1 桂林理工大学土木与建筑工程学院,桂林 541004
2 广西绿色建材与建筑工业化重点实验室,桂林 541004
3 广西壮族自治区分析测试研究中心,南宁 530022
为促进不同粒径再生砖混骨料的多元化利用,本试验采用再生砖混细骨料完全代替石英砂,采用不同掺量聚丙烯纤维制备再生砖混工程水泥基复合材料(ECC),研究其受力破坏特征、强度影响机理及微观结构对力学性能的影响。结果表明:未掺纤维的再生砖混ECC的失效模式为脆性破坏,而掺纤维的再生砖混ECC受拉时具有明显的应变硬化特征,随着纤维掺量的增加,其抗折强度、极限抗拉强度和极限拉应变持续增大,抗压强度呈先增大后减小趋势,表现出良好的延性和韧性破坏特征; 再生砖混ECC的孔隙率在11.28%~13.68%,通过SEM观察,发现纤维与再生砖混ECC黏结性能较好,纤维破坏模式主要为拔出和拉断破坏,开裂后应变硬化拉伸幅度和拉伸强度低于普通ECC混凝土; 新旧浆体界面黏结性能相对薄弱,破坏时微裂缝容易在界面过渡区产生和发展。
再生砖混细骨料 工程水泥基复合材料 应变硬化 聚丙烯纤维 纤维掺量 力学性能 微观结构 recycled brick concrete fine aggregate engineered cementitious composites strain hardening polypropylene fiber fiber content mechanical property microstructure
陶瓷材料因具有良好的机械性能、抗腐蚀性、耐高温性及抗氧化性等, 被广泛应用于航空航天、医疗、能源交通等领域, 陶瓷材料自身及其与金属材料的连接技术对于实际工程应用具有重要意义。由于部分陶瓷材料与电场的特殊作用机理, 将外加电场应用于陶瓷材料的连接技术中, 可以获得多种普通连接技术所不具备的优势, 如连接温度较低和连接时间较短等, 这就催生了新型陶瓷材料电场辅助连接技术。本文着重梳理了陶瓷及陶瓷基复合材料电场辅助连接技术的研究现状, 对近年来电场辅助连接技术的研究进展进行了综述, 重点介绍了电场辅助扩散连接(Electric field-assisted diffusion bonding, FDB) 技术、放电等离子体烧结 (Spark plasma sintering, SPS)连接技术以及新型低温快速闪连接(Flash joining, FJ) 技术的连接机理、典型界面微观结构、接头强度及影响因素等, 阐述了不同电场辅助连接技术的适用范围和局限性, 并对陶瓷材料电场辅助连接技术的发展进行了展望。
陶瓷 电场辅助 电场辅助扩散连接 SPS连接 闪连接 综述 ceramics electric field electric field-assisted diffusion bonding SPS joining flash joining review
1 中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266000
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266000
近年来，基于新型荧光材料制备的荧光型光纤传感器由于具有发光强、灵敏度高、能够实时监测、操作简单等优点，在海洋环境、水质监测以及血液分析等领域都有着广泛的应用。本文论述了荧光型光纤传感器在溶解氧、pH和二氧化碳检测领域的最新研究进展，总结了不同类型荧光材料的检测机理、优缺点以及主要性能参数。最后，结合当前荧光型光纤传感器面临的问题与挑战对未来的发展方向进行了分析与展望。
光纤光学 光纤传感器 溶解氧 pH 二氧化碳 荧光材料 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700004
1 厦门大学 航空航天学院，福建厦门3604
2 集美大学 海洋信息工程学院，福建厦门36101
在功率半导体市场中，绝缘栅双极型晶体管（Insulated gate bipolar transistor，IGBT）和碳化硅金属氧化物半导体场效应管（Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，SiC MOSFET）具有出色的耐压性与频率特性，逐渐取代了传统的MOSFET。为了提高IGBT和SiC MOSFET驱动电路的可靠性，设计了一款光耦隔离式栅极驱动芯片，通过协同设计光探测器与驱动电路，从而实现单片集成。使用Silvaco软件对光探测器进行了仿真。仿真结果显示：光探测器对800 nm波长红外光的响应度约为0.277 A/W，-3 dB带宽约为90 MHz。进一步对光耦的光学结构进行优化设计，实现了控制端与后端高压驱动电路的有效隔离，从而解决了串扰问题。使用Maxchip 0.18 μm 40 V BCD工艺进行流片，并对封装芯片进行测试。在光源输入电流为10 mA、芯片供电电压为12~40 V、输入信号频率为20 kHz的测试条件下，芯片的传播延时仅为98 ns。
协同设计 单片集成 光耦隔离 低延时 collaborative design monolithic integration optocoupler isolation low delay
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西无线宽带与信号处理重点实验室，广西 桂林 541004
2 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
3 深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
半峰全宽（FWHM）是影响传感器性能的重要因素，为了提高表面等离子体共振传感器的品质因数，提出了一种光栅辅助超窄带多光谱等离子体共振传感器结构。该结构由周期性交替的SiO2与Au矩形纳米柱构成，并置于SiO2/Al2O3薄膜层上。利用全矢量有限元法对该结构的传输特性及传感特性进行数值仿真，分析了结构参数及入射光偏振态对FWHM和传感特性的影响。仿真结果表明，在800~1100 nm波长范围内，该传感器的传输谱存在两个由光栅衍射及等离子体共振形成的凹点，相应的FWHM分别为0.35 nm及0.59 nm，折射率灵敏度分别为525.7 nm/RIU、475.7 nm/RIU，品质因数分别为1502.00 RIU-1和806.27 RIU-1，在生物检测、药物筛选、膜生物学等领域具有潜在的应用前景。
光栅 表面等离子体共振 半峰全宽 折射率传感 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1105002
1 桂林电子科技大学 信息与通信学院 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室，广西 桂林 541004
2 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统教育部重点实验室，广东 深圳 518060
3 深圳大学 光电工程学院 广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，广东 深圳 518060
基于表面等离子体共振（SPR）原理，分析了D型高双折射光子晶体光纤（HB-PCF）的折射率传感特性。模拟研究了抛磨角度对双折射、折射率传感灵敏度的影响。仿真结果表明：当抛磨面离纤芯的高度小于1.5倍占空比时，抛磨面离纤芯越近，双折射越小；随着抛磨角度的增加，双折射先增加后减小，折射率传感灵敏度随之减小；当抛磨角度为0°且折射率范围在1.330~1.390时，D型HB-PCF的平均折射率灵敏度高达2 833.33 nm/RIU。此外，制备了一种D型高双折射率光子晶体光纤SPR传感器，实验测得其折射率灵敏度约为1 711.83 nm/RIU。D型HB-PCF SPR传感器可应用于生物、化学和环境监测等领域。
光子晶体光纤 表面等离子体共振 折射率 传感器 侧边抛磨 Photonic crystal fiber Surface plasmon resonance Refractive index Sensor Side polishing OCIS codes：060.5295 240.6680 280.1415 120.4640
大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连 116026
在弹性光网络中，频谱碎片会造成大量业务请求被阻塞。为了减少碎片、进一步降低立即预留请求的带宽阻塞率，提出一种二维碎片感知路由频谱分配算法。在路由阶段，该算法综合考虑跳数和调制格式因子，为业务请求离线计算出多条跳数较小、调制格式较好的候选路径。在频谱分配阶段，综合考虑到频谱边界的距离、对相邻资源的影响和资源使用量3个因子，设计一个二维碎片度量指标——联合碎片度（CF），以评估每个候选频谱块，并选择CF最小的候选频谱块分配给业务。仿真结果表明，与几种典型算法相比，本文提出的算法能够进一步降低带宽阻塞率和提高频谱利用率。
弹性光网络 立即预留 路由频谱分配 频谱碎片 候选频谱块 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0506008
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 齐鲁工业大学(山东科学院)海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
荧光猝灭法是快速测量污水、 地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一, 氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心, 高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、 特异性强、 信噪比高的优点, 检测结果更为准确。 高效率是优选氧敏感膜的依据, 也是溶解氧检测元器件、 检测电路和检测光路优化设计的关键。 现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法, 基于对已有传感器探头光路和电路的研究, 该研究分析了全波段的荧光发射效率, 选用大功率氙灯作为激发光源, 基于连续单波长逐级扫描进行单色分光, 构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置, 然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱, 提出并建立了荧光发射效率计算方法, 提出的方法能客观地评估荧光发射能力, 准确寻找最佳激发波长。 为验证该方法的可行性, 对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定, 测试结果表明: 单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化, 呈多峰分布, 同一型号的样品荧光效率曲线相似, 但荧光发射效率差异较大, 同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%, 三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同, 分别为: 401, 543和435 nm, 但发射峰值波长均为650 nm; 不同型号的氧敏感膜相比较, 最大荧光发射效率可相差1~2个数量级; 实测传感器中使用的激发波长, 其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长, 其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2, 表明传感器光源可以进一步优化选型。 综上所述, 本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统, 提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法, 并开展了相关实验测定。 本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、 工艺的研究及传感器优化设计与制造。
氧敏感膜 激发光谱 发射光谱 荧光发射效率 质量评估 Sensitive membrane Excitation spectrum Emission spectrum Fluorescence efficiency Quality assessment 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3486
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
视觉测量具有结构简单、成本低、非接触式测量的优点, 利用视觉位姿测量结果对空间展开机构进行定位具有良好的应用前景。实际应用中需要将视觉测量数据转换到物空间坐标系从而对定位系统的控制量提供指导。针对相机外参数标定操作繁琐、需要额外设备、不利于在轨实现等缺点, 提出了一种利用运动样本空间构建坐标系转换关系的数据处理方法, 根据取样空间内构建的补偿方程, 可以将各自由度的视觉测量数据转换到控制器坐标系上, 同时能够校正由于安装、配准等导致的系统误差, 从而实现高精度的空间目标定位。实验结果表明, 在1.7m的测量距离下, 所搭建单相机测量系统的位置与转角测量精度可达0.02mm和0.003°, 验证了所研究方法的有效性和实用性。
视觉测量 位姿测量系统 空间定位 数据处理 误差补偿 vision measurement pose measurement system spatial positioning data processing error compensation
大连理工大学 微电子学院, 辽宁 大连 116600
钳位电压(Vpin)是影响 CMOS 图像传感器(CIS)中钳位光电二极管(PPD)电荷转移效率和满阱电荷容量的关键物理量。在辐照条件下, Vpin受辐射总剂量(TID)增加而升高, 因此研究其机理对抗辐照CIS的设计有重要意义。文章利用TCAD仿真软件分析了CIS器件的电学特性, 研究了Vpin受TID影响的机理。结果表明, 当辐照引起的氧化物陷阱电荷浓度达到3×1016cm-3时, 浅沟槽隔离(STI)附近的耗尽区将PPD中的pin层与地极电学隔离, 从而导致pin层电势易受到传输晶体管TG沟道电势影响而增加, 使得相同电子注入条件下PPD可存储的电子增多, 复位所需电压增大, 导致Vpin随着辐射总剂量增加而增大。
钳位电压 总剂量效应 CMOS图像传感器 pinning voltage TID CIS TCAD TCAD
