1 中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518052
2 奥比中光科技集团股份有限公司，广东 深圳 518055
基于单光子雪崩二极管（SPAD）的激光雷达凭借其灵敏度高、探测距离远、集成度高等优点被广泛应用于三维感知领域。SPAD激光雷达系统中包含各种功能的子模块。研究这些子模块对激光雷达系统性能的影响有助于进一步优化系统方案，提高研发效率，降低研发成本。因此，从系统子模块的特性出发，利用时间相关单光子计数技术（TCSPC）和蒙特卡罗法建立了基于SPAD的激光雷达模型，得到了被动复位电路和主动复位电路、单事件首光子时间数字转换器（TDC）和多事件TDC对系统性能的影响。结果表明：在目标飞行时间为20 ns、环境光为50×103 lx、目标反射率为10%的条件下，主动复位电路与被动复位电路的系统性能基本相当；当目标反射率增加到50%后，主动复位电路的系统性能优于被动复位电路；类似地，多事件TDC的系统性能优于单事件首光子TDC，主要表现在，与单事件首光子TDC相比，多事件TDC的噪声本底计数为均匀分布，其信号计数的峰值更易大于噪声本底计数的峰值，寻峰算法更简单，算力需求更少。仿真结果表明，为使系统性能最优化，SPAD集成芯片的后端子模块应采用主动复位电路和多事件TDC的组合架构。
激光雷达 单光子雪崩二极管 建模与仿真 淬灭电路 时间数字转换器 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1028003
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
抗辐射电子学是一门交叉性、综合性的学科, 其研究的辐射效应规律、损伤作用机制、加固设计方法、试验测试方法、建模仿真方法等对极端恶劣环境中的电子系统的可靠工作至关重要。对核爆炸中子、γ和 X射线, 空间和大气高能粒子产生的各种损伤效应(如瞬时剂量率效应、总剂量效应、单粒子效应、位移效应等)的研究现状进行了系统梳理。对辐射之间、辐射和环境应力之间的协同损伤效应(如长期原子迁移对瞬时剂量率感生光电流的影响, 中子和 γ射线同时辐照与序贯辐照、单因素辐照的损伤差异, 质子和 X射线、中子辐照的损伤差异, γ射线辐照与环境氢气的协同损伤效应等)的研究进展进行了详细介绍。阐述了国内外在核爆、空间和大气辐射加固研究方面的最新技术进展。总结了国内外在地面实验室对空间、大气或核爆辐射各种效应进行试验模拟和建模仿真的相关能力。最后对 21世纪 20年代以后抗辐射电子学研究领域潜在的挑战和关键技术进行了展望。
抗辐射 辐射效应 试验与测试 建模与仿真 协同效应 radiation hardening radiation effect experiment and testing modeling and simulation synergistic effect 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 452
Author Affiliations
Abstract
1 School of Integrated Circuits, Peking University, Beijing 100871, China
2 Beijing Advanced Innovation Center for Integrated Circuits, Beijing 100871, China
3 Key Laboratory of Optoelectronics Technology, Ministry of Education, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
The finding of the robust ferroelectricity in HfO2-based thin films is fantastic from the view point of both the fundamentals and the applications. In this review article, the current research status of the future prospects for the ferroelectric HfO2-based thin films and devices are presented from fundamentals to applications. The related issues are discussed, which include: 1) The ferroelectric characteristics observed in HfO2-based films and devices associated with the factors of dopant, strain, interface, thickness, defect, fabrication condition, and more; 2) physical understanding on the observed ferroelectric behaviors by the density functional theory (DFT)-based theory calculations; 3) the characterizations of microscopic and macroscopic features by transmission electron microscopes-based and electrical properties-based techniques; 4) modeling and simulations, 5) the performance optimizations, and 6) the applications of some ferroelectric-based devices such as ferroelectric random access memory, ferroelectric-based field effect transistors, and the ferroelectric tunnel junction for the novel information processing systems.
ferroelectricity HfO2-based thin films physical mechanism characterization modeling and simulation applications Journal of Semiconductors
2023, 44(5): 053101
1 天津大学微电子学院, 天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
在动态场景中,飞行时间图像传感器的高频多相操作会产生运动模糊,使运动区域内产生错误的三维原始数据,同时增加了电路设计难度。为了减小运动模糊的影响,本文对动态场景下飞行时间图像传感器进行建模。所建模型可以通过简单的参数设置快速完成传感器的参数设定,以仿真动态场景中各条件下的三维图像,从而分析运动误差。本文基于该成像模型,在不同的运动速度和帧频下分析了运动误差对成像质量的影响,探究了动态场景中两种曝光方式之间的成像质量差异,获得了具有高成像质量和低电路设计难度的最优成像指标。采用德州仪器(TI)公司的飞行时间相机对成像模型进行了评估,结果表明,在静态和动态场景中,模型仿真数据与相机实测数据匹配良好。
遥感 传感器 建模仿真 运动误差 最优指标 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2428001
1 河北大学 质量技术监督学院, 保定 071002
2 河北大学 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心, 保定 071002
为了研究激光调制参量对二次谐波信号峰值、信噪比、峰宽、对称性以及信号完整性的影响, 基于硬件实验系统与Simulink仿真模型进行分析, 验证了理论模拟结果与此硬件系统下信号变化趋势的一致性, 同时确定了CO2检测系统的最佳调制参量。通过实验系统对不同体积分数的CO2在1432.04nm处的吸收光谱进行了测量, 建立主吸收峰处信号强度与不同体积分数CO2的反演模型, 分析了系统性能及测量精度。结果表明, 线性拟合系数R2=0.9998, 气体体积分数反演最大相对误差为0.7333%, 系统检测限为0.0074%; 通过调制参量的优化选择可以获得较为理想的二次谐波信号, 从而实现待测气体体积分数的精确反演。该研究为检测系统中调制参量的优化提供了重要参考, 为系统测量精度的改善提供了指导。
光谱学 调制参量优化 建模仿真 可调谐二极管激光吸收光谱 体积分数反演模型 spectroscopy modulation parameter optimization modeling and simulation tunable diode laser absorption spectroscopy volume fraction inversion model
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
空中目标具有高速机动、战略突防和远程精确打击等特点, 针对这类目标构建广域、高效、精准探测、连续监视技术已成为空中目标探测体系面临的新挑战。基于空中目标的天基光学探测需求, 建立了复杂环境要素综合作用飞机尾焰的光学辐射特征模型, 形成飞机尾焰-海面/云层背景-环境大气-光学系统-成像探测器等要素耦合的全数字化链路光谱辐射成像特征精确预测模型。基于实测数据推演了飞机尾焰红外多光谱本征辐射。同时, 利用FY-2G遥感数据, 反演了中国南海某海域海面温度及云顶温度分布, 建立了海云背景光谱辐射模型。在此基础上综合考虑了背景辐射、大气路径辐射和大气衰减对飞机尾焰光谱辐射的影响, 建立了在光学系统入瞳前目标上行光谱辐射特性模型, 结合光学成像系统的衍射效应, 探讨了不同谱段、云类型下地球同步轨道红外成像系统对目标的可探测性。研究表明: 大气屏蔽波段对目标的探测效能优于宽波段; 针对不同的背景选择合理的探测波段有利于目标的高效探测。
天基探测 红外成像 辐射传输 多光谱 建模仿真 space-based detection infrared imaging radiative transfer multispectrum modeling and simulation 红外与激光工程
2020, 49(2): 0204004
首先分析了某导弹双摆喷管电动伺服系统的结构原理, 通过对系统的运动分析和建模, 研究了2个垂直安装位置的机电作动器的非线性运动特性和耦合干扰情况, 给出了控制器在任意摆角指令下对作动器伸缩位移的解耦运算; 同时, 研究了摆动力臂与喷管摆角之间的非线性关系, 在此基础上建立含有非线性环节的单个伺服机构数学模型, 调节控制器参数, 分别采用基于时域的阶跃响应法和基于频域的正弦相关分析法, 在Simulink仿真平台上进行仿真, 通过与真实实验数据的比对, 验证了模型的准确性, 为后续深入研究该型伺服机构性能测试打下坚实基础。
电动伺服系统 双摆喷管 交联耦合 建模仿真 非线性 electric servo system double pendulum, nozzle cross coupling modeling and simulation nonlinearity
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京100191
全天时星敏感器技术可以将星敏感器的应用推广到临近空间飞行器如平流层飞艇和高空气球等平台, 是星敏感器未来发展的一个重要方向。由于白天受到强烈的大气背景辐射的影响, 可见光波段星敏感器的探测能力显著受限。大气背景辐射在短波红外处的强度迅速降低, 因此利用短波红外成像系统在0.9~1.7 ?滋m波段下进行恒星探测成为研究全天时星敏感器技术的一种有效可行的方案。为了系统地分析并验证短波红外全天时星敏感器的可行性, 文中在分析全天时星敏感器探测模型的基础上, 重点讨论了短波红外探测器噪声对星敏感器探测能力的影响并基于探测模型确定了20 km高度处全天时星敏感器的光学参数。基于短波红外探测器研制了全天时星敏感器原理样机, 结合地面处的观星实验, 测试了原理样机的探测性能并验证了全天时星敏感器探测模型的正确性。
全天时星敏感器 建模仿真 短波红外探测器噪声 外场白天观星实验 all-time star sensor modeling and simulation short-wave infrared detector noise daytime star observation experiments 红外与激光工程
2019, 48(11): 1113001
