河南理工大学能源科学与工程学院, 河南 焦作 454000
为了探究酸化预处理对煤的可抽提物组成及大分子结构的影响, 采用HCl、 HF对山西古交焦煤进行酸化脱矿物处理, 并选取不同浓度的四氢呋喃(THF)对原煤(RC)及酸化煤(DC)进行溶剂抽提实验, 借助色谱-质谱(GC-MS)、 傅里叶红外光谱(FTIR)等现代技术手段, 对比分析了原煤、 酸化煤的抽提物组成及抽余物的主要官能团和结构参数的差异。 研究表明: 随着溶剂浓度的增加, 原煤和酸化煤的抽提率都有增大的趋势, 酸化后, 煤中矿物质显著减少, 溶剂可渗性增大, 抽提率明显增大, 但酸化预处理对高浓度THF抽提率的增加效应不明显, 原因在于高浓度THF溶剂已经能较大限度地抽提出焦煤中的可溶离组分, 酸化预处理对可溶离组分的促进作用相对较弱, 所以随着溶剂浓度的增高, 原煤及酸化煤的抽提率差异呈现减小的趋势; 酸化预处理后, 煤样的富氢程度参数(I1)值明显减小, 比原煤小了0.61, 随着THF浓度的增高, 原煤的I1值先减小后增大, 而酸化煤的I1值先增大再减小, 二者呈现完全相反的趋势; 芳构化程度参数(I2)和富氧程度参数(I3)明显增大, 其中I2值是原煤的2倍, I3值为11.82, 几乎是原煤的3倍, 且原煤经不同浓度THF抽提后, 含氧指数I3值表现出先增大后减小的特征, 酸化煤表现出减小的特征; 脂肪结构参数(I4)明显减小, 仅为原煤的8%, 其抽余物的I4值均远远低于原煤抽余物; 酸化煤抽提物中杂原子化合物的相对含量极大减少, 降低幅度范围为83.14%~89.64%, 脂肪烃相对含量显著增大, 是原煤抽提物中脂肪烃含量的5~26倍, 主要包括二十烷、 二十二烷、 二十三烷等直链烃, 其中C19—C23占抽提物总成分的79.17%; 芳香类物质未见于抽提物中, 原煤中也仅见于100%THF抽提物中, 相对含量变化不大。 研究认为, 酸化预处理对煤中的脂肪结构和含氧化合物影响较大, 对芳香结构的影响相对较小。
酸化预处理 煤结构 Pickling treatment Coal structure FTIR GC-MS FTIR GC-MS
1 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
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
高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点，通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运，可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流；利用多级短吸收区结构，在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子，从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展，包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。
带间级联探测器 高工作温度 红外焦平面 发光二极管 interband cascade photodetector high operation temperature infrared focal plane arrays light emitting diode
1 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽淮南23200
2 安徽理工大学 机械工程学院，安徽淮南3001
针对单目相机无法感知三维深度信息、双目立体视觉在被测物表面特征不明显时存在局限性以及PID控制器参数整定不理想等问题，将线结构光技术应用于柔性臂的振动检测，并利用细菌觅食算法优化的PID对其进行振动控制。首先搭建了线结构光视觉测振系统，建立了数学模型，完成了视觉标定，验证了该方法的可行性与准确性；然后利用细菌觅食算法对PID控制器进行了参数优化，与经验整定法进行了仿真效果对比；最后进行了柔性臂振动主动控制实验。实验结果表明，针对柔性臂的一阶模态振动，利用经验法整定的PID控制方法平均控制效果为25.65%，而利用细菌觅食算法优化的PID控制方法平均控制效果为39.32%，验证了细菌觅食算法优化PID控制器参数的优越性。
柔性机械臂 线结构光 PID控制 细菌觅食算法 双目立体视觉 flexible manipulator line structured light PID control bacterial foraging optimization algorithm binocular stereo vision 光学 精密工程
2021, 29(11): 2661
1 中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
以II类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件, 开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了II类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度, 设计了高灵敏度信息获取系统, 并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术, 以降低信息获取噪声, 提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明：长波红外探测系统的信息获取噪声低至0.065 mV, 系统的噪声等效温差(NETD)达到19.6 mK, 黑体探测率为7.72×1010, 外场成像质量良好, 图像细节清晰, 对比度高.该长波红外探测系统有利于推动II类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.
光电探测系统 长波红外 高灵敏度 II类超晶格 photoelectric detection system long wavelength infrared high-sensitivity type-II superlattice
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了采用Cl2/N2电感耦合等离子(ICP)组合体刻蚀工艺在InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面台面加工过程中的研究结果, 实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长的PIN型超晶格材料。结果表明, 气体流量比例直接对刻蚀速率和刻蚀形貌产生影响, 氯气含量越高, 刻蚀速率越大, 当氮气含量增加, 刻蚀速率降低并趋于一定值。当氯气和氮气的流量比例和等离子腔体内压力等参数一定时, 随着温度升高, 刻蚀速率和选择比在有限范围内同时线性增大, 台面的倾角趋于直角, 台面轮廓层状纹理逐渐消失, 但沟道内变得粗糙不平, 并出现坑点。在实验研究范围内, 电感耦合等离子源的ICP功率和RF功率对刻蚀结果产生的影响较小。
电感耦合等离子 刻蚀 焦平面 inductively coupled plasma(ICP) etching InAs/GaSb II类超晶格 InAs/GaSb superlattices focal plane arrays (FPAs) 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02171
1 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
2 中国科学院大学, 北京 100049
对比研究了两种不同结构太赫兹波段的双金属波导一级分布反馈量子级联激光器(THz-DFB-QCL).提出并实现基于衍射光栅耦合输出的THz-DFB-QCL中, 太赫兹波通过衍射光栅而非解理腔面形成出射.计算表明, 优化衍射光栅的结构可实现约70%的激光输出效率和小于1%的反射率, 激光发散角约为10°×50°.极低的反射率可以有效抑制反射波对腔内谐振的干扰, 是获得单模激射的关键.实验上, 利用衍射光栅耦合输出的激光器实现了频率约2.58 THz的稳定单模激光, 边模抑制比达23 dB, 光束分布与理论计算相吻合.得益于较好的衍射效率和光束准直性, 相比于常规的解理腔面边发射激光器, 通过衍射光栅耦合输出显著提升了激光功率.
太赫兹 一级分布反馈 量子级联激光器 衍射光栅 terahertz first-order distributed feedback quantum cascade lasers diffraction grating
1 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
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了InAs/GaSb II 类超晶格长波探测器的γ 辐照效应.在60Co源γ 辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化, 100 krad (Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%, 表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况, 对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下, 辐照开始后电流即有明显增大, 辐照损伤以暂态的电离效应为主导, 器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流, 辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小, 损伤需通过退火效应缓慢恢复, 弛豫时间明显长于电离效应损伤.
γ 辐照 实时辐照效应 长波红外探测器 InAs/GaSb II类超晶格 γ irradiation real-time effects long-wave infrared detector InAs/GaSb superlattice
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件院重点实验室, 上海 200083
结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明, 激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大, 并且频率接近, 从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外, 激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小, 导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.
太赫兹 量子级联激光器 单模 模式竞争 Terahertz quantum cascade lasers single mode mode competition
