1 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
2 上海冕芯半导体科技有限公司, 上海 201203
3 西安航天民芯科技有限公司, 西安 710077
光通讯、5G和毫米波通信等应用系统的快速发展对ADC的采样速率和输入信号带宽提出了更高的要求。受到功耗和工艺器件的限制, 传统流水线型高速高精度ADC的采样速率和精度已接近瓶颈, 无法满足高速通信系统的信号采样需求, 需要更新颖的超高速ADC结构和设计技术。文章介绍了近年来超高速ADC在工艺和设计技术方面的研究进展, 详细分析了近年来基于时域交织技术和FinFET工艺进行超高速ADC设计的研究成果和发展动态。
毫米波 模数转换器 超高速 时域交织 5G 5G millimeter wave ADC ultra-high speed time interleave
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
电阻阵列的封装需求向着集成度高、大功率、深低温方向发展。为了满足130 K以下低温工作、稳态功率100 W以上的深低温应用需求，提出了一种利用液氮进行制冷的集成封装结构，并利用有限元仿真和实测验证相结合的方法验证了装置的制冷能力。结果表明，热沉钼与陶瓷电极板的厚度均为2 mm的情况下，加热功率在0.1~192.76 W区间内，有限元仿真得到的温度与实测温度最大误差小于7.67%，引起误差的主要原因是封装结构件的体热阻及界面热阻随温度发生变化而仿真时采用恒定热阻。结构能够在加热功率小于211.90 W的工况下正常工作。在设计的100 W稳定加热工况下，芯片衬底温度不高于101.9 K，热应力为5.66 MPa，满足设计要求。
有限元仿真 电阻阵列 封装结构 温度分布 finite element simulation resistor array package structure temperature distribution 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210721
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学（CFD）方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明，相比于空腔结构和微槽道结构，扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流，而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布，扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现，交错排布优于平行排布，方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱，对流换热系数为4223 W/(m2·K)，较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证，在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。
大功率器件 扰流柱 两相流 对流换热系数 high-power devices pin-fin two-phase flow convective heat transfer coefficient 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220085
1 国防科技大学自动目标识别重点实验室，湖南 长沙 410000
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100000
为了提高海量空间碎片天基光学成像仿真的计算速度，提出了一种海量空间碎片天基光学观测图像快速仿真方法。首先，阐述了天基光学观测图像的成像原理，设计了成像仿真流程，给出了各流程的计算方法，分析出了多约束条件下关于空间碎片可见性的计算是限制成像仿真速度的主要原因。接着，以提升计算速度为出发点，建立了各约束条件对空间碎片可见性求解速度影响的评价指标。最后，根据建立的评价指标与实际观测任务的特点，提出了多约束条件下海量空间碎片的可见性快速求解策略。仿真实验结果表明，所提方法在保证仿真图像逼真度的同时，成像仿真速度明显优于传统成像仿真算法，对天基可见光观测平台的研制与效能评估具有重要意义。
空间光学 成像方法 仿真流程 空间碎片 可见性 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1611006
1 国防科技大学自动目标识别重点实验室，湖南 长沙 410073
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
针对天基光学观测过程中存在杂散光干扰成像的问题，提出一种受杂散光影响的天基光学观测图像的仿真算法。首先通过分析天基光学观测图像的成像原理来设计天基光学观测图像的仿真流程，并给出各流程的计算方法。接着分析地气光干扰成像的原理，建立地气光成像仿真的数学模型，采用微元法实现地气光的成像仿真。最后阐述月光干扰成像的原理，建立月光成像仿真的数学模型，采用扩展截取法实现月光的成像仿真。仿真结果表明，采用所提算法仿真图像，图像的逼真度较高，而且较真实地实现杂散光的成像仿真，并且通过相关文献证明所提算法的正确性与合理性。
散射 杂散光 成像方法 仿真流程 微元法 扩展截取法 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0229001
为解决移动机器人路径规划难题，设计了融合改进A*算法和动态窗口法的全局动态路径规划方法。首先，基于传统A*算法结合JPS算法对子节点进行扩展跳跃，提高路径规划效率; 其次，结合Floyd算法对所规划路径进行平滑优化; 最后，融合动态窗口法使A*算法可进行全局动态路径规划。基于Matlab平台将全局动态路径规划算法在8种规格栅格地图中进行仿真实验。分析结果得知，融合算法在效率和平滑性上得到极大改善，且可进行动态避障，融合改进后的全局动态路径规划算法具有明显优秀的路径规划能力。
移动机器人 全局动态路径规划 A*算法 跳点 Floyd算法 动态窗口法 mobile robot global dynamic path planning A* algorithm jump point Floyd algorithm Dynamic Window Approach(DWA)
摄像机标定在机器视觉技术中具有重要意义。针对传统三维物标定方法操作繁琐，BP神经网络标定受初始权值和阈值影响的问题，提出一种基于光轴会聚模型的思维进化-神经网络标定方法。利用BP神经网络可逼近非线性函数，思维进化算法具有较强全局寻优能力，有效解决了BP神经网络易陷入局部最小以及初始权值、阈值随机化问题。实验证明，与经典张正友标定法、BP神经网络方法相比，改进进化神经网络标定法可获得更好的双目标定精度。
机器视觉 摄像机标定 BP神经网络 双目标定 思维进化算法 光轴会聚模型 machine vision camera calibration BP neural network binocular calibration mind evolutionary algorithm optical axis convergence model
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130000
2 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130000
为实现马赫-曾德尔调制器(MZM)任意偏置工作点的稳定控制, 提出了一种基于平均光功率斜率值和余切值的复合控制算法, 实现了利用FPGA技术的工作点稳定控制.首先分析了MZM偏置点稳定控制的必要性, 然后研究了控制算法的理论基础, 并在Matlab平台上进行了数学仿真验证, 最后搭建了MZM偏置工作点稳定控制系统.当激光器的输出光功率为5 dBm, MZM半波电压为4.2 V, 插入损耗3 dB, 输入脉冲为方波信号, 1 Gbps和1Mbps通信速率下, 1小时内MZM输出光信号的平均功率波动小于±5%.实验结果表明, 该方案实现了MZM任意偏置工作点的稳定控制, 有效的提高了MZM在光通信中的可靠性.
光学器件 马赫-曾德尔调制器 偏置点稳定控制 平均光功率 复合控制算法 Optical devices Mach-Zehnder modulator Bias stability control Average optical power Compound control algorithm 光子学报
2017, 46(10): 1023002
江苏亨通光网科技有限公司 技术二部, 江苏 苏州215200
AOC(有源光缆)耦合效率对云计算环境下的数据传输性能有着重要影响。文章针对云计算环境下AOC耦合效率低于75%展开研究, 通过COB(板上芯片)技术, 对目前AOC的生产工艺进行优化, 所得多模粘装精度为±5 μm, 光损耗<1 dB,耦合效率>90%。对该工艺下的VCSEL(垂直腔面发射激光器)位置进行了分析计算, 首次得到VCSEL到光纤阵列的最大距离为117.68 μm。结果表明, 所采用的COB技术与45°反射面光纤耦合工艺能够满足低成本高效率的生产要求, 提高了AOC的耦合效率, 为大数据、云计算的进一步研究提供了思路。
云计算 有源光缆 板上芯片 耦合效率 cloud computing AOC COB coupling efficiency
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对制冷型320 pixel×240 pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构，通过二次成像设计实现系统100%的冷光阑效率，利用硅和锗两种普通红外光学材料，通过引入合理的非球面和衍射面，借助ZEMAX光学设计软件对系统进行优化设计和像差平衡，实现了20~200 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计。设计结果表明：系统仅采用7片镜片，实现了变倍比为10、F数为2、工作波段为3.7~4.8 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计，系统的调制传递函数在空间频率16 lp/mm处大于0.4，点斑均方根半径均小于16 mm，接近衍射极限，满足系统成像要求，且系统的变焦曲线平滑，符合变焦要求。
光学设计 连续变焦 中波红外 正组补偿 激光与光电子学进展
2014, 51(1): 012201
