浙江大学光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
Taking the LISA system as a reference, the phase noise of the inter-satellite transmission needs to be less than 1 pm. Research has shown that the defocus and the astigmatism are the main aberrations affecting jitter noise at a distance of 2.5×109 m. There is a deviation between the phase stationary point and the origin position. To minimize the phase noise, the telescope angle needs to be adjusted. The gravitational wave detection at the phase stationary point can effectively reduce the phase noise and the requirements of the telescope exit pupil wavefront RMS. The large defocus and small coma can make the phase stationary point close to the optical axis and increase the received laser power.
空间引力波探测 空间链路传输 指向抖动噪声 相位驻点 gravitational wave detection space propagation jitter noise phase stationary point 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230444
1 合肥工业大学 微电子学院， 合肥 230009
2 合肥工业大学 数学学院， 合肥 230009
在信息爆炸时代，信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中，物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语，提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型，能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型，在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路，通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器，该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明，生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好；真随机数序列均通过了NIST测试，具有高随机性和不可预测性。
环形振荡器 抖动 工艺偏差 物理不可克隆函数 真随机数发生器 ring oscillator jitter process deviation physical unclonable function true random number generator
1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院,南京 210044
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室,上海 200050
3 赋同量子科技（浙江）有限公司,浙江 嘉兴 314100
4 无锡学院 电子信息工程学院,江苏 无锡 214105
针对超导纳米线单光子探测器（SNSPD）应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换（TDC）单元和现场可编程门阵列（FPGA）单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55 ps,测量数据呈线性,100 ns以内时间精度低于36 ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100 ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数（TCSPC）模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。
超导纳米线单光子探测器 时间抖动 时间数字转换 现场可编程门阵列 superconducting nanowire single photon detector time jitter time-to-digital conversion field-programmable gate array
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 吉林大学通信工程学院，吉林 长春 130012
因斯-高斯（IG）光束在复杂信道传输中具有较好的抗干扰能力。为此设计并搭建了基于模拟海洋湍流信道的激光通信实验平台，详细研究IG光束在海洋湍流信道下光束信号的传输及通信特性。首先实验对比研究了不同海洋湍流强度条件下，IG光束和高斯光束传输后的光强闪烁指数、质心漂移和探测器接收功率情况；其次通过调制0.5~3 MHz频率的方波信号，进一步研究两种光束传输后调制信号波形失真特性；最后进行IG光束和高斯光束的7.5 Mbit/s通信性能对比实验。实验结果表明：IG光束的闪烁指数、质心漂移、功率抖动均优于高斯光束，且随着海洋湍流强度增加，IG光束闪烁指数和质心漂移改善能力增强，功率抖动改善能力降低。在不同模拟海洋湍流中，相同频率的IG光束调制方波波形失真度整体低于高斯光束。在误码率为3.8✕10-3（前向纠错阈值）时，IG光束在不同注水高度信道、不同温度信道和不同盐度信道中的通信性能比高斯光束分别提高了0.8 dB、4 dB和2.5 dB。该实验结果可以为IG光束应用于水下激光通信提供参考。
因斯-高斯光束 海洋湍流 闪烁指数 质心漂移 功率抖动 波形失真度 光学学报
2023, 43(18): 1899916
强激光与粒子束
2023, 35(8): 082002
华中师范大学 物理科学与技术学院PLAC硅像素实验室, 武汉 430079
基于TSMC 180nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成, 在锁相环电荷泵模块中, 使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明, 该锁相环芯片在1.8V电源电压、输入50MHz参考时钟条件下, 可稳定输出200MHz的差分时钟信号, 时钟均方根抖动为2.26ps(0.45mUI), 相位噪声在1MHz频偏处为-105.83dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4mW, 锁相环核心功耗为2.02mW。
探测器 锁相环 相位噪声 低噪声低功耗 均方根抖动 detector phase-locked loop phase noise low noise and low power consumption root mean square jitter
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 710024
降低纳秒脉冲电压下气体开关的抖动对电磁脉冲模拟装置输出稳定性具有重要意义。特别在受条件约束、外触发不便的条件下，自触发开关抖动的降低值得关注。设计了两种自触发开关，包含阴极刻槽开关和预电离开关，并搭建了纳秒脉冲实验平台，分别在40 ns、70 ns 与120 ns三种脉冲前沿下测量了两种开关的击穿电压、时延等参数，通过数据统计与处理，获得了两种开关的击穿电压及时间抖动。实验结果表明：通过阴极刻槽控制发射或者阴极预电离注入的方式均可有效降低开关的击穿抖动；在三种前沿的脉冲电压下两种开关的击穿抖动均在1～1.8 ns之间；在40 ns和70 ns前沿脉冲作用下，阴极刻槽的开关击穿抖动更低，可小于1.2 ns，击穿电压分散性小于1.29%；在120 ns前沿脉冲作用下，阴极预电离开关击穿抖动更低，可小于1.6 ns。
纳秒脉冲 自触发开关 低抖动 预电离 刻槽电极 nanosecond pulse self-triggered switch low jitter preionization grooved electrode 强激光与粒子束
2023, 35(7): 075003
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621999
气体开关作为脉冲功率装置的关键部件，其自击穿概率以及触发放电延时抖动对整个脉冲功率系统具有至关重要的影响。降低开关工作系数有利于提高开关稳定性，但延时抖动会随之增大。针对用于磁驱动实验的10 MA级大电流装置应用需求，设计了一种具有较高场畸变系数、能在较低工作系数条件下稳定工作的三电极气体开关，并开展了该开关的性能研究。模拟与实验结果表明：在触发电压与充电电压相当的条件下，开关的场畸变系数接近4，开关工作系数高于60%时，开关具有较低的延时抖动，抖动均方根小于3 ns。结合该开关设计了一个两级Marx储能模块，充电电压±50 kV条件下短路放电，模块回路放电电流峰值达到150 kA、周期2 μs。上千次放电实验后，开关电极表面未发生明显烧蚀，工作正常。工作系数68.5%时，共计4 000发实验中未出现自放电现象，自击穿概率低于2.5×10−4。上述结果表明该开关可满足300～400只开关同时工作的大电流装置需求。
脉冲功率 气体开关 抖动 场畸变系数 pulse power gas switch jitter field distortion coefficient 强激光与粒子束
2023, 35(6): 065003
深圳技术大学 新材料与新能源学院，广东 深圳 518118
为了获得低抖动的准分子激光放大器光源，设计了一种以氢闸流管作为高压开关的低抖动准分子激光放大器系统。利用抖动小于4 ns的闸流管触发电路来触发导通氢闸流管，从外部触发信号到准分子光信号之间有一定的延时时间。研究了以氢闸流管作为高压开关的准分子激光放电回路，外部控制信号发生电路产生外部充电信号和出光信号，转换电路将外部充电信号和出光信号转换成固定脉宽的光信号，在实现低抖动出光前，准分子激光放大器系统热平衡过程中会有一定的出光延时漂移现象。讨论了激光运行重复率、激光运行电压和气体状态在热平衡过程中对稳定延迟时间大小的影响。实验表明，在相同运行电压下，稳定延迟时间随着激光运行重复频率的提高而增大；运行电压越高，稳定延迟时间上升的幅度越大。气体恶化后，光脉冲稳定延迟时间变小。激光运行电压和重复频率越高，延时漂移时间越大。在温漂一定时间后，准分子激光放大器内部系统达到热平衡，以外部触发信号为基准，准分子光脉冲信号实现在5、10、15 Hz重复频率下的5 ns内低抖动出光。
准分子激光器 低抖动 放大器 温漂 excimer laser low-jitter time amplifier temperature drift 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220468
