1 联合微电子中心有限责任公司, 重庆 400030
2 模拟集成电路国家级重点实验室， 重庆 400060
以MoS2为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而，二维特性使得MoS2中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆，是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl，并以少层CrOCl为介电层和封装材料，设计并制备了基于MoS2的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS2晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm2·V-1·s-1，2 K下进一步增大至100 cm2·V-1·s-1。此外，相比于无封装MoS2晶体管高达20 V的回滞窗口，CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象，证明其在二维材料电子学中的应用潜力。
范德华绝缘体CrOCl MoS2场效应晶体管 介电层 封装材料 回滞现象 van der Waals insulator CrOCl MoS2 field effect transistor dielectric layer encapsulation material hysteresis
1 联合微电子中心有限责任公司， 重庆 401332
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室， 成都 610054
3 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺，设计了一种线性驱动电路。该电路具有高速和大摆幅的优势，能线性驱动行波马赫-曾德尔调制器(TW-MZM)，可满足光通信系统100 Gbit/s单通道的应用需求。驱动电路包括连续时间线性均衡(CTLE)电路、可变增益放大(VGA)电路和基于Cascode结构改进优化的输出级电路，实现了增益可调，且避免发生由较大输出摆幅导致的晶体管击穿。仿真结果表明，电路的-3 dB带宽为43 GHz，其增益在15~25 dB内可调。在56 Gbaud NRZ/PAM4的输入信号下，测得的眼图形状良好，差分输出摆幅峰-峰值达4 V，电路整体功耗为1.02 W，面积为0.33 mm2。
线性驱动电路 超高带宽 增益可调 大摆幅 linear driver ultra-high bandwidth adjustable gain large swing
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳地区军事代表室，四川 绵阳 621000
针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO2浓度低的特点，结合波长调制TDLAS技术，设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器，实现锁相放大和数据采集功能一体化，并将其成功应用于低浓度CO2检测中。为解决低浓度CO2吸收微弱、噪声强等问题，设计了高精度ADC模块，电压分辨率可达0.3 mV；基于DDS原理内部产生正余弦参考信号，保证谐波信号单一性，且实现参考信号频率可调节，覆盖范围1~40 kHz；改进了CIC滤波器，并通过降采样级联FIR滤波器的方式，以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波，积分时间200 μs~20 ms可调；基于CORDIC算法实现平方和开根运算，相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化，基于Qt实现上位机并结合串口通信，使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下，测量了CO2在2 μm波段的吸收光谱，获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6，相较于直接吸收信噪比8.8，提高约11.7倍；设计并开展低浓度CO2标定实验，获取二次谐波信号幅值和CO2浓度之间的线性关系，相关度为0.996；在纯氮气条件下，利用Allan方差评估了系统性能，平均时间为2 s时，系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10−6)，平均时间为180 s时，系统检测下限0.19 ppm；分析了系统响应时间，可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明，设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点，可满足传输内通道中低浓度CO2的检测需求。
数字锁相放大器 激光传输 FPGA TDLAS 数字滤波器 CORDIC算法 digital lock-in amplifier laser transmission FPGA TDLAS digital filter CORDIC algorithm 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230023
1 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
2 中国科学院大学，北京 100049
同时定位与建图（SLAM）是自动驾驶的基本要求之一。多传感器融合，尤其是激光雷达和相机的融合，对于自动驾驶来说是必不可少的。其中，如何针对各种场景调整不同传感器的置信度是关键问题，基于此，提出一种自适应紧耦合的激光雷达相机融合的SLAM（AVLS）算法。首先，所提AVLS算法建立在基于滑动窗口的因子图上，包含提升整体算法精度和鲁棒性的灵活深度关联和弹性初始化等模块。其次，为了充分探索激光雷达和相机在不同环境中的性能，采用一种基于先验知识的动态加权方案。最后，将所提AVLS算法在两个公开的大规模自动驾驶数据集上进行了全面实验，包括与经典算法的对比及消融实验，实验结果表明，AVLS算法的鲁棒性和精确度可以达到目前领先水平。
激光雷达 同时定位与建图 传感器融合 自主导航 稀疏位姿优化 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2028009
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳某部，四川 绵阳 621000
以2 μm窄线宽分布式反馈（DFB）激光器为光源，搭建了一套新型V形结构离轴积分腔吸收光谱实验装置。利用LightTools光学仿真软件对实验光路进行模拟仿真和优化分析，获得了V形腔内的高反射镜表面光斑分布规律，选择合适的入射角度可很好地提高镜面利用效率，并进一步确定了在V形结构双边对称且单边臂长为25 cm的情况下，腔体最佳夹角为23.06°。根据设计加工腔体并搭建吸收光谱实验装置，使用体积分数为400×10-6的CO2标准气体在4991.258 cm-1处对装置进行了实验研究，标定了高反镜的实际反射率和V形腔的有效光程。通过测量装置的Allan方差评估了实验装置的性能，实验结果表明，当平均时间为375 s时，装置检测限可达0.35×10-6。利用该装置在 4986.9955 cm-1处对室内NH3分子进行测量，获得了NH3的吸收谱线，同时使用Savitzky-Golay算法对光谱数据进行平滑处理，获得了46.06的信噪比，展示了V形结构的离轴积分腔装置优异的弱检测能力，为复杂环境下离轴积分腔装置的搭建提供了新的结构选择。
光谱学 离轴积分腔 V形结构 模拟仿真 NH3检测 Savitzky-Golay平滑 中国激光
2023, 50(19): 1911002
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
激光外差光谱（LHS）系统具有光谱分辨率高、探测灵敏度高和体积小等特点，在高分辨率太阳光谱和整层大气透过率测量等应用中受到关注。以3.93 μm分布反馈式带间级联激光器（DFB-ICL）作为本振光源搭建了激光外差光谱测量系统，以太阳光作为信号光，利用Zemax光学仿真软件对太阳光与激光的耦合进行设计和仿真。基于开普勒望远镜原理设计了太阳光整形结构。光斑整形后有效提高了外差耦合效率，将系统信噪比提高至162.1，比无整形条件下获得的信噪比提高了一倍。利用搭建的激光外差系统实测了合肥地区整层大气N2O吸收光谱，采用最优估算法反演了N2O的柱浓度，均值为0.311×10-6，反演结果与EM27/SUN的实测结果进行比较，两种方式获得的N2O柱浓度相关性为0.856。测量结果表明，激光外差光谱测量系统的光学结构经设计和优化后，光学耦合效率和系统信噪比均得到有效提升，基于实测太阳光谱反演获得的N2O柱浓度也与商用仪器观测结果具有较好的一致性。
光谱学 激光外差 信噪比 光斑整形 光学仿真 反演算法 中国激光
2023, 50(14): 1411001
江苏大学 流体机械工程技术研究中心,江苏 镇江 212013
微颗粒操控技术以其控制精确,成本低及简洁高效的特点, 在生物医学工程和微纳米器件制造领域有广阔的应用前景。传统操控方法对无磁性、无导电性及大密度固体微颗粒的操控存在不足。因此, 该文提出一种基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒操控系统, 利用流场底部流动实现微颗粒的聚集。聚集显微实验表明, 压电振子的低频振动激发流场底部流动, 使培养皿底部的球型氧化铝颗粒向目标区域移动和聚集, 并在122 s时达到稳定状态。对试验结果进行图像处理, 结果表明, 微颗粒稳定聚集后的聚集面积为79 405 μm2。该操控方法可实现大密度微颗粒的聚集, 且聚集范围大, 可为微纳器件制造提供参考。
微流控技术 压电悬臂梁 压电效应 微颗粒操控 悬臂梁振动 microfluidic technology piezoelectric cantilever beam piezoelectric effect microparticle manipulation cantilever beam vibration
1 南京理工大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210094
2 东南大学附属中大医院骨科，江苏 南京 210009
为了获得飞秒激光工艺参数对生物组织融合效果的影响规律，基于单因子试验法，分析了激光功率、离焦量等工艺参数对离体皮肤组织融合形貌、切口抗拉强度及热损伤的影响规律。结果表明，激光功率及扫描速度对焊后离体皮肤组织外观形貌及切口抗拉强度具有重要影响，激光功率对组织热损伤具有决定性影响；降低激光功率及扫描速度，采用多次重复扫描方法，焊后离体皮肤组织的切口抗拉强度较大；在保证一定连接强度的条件下，焊接后组织热损伤参数在10－3数量级左右。在此基础上，对工艺参数进行优化，结果表明，在该工艺条件下，组织切口可实现全层融合，外观形貌良好，热损伤低于采用连续激光得到同等抗拉强度时组织所产生的热损伤。
医用光学 组织焊接 激光材料加工 热效应 组织性能 参数优化 中国激光
2022, 49(20): 2007107
1 湖北省地震局 地震预警湖北省重点实验室, 武汉 430071
2 武汉地震科学仪器研究院有限公司, 武汉 430071
为了研究列车进出站的环境振动特征, 验证理论研究结果, 利用实测的地铁进、出站振动数据, 并结合列车进、出站的加速度变化模型, 在时域上统计列车振动波形的峰值、幅值变化和持续时间特征, 在频域上分析列车振动波形的频率分布和加速度振级特征。结果表明：列车出站振动峰值有大于进站振动峰值的趋势;轨道减振措施使竖向高频振动分量受到衰减, 而水平方向的高频分量保留, 从而导致列车运行速度较低时竖向与水平向振动峰值相近; 不同测点的加速度振级在多个频点出现差异, 但对同一个位置的振动来说, 监测到的进站和出站的加速度振级曲线十分相似; 经对比, 实测分析结果与理论研究成果相符。
地铁列车进出站振动 频谱分析 加速度振级 现场振动实测 inbound and outbound vibration spectral analysis acceleration levels in-situ vibration measurement
