1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
应用传输矩阵法计算并分析了分布式布拉格反射镜（DBR）的堆叠方式对反射谱的影响，当入射介质为GaAs材料、出射介质为空气时，DBR以低折射率层/高折射率层（LH）的方式排列具有更高的反射率。研究了入射角度对DBR反射率的影响，利用角度相关的传输矩阵模型对DBR反射谱进行计算，结果表明，DBR反射谱随着入射角度的增加而蓝移，最大反射率随着入射角度的增加而增大。建立了940 nm波长下AlxGaAs的材料折射率与铝的原子数分数x之间的线性拟合模型，并通过多层剖分等效法，计算分析了渐变层对DBR反射谱特性的影响。相比于突变型DBR结构，渐变型DBR结构在维持最高反射率基本不变的情况下，反射带宽有所减小。
激光器 传输矩阵法 垂直腔面发射激光器 分布式布拉格反射镜 入射角度 渐变层 反射谱
南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
随着直升机技术的发展, 急需对一种新型的直升机桨叶包铁结构做质量检测研究, 该包铁结构外层为不锈钢, 中层为橡胶、加热元件, 内层为玻璃纤维。包铁结构需要分类识别的4类典型结构为上层脱粘缺陷、加热元件、下层脱粘缺陷、无缺陷无加热元件, 但这种包铁结构较常见多层结构层数多、层厚薄、需识别分类多, 超声波在这种结构中会发生严重的混叠现象。因此研究了超声波在薄壁多层结构中的传播规律, 建立了新的包铁结构的超声反射频谱模型, 将测试的不锈钢、橡胶、玻纤的声速、声阻抗、频率-衰减系数曲线、2.25 MHz和5 MHz的探头频谱代入模型进行仿真, 仿真结果表明,2.25 MHz探头可以识别出包铁的4种结构, 5 MHz探头可以识别出除下层缺陷的另外3种结构, 实际检测结果验证了新模型的仿真结果。
超声反射谱 超声信号仿真 多层复合材料 桨叶包铁结构 超声检测 ultrasonic reflection spectrum ultrasonic signal simulation multi-layered composite material blade iron-clad structure ultrasonic testing
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上, 提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构, 该结构可以实现中心波长1 550~1 553 nm范围内, 间距为1 nm的窄波长反射型时延线, 共1, 1.5, 2和2.5 μs四种不同的时延。 将单波长反射的啁啾布拉格光纤光栅与103 m单模光纤连接构成延迟单元, 再利用光环形器将4个延迟单元级联并使用内半径为3 cm的光纤绕线盘, 将四种延时单元的传输光纤进行整合。 借助光纤光栅的反射镜作用, 控制不同波长光信号通过不同的传输距离, 从而达到时延目的。 本文通过对啁啾布拉格光纤光栅的反射谱进行仿真分析, 发现相邻反射谱的旁瓣会出现交叠现象, 因此使用六个切趾函数对旁瓣滤除。 结果显示: 不同切趾函数的滤除效果也不同, 能够完全滤除旁瓣并且对反射谱包络影响最小的是柯西切趾函数, 经柯西切趾后能使不同波长光信号在对应中心波长1 nm范围内反射率达到1, 而其他位置均为0。 由于使用光纤绕线盘整合延迟单元传输光纤会产生一定损耗, 因此对弯曲损耗进行仿真分析, 结果表明: 弯曲半径相同时, 损耗与工作波长成正比; 工作波长相同时, 弯曲损耗与弯曲半径成反比。 当弯曲半径大于2.9 cm时, 弯曲损耗曲线变化平缓并趋于0, 因此当光纤绕线盘内半径为3 cm时保证了在减小延迟模块体积的同时又不会有过大的损耗。 通过TDS784D型示波器对频率为2 000 Hz的信号经不同传输距离后的波形进行测试, 结果显示经3 m和5 km传输线后信号的各项参数基本保持不变, 经过长距离传输后, 依然能保持原信号特性, 因此使用103 m传输线可达到延迟目的。 使用W-GGL型光功率计对不同频率下的输出功率进行测量, 与直光纤的输出功率相比, 当弯曲半径为2~3 cm时偏差较大, 等于3 cm时偏差为0.18 dBm, 大于3 cm时则无限趋近, 因此设置绕线盘内半径为3 cm符合光纤延迟线的损耗范围。
光纤延迟线 光纤光栅级联结构 反射谱 切趾函数 弯曲损耗 Fiber delay line Fiber grating cascade structure Reflection spectrum Apodization function Bending loss 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2241
曾莉欣 1,2,3赵豫斌 1,2,3陈少佳 1,2,3田兴成 1,2,3[ ... ]孙志嘉 1,2,3,*
1 中国科学院 高能物理研究所，北京 100049
2 散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803
3 核探测与核电子学国家重点实验室，北京 100049
为满足中国散裂中子源（CSNS）多功能反射谱仪（MR）主探测器高气压3He多丝正比室探测器（MWPC）的需求，研制了专用的读出电子学系统。该系统主要由核心前放板和触发扇出板构成，其中以前放板为核心，采用了6块前放板实现探测器142路模拟信号的数字化，并通过判选机制甄别中子信息，将有效中子事例打包发送给后端，触发扇出板提供同一时刻到达的T0信号和触发信号，以确保数据的对齐。读出电子学系统分别在实验室和束流条件下，进行了相关指标测试，测试结果表明性能优于设计要求。目前MWPC探测器已经成功安装到MR谱仪现场，并且已经开始稳定运行。
多功能反射谱仪 多丝正比室探测器 重心法 前置放大器 可编程逻辑阵列 multi-functional reflectance spectrometer multiwire proportional chamber detector barycenter method preamplifier FPGA 强激光与粒子束
2021, 33(8): 086001
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室，山东 济南 250013
材料表面粗糙度会影响太赫兹无损检测结果。当材料表面粗糙度在微波区可以忽略不计时，在波长更短的太赫兹频段则需要考虑在内。研究讨论了在太赫兹频率下粗糙表面散射对反射谱的影响。通过考虑单个样品的反射模型，利用基尔霍夫近似可以将粗糙表面的反射信号与光滑表面的反射信号进行关联。此外，采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对不同粗糙度的葡萄糖片进行了测量，并对其反射光谱进行了分析。反射光谱结果表明，由于表面粗糙度引起的漫散射减弱了接收端反射光谱的强度。为了减小粗糙度对光谱的影响，提出了一种能恢复光谱功率的补偿方法。在0.5 THz和1 THz时，具有360目粗糙度规格样品的功率谱分别增加了约3 dB和9 dB。因此，可以认为所提出的粗糙表面光谱补偿方法在未来太赫兹无损检测技术的发展中具有一个特定的参考价值。
terahertz time-domain reflection spectra scattering surface roughness 太赫兹 时域反射谱 散射 表面粗糙度 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200209
天津城建大学计算机与信息工程学院，天津 300384
针对光纤Bragg光栅（FBG）解调系统中FBG反射谱因包含高斯白噪声、工频噪声而导致解调误差大、解调系统稳定性差的问题，提出一种基于高斯差分（DoG）的FBG峰值检测算法。利用该算法对包含大量噪声的FBG反射谱信号进行峰值检测，平均误差为4 pm，标准差为4.2 pm，相比其他传统算法误差最小。实验结果表明，DoG算法稳定性高，解调误差小，能够明显地降低噪声对FBG反射谱的影响，提高了FBG解调系统的解调精度。
光纤光学 光纤Bragg光栅 反射谱 DoG算法 峰值检测 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0706002
南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
为了便于导出LED有源层的出射光，本文研究了亚微米厚度LED悬空薄膜的工艺实现、形貌表征和光学性能表征。采用光刻工艺、深反应离子刻蚀技术和快速原子束刻蚀技术相结合的背后工艺，实现了基于硅基氮化镓晶圆的超薄氮化镓基LED悬空薄膜器件。本文利用白光干涉仪观察制备的超薄LED悬空薄膜的变形程度，发现薄膜变形大小与薄膜直径呈正相关，而与薄膜厚度呈负相关。薄膜变形大小低至纳米级，并且为中央凸起边缘平滑的拱形变形。通过反射谱测试发现未经加工的硅基氮化镓晶圆的反射模式数较多，而LED悬空薄膜的反射模式数大幅度减少，且反射谱整体光强明显提高。在光致发光测试中，发现由于应力释放，悬空薄膜的出射光峰值较硅基氮化镓晶圆出现了8.2 nm的蓝移，并且从背面也可以探测到移除了大部分外延层的超薄LED悬空薄膜有明显的出射光。这表明悬空薄膜在光致发光情况下更有利于导出发射光。本研究工作实现了厚度小、面积大、总体变形程度小、光学性能优良的LED悬空薄膜，为氮化镓基LED器件在光微机电领域的应用开辟了新的途径。
氮化镓 悬空薄膜 反射谱 光致发光 gallium nitride freestanding membrane LED LED reflection spectrum photoluminescence
1 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
2 中国空间技术研究院 通信卫星事业部, 北京 100094
为满足光纤光栅传感技术在高真空热环境下的应用, 分析了丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模紧套光纤作为传输光纤, 在高真空热环境下对FBG峰值功率的影响, 并进行了实验验证。首先, 设计了高真空热环境下传输光纤等效模型; 接着, 设计了不同涂覆层光纤传输损耗特性影响实验方案, 搭建了硬件在环检测平台; 最后, 进行了实验验证, 探索了在高真空热环境条件下, 不同涂覆层单模传输光纤随着温度、真空度变化对FBG反射谱功率峰值影响规律。实验结果表明: 真空度从常压降至10-4 Pa水平再恢复至常压, 丙烯酸酯和聚酰亚胺2种不同涂覆层单模传输光纤温度从常温降至-196 ℃再恢复至常温, 历经224 h, FBG反射谱功率峰值均不发生变化, 为光纤传感技术在高真空(压力约为10-4 Pa水平)、热环境(-196~25 ℃循环)中应用提供理论及实验依据。
高真空热环境 光纤光栅 涂覆层 反射谱 high vacuum thermal environment fiber grating cover reflectance spectrum 红外与激光工程
2019, 48(11): 1118002
