西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010
宇称时间（PT）对称原理已经被验证可以作为提高无线电能传输系统自由度的有力工具，但基于PT对称的并联-并联（P-P）拓扑结构无线电能传输（WPT）系统的工作范围仍然受到限制。为解决这一问题，提出了一种基于PT对称原理的并联-串并联（P-SP）补偿WPT系统。通过等效电路法化简系统电路模型，并利用耦合模理论（CMT）分析电容分配比对振荡频率、临界耦合系数、满足系统进入PT对称区域的耦合系数和负载电阻值范围以及传输效率等工作性能的影响。构建样机开展实验，以检验所提方法的适用性，结果表明：可以在仅损失2%系统传输效率的情况下，将传输距离由110 mm扩大到210 mm，该操作可为扩大应用范围、增加应用场景、优化激光无线充电系统中发送模块单元和接收模块单元的工作性能做准备。
无线电能传输 宇称时间对称 耦合模理论 P-SP拓扑 距离扩展 wireless power transfer parity-time symmetry coupled mode theory P-SP topology distance extension 强激光与粒子束
2024, 36(3): 039001
1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室，北京 100083
2 北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心，北京 100083
3 中央民族大学 理学院，北京 100081
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能，广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大，制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法，较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率，目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程，归纳激光剥离过程关键科学问题：透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律，以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题，综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展，目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料，蓝宝石、多晶Al2O3、氧化锆等陶瓷材料，激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题，尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展，但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展，将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。
超快激光 硬脆材料 剥离 非线性吸收 缺陷扩展 光场调控 ultrafast laser hard and brittle materials splitting nonlinear absorption defect extension optical field modulation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230487
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, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对R矩阵光谱重构法面临的问题, 提出了一种基于相机响应特性的光谱分解方法, 对分解出的同色异谱黑的反演建立粒子群优化 BP 神经网络模型 (PSOBP) 以实现网络训练权重的优化, 并利用全局训练样本和局部训练样本的二次光谱重构方式进行了仿真实验。结果表明, 在D65光源下, 利用所提出的方法, RGB相机观测下重构两种测试集均方误差平均值分别至少降低了1.71%和0.51%, 色差最大值分别为3.5579和2.3776, 满足人眼辨别颜色阈值要求; WorldView3观测下光谱重构精度均方误差在410~510、555~565、590~685、705~740 nm波段内不超过2%, 适应度系数表示的可接受样本占比均为91.667%, 色差最大值分别为1.6002和1.1177, 其光谱重构精度以及色度精度较其他方法均有所提高, 且6通道多光谱相机已能满足较高精度光谱重构的要求。
遥感 光谱重构 同色异谱黑 粒子群优化 神经网络 齐次非线性扩展 remote sensing spectral reconstruction metamerism black particle swarm optimization neural network homogeneous nonlinear extension
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法，通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体，从而降低前端光学系统的成像质量要求，并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计，且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。
成像系统 端到端 景深延展 图像复原 衍射元件
1 长沙理工大学土木工程学院, 长沙 410114
2 湖南德习湘栋科技有限公司, 长沙 410114
针对既有交通线路快速抢通和抢通后寿命确保的需要, 研发了具有足够施工时间的超早强(数小时达到开放强度)超高性能混凝土(UHPC)。基于最大密实度理论的UHPC配方, 试验研究了普通硅酸盐水泥(OPC)替代率对硫铝酸盐-硅酸盐复合体系(SAC-OPC体系)混凝土力学性能与施工性能的影响, 确定了OPC替代率; 通过正交试验确定影响SAC-OPC体系混凝土力学性能和工作性能的早强组分(硫酸锂、硫酸铝)、增强组分(纳米碳酸钙)、调凝组分(粉体缓凝剂、四硼酸钠), 制备了初凝时间36 min、3 h抗压/抗折强度41.4/17.0 MPa的超早强UHPC, 以及初凝时间40 min、3 h抗压/抗折强度36.2/13.9 MPa的超早强UHPC。通过SEM和XRD分析, 探究了具有足够施工时间超早强UHPC的性能形成机理。结果表明: 随OPC替代率增大, UHPC的凝结时间先减后增, 扩展度持续增大, 早期力学性能大致呈下降趋势, 后期力学性能大致呈上升趋势; 超早强与初凝时间延长主要源于协同水化作用与早强组分、增强组分和调凝组分的累加效应。
超高性能混凝土 硫铝酸盐-硅酸盐复合体系 超早强 力学性能 初凝时间 扩展度 UHPC sulphoaluminate-ordinary Portland cement system super-early-strength mechanical performance initial setting time slump extension
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Application Specific Integrated Circuit (ASIC), Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
This work demonstrates high-performance NiO/β-Ga2O3 vertical heterojunction diodes (HJDs) with double-layer junction termination extension (DL-JTE) consisting of two p-typed NiO layers with varied lengths. The bottom 60-nm p-NiO layer fully covers the β-Ga2O3 wafer, while the geometry of the upper 60-nm p-NiO layer is 10 μm larger than the square anode electrode. Compared with a single-layer JTE, the electric field concentration is inhibited by double-layer JTE structure effectively, resulting in the breakdown voltage being improved from 2020 to 2830 V. Moreover, double p-typed NiO layers allow more holes into the Ga2O3 drift layer to reduce drift resistance. The specific on-resistance is reduced from 1.93 to 1.34 mΩ·cm2. The device with DL-JTE shows a power figure-of-merit (PFOM) of 5.98 GW/cm2, which is 2.8 times larger than that of the conventional single-layer JTE structure. These results indicate that the double-layer JTE structure provides a viable way of fabricating high-performance Ga2O3 HJDs.
β-Ga2O3 breakdown voltage heterojunction diode (HJD) junction termination extension (JTE) power figure-of-merit (PFOM) Journal of Semiconductors
2023, 44(7): 072802
陈家颖 1,2,3,*张新彬 1,2陈怀熹 1,2,3冯新凯 1,2,3[ ... ]梁万国 1,2,3
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 福州大学化学学院, 福州 350108
5 福建师范大学化学与材料学院, 福州 350117
本文设计了一种梯形的周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)波导, 并通过在传播方向上引入温度梯度来拓宽其倍频(SHG)过程的泵浦光源可接收带宽。通过有限差分的光束传输法, 计算波导的有效折射率, 并进行波导尺寸的设计。结果表明, 通过改变梯形波导不同位置的温度, 使其形成一个温度梯度, 可拓宽泵浦光源的波长可接收带宽。本文所设计的PPMgLN波导最大泵浦光源可接收带宽为C波段, 即1 530~1 565 nm, 该波导可倍频C波段, 得到输出波段带宽为765~782.5 nm, 温度调谐范围为30~150 ℃。
周期极化铌酸锂 波导 准相位匹配 倍频 温度梯度 带宽扩展 C波段 periodically polarized lithium niobate waveguide quasi phase matching frequency doubling temperature gradient bandwidth extension C-band
我国西北盐渍地区长距离输水工程由于冻融、干湿、盐侵等作用, 对水工混凝土耐久性产生不利影响, 直接影响输水稳定性及工程的安全运行与效益发挥。本文以甘肃省引大入秦工程输水建筑物为背景, 基于室内加速试验, 针对干湿-冻融和干湿-冻融-盐侵两种工况, 研究质量损失率、抗压强度损失率、相对动弹性模量等耐久性指标变化情况, 采用改进物元可拓模型综合分析矿粉、粉煤灰、引气剂、聚丙烯4种因素对水工混凝土耐久性的影响程度, 并将计算结果与试验结果、实际状况开展比对分析。结果表明: 在干湿-冻融工况中, 粉煤灰对于水工混凝土耐久性的影响较矿粉、引气剂、聚丙烯显著, 而在干湿-冻融-盐侵工况中, 聚丙烯的影响最为显著, 且最为敏感; 采用改进物元可拓模型综合分析以上4种影响因素, 影响程度依次为聚丙烯(3.450 9)＞粉煤灰(2.509 0)＞矿粉(2.447 2)＞引气剂(2.232 5), 且根据等级变量特征值的大小可判断大循环后混凝土试块的状态, 与实际状况相符。因此改进物元可拓模型可以综合分析盐渍区水工混凝土耐久性的影响因素, 具有一定的实用价值。
改进物元可拓模型 水工混凝土 室内加速试验 耐久性 影响程度排序 等级变量特征值 improved matter-element extension model hydraulic concrete indoor accelerated test durability rank of influencing degree characteristic value of grade variable
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
离轴反射无焦光学系统在空间望远镜中具有重要的应用,自由曲面能够校正离轴反射系统中的非对称像差。设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构非常关键。提出了正交种子曲线扩展算法(OSCE),可直接设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构。为了验证方法可行性,分别设计了放大倍率为10和20的离轴无焦三反和四反系统。设计结果表明离轴三反系统初始结构均方根(RMS)波前差为0.36 λ,离轴四反系统初始结构波前差为0.18 λ。对这两个初始结构分别进行优化,优化之后的RMS波前差小于0.02 λ。
光学设计 离轴反射无焦系统 正交种子曲线扩展 自由曲面 波前差
