1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为解决复杂外热流下散热面难以确定的难题，基于散热面总到达外热流最小的设计原则，对空间相机大功率热源散热设计进行研究。首先，根据相机所处空间环境分析相机受到的外热流。接着，通过分析外热流与热源工作模式，采用在相机两侧设置辐射冷板散热并通过热管耦合的方式，增大了热源的散热效率，减小了辐射冷板的面积。最后，根据相机所处空间环境和采取的热控措施利用热仿真软件进行了热分析验证。仿真结果表明：可见光组件温度为－1.9℃～12.9℃，红外组件温度为 1.7℃～10.5℃，制冷机热端温度为－12℃～0.3℃，制冷机压缩机温度为－11.3℃～21.3℃。满足温控指标要求，解决了复杂外热流下相机大功率热源的散热问题。
空间相机 热设计 热分析 space camera, thermal design, thermal analysis
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院 合肥 230031
3 中国科学技术大学 合肥 230026
聚变堆主机关键系统的综合研究设施的磁体性能研究平台（Magnet Performance Research Platform，MPRP）是为先进超导磁体实验建立的大型实验平台，其历史数据在海量存储情况下存在检索速度慢的问题。因此，对系统检索速度进行研究并开发了MPRP数据归档系统（MPRP Data Archiving System，MPDAS）。MPDAS设计了EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System）数据归档插件并采用MongoDB分片和副本集机制搭建高扩展性数据存储架构。为提高数据检索速度，MPDAS借鉴最近最少使用（Least Recently Used，LRU）、使用频率最低（Least Frequently Used，LFU）、先进先出（First In First Out，FIFO）三种传统缓存替换算法核心思想，基于牛顿冷却定律建立数据温度模型并提出一种综合访问时间、访问频率以及存储顺序的多维度特征数据划分算法。根据数据划分算法标识冷热历史数据实现数据分层存储。MPDAS在查询历史数据时优先访问Redis，根据命中结果和数据完整性选择不同的检索策略。系统测试结果表明：MPDAS功能特征满足设计要求，其搭载的冷热数据划分算法相比FIFO、LRU、LFU在热数据库保存1%历史数据量时的Redis命中率分别提升了38.05%、26.91%和11.06%。通过提高热数据命中率能够直接减少数据检索平均响应时间，MPDAS通过量化历史数据热度并进行冷热划分，有效地提升了系统检索响应速度。
历史数据 MongoDB 热数据 PV 分布式集群 Historical data MongoDB Hot data PV Distributed cluster
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
提出了一种高精度低功耗数字温度传感器。采用内部寄生PNP管进行感温。设计了一种14位高精度Σ- ADC, 将前端感温单元输入的与温度相关的电压信号转换为数字信号, 在数字域尺度变换, 并最终输出。与使用传统逐次逼近型SAR ADC内核的温度传感器相比, 提出的数字温度传感器具有更低的功耗。该传感器采用0.18 μm CMOS工艺设计并流片。测试结果表明, 测温精度为±07 ℃(-55 ℃~125 ℃), 芯片面积为1.2 mm2。
数字温度传感器 模数转换器 低功耗 digital temperature sensor ADC low power
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
在0.35 μm标准CMOS工艺下实现了一款采用低阈值技术的高速流水线模数转换器。该转换器包括采样保持电路、流水线ADC核、时钟电路和基准电路。相比于传统电路, 该模数转换器中采样保持电路的放大器采用了低阈值设计技术。其优势在于, 在特定工艺下, 通过低阈值器件补偿放大器可实现高增益带宽, 提高了模数转换器的速度。同时, 设计了一种全新的保护电路, 可有效保证电路的正常工作。采用一种独特的偏置电路设计技术, 不仅能够优化跨导放大器的增益和带宽, 还可以调节MOS器件工作状态。转换器采用4 bit+8×15 bit+3 bit的十级流水线架构, 实现了14位精度的模数转换功能。在5 V电源100 MHz时钟下, 仿真结果表明, SINAD为74.76 dB, SFDR为87.63 dBc, 面积为5 mm×5 mm。
流水线ADC 低阈值技术 保护电路 偏置电路 pipelined ADC low threshold technology protection circuit bias circuit
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东 广州 510006
2 广东省科学院半导体研究所，广东 广州 510651
为了有效提高半导体发光二极管（LED）光学系统的空间利用率，设计了一款基于负焦距透射结构的自由曲面准直透镜。该准直透镜分为透射准直和反射准直两部分，设计基于几何光学、斯涅耳定律以及能量守恒定律，通过使用Matlab软件编写算法迭代计算得到透镜的2D曲线数据，然后将2D曲线数据导入Solidworks软件旋转360°后得到准直透镜的3D模型，再导入光学建模软件Lighttools进行光线追迹，根据接收面上的光斑情况对准直透镜进行优化，优化后的准直模块经过模拟仿真，光能利用率为88.45%，光束角为±2.23°，具有优越的准直性能，相比传统的单透射自由曲面准直透镜，采取负焦距透射结构设计的准直透镜体积同比减少63.13%，能更有效地实现对LED光线的调控并减小透镜的体积。
光学设计与制造 准直光学设计 负焦距结构 自由曲面 算法设计 斯涅耳定律 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722005
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
基于神光100 kJ装置的实验条件,对深紫外五倍频汤姆孙散射诊断应用的可行性与适用性进行了评估,并与目前广泛应用的四倍频汤姆孙散射进行了对比,为面向惯性约束聚变等离子体高精度诊断的技术路线选择提供了参考。从探针束信号、驱动束本底和轫致辐射本底等方面进行评估,针对汤姆孙散射离子谱和电子谱测量波段分别开展讨论。结果表明:对于离子谱,采用五倍频探针束可以显著提升信背比;对于电子谱红峰,无论采用五倍频探针束还是四倍频探针束均受到驱动束强本底的干扰;对于电子谱蓝峰,采用五倍频探针束可以避开驱动束本底,但轫致辐射本底会显著增强。综合来看,五倍频汤姆孙散射对低原子序数等离子体的测量具有显著的优势,对高原子序数等离子体的测量优势并不明显。
光学学报
2022, 42(11): 1134013
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 北方光电集团有限公司, 陕西 西安 710065
离子源作为一种离子束发射装置, 常用于光学薄膜的制备中, 但离子束中包含各种能量的离子, 在光学薄膜制备过程中严重影响着薄膜成型后的微观结构和性能。针对目前国内外离子源普遍存在输出能谱过宽的缺点, 以电磁场理论为基础, 并对各能级的离子运动轨迹进行了仿真分析, 设计了一种离子能量筛选器, 仿真结果表明, 经过筛选器筛选后能有效剔除过高和过低能量的离子, 偏离中心离子能量负100 eV的筛选率, 已达到82.24%, 在光学薄膜制备领域中具有良好的应用前景。
离子源 离子能量 筛选器 离子束辅助沉积 有限元仿真 ion source ion energy filter ion beam assisted deposition finite element simulation
1 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸, 在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量, 生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED, 研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现, 随着量子垒高度的增加, 深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势, 量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势, 且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明, 随着量子垒高度增加, 量子垒对载流子的束缚能力增强, 电子空穴波函数空间重叠增加, 载流子浓度和辐射复合速率增加; 但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露, 空穴浓度降低, 从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz, 高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。
紫外光通信 深紫外发光二极管 多量子阱层 调制带宽 发光功率 ultraviolet communication deep ultraviolet light-emitting diodes multiple-quantum-well layer modulation bandwidth optical power
