北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家重点实验室, 北京 100015
短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点, 在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平, 以及作者近年来研发的行波管, 频率覆盖 E波段、W波段、G波段和 Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率, 在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场 (PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究, 为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。
毫米波 太赫兹 行波管 折叠波导 真空电子放大器 millimeter wave terahertz Traveling Wave Tubes Folding Waveguides vacuum electronic amplifier 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 507
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096
基于65 nm CMOS工艺设计了一种25~28 Gbit/s具有自适应均衡和时钟数据恢复功能的光接收机电路。光接收前端采用低带宽设计, 以优化接收机的灵敏度;采用判决反馈均衡器, 以恢复低带宽前端引入的码间干扰。为了适应不同速率和工艺角引入的码间干扰, 结合SS-LMS自适应算法, 实现信号的自适应均衡。无参考时钟数据恢复电路采用鉴频环路拓宽频率捕获范围, 同时将半速率鉴相器嵌入均衡器中, 以降低功耗和成本。后仿真结果表明, 在100 fF光电二极管的寄生电容条件下, 接收前端最大增益达到66 dBΩ, 25%带宽处的等效输入噪声电流为153 pA·Hz-1/2, 光接收机灵敏度为-145 dBm。当电源电压为12 V时, 光接收机的整体功耗为1811 mW。
光接收机前端 判决反馈均衡器 时钟数据恢复电路 无参考时钟 嵌入式鉴相器 optical receiver front end decision feedback equalizer clock data recovery circuit reference-less clock embedded phase detector
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
采用65 nm CMOS工艺,设计了一种宽带低相噪低杂散的Σ-Δ小数分频频率综合器。该频率综合器采用3个压控振荡器以及可编程分频链路实现宽带输出,每个压控振荡器采用自适应衬底偏置技术以减小PVT变化的影响。可编程分频器采用重定时单元同步输出,降低了分频器的相位噪声。自动频率校准模块采用一个可对压控振荡器直接计数的结构,缩短了频率锁定时间。Σ-Δ调制器中采用了陷波滤波结构,降低了高频量化噪声。后仿真结果表明,1.2 V电源电压下,该频率综合器可输出正交信号的频率范围为0.2~6 GHz,输出频率为3.762 5 GHz时,相位噪声为-113.59 dBc/Hz @1 MHz,参考杂散为-59.3 dBc,功耗为91 mW。
频率综合器 Σ-Δ调制器 自动频率校准 压控振荡器 frequency synthesizer Σ-Δ modulator automatic frequency calibration voltage controlled oscillator
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
采用高压0.6 μm CMOS工艺,设计了一种可以同时对压电、光电进行高效收集的多源能量收集电源管理芯片。该收集芯片由光电接口电路、压电接口电路和DC-DC电路等单元构成。光电接口电路中采用全局最大功率追踪电路,减少了阴影对太阳能板收集光能的影响,提高了最大功率追踪效率。DC-DC电路中,采用导通时间可调、频率可调的控制模式,在更宽的输入功率范围内实现更高效率的同时保持输出端较小的电压纹波。仿真结果表明,该收集芯片的整体平均动态电流为7.6 μA,能量转换效率最高为91.2%。版图尺寸为9 623 μm×3 655 μm。
电源管理 能量收集 自适应导通时间 最大功率追踪 异步时钟信号控制 power management energy harvesting adaptive on-time maximum power tracking asynchronous clock signal control
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
基于65 nm CMOS工艺设计了一种56 Gbit/s PAM4 光接收机前端放大电路。前级为差分形式的跨阻放大器, 采用共栅前馈型结构降低输入阻抗, 并在输入端串联电感, 有效提高了跨阻放大器的带宽和灵敏度。后级放大器采用具有线性增益控制的多级级联可变增益放大器, 实现对输出摆幅的自动控制。输出缓冲器采用源极退化技术来拓展带宽。后仿真结果表明, 在100 fF光电二极管的寄生电容条件下, 所设计的光接收机前端电路的-3 dB带宽为24.4 GHz, 最大增益达到66 dBΩ, 等效输入噪声电流为17.0 pA·Hz-1/2。在输入电流变化及不同工艺角下, 输出眼图抖动较小且张开度良好。当电源电压为1.2 V时, 不同工艺角下的平均功耗为42.5 mW。
光接收机前端 跨阻放大器 自动增益控制 可变增益放大器 PAM4 PAM4 optical receiver front-end TIA AGC VGA
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education & Shaanxi Key Laboratory of Information Photonic Technique, School of Electronic and Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
2 Institut Pascal, PHOTON-N2, Université Clermont Auvergne, CNRS, SIGMA Clermont, F-63000 Clermont-Ferrand, France
3 Institut Universitaire de France (IUF), F-75231 Paris, France
4 Department of Applied Physics, School of Science, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
5 Department of Physics, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
6 National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
7 e-mail: zhyzhang@xjtu.edu.cn
8 e-mail: dmitry.solnyshkov@uca.fr
By taking advantage of the optical induction method, a non-Hermitian photonic graphene lattice is efficiently established inside an atomic vapor cell under the condition of electromagnetically induced transparency. This non-Hermitian structure is accomplished by simultaneously modulating both the real and imaginary components of the refractive index into honeycomb profiles. The transmitted probe field can either exhibit a hexagonal or honeycomb intensity profile when the degree of non-Hermiticity is effectively controlled by the ratio between imaginary and real indices. The experimental realization of such an instantaneously tunable complex honeycomb potential sets a new platform for future experimental exploration of non-Hermitian topological photonics. Also, we demonstrate the Talbot effect of the transmitted probe patterns. Such a self-imaging effect based on a non-Hermitian structure provides a promising route to potentially improve the related applications, such as an all-optical-controllable Talbot–Lau interferometer.
Photonics Research
2022, 10(4): 04000958
南京邮电大学 电子与光学工程学院、 微电子学院， 南京 210003
采用标准018 μm CMOS工艺，设计了一种可以同时高效收集压电、光电、热电、射频能量的多源能量收集芯片。该收集芯片由多种能源接口电路、可重构电荷泵和自适应控制电路等单元构成。可重构电荷泵中，通过调节电压转换倍率和开关工作频率来降低电荷再分配损耗，提高了转换效率，扩大了输入电压范围。自适应控制电路中，采用固定导通时间法控制系统的输出电压，所产生的峰值电压被复用，并用来控制电荷泵的工作状态，降低了电路的复杂度和功耗。仿真结果表明，该收集芯片的整体动态功耗为33 μW，能量转换效率最高为603%。版图尺寸为1 672 μm×1 990 μm。
能量收集 多能源 自适应 电荷泵 最大功率追踪 energy harvesting multi-sources adaptive charge pump MPPT
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130000
为了降低微盘腔半导体激光器工作时有源区的温度, 提升封装的可靠性, 基于Ansys Workbench有限元分析分别对AlN, WCu10, SiC, 石墨烯, 以及CVD金刚石过渡热沉封装的蜗线型微盘腔半导体激光器进行了热特性分析, 得到了器件工作时的温度分布以及热应力、热应变分布。结果显示, SiC封装器件的有源区温度较AlN和WCu10封装器件分别降低了2.18, 3.078℃, 并在五种过渡热沉封装器件中表现出最低的热应力, 器件热应变最小。SiC过渡热沉封装可以有效降低微盘腔半导体激光器工作时的有源区温度, 同时减少封装应力与器件应变, 从而提高器件的散热能力和可靠性。计算结果对半导体激光器单管散热及阵列集成散热均有指导意义。
微盘腔半导体激光器 过渡热沉 ANSYS热分析 热应力 micro-disk cavity semiconductor laser transition heat sink ANSYS thermal analysis thermal stress
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院 青藏高原研究所, 北京 100101
4 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了分析青藏高原地区甲烷浓度的垂直分布, 本文采用腔衰荡光谱技术(CRDS)设计了一套高灵敏度的球载甲烷浓度实时测量系统, 该测量系统在基于DSP的单板电路上实现腔模锁定、衰荡信号采集、光谱扫描、数据存储等功能并在DSP上实时处理衰荡信号、光谱信号和浓度等数据。本文首先介绍了CRDS测量原理与采用的光谱处理算法, 通过固定高斯线宽的方式改进光谱拟合算法, 使得浓度计算结果得到明显提升。然后, 分析了电路系统采集的衰荡信号与光谱信号, 采集的衰荡信号信噪比达62 dB, 并在实验室使用标准气体进行了标定试验, 标准气体的测量值标准差σ最大为2.2×10-9, 测量值的均方值RMS和标准气体标称值之间的校正可决系数为0.998 7。最后, 系统进行了实际试验, 在西藏鲁朗地区成功实现了从海拔3 340 m到海拔6 000 m的上升和下降过程中甲烷浓度的测量。该系统可以通过改变激光波长与光腔反射镜测量其他大气痕量气体, 进一步改进与优化的系统可以应用到大气同位素丰度的测量中。
光谱学 腔衰荡光谱技术 痕量气体 实时测量 spectroscopy cavity ringdown spectroscopy isotopes aburdance highly sensitivity real time detection
