1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中国航天科工集团第六研究院六〇一所，内蒙古 呼和浩特 010010
3 北京大学电子学院，北京 100084
提出一种多相机共光路层析成像方法，对火焰的时空演化特性进行表征。首先，在成像光路结构中利用级联分光棱镜将光能量分配到不同探测通道，在同步控制器驱动下，成像系统能够对瞬态火焰的不同断面同时进行聚焦。其次，建立光学层析系统的空间物像映射关系，基于反卷积算法实现火焰不同断面位置处自发辐射特性的数值解析。实验结果表明，不同相机能够同步独立地获取火焰辐射信息，可实现对动态火焰的高空间分辨率测试。
成像系统 层析重构 分光探测 物像映射 动态火焰 高时空分辨率
1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学软件学院，山西 太原 030051
结合光纤工作频带宽、传输损耗小以及微机电系统（MEMS）制造工艺可实现微小型化、批量化和高一致性生产的优势，MEMS光学声传感器表现出高灵敏度、宽频带、大动态范围和高信噪比的优异声探测性能，受到了科研人员的普遍关注和深入研究。根据声敏感单元结构不同，将MEMS光学声传感器分为微结构光纤光栅型、光纤干涉仪型和微谐振腔型。然后，分别介绍了不同类型MEMS光学声传感器的声敏感原理，并在此基础上讨论了它们在不同声探测领域中的研究现状以及目前最为成熟的应用领域。最后展望了MEMS光学声传感器在MEMS工艺逐渐成熟的促使下，可与硅基光电子集成技术相结合实现系统片上集成的未来发展趋势。
光纤光学 微机电系统制造工艺 声传感器 微结构光纤光栅 光纤干涉仪 微谐振腔 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312017
MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料, 有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜, 并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜, 而是形成了由Ag3Sb、MgO及Sb2O4多相组成的柔性薄膜, 其中Ag3Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag3Sb-Sb2O4 (Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能, 其中真空处理性能最佳。在真空条件下, 随着退火温度升高, 柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势, 当退火温度为573 K时热电性能最佳, 室温附近功率因子达到74.16 μW?m-1?K-2。并且, 薄膜表现出较好的柔性, 弯曲900次后, 电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。
MgAgSb 退火处理 热电性能 柔性薄膜 MgAgSb annealing treatment thermoelectric property flexible film 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220352
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
容器液位检测是工业生产及化工原料储存、运输过程中的重要环节,针对现有液位检测技术中传感器布置容易受空间限制,在高温高压、灰尘、潮湿等特殊环境下传感器寿命短等问题,提出了一种基于深度学习的红外目标成像液位检测方法。通过对容器红外图像标注数据集进行优化训练,得到可以准确识别容器内液体百分比含量的模型。首先,构建储罐液位标准数据集,并搭建基于Pytorch的深度学习目标检测框架。然后,在输入端对图像进行数据增强,调整模型的宽度和深度,优化训练检测模型。最后,采用特征金字塔网络和路径聚合网络结构融合不同尺寸特征图的特征信息,用联合交并比计算边界框的回归损失,并在后处理过程中引入加权非极大值抑制。实验结果表明,该模型具有较好的鲁棒性和识别效果,在交并比为0.5时的平均精度均值可达到0.804。
图像处理 液位检测 红外成像 深度学习 目标检测 光学学报
2021, 41(21): 2110001
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中, 相位调制器串联光波导谐振腔, 取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感, 调节激光器改变输出光的波长, 不仅可以调制光的强度, 还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时, 产生很强的延时特性, 可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5 cm、宽21 cm、高7 cm.实验中, 改变0.1 pm的光子波长, 能够产生步长为12.5~35.5 MHz的调谐, 调谐范围达2 GHz, 且系统能够产生10 GHz的微波信号, 在中心频率为10 GHz处其相位噪声为－109.7 dBc/Hz@10 kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.
光电振荡器 平面光波导谐振腔 可调谐 微波光子 相位噪声 Optoelectronics oscillator OEO Optical resonator The tunable Microwave photons Phase noise
1 中北大学 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。作为一种互异性噪声, 光纤谐振腔输入功率的波动会造成陀螺的检测误差。首先, 分析了光纤谐振腔输入功率波动产生噪声的机理。通过对不同输入功率下的谐振腔传输特性和陀螺解调输出的理论及实验分析得到了谐振腔输入功率波动引起的检测误差的表达式。当输入角速度为500 (°)/s、输入功率为0.69 mW时, 0.007 5 mW的功率波动会引起5.26 (°)/s的检测误差。其次, 研究了谐振腔输入功率波动对陀螺标度因数的影响。通过计算发现随着输入功率波动的增大, 解调曲线的线性区将会发生扭曲, 同时陀螺的标度因数非线性度会恶化, 为谐振式光纤陀螺中输入功率波动噪声的估测提供了参考。
谐振腔 光纤陀螺 噪声 灵敏度 resonator fiber gyroscope noise sensitivity 红外与激光工程
2016, 45(11): 1122002
1 中北大学, 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学, 电子测试技术国防科技重点实验室, 山西 太原 030051
绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、 结构尺寸小和极低模式体积等特性, 被广泛应用到光信息传递、 惯性导航领域, 但极少被应用到力学信号的测试, 为此, 研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计, 利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量, 在外界应力作用下, 环形波导的半径将发生改变, 使结构的光学谐振参数产生变化, 从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移, 体现出良好的应力/应变敏感特性; 通过设计双环级联光学微腔, 并采用MEMS光刻、 ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构, 结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性, 经仿真及实验得到, 应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1, 18.04 pm·microstrain-1, 与单环微腔结构相比, 线性量程增加了近50.3%, 应力灵敏度提高了近10.6%, 初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性, 有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、 集成化。
应变检测 光学谐振腔 谐振谱线 绝缘衬底上的硅 Strain detection Optical resonator Resonant spectrum Silicon-on-insulator
1 中北大学（朔州校区）, 山西 朔州 036000
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响, 设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si3N4薄膜和SiO2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素, 沉积后的最佳耦合间距为70～110 nm.覆层为SiO2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB, 3 dB带宽为0.12 nm；覆层为Si3N4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB, 3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.
光电器件 片上系统 纳米光波导 微环谐振腔 Photoelectric device System on Chip(SoC) Nanophotonic waveguide Microring resonator
