就能确保构造的基矩阵中不存在设置范围内的绝大多数ETS,从而降低错误平层现象,且该方法计算复杂度相对较低,可灵活设计码长码率。仿真结果表明,由所提出构造方法构造的非规则QC-LDPC码比其他五种QC-LDPC码的纠错性能更为优越,且没有明显的错误平层现象。

微波光子网络的可重构与智能化

高性能的光子模拟处理芯片是微波光子处理系统的核心部件,文章通过优化光波导网络结构,实现了一种超宽带可重构的光子模拟运算芯片,通过配置拓扑网络结构实现了多种运算功能的任意切换以及同种功能的运算阶数可调谐。同时,研究了具有自配置能力的光学矩阵计算芯片,以及用于图像处理的片上光子卷积加速器。最后,对微波光子系统与人工智能的交叉融合进行了展望。

单晶硅表面机械划痕和氧化层在湿法刻蚀中的掩膜行为对比研究

摩擦诱导选择性刻蚀具有加工成本低、流程简单、低加工损伤等优势,是实现单晶硅表面微纳米结构构筑的重要途径。为探究摩擦诱导机械划痕在单晶硅表面微纳加工中的掩膜行为,实验研究了选择性刻蚀中机械划痕掩膜下的线/面结构形貌与高度特征,并将其与氧化层掩膜进行对比。实验发现机械划痕掩膜性能与氧化层无明显差异,并讨论了两种不同掩膜下选择性刻蚀中纳米结构的形貌演变机理。最后,实现了采用不同掩膜的复合纳米图案加工。研究结果可为基于摩擦诱导选择性刻蚀的单晶硅表面高质量可控加工提供依据。

基于顶栅调控界面的石墨烯高增益光电探测器

利用Silvaco TCAD软件对石墨烯作为新一代二维半导体材料具有的光学电学特性进行仿真建模,计算得到了不同掺杂类型石墨烯的转移特性曲线。进而对基于顶栅调控的石墨烯-硅光电导型光电探测器进行了建模与仿真,发现顶栅电压可以通过调控石墨烯载流子类型及浓度来改变石墨烯与硅异质结的内建电势,实现提高增益的目的。基于此制备了栅控石墨烯-硅光电探测器并测得与仿真结果一致的规律,实验中该器件在1 550 nm波段展现出良好的光电性能。研究结果对红外光电探测器的性能优化具有指导意义。

PERC背钝化结构提升多晶硅太阳电池的光电转换性能研究

在工业产线上制备了PERC结构的多晶硅太阳电池,并研究了在电池背表面引入PERC背钝化结构对其光电转换性能的影响。结果表明:PERC背钝化结构能够提升电池的短路电流和开路电压,光电转换效率超过了20%。结合光学仿真及分析电池的关键光电参数知,其光电转换性能改善的原因可归结为PERC背钝化结构降低了长波太阳光子在背铝电极的寄生吸収损失和光生载流子的背表面复合损失。PERC背钝化结构能够提升多晶硅太阳电池的光电转换效率,并且其制备工艺与传统产线兼容,是一种优选的产业电池结构。

可见光通信中一种大围长可快速编码的QC-LDPC码构造方法

为了改善可见光通信(VLC)系统的性能,针对准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码码字间最小距离不够大而导致纠错性能下降的问题,提出一种新颖的QC-LDPC码构造方法。该方法将最大公约数(GCD)算法和Lucas序列相结合构造QC-LDPC码的信息位;同时,为了降低编码复杂度,校验位采用了准双对角线的形式,在保证大围长的同时实现QC-LDPC码的快速编码。然后用所提出的构造方法构造了码率为0.5的GL-QC-LDPC(2650,1325)码,并运用所搭建的VLC系统仿真模型进行了仿真性能分析。仿真结果表明,在误码率为10-6时,该GL-QC-LDPC(2650,1325)码与基于阵列码(AC)构造的AC-QC-LDPC(2652,1326)码、直接使用GCD算法与修饰技术构造的GM-QC-LDPC(2650,1325)码,以及基于群可分设计(GDD)的GDD-QC-LDPC(2652,1326)码相比,其净编码增益(NCG)分别提高了0.10,0.14和0.25dB。

高分辨率AM Micro-LED显示器设计及其驱动实现

设计了一种基于蓝宝石衬底氮化镓基蓝色/绿色多量子阱LED外延片,利用成熟的LED芯片工艺制备了高像素Micro-LED芯片阵列;在Micro-LED芯片和CMOS驱动芯片表面设计并制备了金属凸点,采用高精度倒装焊接工艺实现LED显示芯片和CMOS驱动芯片的良好键合,成功制备了分辨率为640×360的Micro-LED显示器。同时,以FPGA为控制器,设计了Micro-LED显示器的驱动系统,该驱动系统对输入的图像数据进行缓存并将其处理为显示器所能接收的单色图像数据,最后将处理后的图像数据写入驱动芯片并实现图像显示。