北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件, 利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点, 电子注和电磁波能够高效互作用, 可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO), 可以实现大功率输出, 在 W波段能达到百瓦量级, 太赫兹波段能达到瓦级; 采用周期永磁聚焦系统, 可以实现小体积轻质量; 慢波结构尺寸短, 结构简单; 成本低, 具有批量生产能力。本文提出可构建 3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构 (FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理, 采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极, 设计和研发了频率在 100 GHz以上的几种带边振荡器, 实现了 100 GHz频段 140 W的功率输出, 120 GHz频段实现了 30 W的功率输出, 在 300 GHz实现了 1W以上的功率输出。
周期结构 色散特性 太赫兹 带边振荡器 真空电子器件` periodic structure dispersion characteristics terahertz Band-edge Oscillators vacuum electron devices 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): .1065
中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
设计了用于 G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪, 电子注电压 20 kV, 电流50.9 mA, 注腰半径 0.056 mm, 射程 10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法, 分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响, 设计了装配模具进行补偿, 并得到了实验验证。该电子枪已用于多种 G波段行波管, 解决了关键部件技术问题。
G波段行波管 电子枪 热形变 G band traveling wave tube electron gun thermal deformation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 895
1 华中科技大学机械科学与工程学院数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
2 广东省智能机器人研究院，广东 东莞 523808
异质材料连接，尤其是金属和玻璃，广泛应用在各种工业产品上。超快激光焊接异质材料是一种快速、清洁和非接触的新技术，近年来得到了广泛研究。采用分子动力学方法对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了理论模拟研究，模拟根据石英玻璃的熔点和弹性常数，构建了石英玻璃的Lennard-Jones（LJ）相互作用势函数。根据铝-石英玻璃之间的黏附功，建立了铝-石英玻璃之间的LJ相互作用势函数，从而在保持宏观特性的同时简化和加速模拟过程。采用耦合到分子动力学的双温模型对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了小规模分子动力学模拟。飞秒激光辐照后，焊接区局部瞬时温度高达10000 K，应力高达20 GPa，出现铝原子向石英玻璃一侧扩散移动的现象。铝和石英玻璃的混合区由于高温粒子的持续碰撞而不断扩大，同时两种材料的混合区域中心向石英玻璃一侧移动，在微观上揭示了飞秒激光作用铝-石英玻璃界面皮秒时间尺度的分子动力学演化过程，为飞秒激光焊接异质材料提供理论基础。
超快激光焊接 势能函数 玻璃 铝 分子动力学仿真 异质材料 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114011
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
对高速ADC的测量技术进行了分析研究, 提出了基于高速ADC AD9433的测量方案。系统阐述了两类模拟输入驱动电路原理, 详细介绍了两种模拟驱动电路和时钟电路抖动的分析方法。将上述理论分析应用于AD9433测量方案, 测量结果证明了上述理论分析的正确性。
高速ADC 测量 模拟驱动电路 时钟抖动 high speed ADC measurement analog input driving circuit clock jitter
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
采用静态输入检测技术, 提出并实现了一个模数转换器(ADC)单粒子效应评估测试系统。该系统基于面向仪器系统的外围组件互联扩展平台(PXI)搭建。利用PXI触发模式控制模块化仪器的高速响应, 并采用实时判决的方法对ADC输出数据进行监测。基于该系统对一种自主研发的10位25 MS/s ADC进行单粒子效应辐照试验。试验结果表明, 该系统能够准确、高效评估ADC抗辐照性能, 为抗辐照ADC的加固设计提供支撑平台。
单粒子效应 ADC ADC SEE PXI PXI
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
分析了加扰技术改善ADC性能的基本原理, 通过选择合适的扰动信号注入到理想量化器模型中进行仿真, 验证了加扰技术能够随机化量化误差的周期性三角形分布。在加扰技术的实际应用中, 首先基于10 bit 25 MS/s Pipelined ADC模型完成加扰仿真, 仿真得到ADC的SFDR由7469 dB提高到了85 dB。然后对两种ADC芯片进行加扰实验, 该加扰技术使两种ADC芯片的SFDR分别提高了829 dB和597 dB。理论仿真和实验验证了加扰技术可以明显提高ADC的SFDR, 为后期ADC内部集成加扰电路模块做好了准备工作。
加扰 量化误差 dither ADC ADC quantization error SFDR SFDR
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
对一种流水线型模数转换器(ADC)的时序电路进行了改进研究。改进时序延长了余量增益单元MDAC部分加减保持相位的时长, 可以在不增加功耗与面积的情况下, 将一种10位流水线型ADC在20 MS/s采样率下的有效位(ENOB)从93位提高到98位, 量化精度提高了5%; 将该ADC有效位不低于93位的最高采样率从21 MS/s提高到29 MS/s, 转换速度提高了35%。ADC的采样频率越高, 改进时序带来的效果越显著。该项技术特别适用于高速高精度流水线型ADC, 也为其他结构ADC的高速高精度设计提供思路。
流水线型模数转换器 改进型时序 高速高精度 pipelined ADC timing optimization high speed and high precision
北京师范大学 核科学与技术学院 新器件实验室，北京 100875
北京师范大学新器件实验室（NDL）一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor, EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier, SiPM)在核医学成像方面的需要，NDL通过优化器件设计和制作工艺，成功研制出微单元尺寸为15 μm、有效面积为9 mm2的EQR SiPM。相较以往同类型器件，实现了器件暗计数率(dark count rate, DCR)的进一步降低同时保持了较高的光子探测效率(photon detection efficiency, PDE)，在环境温度为20 ℃、过偏压为7 V时，DCR的典型值为226 kHz/mm2、峰值PDE为46%。另外，为了进一步提升EQR SiPM的动态范围，NDL还研制出微单元尺寸为6 μm、有效面积为9 mm2、微单元数目为244720的EQR SiPM，在环境温度为20 ℃、过偏压为7 V时，DCR的典型值为240 kHz/mm2、峰值PDE为28%，其较大的动态范围特别适合高能宇宙射线的测量、强子量能器等应用。
硅光电倍增器 外延淬灭电阻 光子探测效率 暗计数率 动态范围 silicon photomultiplier epitaxial quenching resistor photon detection efficiency dark count rate dynamic range 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210587
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041003
