强激光与粒子束
2024, 36(1): 016002
1 河北工业大学 理学院，天津 300401
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
文中基于量子阻抗洛伦兹振子（Quantum Impedance Lorentz Oscillator, QILO）模型，研究了含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子吸收特性。首先，理论推导并给出了用有效量子数、电子电量及质量和玻尔半径等微观量表示的该振子四、五阶非线性效应参量的计算参考公式。在此基础上，利用QILO模型，通过拟合取代基为R=NO2的含芴二茂铁衍生物分子线性吸收光谱，得到了其在400 nm峰值附近的电子跃迁前后的有效量子数，并进一步推算了该分子的双、三光子吸收截面。数值计算结果显示：该化合物分子在793 nm波长附近的双光子吸收截面为 $0.49\times {10}^{-20}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{4} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-1}$，在1 260 nm和1 314 nm附近的三光子吸收截面分别为 $2.01 \times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6}\cdot{\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$、 $1.00\times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$，与实验结果均吻合较好。文中结果说明：QILO模型可以较好地描述以NO2作为取代基的含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子的吸收特性。根据QILO模型的“依据介质的线性吸收光谱可以估算其多光子吸收截面”的特点，该模型或许能为寻找具有大的双、三光子吸收截面的材料提供一种可供参考的理论分析方法，降低研究多光子过程的综合实验成本。
非线性光学 Lorentz振子 量子阻抗 非线性效应参量 分子多光子吸收截面 nonlinear optics Lorentz oscillator quantum impedance nonlinear effect parameter molecular multiphoton absorption cross-section 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230410
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
针对当前压电驱动悬臂梁谐振器存在加工工艺复杂、成本较高的问题，该文提出了一种基于氮化铝支撑层的新型压电驱动悬臂梁层叠结构，它不仅能有效降低加工难度，还能在实现器件小型化的同时保持较高的品质因数。该文通过理论分析研究了固定频率下谐振器品质因数与器件尺寸设计的关系，并对比了不同支撑层材料对谐振器品质因数的影响。通过实验研究了电极尺寸设计对谐振器在真空中性能的影响，从而确定了工作在面外弯曲振动模式的压电驱动氮化铝基悬臂梁谐振器的最优设计。测试结果表明，在电极宽度占比为1，长度占比为2/3时，该谐振器表现出最好的性能，其品质因数为7 786，谐振频率为63.44 kHz，运动阻抗为66.70 kΩ。
微机电系统 氮化铝 悬臂梁微谐振器 有限元仿真 品质因数 运动阻抗 microelectromechanical system aluminum nitride cantilever microresonator finite element simulation quality factor motion impedance
南京国睿微波器件有限公司，江苏 南京 210013
该文设计了一款基于微机电系统(MEMS)工艺的小型高选择性的射频滤波器，与传统MEMS滤波器相比，该滤波器采用阶跃阻抗谐振器(SIR)降低器件尺寸，利用谐振器的场分布形成结构紧凑的交叉耦合，免去了传统的飞杆电耦合结构，在提高滤波器选择性的同时实现器件的紧凑布局。滤波器表面金属谐振腔通过金属化的硅通孔实现谐振器的接地，形成四分之一波长谐振结构。对性能和结构参数各异的滤波器进行设计和分析，并采用三维电磁仿真软件对滤波器进行模拟仿真。结果表明，滤波器尺寸为10 mm×10 mm ×0.4 mm，驻波比＜1.3 dB，插入损耗＜3.5 dB。在2.5~2.7 GHz和3.4~3.5 GHz时，带外抑制＞30 dB。
微机电系统(MEMS)工艺 阶跃阻抗 高选择性 小型化 micro-electro-mechanical system(MEMS) technique stepped impedance high-selectivity compact
1 江西理工大学 能源与机械工程学院,江西南昌33003
2 福州大学 机械工程及自动化学院,福建福州350108
为了实现空间机器人捕获航天器及辅助对接操作的柔顺化，对航天器对接装置的输出力与位姿的精确控制进行了研究，且在关节电机与机械臂之间添加了弹簧阻尼缓冲装置，以防止接触、碰撞时产生的巨大冲击力造成关节破坏。首先，结合Newton第三定律、捕获点的速度约束及闭链系统的几何约束，获得了捕获航天器后的混合体系统动力学方程，通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力。接着，通过航天器对接装置相对载体坐标系的运动学关系，建立了对接操作过程中的阻抗模型。然后，设计了一种鲁棒自适应双层滑模控制策略，其与阻抗控制相结合，采用力加载随动控制系统实现对接装置的位姿与输出力的精确控制，以降低接触、碰撞时的冲击力。该控制策略具有双层滑模结构，其第一层保证混合体系统在有限时间内收敛，第二层用于解决控制的高增益问题。最后，通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性；利用数值仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明，在给定的速度下缓冲装置最大可将碰撞冲击力矩降低46.78%，输出力的控制精度优于0.5 N，位置、姿态的控制精度优于10-3 m，0.5°。
双臂空间机器人 缓冲装置 辅助对接操作 阻抗控制 双层滑模 dual-arm space robot buffer device auxiliary docking operation impedance control double layer sliding mode 光学 精密工程
2023, 31(22): 3266
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
该文研究了在超高性能声表面波(I.H.P. SAW)衬底上, 孔径总长对叉指末端具有能够抑制横向模态的小锤结构的谐振器性能。在衬底结构为Y 42°-钽酸锂(Y42°-LT)/SiO2/多晶硅(Poly-Si)/Si上, 通过建立对应的有限元三维仿真模型, 初步得出在小锤结构下孔径总长的增大能够抑制横向模态杂散的结论。绘制了周期T为1.44 μm、2 μm、2.56 μm下, 孔径总长为7.5T、10T、15T、20T、25T、32.5T、40T的单端口谐振器版图并进行流片。通过实测结果表明, 在不同周期下, 随着孔径总长的不断增加, 对谐振器横向模态的抑制会不断增强, 机电耦合系数也不断增加, 在孔径总长约为20T时阻抗比最高。仿真和实测结果体现了孔径总长对I.H.P. SAW谐振器的性能影响较大, 为应用于I.H.P. SAW滤波器中的高性能谐振器提供了设计指导。
谐振器 孔径长度 机电耦合系数 阻抗比 I.H.P. SAW I.H.P. SAW resonator aperture length electromechanical coupling coefficient impedance ratio
以中心位置携带孔缝的机载电子设备屏蔽腔体为研究对象, 建立能够计算平面波辐照下腔体屏蔽效能的BLT(Baum-Liu-Tesche)方程。针对Robinson孔阵阻抗计算误差较大这一问题, 引入偏心系数Cmk修正孔阵阻抗, 修正后BLT方程能准确计算开有任意位置孔阵腔体的屏蔽效能。通过对电磁波电场进行矢量分解, 实现了任意极化角度下屏蔽腔体屏蔽效能的计算。结果表明, 屏蔽腔体屏蔽效能随孔缝数量的增加而升高, 极化角度的增大会增强屏蔽腔体电磁屏蔽能力。将BLT方程计算结果与Robinson法结果、CST仿真结果进行对比, 证明BLT方程具有准确性, 为计算机载电子设备屏蔽腔体屏蔽效能提供了一种有效方法。
机载电子设备 屏蔽腔体 屏蔽效能 BLT方程 孔阵阻抗 airborne electronic equipment shielding enclosure shielding effectiveness BLT equation aperture array impedance
在高速接口电路中，接收机通常采用连续时间线性均衡器(Continuous-Time Linear Equalizer，CTLE)消除符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)对信号传输的影响。为提高CTLE电路的高频增益和减少芯片面积，基于UMC(United Microelectronics Corporation)28nm工艺，设计了一款最大速率为50Gbps的CTLE电路，其主体电路由跨导级联跨阻抗(Trans-Admittance Trans-impedance，TAS-TIS)结构和前馈路径的两级CTLE电路构成。在传统CTLE的基础上，使用有源电感做负载，以反相器为基础构建跨阻放大器和在输入管增加前馈通路等方式，有效地扩展了电路的工作频率。仿真结果显示，均衡后40Gbps PAM4(4-Level Pulse Amplitude Modulation)信号、50Gbps PAM4信号和28Gbps NRZ(Non Return Zero Code)信号的眼图眼宽分别达到了0.68，0.5，0.92个码元间隔(UI)，可满足后级电路对于输入信号的要求，对提升整体传输数据速率具有重要的意义。
连续时间线性均衡器 跨导级联跨阻抗 跨阻放大器 前馈通路 continuous-time linear equalizer (CTLE) trans-admittance transimpedance (TAS-TIS) transimpedance amplifier (TIA) feed-forward path
1 河北工业大学理学院，天津 300401
2 河北工业大学先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
量子阻抗Lorentz振子（QILO）是基于Bohr-Sommerfeld理论和量子力学选择定则对Lorentz振子量子化所新近建立的模型。根据该模型，分别对Li2SnTeO6、CsClO3和Na2Nb4O11 三种光学晶体二次谐波特性进行了分析与数值模拟，尝试提出了一种估算晶体二阶非线性光学系数的方法。首先，根据晶体线性吸收光谱的峰值频率和半峰全宽，利用QILO模型计算了晶体的原子跃迁前后的有效量子数，然后根据QILO的二阶非线性效应参数的计算公式推算了晶体二阶电极化率，由此得到上述三种晶体在波长532 nm的倍频系数分别为0.17 pm/V、0.69 pm/V和1.17 pm/V，且与第一性原理的数值吻合较好。结果表明，基于QILO模型的二阶电极化率，有助于分析和提高材料的和频、差频以及倍频的效率，且方法简单、计算耗时少、运算效率高。
非线性光学 Lorentz振子 量子阻抗 非线性光学晶体 二阶电极化率 倍频系数 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2119001
1 太原理工大学土木工程学院，太原 030024
2 山西六建集团有限公司，太原 030024
为节约水泥资源，响应“双碳”目标，本文探究以工业固废赤泥和钢渣粉与水泥复合固化流态土，对不同赤泥和钢渣粉掺量下流态固化土的工作性能、抗压强度、电化学阻抗谱和微观结构进行试验研究。结果表明，改变赤泥-钢渣粉掺量可以调控流态固化土工作性能，坍落度随赤泥掺量的增大呈先增大后减小的趋势，赤泥掺量为10%(质量分数)时，坍落度达到最大值，为203.0 mm，凝结硬化时间随赤泥掺量的增大逐渐缩短，初凝时间为250~285 min。流态固化土的抗压强度主要由水化反应生成的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石构成，赤泥掺量为20%(质量分数)时，28 d龄期的抗压强度达到最大值，为4.67 MPa，赤泥和钢渣粉存在协同作用，复掺赤泥和钢渣粉使C-S-H凝胶的生成量增加，流态固化土的力学性能得到了提升。随着赤泥掺量的增大，容抗弧半径、阻抗模值和相位角峰值、孔溶液电阻Re和凝胶中双电层电容Q均呈先增大后减小的趋势，当赤泥、钢渣粉和水泥的质量比为2∶3∶5时均达到最大值，电化学阻抗谱及其等效电路拟合结果与抗压强度变化规律一致，电化学阻抗谱技术用于流态土固化效果的无损测试具有可行性。
流态固化土 赤泥 钢渣粉 工作性能 抗压强度 电化学阻抗谱 fluidized solidified soil red mud steel slag powder working performance compressive strength electrochemical impedance spectroscopy
