1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电子功能材料重点实验室，半导体激光海南省国际联合研究中心，海南 海口 571158
2 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院，新加坡 639798
3 新加坡南洋理工大学淡马锡实验室，新加坡 637553
4 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。
硅光集成 可调谐外腔半导体激光器 环形谐振腔 光波导终端
1 贵州大学材料与冶金学院, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学材料与冶金学院, 贵州 贵阳 550025 首钢水城钢铁(集团)有限责任公司轧钢事业部, 贵州 六盘水 553000
3 贵州理工学院材料与能源工程学院, 贵州 贵阳 550003
全面、 准确表征钢中非金属夹杂物特征, 有利于发现和认识新夹杂物, 也是实现非金属夹杂物的调控和钢材质量提升的前提。 分别采用扫描电镜-能谱、 拉曼光谱、 高分辨率透射电镜和微区X射线衍射等检测方法, 结合夹杂物电解萃取技术和图像分析技术, 表征了锆脱氧钢中非金属夹杂物形貌、 尺寸、 数量、 分布、 成分、 晶体结构等特征参数, 对比分析了四种夹杂物表征方法的优缺点。 结果表明, 采用SEM-EDS方法分析锆脱氧钢中夹杂物主要由Zr、 O和少量Al元素组成。 基于锆氧化物和铝氧化物的化学计量关系, 分析得出夹杂物由94% ZrO2和6% Al2O3组成。 统计锆脱氧钢中夹杂物尺寸分布, 夹杂物的平均尺寸为0.62 μm, 0.7～0.8 μm范围内夹杂物数量最多。 采用SEM结合电解萃取夹杂物技术, 可以观察到钢中非金属夹杂物的三维形貌。 采用EDS方法可以逐一定性分析夹杂物中元素组成和元素分布情况, 结合夹杂物的化学计量关系, 可以定量分析具有单一价态夹杂物的成分。 但是, 对于价态种类较多和价态不明的非金属夹杂物, 仅采用EDS方法不能准确分析得出夹杂物的物相和成分。 采用拉曼光谱结合电解萃取夹杂物技术, 检测到锆脱氧钢中存在单斜相二氧化锆。 通过TEM衍射花样标定及能谱分析单个夹杂物, 检测到有单斜相的二氧化锆。 采用微区X射线衍射法结合电解萃取夹杂物技术, 检测到单斜相与四方相的二氧化锆, 并得到了二氧化锆夹杂物的晶格参数。 此三种方法均未检测到含铝物相。 拉曼光谱分析法、 透射电子显微镜、 微区X射线衍射法均能够定性分析电解萃取后夹杂物物相和成分, 但是对于含量较低物相, 三种方法无法准确表征。 透射电子显微镜、 微区X射线衍射法均能够表征夹杂物晶体结构、 晶格参数。 透射电子显微镜和扫描电镜只能逐一表征各个夹杂物。 微区X射线衍射法和拉曼光谱分析法能够表征检测区域内所有夹杂物物相, 是具有统计意义的夹杂物表征方法。 因此, 采用扫描电镜-能谱分析结合微区X射线衍射分析可以较为全面、 准确表征夹杂物特征。
非金属夹杂物 扫描电镜-能谱仪 拉曼光谱 高分辨率透射电镜 微区X射线衍射 Non-metallic inclusion SEM-EDS Raman spectroscopy TEM μXRD 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2916
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海201899
2 2.上海交通大学 ISFA协同创新中心, 上海200240
Bi12GeO20晶体是一种多功能光电材料, 在可见光范围内具有高速光折变响应, 以及良好的压电、声光、磁光, 旋光和电光等性能。目前, 提拉法生长Bi12GeO20晶体, 存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法, 在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi12GeO20晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi12GeO20晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成, 探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi12GeO20晶体存在两种主要宏观缺陷：枝蔓状和管状包裹体。其中, 枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关, 而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径, 通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施, 可重复地生长光学质量良好、55 mm× 55 mm× 80 mm的大尺寸Bi12GeO20晶体, 显著提升晶体的光学透过性能。
Bi12GeO20晶体 坩埚下降法 宏观缺陷 晶体生长 Bi12GeO20 crystal vertical Bridgman method macroscopic defect crystal growth
1 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201899
2 上海大学材料科学与工程学院,上海 200444
3 上海交通大学IFSA协同创新中心,上海 200240
高能物理强度前沿装置、飞行时间技术正电子发射断层扫描、超高频辐射成像和正电子湮灭寿命谱分析等应用对闪烁体的时间响应提出了更高的要求,发展超快衰减闪烁体已成为研究热点之一。氟化钡晶体是一种具有亚纳秒级快闪烁成分的独特无机闪烁体,但其衰减时间约0.6 μs的慢闪烁发光成分会在高计数率应用时引起严重的信号堆积。作为一种抑制慢闪烁成分的有效途径,氟化钡晶体慢闪烁成分抑制的掺杂研究在过去三十年受到持续关注。本文回顾了掺杂抑制氟化钡晶体慢闪烁成分的研究历史,提出了掺杂元素选择的基本原则,重点介绍稀土金属(La、Y、Lu和Sc)、碱土金属(Mg、Sr)、过渡金属(Cd)和碱金属(K)等掺杂的慢闪烁成分抑制特性、内在机理和应用研究情况,并展望了所面临的挑战与机遇。
氟化钡 超快闪烁体 无机闪烁晶体 慢闪烁成分抑制 掺杂 闪烁特性 抑制机理 barium fluoride ultrafast scintillator inorganic scintillation crystal slow component suppression doping scintillation property suppression mechanism
1 中国科学院光电信息处理重点实验室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
在密集行人检测场景中，目标间的相互遮挡重叠会造成YOLOv3模型的检测性能下降。针对造成YOLOv3性能下降的原因提出三点改进。一是提出了一种聚拢损失函数，通过优化预测框坐标的方差与均值，使得属于同一个目标的预测框更加紧致，进而降低假阳率。二是提出了一种高分辨率特征金字塔，通过上采样提高每层金字塔特征的分辨率，并引入浅层特征以增强相邻子特征的差异，从而为高重叠目标生成具有区分度的深度特征。三是提出了一种基于空间注意力机制的检测头，用以降低冗余预测框的数量，减少非极大值抑制（NMS）过程的计算负担。在密集行人数据集CrowdHuman上进行的实验的结果显示，所提算法在使用传统NMS方法的情况下使得YOLOv3检测的平均精度和召回率分别提高了2.91个百分点和3.20个百分点，丢失率降低了1.24个百分点，有效提升了对遮挡行人的检测性能。
机器视觉 目标检测 神经网络 行人检测 注意力机制 光学学报
2022, 42(14): 1415003
1 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 微系统技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对野外环境下微声传感器采集的小型轮式车、大型轮式车和履带车3种车辆声信号受风噪影响严重、分类性能较低的问题, 提出了一种长短时记忆网络(LSTM)与多尺度、多层次特征融合卷积神经网络(CNN)相结合的分类算法——野外车辆识别算法(FVNet)。该算法先采用一层LSTM网络提取声信号的时序特征, 充分利用声信号的长时依赖关系; 再用CNN并行提取多尺度特征, 避免网络加深过程中特征的流失; 引入通道注意力机制进行多尺度和多层次特征融合, 增强多尺度、多层次关键特征信息; 最后在相同数据集上进行验证。实验结果表明, FVNet算法对3种车辆的总识别率可达94.95%, 与传统方法相比, 其总识别率提高了14.61%, 取得了较好的分类效果。
车辆声信号分类 长短时记忆网络(LSTM) 卷积神经网络(CNN) 并行多尺度特征提取 通道注意力机制 特征融合 vehicle acoustic signal classification long short-term memory modal(LSTM) convolutional neural network(CNN) parallel multi-scale feature extraction channel attention mechanism feature fusion
1 湖北大学铁电压电材料与器件实验室, 湖北武汉 430062
2 空军预警学院, 湖北武汉 430019
提出了基于级联马赫 -曾德尔调制器( Mach-Zehnder Modulators, MZMs)的宽带微波光子下变频方法, 并且通过该方法产生的中频信号( Intermediate Frequency, IF)得到被探测目标的距离信息。在该方案中, 通过控制 MZM的工作偏置点和调制指数来实现线性调频( Linear Frequency Modulation, LFM)信号的倍频处理。倍频后的 LFM信号通过电延时进行传输来模拟被探测目标的返回信号。同时, 通过 MZM调制被延迟后的光边带信号。然后, 通过低通滤波器得到带有目标距离信息的中频信号。通过模拟仿真实现了中心频率分别为 10. 8, 21. 8, 32. 4 GHz的二倍、四倍、六倍频信号, 其信号带宽分别为 2. 7, 5. 6, 8. 4 GHz。随着电延时的增加, IF频率值呈线性减小。该方法灵活性高、精度高, 易于实现, 在雷达系统的宽带成像系统中具有很大的应用潜力。
微波光子学 宽带下变频 马赫 -曾德尔调制器 microwave photonics broadband frequency down-conversion Mach-Zehnder modulator OptiSystem OptiSystem 光学 精密工程
2020, 28(12): 2622
1 新加坡南洋理工大学 淡马锡实验室，新加坡 新加坡 637553
2 新加坡南洋理工大学 电子与电气工程学院，新加坡 新加坡 639798
3 海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口 571158
4 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
半导体锁模激光器产生的高重复频率的光脉冲序列在众多领域都有着广泛的应用，而对于绝大多数应用，一个固定而准确的重复频率是必须的。由于此种激光器的重复频率主要由激光器波导的有效折射率和腔长来确定，激光器制成以及解理时的不确定性就可能会给其重复频率带来偏差。为了弄清此种激光器的各种工作条件会怎样影响其重复频率从而对上述的偏差进行补偿，设计并制成了一种2 μm GaSb基单量子阱锁模激光器。激光器采用两段式结构（增益区，饱和吸收体区）并可以在高达60 ℃实现稳定的锁模工作模式。系统地记录了此激光器重复频率随偏置条件（增益区电流，饱和吸收体区电压）以及工作温度的变化规律，并且对产生这些变化的原因进行了分析。这些工作能够让人们更加清楚地认识锁模激光器的特性，从而更好地达到各种应用所需要的重复频率。
半导体锁模激光器 重复频率 GaSb基材料 2 μm波段 mode-locked semiconductor lasers repetition frequency GaSb-based material system 2 μm wavelength band 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201054
1 民航航空器适航审定技术重点实验室,天津 300300
2 中国民航大学适航学院, 天津 300300
AFDX端系统本地时间作为端系统本地时钟计时数据, 可用于计算发送端系统和接收端系统之间的数据帧传输时延, 从而进行传输数据帧的时间完整性验证。若端系统本地时间丢失, 则无法进行数据时间完整性的验证。在当前AFDX网络健康管理以及时间同步相关设计的基础上, 提出了一种基于时间戳列表的本地时间恢复方案。经验证, 可实现端系统本地时间的恢复, 进一步保障了AFDX网络中传输数据的时间完整性验证, 提升了传输数据的可靠性。
航空通信总线 时间完整性 本地时间恢复 aeronautical communication bus AFDX AFDX time integrity local time recovery
