作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院,安徽 合肥 230026
2 南京大学 大气科学学院,江苏 南京 210023
激光雷达具有探测距离远,分辨率高,对气溶胶浓度变化敏感等优势,偏振激光雷达还能够对粒子形态做区分,根据消光系数及退偏比值识别云、雾、烟尘等。利用偏振激光雷达进行扫描观测,可以实现火灾烟尘的快速识别。通过对不同波长的激光雷达探测距离进行仿真,结果表明,波长为1064 nm的激光雷达探测距离为532 nm波长的1.3~1.4倍。通过优化扫描策略及算法,可剔除固定障碍物及临时移动障碍物的影响。为避开安装点位周边高度相近的障碍物,通常会给激光雷达设置一定仰角,对存在探测仰角时产生的水平距离偏差及垂直高度测量偏差进行计算,当激光雷达探测仰角为2°时,6 km处测量高度偏差为209.397 m。使用高斯烟羽模型对烟尘浓度分布进行仿真,当大气稳定度为B,平均风速为1 m/s时,200 m高度处烟尘浓度分布高值点距地面火点的径向距离≥1 km,为火点准确定位提供了修正依据。分别在辽宁省盘锦市盘山县绕阳湖景区,广东省东莞市观音山森林公园进行外场实验,偏振激光雷达在开阔地带及多障碍物山体地带下,均能够快速识别烟尘。
偏振 激光雷达 退偏比 遥感 烟火监测 polarization lidar depolarization ratio remote sensing fire smoke monitoring 
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220508
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Will Semiconductor Co. Ltd., Shanghai 201210, China
This paper presents a low-power high-quality CMOS image sensor (CIS) using 1.5 V 4T pinned photodiode (4T-PPD) and dual correlated double sampling (dual-CDS) column-parallel single-slope ADC. A five-finger shaped pixel layer is proposed to solve image lag caused by low-voltage 4T-PPD. Dual-CDS is used to reduce random noise and the nonuniformity between columns. Dual-mode counting method is proposed to improve circuit robustness. A prototype sensor was fabricated using a 0.11 µm CMOS process. Measurement results show that the lag of the five-finger shaped pixel is reduced by 80% compared with the conventional rectangular pixel, the chip power consumption is only 36 mW, the dynamic range is 67.3 dB, the random noise is only 1.55 erms, and the figure-of-merit is only 1.98 e·nJ, thus realizing low-power and high-quality imaging.This paper presents a low-power high-quality CMOS image sensor (CIS) using 1.5 V 4T pinned photodiode (4T-PPD) and dual correlated double sampling (dual-CDS) column-parallel single-slope ADC. A five-finger shaped pixel layer is proposed to solve image lag caused by low-voltage 4T-PPD. Dual-CDS is used to reduce random noise and the nonuniformity between columns. Dual-mode counting method is proposed to improve circuit robustness. A prototype sensor was fabricated using a 0.11 µm CMOS process. Measurement results show that the lag of the five-finger shaped pixel is reduced by 80% compared with the conventional rectangular pixel, the chip power consumption is only 36 mW, the dynamic range is 67.3 dB, the random noise is only 1.55 erms, and the figure-of-merit is only 1.98 e·nJ, thus realizing low-power and high-quality imaging.
Journal of Semiconductors
2022, 43(8): 082401
徐文静 1,2陈杰 1,*旷章曲 3周莉 1[ ... ]张成彬 1
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所,北京 100029
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海韦尔半导体股份有限公司,上海 201210
针对应用于物联网及人工智能等领域的CMOS图像传感器功耗受限于传统高压四管钳位光电二极管(Four Transistors Pinned Photodiode,4T-PPD)有源像素的问题,设计了低压4T-PPD有源像素。首先,基于热扩散、自诱导漂移及边缘场漂移理论,分析了PPD内部电荷转移机制的理论。其次,基于理论分析提出了用五指形像素层取代传统方形像素层,以解决低压PPD内部电荷不完全转移引起的图像拖尾。CMOS图像传感器采用0.11 µm 1P3M标准CMOS工艺流片,测试结果表明:设计的五指形4T-PPD有源像素在低压1.5 V下,与传统方形像素相比残余电荷下降了80%,满阱容量为4 928e-,动态范围可达67.3 dB,随机噪声仅为1.55e-rms,性能指标可与传统高压4T-PPD有源像素相比拟。
CMOS图像传感器 4T有源像素 电荷转移 图像拖尾 低功耗 CMOS image sensor 4T active pixel Charge transfer Image lag Low power 
光子学报
2022, 51(5): 0523001
徐冰清 1,2,3韩燕 4徐文静 1,2,3郑俊 1,2,3孙东松 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽 合肥 230026
3 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站,安徽 亳州 233527
4 西北核技术研究所,陕西 西安 710024
太阳光背景辐射严重影响拉曼激光雷达白天探测的性能。为提高拉曼激光雷达白天探测的高度和精度,设计了激光波长为354.8 nm的拉曼激光雷达系统,讨论了354.8 nm和532 nm激光光源对拉曼激光雷达探测性能的影响,完成了系统的光路设计。偏振分光棱镜和1/4波片组成的光开关与收发合置的望远镜相结合,减小了系统的接收视场角,优化了白天探测的性能。以最小的温度不确定度为标准,通过仿真分析选取了转动拉曼通道干涉滤光片的各项参数,并对系统的探测性能进行了仿真。仿真过程中激光能量取200 mJ,频率50 Hz,积分时间20 min,距离分辨率105 m。收发合置的拉曼激光雷达系统在考虑退偏的情况下,白天探测的温度不确定度在3180 m以下小于1 K。白天探测水汽混合比的统计误差在2400 m以下,小于0.001 g/kg。仿真结果表明,白天探测的性能得到了一定程度的提高。
激光雷达 拉曼散射 收发合置 温湿度探测 lidar Raman scattering monostatic temperature and humidity detection 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20200410
徐文婧 1,2,**李岩 1,2,*刘宇旸 1,2李永富 1,2[ ... ]伍剑 1,2
作者单位
摘要
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
针对目前相干光通信正交相移键控(QPSK)系统载波相位恢复算法的两种实现方式——基于复数运算和基于角度运算,就基于复数运算的Viterbi-Viterbi相位估计(VVPE)算法和基于角度运算的重心相位估计(BCPE)算法的恢复性能和硬件实现复杂度两个方面进行分析和对比。仿真证明VVPE算法比BCPE算法对抗加性噪声的能力更强,产生周期滑动的概率更低,两种算法在无周期滑动时性能接近。进行了速率为2.5 GBaud(符号率线宽积4×10 -5)和10 GBaud(符号率线宽积1×10 -5)的QPSK相干接收实验,采用Matlab离线和Verilog离线方式,对两种算法的性能进行了验证。结果表明:对于2.5 GBaud的QPSK信号,优化均值滤波器长度后,两种算法的接收灵敏度均为-52 dBm@1×10 -3,VVPE算法和BCPE算法分别在接收功率为-54 dBm和-53 dBm时产生周期滑动;对于10 GBaud的QPSK信号,优化均值滤波器长度后,两种算法的接收灵敏度均为-47 dBm@1×10 -3,BCPE算法在接收功率为-52 dBm时产生周期滑动。基于Xilinx公司的Virtex Ultrascale+系列现场可编程门阵列(FPGA)开发平台,对系统速率为10 GBaud、并行路数为64的两种算法进行了对比,结果表明VVPE算法在输入信号位数为8、BCPE算法在输入信号位数为16时,接收灵敏度均为-51 dBm@2×10 -2,BCPE算法相对于VVPE算法,硬件查找表资源占用量降低了约5.78%。
光通信 相干通信 相位调制 
光学学报
2021, 41(12): 1206002
作者单位
摘要
1 河南科技大学机电工程学院, 洛阳 河南471003
2 洛阳铁路信息工程学校电气工程系, 洛阳 河南 471900
基于Neumann边界条件建立了激光微造型的热学模型,分析了激光微造型过程中反射率、折射率与消光系数之间的关系,以及材料在不同温度和波长下的吸收率、表面蒸气压强、质量迁移率与成形效率,进一步研究了不同参数对激光微造型中热学模型、热应力与损伤阈值的影响,并采用扫描电镜和能谱仪对成形后的微凹坑进行分析,得到了微造型的成形机理。研究结果表明:为保证对激光能量的较低反射率R(例如<15%),当消光系数K在[0, 0.019]范围内时,材料的折射率n应在1~2.5范围内进行选择;波长越长,吸收率越小;温度越高,吸收率越大;激光半径、轴向距离与微凹坑深度越大,温度越低;脉宽越窄,蒸气压强越大,液态金属的迁移量越多。微凹坑成形效率经历了稳定不变、迅速上升与逐渐下降的三个阶段。进一步研究后发现,压应力是材料发生损伤的重要机制,且环向热应力是微凹坑直径扩展的主要因素,熔融损伤引起径向材料的熔化。在微造型过程中不仅生成了CuO与ZnO等氧化物,还出现了能量从1#区域向边缘3#区域逐渐减小的变化。
激光技术 微造型 激光 热应力 熔融损伤 成形机理 
中国激光
2021, 48(10): 1002111
作者单位
摘要
东北石油大学电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
以硅十字架二聚体纳米天线为研究对象,采用有限元法(FEM)系统研究其远场单向散射特性,利用多极分解的方法对其散射特性进行解释。通过分析纳米天线中不同共振模式的响应对散射特性的影响,发现这些共振模式的耦合作用导致了高介电材料硅十字架二聚体结构磁热点的产生和远场单向性散射,为实现远场单向性可控的纳米天线提供了坚实的理论基础。
材料 纳米天线 散射特性 磁热点 单向散射 
激光与光电子学进展
2019, 56(8): 081601
作者单位
摘要
1 西部机场集团榆林机场公司, 陕西 榆林 719000
2 深圳大舜激光技术有限公司, 广东 深圳 518067
设计并研制了面向民航机场的能见度激光雷达,开展了连续6个月的观测试验,并与目前机场使用的大气透过率仪、 大气前向散射仪及人工观测结果进行了对比。结果表明:研制的DSL-V后向散射型能见度激光雷达达到了国际民航组织(ICAO)的技术要求, 能见度为0~600 m时探测误差小于11.3%(能见度绝对误差小于等于26 m);能见度为600~1500 m时探测误差小于8.2%;能见度为1500~10000 m时探测误差小于14%。
激光技术 激光雷达 能见度 后向散射 误差 laser technology lidar visibility backscattering error 
量子电子学报
2017, 34(6): 727
作者单位
摘要
1 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
2 成都信息工程大学, 四川 成都 610225
利用2015年全年AQI和风廓线雷达资料,对北京地区严重污染天气条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:(1)严重污染天气水平风速很小,尤其 在近地面风速接近0 m/s,全天垂直风速分布平均,各层过渡平缓,边界层非常稳定,几乎没有起伏。(2)高浓度污染物的存在阻挡了太阳辐射对地面的传输, 同时地表的长波辐射也难以向上扩散,积累到一定程度才会向上发展。缺少热动力使得边界层更加稳定,不利于污染物扩散,形成稳定边界层利于污染 天气维持。这一过程形成了污染物与稳定边界层互相促进的恶性循环。(3)风场的动力作用不足,热力湍流起主导作用,湍流强度相比晴空天气要小很多。
大气探测 边界层演变特征 风廓线雷达 折射率结构常数 atmospheric exploration boundary layer evolution characteristics wind profile radar refractive index structure constant 
大气与环境光学学报
2017, 12(1): 1
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
A stable and broadband microwave photonic phase shifter based on the combined use of a linear chirped fiber Bragg grating and optical single-sideband (OSSB) modulation is proposed and experimentally demonstrated. The quality of the radio frequency (RF) signal is improved by the spectral separation delay processing. The theoretical fundamentals of the scheme are explained and the phase shift can be controlled linearly by the wavelength of the light source. In the experiment, a full 360° phase shift with a 10 GHz bandwidth can be achieved and tuned dynamically, continuously, and stably.
060.3735 Fiber Bragg gratings 060.4510 Optical communications 060.5625 Radio frequency photonics 
Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 040601

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