相对于Ⅱ-Ⅵ族二元化合物, 三元合金在调节带隙宽度和晶格常数上的灵活性使其应用前景更加广阔, 并有希望解决Ⅱ-Ⅵ族材料普遍存在的单极性掺杂难题而成为未来新型光电器件发展的一个重要方向。文章着重介绍了分子束外延(MBE)技术生长ZnSeTe、CdZnTe、CdSeTe等Ⅱ-Ⅵ族三元合金单晶薄膜的研究现状, 分析了MBE生长三元合金时需要考虑的问题, 介绍了Ⅱ-Ⅵ族半导体材料n/p型掺杂的常用元素和掺杂方式, 讨论了限制Ⅱ-Ⅵ族材料有效掺杂的物理机制和三元合金在掺杂方面的研究动态, 并对三元合金薄膜的发展前景进行了展望。

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析。通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度, 对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc), 得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论。进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响, 发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时, 导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动, 且渐趋平坦, 亦即群速度变小。研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据。

为了实现对快速运动目标的跟踪成像或记录其快速变化的过程, 研制了一种高帧频64×64元蓝光响应增强CCD。该器件的存储区采用漏斗形结构以提高其工作频率, 光敏元采用多蓝光窗口来提高其蓝光响应, 衬底采用较高的电阻率50Ω·cm从而提高了其红光响应, 采用MPP技术来降低暗电流。器件的帧频为2000f/s, 在450~900nm波长范围的平均量子效率为45%, 动态范围达到15000∶1, 暗电流为30pA/cm2。

降低CCD的转移驱动电压摆幅对于减小器件的功耗有着积极的作用。通过对CCD电荷转移过程的原理进行分析, 建立了CCD转移驱动电压摆幅的仿真模型, 并从势垒注入、多晶硅电极间隙、栅介质层厚度等方面进行了仿真分析, 找出了影响CCD转移驱动电压摆幅的关键因素, 同时利用该模型得到了降低CCD转移驱动电压摆幅的优化条件。最后采用仿真结果进行了流片验证, CCD的驱动电压摆幅由原来的7V降低到了4V, 验证了仿真结果的有效性。

基于硅纳米孔(SiNHs)/银纳米颗粒(AgNPs)纳米复合薄膜制备了无机/有机物混合太阳电池, 并且研究它们的光吸收谱和光电转换等性能。SiNHs/AgNPs纳米复合薄膜利用金属辅助化学刻蚀方法获得, 然后在制备好的薄膜上旋涂一层有机聚合物PEDOT∶PSS作为空穴传输层。从光吸收谱可以看出, 有AgNPs的纳米复合薄膜有明显的吸收峰, 并且在短波区域, 相比于没有AgNPs的纳米复合薄膜, 整体的吸收有较大的提高。同时, 有AgNPs的太阳电池的短路电流密度和外量子效率均有明显的提高。尤其在对纳米复合薄膜表面进行钝化处理后, 该混合异质结太阳电池的光电转换效率最高可达到5.5%。认为, 这主要是由于AgNPs的局域表面等离激元共振效应和钝化减少纳米复合薄膜表面缺陷等原因使电池的性能有较大的提高。

为提升OLED器件(结构为Ag/NPB/Alq3/LiF/Al)的性能, 采用紫外光(UV)对银(Ag)阳极进行改性, 探究阳极改性对器件性能的影响。研究结果表明: UV改性Ag阳极的时长为50s时, 器件性能最佳, 启亮电压从20V降低到6V, 最大亮度从101.6cd/m2提高到5609.2cd/m2, 电流效率得到很大提升, 且改性前后其发光峰的位置没有改变。UV改性使Ag阳极表面氧化生成氧化物, 该氧化物薄层可作为空穴注入层, 能够有效提高界面功函数, 大大降低空穴注入势垒, 提高了载流子注入能力, 使绿光OLED器件的发光性能得到改善。这种利用UV改性Ag阳极的方法工艺简单, 能有效降低空穴注入势垒, 对提高该类柔性OLED器件的性能具有一定应用价值。

研制了一种具有高响应速度的光电耦合器芯片, 采用Nbody-Nwell-Psub模型构建了具有对称结构的光电探测阵列(PD), 在完成光电转换的前端处理的过程中, 缩短了光电转换的响应时间, 提高了光电耦合器整片的响应速度。详细设计了PD的结构, 并对使用该结构的光电耦合器整片进行了仿真和实测。实测结果表明, 整片器件的上升时间为16ns, 下降时间为14ns, 上升传输时延为205ns, 下降时延为155ns, 芯片整体运行正常, 可用于高速响应的控制系统中。

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式, 光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大。为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响, 寻找最佳微透镜类型, 指导器件的设计和装配, 分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角, 利用ZEMAX软件进行模拟仿真, 得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图。结果表明, 锥形光纤透镜耦合效果更好, 更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器。

石墨烯材料因具有非常优异的电光特性而成为新一代光子器件中的重要材料。文章研究了石墨烯对于硅基、聚合物两种材料双矩形波导耦合特性的影响。研究结果表明, 在双波导耦合器件中增加一层石墨烯能够起到改变耦合长度的作用, 不同费米能级的石墨烯可以增大或减小双波导耦合器件的耦合长度。石墨烯对耦合特性的影响对于硅基和聚合物波导均适用。此研究结果对于基于石墨烯的波导器件的设计和应用具有一定的参考意义。

设计了一种小型化光电隔离型长线差分收发器, 采用光电隔离的方式实现差分收发器信号的隔离传输, 重点突出了其小型化特点和电气隔离功能。叙述了该器件的工作原理和结构设计, 简要介绍了其制作过程。最后介绍了器件的主要性能参数及测试结果, 表明该器件同时具备差分信号隔离与传输的功能。

针对高可靠性、长寿命复杂产品的可靠性评估过程, 在加速寿命退化试验数据的基础上, 提出了一种基于试验数据驱动的自适应智能方法, 并对某型LED灯管的寿命与可靠性进行预测分析。首先, 通过指数模型拟合性能退化曲线, 推算出各组应力条件下的伪失效寿命值; 再将蚁群算法结合BP神经网络等智能算法应用于寿命预测模型的建立, 根据试验证明寿命服从对数正态分布, 且检验寿命必须满足置信度区间范围内; 最后, 预测出正常应力条件下LED灯管的工作寿命。结果表明, 基于蚁群神经网络预测LED灯管寿命的方法, 预测误差较小, 收敛速度快, 能够满足工程要求。

为了进一步提高固态白光光源的光效, 探寻激发源与光效的关系, 文章以菲涅尔理论为基础, 研究了蓝光LED和LD作为激发源时, 光能利用率随入射角及偏振角的关系。LED为激发源时, 其光能利用率最大为96%; 线偏振态LD为激发源时, 入射角度为布儒斯特角、偏振角度为0°时, 其光能利用率可达100%。研究表明在荧光转换型白光中, 线偏振特性的LD相较于非偏振态的LED具有更好的光能利用率。基于所得结论提出了一种适用于LD激发荧光粉获取白光的荧光粉模块, 并用蒙特卡罗光线追迹法进行了仿真验证, 模拟结果与理论值完全吻合。

提出一种通过扭转引起光强变化来检测电流的磁敏传感器结构, 包括扭转微镜结构和光检测部分。分析了传感器的磁敏原理和力学理论, 根据结构设计综合考虑给出了传感核心部件的结构参数, 通过仿真获得不同电流下扭转力矩与扭转角度、各结构参数的关系曲线, 最后通过实验验证了分析的干扰信号的合理性, 所要测量的交变电流信号跟测得的光强信号成正比, 表明该电流传感器具有一定的实际应用价值。

室温下用射频磁控溅射法在玻璃和p型单晶硅衬底上沉积ITO薄膜, 并对其进行不同温度的退火处理。采用XRD衍射仪测试薄膜结晶性, 用紫外-可见分光光度计和霍尔效应测试试样光电性能, 用吉时利2400表测试ITO/p-Si接触的I-V曲线, 用线性传输线模型测试比接触电阻。研究结果表明: 室温下沉积的ITO薄膜与p-Si形成欧姆接触, 但比接触电阻较大。退火处理可以进一步优化接触性能, 200℃退火后试样保持欧姆接触且比接触电阻下降为8.8×10-3Ω·cm2。随着退火温度进一步升高到300℃, 比接触电阻达到最低值2.8×10-3Ω·cm2, 但接触性能变为非线性。

采用在迈克尔逊干涉光路中加入一个温度可控的楔形样品池的方法, 精确测量了有机半导体聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(MOPPV)在四氢呋喃溶液中不同温度、不同浓度下的折射率变化规律。研究表明: 一定浓度的MOPPV四氢呋喃溶液的折射率随温度升高而线性减小; 在较低温度下, MOPPV溶液折射率出现随浓度升高而线性减小的现象, 而在较高温度下, MOPPV溶液折射率出现随浓度的升高先减小后增大的现象。该测量方法物理思路清晰、操作简单、重复性好、测量精度高, 具有一定的实用价值。

采用锗(Ge)浓缩技术对绝缘层上锗硅(SGOI)材料进行循环氧化、退火, 制备出19nm厚的绝缘层上锗(GOI)材料。然后对该GOI材料在400℃下进行O3氧化, 以进一步减薄GOI的厚度。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线反射(XRR)和原子力显微镜(AFM)等对样品形貌和结构进行表征。测试结果显示, O3氧化减薄后的GOI晶体质量得到提高, 且表面更加平整(厚度减薄2.5nm, 粗糙度RMS降低0.26nm)。通过循环的O3氧化减薄, 可获得高质量的超薄(小于10nm)GOI材料, 用于制备超薄高迁移率沟道Ge MOSFET。

研究了可取代多晶硅扩散掺杂的离子注入掺杂工艺, 通过两种掺杂方式对CCD栅介质损伤、多晶硅接触电阻及均匀性等关键参数影响的对比研究, 发现离子注入掺杂制作的多晶硅栅质量优于扩散掺杂制作的多晶硅栅, 这有利于CCD输出均匀性的提高。对两种多晶硅掺杂方式的工艺集成条件进行对比, 多晶硅掺杂采用离子注入方式其工艺步骤更简单, 工艺集成度更高。

为了得到CsI光阴极在紫外波段的时间弥散特性, 使用蒙特卡罗方法对CsI光阴极在紫外光入射情况下的光电发射进行模拟, 研究了当阴极厚度为5~45nm、入射紫外光能量为6.8~8.4eV时CsI光阴极出射电子的时间分布。得到了CsI光阴极的时间弥散与紫外光能量和CsI光阴极厚度的关系, 发现当CsI光阴极厚度小于30nm的时候, 光阴极的时间弥散随紫外光的能量增加而减小, 随光阴极厚度的增加而增加。当CsI光阴极厚度大于30nm的时候, 光阴极的时间弥散趋于稳定, 与紫外光的能量和光阴极的关系较小。

对柔性GaAs基太阳电池的制备方法进行研究, 报道了一种用于制备柔性倒置生长的AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的剥离和转移方法——金属背支撑选择性湿法刻蚀技术。在GaAs/GaInP选择性腐蚀的基础上进行了GaAs衬底层的腐蚀, 研究了不同类型和体积比的溶液对GaAs/GaInP/AlInP结构腐蚀的选择特性, 最终选用不同配比的H2SO4-H2O2系腐蚀液, 获得快速、可控制、重复性好的去除衬底的两步腐蚀法。原子力显微镜测试结果表明, 通过此方法能够成功地将电池外延层薄膜转移到Cu衬底上, 并且在剥离和转移过程中外延层薄膜没有受到损伤。柔性AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的开路电压超过3.4V。

针对内线转移CCD金属铝遮光技术存在的漏光问题, 对比了不同难熔金属材料的遮光性能, 选择漏光率较低的氮化钛金属作为新型遮光层材料。研究了不同气体配比、不同射频功率和腔体压力对氮化钛刻蚀选择比、条宽控制等参数的影响。通过优化工艺参数, 获得了适合于刻蚀氮化钛遮光层的工艺条件。

为满足系统级电磁兼容测试标准IEC61000-4-2, 许多航空电子设备中都有静电放电(ESD)防护器件, 其功能的失效直接影响到被保护电路和整机的安全性。在分析该类器件的失效机理时考虑到典型性, 选择双极性ESD防护器件0603ESDA-TR作为受试对象, 研究了系统级ESD注入对器件性能的影响, 并对器件内部温度分布进行了仿真分析。研究表明ESD脉冲注入时雪崩电流在整个pn结面分布不均匀, 仅集中在边缘几个点上, 局部过热点的温度甚至达到硅熔融温度, 将破坏原有的晶格结构, 导致器件二次击穿而发生硬损伤。当ESD电压达到25kV后, 器件的性能参数开始退化, 但反向漏电流几乎不变; 连续100次脉冲后器件完全失效。分析后得出的结论是: ESD防护器件遭受系统级静电放电冲击时具有累积效应, 其失效是由性能退化引起的, 并且传统的漏电流检测无法探测到ESD引起的损伤。

以醋酸锌和氨水为原料, 采用均匀沉淀法成功制备出六方晶系结构的纳米氧化锌(ZnO), 并借助于FT-IR、XRD、UV-Vis和SEM等表征手段对其结构进行了表征。研究了在500W汞灯照射下该纳米ZnO对甲基橙溶液的光催化降解效果。结果表明, 通过该方法合成的纳米ZnO对甲基橙溶液具有良好的光催化性能, 降解率达到80.1%。鉴于纳米氧化锌良好的光催化性能, 对其今后在光催化领域的发展趋势进行了展望。

探究了多晶硅太阳电池表面双层氮化硅减反、钝化结构的产线工艺。示范性实验结果表明, 直接与多晶硅接触的底层氮化硅的厚度是双层氮化硅减反、钝化能力的一个关键因素。相对于单层氮化硅减反、钝化的多晶硅太阳电池, 厚度优化的双层氮化硅减反、钝化电池片的短路电流和开路电压均有所改善, 相应的光电转换效率提升超过0.2%。光电转换效率的提升归因于双层氮化硅减反、钝化结构有利于降低光损失和表面钝化。

设计了一种可用于LED室内定位系统接收机的前端信号调理电路, 详细论述了该电路的系统原理与电路构成。重点介绍了光电传感器的选型、前置预放大和滤波电路的设计方法, 并且进行了噪声分析和实验测试。测试结果表明, 该设计具有良好的噪声性能, 探测器灵敏度可达到500nA, 带宽为1MHz, 满足LED定位系统接收端的性能要求, 能够为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号。将该电路应用于LED室内定位实验系统, 可实现小范围内的准确定位, 平均定位误差仅为12.4cm。

为补偿CO-OFDM系统中相位噪声引起的干扰, 提出了一种改进的基于线性内插的相位噪声补偿算法。该算法利用共轭导频估计相位噪声的均值, 然后通过线性内插获得相位噪声的估计值, 最后通过频域补偿来恢复出调制信号。此外针对求幅角的非线性运算中存在的相位周跳的问题, 文章提出的修正方法能够有效地改善周跳情况的发生。分析与仿真表明: 该算法在不同线宽条件下均能提升一定的SNR增益且算法的复杂度低。

通过求解耦合非线性薛定谔方程, 数值分析了8×40Gbit/s波分复用(WDM)系统中色散、偏振模色散(PMD)、非线性效应和信道间距对载波抑制归零-差分正交相移键控(CSRZ-DQPSK)调制格式的影响。结果表明不同信道间传输特性相似, 而在高速、窄信道间距的WDM系统中偏振模色散(PMD)和非线性效应的影响会进一步加剧。当入纤功率从8dBm增大到11dBm时, CSRZ-DQPSK调制格式Q值从7.8dB线性降低到2.8dB, 而当信道间距低于100GHz后系统性能急速变差。

典型的微波光子混合链路包含微波前端、纯光链路和后置微波放大, 其动态范围、噪声系数等性能受到这三个环节的共同制约。首先建立了纯光链路的理论模型, 并分析了其参数优化方法; 然后将纯光链路在混合链路中等效为微波模型, 利用微波级联理论分析了微波前端和后置微波放大的增益和三阶截交点对混合链路的动态范围、噪声系数的影响规律, 进而得到微波光子混合链路的优化方法。

针对Canny边缘检测算法中通过固定的高低阈值而产生边缘的方法调参繁琐且有边缘间断或伪边缘的问题, 文章基于边缘特征的AdaBoost连接算法, 结合梯度信息、方向信息, 通过训练标记了的边缘结构的边缘特征数据, 将多个弱边缘分类器加权组合成强边缘分类器, 计算出图像中边缘端点与相邻端点的连接置信度, 判断端点之间是否连接。结果表明, 改进边缘连接的Canny算法具有更好的端点识别和连接能力, 能够有效连接漏掉的边缘, 且能获得完整干净的边缘。

针对现有编码矩阵存在的不足, 提出了一种编码孔径成像光谱系统编码矩阵设计方法。首先阐述了称重设计原理和优良性准则; 然后研究了单矩阵编码方法和互补矩阵编码方法, 并推导得到H+N/H-N双矩阵编码的平均均方误差性能公式; 最后基于数字微镜器件(DMD)结构特点, 提出SN单矩阵和H+N/H-N双矩阵相结合的双模式编码方法, 以及共享硬件加速处理资源的解码方法。实验结果表明, 新方法相比原有编码矩阵能够进一步提高信噪比, 同时解码加速处理保证了实时性能。

机载摄像机是微型无人机实施战术侦察的关键设备。文章突破传统机载摄像机采用定焦或基于DSP聚焦的思路, 在特定飞行高度, 提出变倍同步聚焦技术, 并对变倍同步聚焦的基本原理、台阶拟合法等技术进行了研究, 对镜头凸轮曲线进行了设计, 并利用ZEMAX软件对凸轮曲线进行了拟合和优化, 设计了相应的驱动控制电路和视频采集系统。飞行测试表明, 设计的快速变倍同步聚焦摄像机的性能能够满足空中侦察要求。

针对IEC60904.9标准规定的光谱辐照度分布波长范围不能满足铜铟镓硒薄膜等宽光谱太阳电池伏安特性测试需求, 提出了一种适用于工业生产用的大面积宽光谱太阳模拟器光机结构设计思路。依据IEC60904.3标准拓宽光谱波长范围为400~1200nm, 并给出各光谱波段评判依据。详细介绍了宽光谱AM1.5G滤光片设计方法, 并通过组合滤光片与单组滤光片进行比对试验, 采用组合滤光片可使整体匹配偏差由9.4%缩小至5.4%。试验表明: 采用组合滤光片可有效降低光源因角度效应造成大面积测试面光谱匹配不均匀的难题。

提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的输油管道泄漏检测方法。以悬臂梁结构为基础, 设计了具有温度自补偿功能的FBG传感检测探头; 为解决传感探头的安放局限性, 设计了特殊的感应层与应力传导方式, 并结合FBG传感信息实现对泄漏点的检测与定位。通过理论分析可知, 该检测方法具有一定的可行性, 对解决在役输油管道的泄漏检测与定位问题提供了一种可靠的方案。

针对移动机器人在三维点云地图创建过程中存在鲁棒性和实时性不佳的问题, 提出一种基于图像特征点的三维地图创建方法。首先, 对Kinect采集得到的RGB数据进行特征点提取与匹配, 并采用RANSAC算法对误匹配点进行剔除, 在保证精度的同时, 有效减少了配准算法的迭代次数, 通过结合Kinect深度数据得到对应特征点对在三维空间中的位姿, 最后采用ICP算法迭代求解刚体变换矩阵完成精确配准, 得到室内真实场景下的三维点云地图。为抑制由三维点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移, 引入了基于TORO图优化算法的闭环检测机制, 实验验证了所提方法的有效性。

为了有效解决高频毫米波信号源产生困难的问题, 提出了一种基于级联强度调制器的24倍频可调毫米波信号产生系统。将低频本振信号调制到第一级双平行马赫-曾德尔强度调制器上, 分别控制主调制器和子调制器的偏置电压, 使其均偏置在最大传输点上, 精确控制低频本振信号的幅值和相位, 可以对应产生的-4阶和+4阶边带信号, 通过光电检测器拍频, 得到的8倍频信号调制到第二级马赫-曾德尔调制器上, 控制第二级调制器的偏置电压, 使其工作在最小传输点上, 可以产生-12阶和+12阶边带信号, 经过光电转换后可以得到射频驱动信号频率24倍的毫米波信号, 当本振信号频率发生改变时, 得到的毫米波信号频率对应改变。