1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 青岛理工大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266520
谱图还原算法是中阶梯光栅光谱仪高分辨的保障，其精度和速度的优化是推动仪器发展的关键。提出一种基于全像面拟合的谱图还原算法，将光谱标定融入到建模过程中的方式同时解决了环境改变和仪器扰动对模型精度的影响问题。首先建立初始模型，利用光线追迹结果进行全像面拟合，获得标准模型。再利用Hg-Ar灯的特征谱线对标准模型进行二次拟合以修正偏差，从而完成光谱标定。最后采用多种元素灯的特征谱线对所提建模方法的精度进行验证。实验结果表明，所建立的谱图还原模型的全像面误差在2 pixel内，全波段波长平均提取误差为0.01 nm。所提方法将建模过程与标定技术相结合，使标定常态化，简化了建模流程，为中阶梯光栅光谱仪的应用推广提供了算法基础。
光谱学 中阶梯光栅光谱仪 谱图还原算法 全像面拟合 光谱标定
浙江理工大学材料科学与工程学院, 杭州 310018
将不同质量的聚硅氮烷(PSZ)先驱体溶于二甲苯中, 配制成不同浓度的纺丝液, 并通过干法纺丝、紫外辐照交联法以及1 100 ℃高温裂解将PSZ纺丝液转化为硅碳氮(氧)(SiCN(O))纤维。采用旋转流变仪、FTIR、SEM、XPS和TG等手段研究了PSZ纺丝液的流变性能和PSZ纤维的紫外辐照交联过程, 并对辐照前后的PSZ纤维及SiCN(O)纤维的组成、结构和性能进行了表征。结果表明, 质量分数为87%的PSZ纺丝液在室温下存在切力变稀的行为, 属于假塑性流体, 具有优异的干法纺丝性能; PSZ纤维在波长为185 nm的紫外光下辐照7 h后, 其陶瓷产率较原纤维提升了30.8%。本研究对于PSZ新的纺丝工艺和PSZ纤维的不熔化处理具有一定的探索意义。
聚硅氮烷 SiCN(O)纤维 流变性能 干法纺丝 紫外辐照 陶瓷产率 polysilazane SiCN(O) fiber rheology dry spinning UV irradiation ceramic yield
浙江理工大学材料科学与工程学院，杭州 310018
先驱体转化含铝碳化硅陶瓷纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化等特性，是高温陶瓷基复合材料理想的增强体之一。基于含铝SiC陶瓷纤维的制备工艺路线，从聚铝碳硅烷(PACS)的合成方法及其机理、PACS纤维不熔化处理方法和控制Si(Al)C陶瓷纤维缺陷的研究现状方面综述了先驱体转化含铝SiC陶瓷纤维制备的最新研究进展。讨论了现有PACS合成路线和不熔化处理工艺的优缺点。此外，围绕含铝SiC陶瓷纤维的制备路线，认为后续可持续关注的主要有探索新的PACS合成路线、高效不熔化处理方法和提高Si(Al)C陶瓷纤维力学性能的方法等方面。
聚铝碳硅烷 碳化硅陶瓷纤维 先驱体转化法 polyaluminocarsilane silicon carbide ceramic fibers polymer derived method
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060
2 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400044
通讯系统传输效率的提升对滤波器带宽的要求越来越高，如果使用常规声表面波(SAW)滤波器设计技术，则将面临损耗大或带宽达不到要求的问题。该文根据系列宽带SAW滤波器产品开发结果，总结了采用特殊技术用LiTaO3压电基片实现相对带宽8%以上的宽带SAW滤波器设计方法，其包括利用外围电感、电容增加SAW谐振器的谐振频率和反谐振频率的间隔，提高阻抗元滤波器带宽；利用多模式纵向耦合谐振滤波器结构增加滤波器带宽；利用双通带滤波器并联结构获得大带宽滤波器。上述方法各有优缺点，其均能获得约为9%的带宽。
钽酸锂 声表面波 大带宽 滤波器 LiTaO3 SAW wide bandwidth filter
1 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400044
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060
针对基于钽酸锂压电基底的小尺寸边缘反射型声表面波(SAW）滤波器，该文采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对该SAW滤波器进行建模仿真，并进行了固体力学和静电学物理场的有限元仿真分析。同时讨论了电极材料、电极厚度对其导纳曲线谐振频率和反谐振频率的影响，证明了电极厚度能够影响器件导纳曲线的寄生谐振，且选定导纳曲线中寄生谐振最弱时的厚度为该电极的最佳厚度。最后选用厚度为1.6 μm的Al作为该小尺寸SAW滤波器的电极，并对不同基片端面位置下的传输响应进行仿真分析。常规的二维FEM仿真结果表明，当基片边缘端面距叉指换能器(IDT)边缘为0时，器件的中心频率为126.35 MHz，插入损耗为-2.57 dB，-3 dB带宽为3.3 MHz。该仿真结果与经COM模型模拟获得的响应结果具有较高的匹配度，从理论仿真角度进一步证明了大介电常数基片端面反射可以等效为一个强反射的反射条。
声表面波 有限元仿真 边缘反射 滤波器 surface acoustic wave finite element simulation edge reflection filter COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics
1 重庆大学 新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400044
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060
随着5G通信技术的发展，通信频段的演进对于声学滤波器的性能指标、封装尺寸、集成度等要求越来越高。但在小尺寸的声表面波双工器中，隔离度指标是设计中的一个难点。该文针对如何提高双工器隔离度指标展开研究。基于耦合模模型与电磁仿真模型建立了双工器的仿真模型。通过采用拓扑结构的改进、共地电感与封装外壳的改进等方法，最终实现了在发射端(Tx)隔离度为-60.5 dB，接收端(Rx)隔离度为-50 dB，且具有小插入损耗特征的Band 5双工器设计，较之未改进前的双工器，其隔离度有明显改善。
声表面波 双工器 高隔离度 耦合模模型 电磁仿真 surface acoustic wave duplexer high isolation Coupling-of-Modes model electromagnetic simulation
1 云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201
2 云南师范大学能源与环境科学学院，昆明 650500
热分解是磷石膏资源化利用的关键，但在不添加还原剂和催化剂的条件下，存在能耗高、成本高、分解率低等缺点，不利于磷石膏的循环再利用，因此寻找能降低磷石膏分解温度、提高分解率的还原剂和催化剂成为当下的研究重点。本文对磷石膏在还原剂和催化剂作用下的热分解过程及其研究状况进行了综述。研究发现，CO和焦炭等燃料型传统还原剂能有效降低磷石膏的分解初始温度，提高分解率，在实际应用中更为成熟。然而，燃料型传统还原剂的应用给磷石膏的热分解也带来了成本压力。添加非传统还原剂(如硫磺、H2S)和催化剂不仅能降低磷石膏热分解的成本，还能减少温室气体CO2的排放，但该研究目前还处于试验阶段。寻找能耗和成本更低、分解率更高的还原剂和催化剂是未来实现磷石膏绿色、低碳、高效资源化利用的研究方向。
磷石膏 热分解 资源化利用 还原气氛 还原剂 催化剂 phosphogypsum pyrolysis resource utilization reducing atmosphere reducing agent catalyst
浙江理工大学材料科学与工程学院, 先进陶瓷材料与纤维研究所, 杭州 310018
以SiC纳米纤维(SiCnf)为增强体, 通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层, 并与SiC粉体、Al2O3-Y2O3烧结助剂共混制备陶瓷素坯, 采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiCnf/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiCnf/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明: 在1 100 ℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm, 且为结晶度较好的层状石墨结构; 相比于纤维表面无包覆层的复合材料, 复合材料的断裂韧性提高了35%, 达到最大值(19.35±1.17) MPa·m1/2, 抗弯强度为(375.5±8.5) MPa, 致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象, 但SiCnf/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强, 纳米纤维拔出短, 表现为脆性断裂。
SiC陶瓷基复合材料 SiC纳米纤维 裂解碳包覆 化学气相沉积 断裂韧性 热压烧结 SiC ceramic matrix composite SiC nanofiber pyrolysis carbon coating chemical vapor deposition fracture toughness hot pressing
1 重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心，重庆 400714
提出了一种基于反射式微棱镜阵列结构的车载波导抬头显示系统，分析了反射式微棱镜阵列结构的倾斜角度、区域数量、排列周期以及入射光宽度等参数对杂散光、出瞳扩展连续性、照度均匀度的影响，给出了最佳参数的设计方法。针对10°×5°视场角，130 mm×50 mm眼动范围的车载要求，进行了具体的波导设计与仿真。结果显示提出系统各视场照度均匀度大于64%，可实现全彩显示，整体体积小于6.5 L。提出的结构与方法有望应用于车载抬头显示领域，降低系统体积。
光学设计 波导显示 微棱镜阵列 全彩显示 增强现实 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722004
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Applied Optics Beijing Area Major Laboratory, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
2 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
3 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
4 Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics & Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, Peking University, Beijing 100871, China
5 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Owing to weak light-matter interactions in natural materials, it is difficult to dynamically tune and switch emission polarization states of plasmonic emitters (or antennas) at nanometer scales. Here, by using a control laser beam to induce a bubble (n=1.0) in water (n=1.333) to obtain a large index variation as high as |Δn|=0.333, the emission polarization of an ultra-small plasmonic emitter (~0.4λ2) is experimentally switched at nanometer scales. The plasmonic emitter consists of two orthogonal subwavelength metallic nanogroove antennas on a metal surface, and the separation of the two antennas is only sx=120 nm. The emission polarization state of the plasmonic emitter is related to the phase difference between the emission light from the two antennas. Because of a large refractive index variation (|Δn|=0.333), the phase difference is greatly changed when a microbubble emerges in water under a low-intensity control laser. As a result, the emission polarization of the ultra-small plasmonic emitter is dynamically switched from an elliptical polarization state to a linear polarization state, and the change of the degree of linear polarization is as high as Δγ≈0.66. Owing to weak light-matter interactions in natural materials, it is difficult to dynamically tune and switch emission polarization states of plasmonic emitters (or antennas) at nanometer scales. Here, by using a control laser beam to induce a bubble (n=1.0) in water (n=1.333) to obtain a large index variation as high as |Δn|=0.333, the emission polarization of an ultra-small plasmonic emitter (~0.4λ2) is experimentally switched at nanometer scales. The plasmonic emitter consists of two orthogonal subwavelength metallic nanogroove antennas on a metal surface, and the separation of the two antennas is only sx=120 nm. The emission polarization state of the plasmonic emitter is related to the phase difference between the emission light from the two antennas. Because of a large refractive index variation (|Δn|=0.333), the phase difference is greatly changed when a microbubble emerges in water under a low-intensity control laser. As a result, the emission polarization of the ultra-small plasmonic emitter is dynamically switched from an elliptical polarization state to a linear polarization state, and the change of the degree of linear polarization is as high as Δγ≈0.66.
plasmonic emitters nanometer scales polarization manipulation dynamical switching bubbles Opto-Electronic Advances
2022, 5(8): 200100
