西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
与特定波长处的高吸收率设计不同，3~5 μm宽波长范围内超导纳米线单光子探测器的光吸收设计需要更好地兼顾吸收率的峰值大小和带内平坦度。为此，一方面采用超窄NbN纳米线/SiO2腔/分布式布拉格光栅（DBR）来构建基于非对称法布里-珀罗（F-P）腔结构的正面对光器件初始模型；另一方面将SiO2腔、DBR的高折射率层和低折射率层这3个厚度作为优化对象，以3~5 μm波长范围内光吸收率的最小值作为优化目标，使用粒子群算法对初始模型进行优化。结果显示，相比于上下腔双谐振波长耦合的思路，基于非对称F-P腔结构并采用了高折射率差DBR的单层NbN纳米线探测器设计，在目标波长范围内光吸收率的最小值提高了40.2%，带内平坦度提高了59.2%。在此基础上的双层NbN纳米线探测器结构不仅可以进一步提高光吸收率的最小值，而且可以在不追求特定波长处高吸收率的情况下将吸收率的最大值提升至0.97以上，达到与双谐振波长耦合方法相当的水平。
探测器 超导纳米线单光子探测器 宽带光吸收 非对称法布里-珀罗腔 分布式布拉格光栅 3~5 µm 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1704002
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
与成熟的近红外波段设计相比，3~5 μm波长范围内较低的光子能量对于超导纳米线单光子探测器（SNSPD）宽带光吸收特性设计提出了更高的要求。为此，提出了一种中红外波段SNSPD宽带光吸收特性设计方法。以加载SiO2/Au反射腔的超窄纳米线结构SNSPD为例，在通过优化上下腔3层介质层厚度实现2个目标波长处阻抗匹配的基础上，引入介质层总厚度与谐振波长之比作为评价每个谐振波长处带宽特性的指标，更好地取得了阻抗匹配精度与带宽特性之间的平衡，从而达到了双宽带耦合谐振以拓展总体吸收带宽的目的。数值结果表明，所提SNSPD在2928~4856 nm波长范围内对电场分量平行于纳米线的入射光能够吸收至少50%。
探测器 超导纳米线单光子探测器 宽带光吸收 中红外 3~5 µm 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0104001
强激光与粒子束
2021, 33(2): 023005
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
在超宽带TEM喇叭天线的设计中，如何改善天线的低频性能是目前研究的关键问题。通过分析天线的阻抗渐变特性与时域辐射特性，设计了一种新型TEM喇叭天线，解决了天线末端反射的问题，提高了天线低频性能。与传统的TEM喇叭天线相比，新型TEM喇叭天线在全频段减小了方向图后瓣，提高了低频时天线辐射主轴增益，拓展了低频带宽。验证实验表明，该天线带宽为160 MHz~2.5 GHz，180 MHz主轴增益2.3 dB，全频段方向图后瓣小于-2 dB，尺寸为48.5 cm×38.1 cm×35 cm，同时兼顾了天线的小型化与低频带宽。
TEM喇叭天线 末端加载 低频辐射 阻抗渐变 辐射机理 TEM horn antenna end loading low frequency radiation impedance gradient radiation mechanism 强激光与粒子束
2019, 31(8): 083002
1 西安理工大学,自动化与信息工程学院,西安,710048
2 西北核技术研究所,西安,710024
电-磁振子组合型超宽带(UWB)天线的物理结构包括3部分:天线的馈电系统、TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元.采用CST MICROWAVE STUDIO电磁场数值计算软件,对该组合型天线的结构与端口S参数和时域辐射特性的关系进行了分析.仿真结果表明:当TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元由3段金属板构成时,天线的端口S参数较小,主轴辐射功率较大,方向性较好.
UWB天线 电-磁振子 喇叭 S参数 辐射特性 CST软件
1 西安理工大学,自动化与信息工程学院,西安,710048
2 西北核技术研究所,西安,710024
3 西安交通大学,电信学院,西安,710049
采用CST MICROWAVE STUDIO电磁场数值计算软件,对电-磁振子组合型超宽带(UWB)天线结构参数与天线性能之间的物理关系进行了分析.电磁组合型天线的物理结构包括三部分:天线的馈电系统、TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元.激励源采用高斯脉冲,边界为6层理想吸收边界(PML6).仿真结果表明:组合天线的外导体屏蔽和电流环分别改善了不同频带内的端口参数;当电流环周长(105 cm)约等于天线尺寸(50 cm)的2倍时,天线的反射能量较小,端口参数曲线平坦;天线的物理尺寸决定其辐射带宽,尺寸越大,低频辐射特性越好.
高功率微波 UWB天线 组合型天线 电-磁振子 CST软件
