成功制备出2.6μm GaSb基I型InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱高功率半导体激光器.利用分子束外延设备(MBE)生长出器件的材料结构.为了得到更好的光学质量, 将量子阱的生长温度优化至500℃, 并将量子阱的压应变调节为1.3%.制备了脊宽100 μm 、腔长1.5 mm的激光单管器件.在未镀膜下该激光器实现了最大328 mW室温连续工作, 阈值电流密度为402 A/cm2, 在脉冲工作模式下, 功率达到700 mW.

提出了一种工作在太赫兹频段, 基于半导体材料锑化铟的超材料带阻滤波器.由于锑化铟材料介电常数的特性, 该滤波器的谐振频率能够进行温度调节.同时, 通过有限积分法和等效LMC电路模型分析了滤波器的几何参数对其谐振频率的影响, 这两种方法得到的结果具有良好的一致性.在温度的取值范围是220～350 K时, 滤波器的谐振频率能够从0.91 THz动态调节到1.28 THz, 并且其阻带谐振频率的透射系数能够有限地被抑制.该滤波器的传输特性在30°入射角范围内具有良好的稳定性.设计的可调超材料带阻滤波器将在太赫兹无线通信、传感等方面有潜在的应用前景.

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系, 探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在, 不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数, 发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm), 800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体, 1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体, 存在一个最优化的探测激光波长, 使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.

采用Au催化的固-液-气(VLS)方法制备了单晶Bi2Se3和Bi2(TexSe1-x)3 纳米线, 研究了单根纳米线器件的输运性质.在对单根Bi2(TexSe1-x)3(x=0.26)纳米线的低温磁输运测试中观察到反弱局域效应, 说明样品中存在较强的自旋-轨道耦合.结果表明, Te掺杂可以有效抑制体电导对输运过程的影响.通过对不同温度下的磁电导曲线进行拟合, 得到了电子的退相干长度lφ , lφ 从1.5 K时的389 nm减小至20 K时的39 nm, 遵循lφ∝T-0.96指数变化规律.分析表明, 在Te掺杂样品的输运过程中, 电子-电子散射和电子-声子散射均起到了十分重要的作用.

通过椭偏仪对生长在蓝宝石上的不同厚度氮化铝薄膜的变温光学性质进行了研究, 并采用托克-洛伦兹模型对椭偏实验数据进行了拟合分析, 精确得到了氮化铝薄膜的厚度和光学常数(折射率n, 消光系数k)等.研究的结果表明: 相比薄的氮化铝薄膜, 厚的氮化铝薄膜的折射率较大.随着温度的升高, 氮化铝的折射率、消光系数和带隙会向低能端单调地移动(红移)；厚度对带隙随温度改变的影响较小, 对折射率则有一定的影响.

通过在宽区GaSb基半导体激光器波导中引入鱼骨型微结构, 实现了瓦级激光输出并且改善了侧向发散角.本文通过分析微结构的刻蚀深度对激光功率和远场特性的影响, 研究并发现了微结构的引入可以明显的提高激光器输出功率, 同时深刻蚀的微结构对降低模式数和侧向发散角有着更明显的改善作用.相比于未引入微结构的激光器, 引入深刻蚀微结构的宽区激光器侧向95%功率定义的远场发散角降低了大约57%, 并且实现了超过1.1 W的最大连续输出功率.

红外亚成像制导技术是由点源探测技术到成像制导技术的一种过渡, 由单元探测器和光机扫描装置组成.红外玫瑰线扫描亚成像系统是亚成像制导中的一种, 红外玫瑰线扫描亚成像系统按照特定的图案采集视场中的部分数据并得到一幅含有目标位置信息的亚图像.受单像素相机的启发, 主要研究红外玫瑰线扫描亚成像系统中的压缩成像.压缩感知可以在更少的采样数据条件下重构红外图像, 其应用到红外亚成像制导系统中一个关键的问题就是观测矩阵的构造.关于随机观测矩阵的研究已经比较广泛, 但随机矩阵很难实现.本文提出了一种简单的适用于红外玫瑰线扫描亚成像系统的确定性观测矩阵.此外还提出了一种快速有效的恢复算法, 称为优化子空间追踪算法.仿真结果显示构造的观测矩阵能够压缩和重构红外图像, 且重构效果优于随机高斯观测矩阵和随机伯努利观测矩阵, 提出的恢复算法也具有较好的表现.

研究了光伏型HgCdTe中波探测器的暗电流与烘烤时间的关系特性.编写了一种适用于n-on-p型的中波HgCdTe红外探测器的解析拟合程序.结合暗电流的主导机制有扩散机制、产生复合机制、带间直接隧穿机制和陷阱辅助隧穿机制.通过对样品不同烘烤时间的R-V曲线的解析拟合, 得到了它们的暗电流成分, 提取了6个特征参数.通过对比不同烘烤时间特征参数的变化, 分析了烘烤对器件的影响.

采用不同工艺生长了CdTe/ZnS复合钝化层, 制备了相应的长波HgCdTe栅控二极管器件并进行了不同条件下I-V测试分析.结果表明, 标准工艺制备的器件界面存在较高面密度极性为正的固定电荷, 在较高的反偏下形成较大的表面沟道漏电流, 对器件性能具有重要的影响.通过钝化膜生长工艺的改进有效减小了器件界面固定电荷面密度, 使HgCdTe表面从弱反型状态逐渐向平带状态转变, 表面效应得到有效抑制, 器件反向特性获得显著改善.此外, 基于最优的工艺条件制备的器件界面态陷阱数量得到大幅降低, 器件稳定性增强；同时器件R0A随栅压未发生明显地变化.

太赫兹孔径编码成像借鉴了光学孔径编码成像和微波关联成像的基本原理, 通过反射式天线等技术改变目标区域太赫兹波等效空间幅相分布来实现高分辨成像, 具有高帧率、高分辨、前视凝视等诸多优势, 是太赫兹雷达的重要发展趋势之一.介绍了太赫兹孔径编码成像提出的背景, 系统阐述了其原理、现状、实现方式、关键问题, 指出了其在末制导、安检反恐等领域广阔的应用前景, 以期为推动太赫兹孔径编码成像和新体制太赫兹雷达研究提供一定的借鉴.

在12～300 K的温度范围内研究了InSb薄膜(利用MBE生长)的磁阻效应随厚度的变化关系.实验发现厚的InSb薄膜只能产生半经典(∝B2)磁阻效应.而减小薄膜厚度, 在薄的InSb薄膜中会更容易出现弱反局域化效应, 从而造成在低温下(< 35 K) 出现了一个异常的随温度增加而迁移率降低的趋势.我们发现该弱反局域化效应可用HLN模型拟合, 证明了它可能来源于二维(2-D)体系, 比如InSb的界面态.

设计了一款长焦距大变倍比轴向变倍四视场中波红外光学系统.该光学系统由前固定组、变倍调焦组、中间补偿组、后固定组、反射镜一、反射镜二、中继组组成.光学系统采用光学补偿叠加机械补偿方式克服单一光学补偿或机械补偿变焦方式无法同时满足光学系统长焦距、大变倍比、光学系统小型化、光学系统宽温度范围(-40℃～70℃)温度补偿等问题, 实现了兼具长焦距和大变倍比的轴向变倍四视场中波红外光学系统.设计结果表明该光学系统像质良好, 满足热象仪整机使用要求.

提出一种表层电磁谐振器呈螺旋环的超材料太赫兹吸波器.与常规的超材料吸波器不同, 在材料的种类及厚度都不变的情况下, 仅通过改变表面螺旋环的环数或环的起始和终止位置, 就能有效地调节螺旋环超材料的太赫兹响应性能.研究发现, 该超材料的响应频率的仿真值与驻波理论计算值基本吻合, 说明螺旋环超材料的响应机理可以通过驻波理论解释、其响应频率具有可预计性.为了探究螺旋环超材料的响应机理, 还比较研究了闭合圆环及开口圆环超材料吸波器的性能.结果表明, 螺旋环、闭合圆环、开口圆环三种超材料吸波器具有部分类似的太赫兹响应性能.但是, 与另外两种超材料不同, 螺旋环超材料的表层电磁谐振器是半径连续变化的螺旋环、具有更强的耦合作用以及更加简便和灵活的性能调节方式.研究成果对超材料的理论及设计研究有新的启示.

针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题, 研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪, 实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 mK(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型, 较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.

为了对偏振热成像系统进行定标, 设计了反射式红外可控部分偏振辐射源, 从理论计算和实验测量两方面进行对比论证.首先, 推导了铝反射镜的穆勒矩阵, 提出了辐射源出射辐射偏振态的理论计算方法, 结果表明, 能够产生线偏振度小于0.80、圆偏振度小于0.60的长波红外部分偏振辐射.然后, 基于铝反射镜搭建了部分偏振辐射源, 并用线偏振热成像系统对出射辐射的偏振态进行测量, 结果表明该辐射源可以产生线偏振度在0.25～0.85之间的长波红外部分偏振辐射, 当铝反射镜入射角低于80°时, 线偏振度测量值的相对标准偏差低于6%.

基于二维正方晶格光子晶体与十二重Stamfli型光子准晶提出了单环形腔上下载滤波器及双环形腔串联上下载滤波器.分析并对比了两种上下载滤波器的传输效率随光子准晶介质柱半径及折射率大小的变化规律, 且对比了两种上下载滤波器的品质因数随环形腔中心介质柱半径及折射率大小的变化规律.结果表明, 双环形腔串联复合型上下载滤波器的性能优于单环形腔复合型上下载滤波器.研究结果将为设计及制备优良上下载滤波器件提供一定指导作用.

半导体宽谱激光在传感、光谱学等领域有着重要的应用.传统半导体宽谱激光器主要采用宽增益材料和全反射波导, 采用简单量子阱结构制备宽谱激光器一直是个难题.作者首次证明了一种基于布拉格反射波导一维光子晶体的新型量子阱宽谱激光器, 其结构主要包括InGaAs/GaAs量子阱和上下布拉格反射镜, 通过偏离解理实现激光输出.研究发现在偏离角7°时, 器件展现宽谱超辐射发光二极管特性, 4.4°偏离角时实现了宽光谱激光输出, 光谱宽度达到33.7 nm, 连续输出功率36 mW.本研究为探索新型量子阱宽谱激光器提出了一种新的技术途径.

随着毫米波器件的成熟, 毫米波成像雷达已经应用于人体安检.但毫米波图像中违禁物体的定位仍然是一个艰巨的任务, 这极大地限制了毫米波成像雷达的应用.文章将卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)应用于毫米波图像, 自动定位毫米波图像中的违禁物体, 如枪、刀等.利用滑动窗口在输入图像上滑动, 并通过CNN得到各个子图块存在违禁物体的概率.图像块是相互交叠的, 将各子图块的概率值累积起来, 得到概率累积图.概率累计图反映了违禁物体的位置.由于CNN和概率累积图的应用, 在实验中, 该方法获得了很高的定位准确率, 验证了该方法的有效性.

在飞秒单脉冲激光损伤 HfO2/SiO2薄膜样品实验中, 随着激光能量密度升高, 膜层从缺陷导致的点损伤发展到整层剥落, 损伤区域轮廓由模糊变清晰.研究表明, 尺度在纳米量级的颗粒缺陷会产生局部的场增强效应, 该效应与薄膜干涉场叠加, 造成了阈值损伤阶段损伤区域出现大量损伤点, 且由于飞秒激光对包括缺陷在内的薄膜材料的本征损伤特性, 使其损伤行为较为确定, 随着激光能量的提升, 薄膜出现更大面积的规则烧蚀区, 此时干涉场的作用上升到主导地位, 膜层的整层剥落行为掩盖了缺陷的诱导作用.

全息雷达成像系统具有电离辐射小、穿透衣服等优点, 在人体安检等领域具有广泛的应用前景.然而, 现有系统尚存在多运动目标补偿及快速成像能力不足的问题, 限制了其在火车站等人流量大的场景中的应用.本文提出了一种基于距离多普勒概念的全息雷达成像方法, 其优点是成像速度快、运动补偿方便, 具有多运动目标快速成像的潜力.该方法利用了信号在时间采样和空间采样上的对称性, 将合成孔径雷达成像中常用的距离多普勒算法引入全息雷达成像.本文对距离多普勒全息雷达成像算法进行了推导, 通过仿真及试验, 验证了该成像方法具有多目标运动补偿及快速成像的能力.

在海事搜救过程中, 机载红外相机拍摄的红外图像由于直升机振动、气流扰动、高速飞行以及红外相机摆扫等因素, 严重影响图像质量.根据直升机载红外相机成像特点, 提出了一种基于噪声分析和稀疏正则化的图像盲复原方法.该方法首先分析了成像过程中的噪声分布, 并对噪声进行预处理, 再根据稀疏表达理论, 用图像边缘的稀疏先验信息指导点扩散函数复原, 接着通过非盲复原方法得到目标图像, 将目标图像作为下一次迭代的输入图像, 如此循环迭代得到清晰图像.最后, 对仿真模糊图像和实拍模糊图像进行了复原实验.实验结果表明这种方法能有效改善图像质量, 并且在处理实拍运动模糊图像时, 相比其他复原方法效果更好.