1 太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030000
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430074
3 太原理工大学信息与计算机学院，太原 030000
针对传统选择性区域生长叠层双有源区电吸收调制激光器（SAG-DSAL-EML）在高频调制环境下的响应速度问题以及改善其远场发散角特性，文章提出利用掺铁掩埋技术对电吸收调制激光器（EML）结构进行优化，设计了InGaAsP/InP材料1 310 nm掺铁掩埋结构的SAG-DSAL-EML并制作样本芯片，新型SAG-DSAL-EML有源区变为台面结构，并在其两层外延生长掺铁InP层。同时，利用先进激光二极管模拟器（ALDS）软件和高频结构仿真（HFSS）软件对所设计掺铁掩埋结构的EML和调制器进行数值及仿真分析，结果表明，与传统多量子阱结构相比，SAG-DSAL-EML阈值电流减少了13%；与传统脊波导结构相比，掺铁掩埋结构的侧向限制能力提高52%，激光远场横纵角度之差降低了40%，具有更小的远场发散角；与传统PNPN掩埋结构相比，掺铁掩埋结构的调制器在－3 dB的响应带宽提高了约24%。对样本芯片进行测试，试验表明，SAG-DSAL-EML的阈值电流为14.5 mA，边模抑制比（SMSR）为45.64 dB，70 mA注入电流下，电吸收调制器－3 dB的响应带宽为43 GHz，满足高速激光通信的基本要求。
电吸收调制激光器 台面结构 掺铁掩埋技术 调制带宽 远场发散角 electro-absorption modulated laser mesa structure iron-doped buried technology modulation bandwidth far-field divergence angle
1 太原理工大学 电气与动力工程学院，太原 030000
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430074
针对激光器长期高温工作时腔面温度急剧升高产生灾变性光学损伤（COD）的问题，文章提出在半导体激光器腔面处加入Al2O3膜和陶瓷隔热共同作用，其可以降低激光器腔面温度，防止COD的产生。文章首先建立了半导体激光器简化模型分析固体传热。然后对550 K高温下无镀膜无隔热结构、有镀膜无隔热结构、无镀膜有隔热结构及镀膜与隔热结构共同作用时激光器模型的腔面温度进行仿真。其中镀膜选用Al2O3，隔热结构选用陶瓷隔热，腔面材料选用GaAs，热沉选用Cu热沉，接触层选用AlGaAa。4组对比实验结果表明，镀膜与隔热结构共同作用时，能将激光器的腔面温度控制在393.15 K以下。550 K高温在激光器腔面处镀膜和隔热结构双重作用下，能够有效防止COD产生，提高激光器的使用寿命。
半导体激光器 灾变性光学损伤 镀膜 隔热结构 semiconductor laser COD coating thermal insulation structure
1 太原理工大学 物理与光电工程学院，山西 晋中 030600
2 太原理工大学 信息工程学院，山西 晋中 030600
3 武汉电信器件有限公司，武汉 430074
文章利用理论模型研究了GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器(QWIP)中掺杂参数对探测器探测波长的影响，并借助2×2哈密顿方法计算了此模型的特征能态。通过将模拟结果与现有实验数据进行对比、分析可知，当掺杂浓度增加时，峰值归一化吸收率、吸收系数和响应度等呈非线性增大。同时还发现，在AlxGa1-xAs势垒中，Al的摩尔分数(x)增加时，子带间吸收能力增强，但吸收的峰值波长会向较短的波长方向移动，进而判定掺杂浓度是高性能QWIP设计的重要参数之一。
量子阱红外探测器 哈密顿方法 摩尔分数 掺杂浓度 QWIP Hamiltonian method mole fraction doping concentration
1 太原理工大学 物理与光电工程学院，山西 晋中 030600
2 太原理工大学 信息工程学院，山西 晋中 030600
3 武汉电信器件有限公司,武汉 430074
为研制符合高线性大功率的应变多量子阱激光器，文章在理论上计算了应变补偿，实验选用了金属有机物化学气相沉淀(MOCVD)工艺来研制生长AlGaInAs应变补偿多量子阱结构，最终有源区采用了7组张压应变交替的势垒和势阱层。激光器样本芯片采用共面电极结构，使得激光器的工作电流无需通过衬底，从而降低了激光器工作电容，其电容与传统激光器相比得到相应地减小，提高了激光器的光电特性。实验室制作出了应变多量子阱激光器样本芯片，光荧光分析得出光致发光谱，激射波长为1 304 nm；阈值电流为Ith≤9 mA；单面斜率效率为0.44 W/A。测试结果表明该器件有良好的性能参数。
激光器 量子阱 金属有机物化学气相沉淀 应变补偿 共面电极 lasers quantum well MOCVD strain compensation AlGaInAs / InP AlGaInAs/InP coplanar electrode
南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
针对现有变焦镜头标定方法难度大、动态精度低等问题, 提出一种基于单应性矩阵的动态变焦双目内外参数估计方法和平面快速重建方法。利用双目图像匹配点及变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计；基于变焦数学模型和单应性矩阵, 求解变焦后双目内外参数, 实现畸变后双目参数动态估计与优化；通过双目图像单应性进行平面快速匹配和重建。实验结果表明, 计算的内外参数与标定结果吻合较好；变焦后, 推导的单应性矩阵归一化误差小于0.01, 图像重投影误差小于1 pixel；重建精度小于0.1 mm。
机器视觉 变焦双目标定 单应性矩阵 变焦镜头 图像匹配
1 太原理工大学 物理与光电工程学院, 晋中 030600
2 太原理工大学 信息工程学院, 晋中 030600
3 武汉电信器件有限公司,武汉 430074
为了优化在长距离光纤通讯系统中采用的1.31μm波长的量子阱激光器, 对AlGaInAs/InP材料的有源区应变补偿的量子阱激光器进行了设计研究。采用应变补偿的方法, 根据克龙尼克-潘纳模型理论计算出量子阱的能带结构, 设计出有源区由1.12%的压应变AlGaInAs阱层和0.4%的张应变AlGaInAs垒层构成。使用ALDS软件对所设计出的器件进行了建模仿真, 对其进行了阈值分析和稳态分析。结果表明, 在室温25℃下, 该激光器具有9mA的低阈值电流和0.4W/A较高的单面斜率效率; 在势垒层采用与势阱层应变相反的适当应变, 可以降低生长过程中的平均应变量, 保证有源区良好的生长, 改善量子阱结构的能带结构, 提高对载流子的限制能力, 降低阈值电流, 提高饱和功率, 改善器件的性能。
激光器 量子阱结构 应变补偿 lasers quantum well structure strain compensation AlGaInAs/InP AlGaInAs/InP
太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
为了更有效地控制和调节激光器的温度与功率, 设计了一种基于STC11F08XE单片机控制的具有温控和功率控制功能的激光发生器驱动电路。通过使用ADN8830芯片的温度控制功能和ADN2830芯片的功率控制功能实现激光器的温度控制, 同时能够手动改变激光器的输出功率。实验结果表明, 该系统温度控制模块能够稳定控制激光器温度, 使目标温度误差低于±0.01 ℃, 波长可以在1 535.17 nm~1 563.24 nm之间变动。功率控制模块可实现手动控制, 激光器功率在0~10 dBm间变化, 误差在0~0.05 mW之间。
激光器 驱动电路 温度控制 功率控制 laser driver circuit temperature control power control
太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
为校准流水线模拟数字转换器(ADC)中电容失配和由运算放大器的有限开环增益引起的级间增益误差, 提出了一种新的基于权重的后台校准技术。该技术将流水线ADC中存在的上述误差统一归结为各级权重的偏差, 建立了一个基于权重的ADC误差模型, 并利用后级的数字输出来校准前级的误差。该技术在ADC末尾增加了额外的两个子级, 这两个子级仅在校准过程中使用, 从而使得ADC正常的模数转换过程不被中断, 校准进程在后台执行。由于在校准期间和正常工作期间所有可能出现的信号路径的前7级均被校准, 故进一步减小了误差, 提高了精度。应用该技术实现了一个14 bit, 80 MS/s的流水线ADC, 该芯片采用Chartered 0.18 μm, 1p6m CMOS工艺设计, 总功耗为260 mW, 芯片面积为7.161 mm2。实验结果显示: 本文提出的校准技术可以提高ADC的精度, 改善ADC的动态和静态性能。
流水线模拟数字转换器 级间增益误差 数字校准 后台校准 状态机 pipelined Analog-to-Digital Converter(ADC) interstage gain error digital calibration background calibration finite state machine(FSM) 光学 精密工程
2014, 22(11): 3114
太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
针对高清视频信号处理对动态范围大,运算速度快的模数转换器(ADC)的要求, 提出了一种流水线宽带电流型运算放大器。该运算放大器的主放大器采用套筒式增益提高结构,辅助运算放大器用电流型放大器替代。采用电流共模反馈电路调节主运算放大器的支路电流以稳定输出共模电平;采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺设计电路。实验结果显示：辅助运算放大器采用源极输入,减小了信号主通路上的寄生电容,提高了整个运算放大器的电路速度。运算放大器的增益为83.19 dB,相位裕度为61.6°,单位增益带宽为1.6 GHz,功耗为9.3 mW;在满幅度阶跃输入的情况下,输出建立时间小于1.83 ns。将该运算放大器用于高清视频信号的流水线ADC中,实现了170 MS/s,10 bit精度的模数转换。同传统的电压型运算放大器相比,该运算放大器响应速度更快,功耗更低,可满足处理视频信号的要求。
模数转换器 运算放大器 流水线模数转换器 电流模 共模反馈 增益提高 Analog-to-Digital Converter(ADC) operation amplifier pipelined ADC current-mode common-mode feedback gain-boosting 光学 精密工程
2014, 22(10): 2855
