微波滤波器是无线通信、电子雷达等射频系统中的关键组件之一。硅基微波光子滤波器具有集成化、带宽大、可调谐性强、抗电磁干扰等显著优势, 近年来得到了广泛的关注与研究。文章从微波光子滤波器的工作原理出发, 分别综述了非相干型与相干型两类硅基微波光子滤波器的最新研究进展, 并分析了当前面临的问题与挑战。最后, 对硅基微波光子滤波器的发展现状进行总结, 并对下一步的研究方向进行了展望。

针对传统Census变换在匹配代价计算中易受噪声影响、匹配精度较低的问题, 提出一种引入噪声容限的四状态Census变换算法。在匹配代价计算中, 首先将改进的Census匹配代价与灰度绝对差值和梯度代价进行融合, 并加入相应的截断阈值, 以提高初始匹配代价空间的可靠性。然后通过引导图滤波进行代价聚合, 并采用赢家通吃策略计算初始视差值。最后通过左右一致性检验、视差填充和加权中值滤波来优化初始视差值, 得到最终视差图。实验结果表明, 所提算法的噪声鲁棒性优于传统Census变换算法, 且立体匹配算法的整体误匹配率降低至5.59%。

针对图像传感器中传统锁相环(PLL)存在的功耗高、抖动大,以及锁定时长等问题, 提出了一种基于计数器架构的低功耗、低噪声、低抖动、快速锁定的分数分频全数字锁相环(ADPLL)设计方法。首先, 采用动态调节锁定控制算法来降低回路噪声, 缩短锁定时间。其次, 设计了一个通用单元来实现数字时间转换器(DTC)和时间数字转换器(TDC)的集成, 以降低该部分由于增益不匹配引起的抖动。基于180nm CMOS工艺的仿真结果表明, 在1.8V电源电压下, 该ADPLL能够实现250MHz~2.8GHz范围的频率输出, 锁定时间为1.028μs, 当偏移载波频率为1MHz时, 相位噪声为-102.249dBc/Hz, 均方根抖动为1.7ps。

可调谐外腔半导体激光器具有线宽窄、调谐范围宽、单模输出、输出功率高等优良特性, 在白光干涉测量技术、波分复用系统、相干光通信、光纤传感等领域有着广泛的应用。文章首先介绍了可调谐外腔半导体激光器的基本原理以及各种典型外腔结构的调谐机理, 然后根据外腔结构阐述了各种可调谐外腔半导体激光器的最新研究进展, 分析了不同外腔结构的优缺点, 最后对可调谐外腔半导体激光器的不足进行了总结, 展望了其未来发展趋势。

激光测厚具有安全可靠、测量精度高、测量范围大等优点, 广泛应用于纸张、电池极片等薄膜类材料厚度的在线测量。带材宽幅方向扫描测厚时由于扫描架往复运动会产生机械振动, 影响在线测厚精度。针对该问题, 以锂离子电池极片厚度测量为例, 使用双激光差动式测厚平台对电池极片和铜箔分别进行厚度测量, 然后对测厚数据进行频谱分析, 探究其振动规律的相似性, 并基于频谱分析结果采用滑动带阻滤波方式对测厚数据进行处理, 滤波后极片和铜箔的厚度极差分别降低了33.4%和73.8%, 有效过滤了机械振动导致的测量误差, 可满足极片和铜箔厚度测量的精度要求。

提出了一种基于光纤中四波混频(FWM)效应实现对光信号的再放大和再整形的2R再生功能的方法, 分析了该方法的工作原理, 设计了一种基于光纤FWM效应实现光信号2R再生的光纤传输仿真系统。仿真结果表明, 2R再生信号良好, 系统Q值达到21.59, 验证了该方法的可行性。所设计的2R再生方案中, 泵浦光的波长与功率是影响FWM效率和2R再生性能的主要因素, 对其进行了扫参研究, 得出泵浦波长为1548nm、功率为40dBm时, 2R再生性能最优。

首先采用分类算法对MSTAR数据集进行十类目标分类识别、三类目标的变体分类识别, 然后根据分类调参过程中的先验知识修正证据即分类器输出, 构造基本置信函数, 并采用改进的合成规则即基于冲突系数K和Pignistic概率距离相结合的冲突度量方法, 对冲突证据采用按比例分配冲突度的合成规则进行合成。未融合时, 三类目标的变体分类准确率最高为93.553%, 融合后三类目标变体分类识别率为95.092%, 提升幅度约是理想状态的37%。

针对极化码中现有基于均匀量化的串行抵消(SC)译码算法译码复杂度高的问题, 提出一种基于均匀量化的快速简化SC译码算法。该算法保留了原算法的整数型运算, 可节省大量存储空间并利于硬件实现, 再通过加入特殊结点的识别来降低算法的运算时间复杂度。仿真结果表明: 所提快速简化SC译码算法的时间复杂度较原算法降低了46.29%, 同时, 在误块率为10-5时, 译码性能较原算法仅相差0.1dB。

通过引入灰度倾向参数和梯度谷值系数, 提出一种改进的灰度倾向谷强调(GPVE)目标检测方法。灰度倾向参数使阈值更靠近目标灰度, 梯度谷值系数使得阈值更靠近波谷。GPVE法在单双峰情况下都能得到理想的阈值。实验结果表明: Otsu, VE, NVE, WOV等方法分割得到的平均分割误差ME值都在0.2以上, 而所提方法的ME值仅为0.007, 采用该方法提高了图像分割的准确度, 分割效果优于Otsu, VE, NVE, WOV等方法。

为了提高芯片级原子钟的自动化装配效率与装配精度, 研究了一种粗-精结合的微器件位姿检测方法。首先, 分析了微器件自身的特点、应用环境, 提出利用图像梯度直方图特征训练SVM分类器来实现微器件粗定位的方法, 同时通过构建遮挡样本和模糊样本以解决模型在微器件离焦模糊、遮挡情况下的漏检问题, 提高模型泛化能力。然后, 提出利用LSD算法和直线增长方法来提取目标边缘, 计算得到图像亚像素的特征点坐标。最后, 通过ICP算法计算微器件在显微视场下的实时位置和姿态。实验结果表明, 原子钟核心器件的识别准确率为95.3%, 定位平均误差小于20μm, 角度误差小于0.5°, 能够满足微装配过程中微加持器准确抓取目标器件的要求。

在激光雷达系统中, 受限于被测目标距离及反射特性的变化, 回波信号的峰值动态范围大, 导致由恒比定时鉴别电路确定的回波到达时刻波动较大, 产生的行走误差影响了系统的测距精度和测量范围。设计了一种带自适应增益控制的恒比定时鉴别电路, 基于回波信号水平快速自动调节放大电路的增益, 可适应较大动态范围下的目标测量。实验结果表明, 采用自动增益与恒比鉴别电路相结合的方法设计的激光雷达时刻鉴别电路, 可以基于回波信号水平在25ns的时间范围内实现放大电路增益的自适应调节; 当输入信号上升时间为3ns、电压动态范围为29dB时, 利用增益的自动控制可以将回波信号的动态范围降低至9dB, 将回波时刻鉴别误差控制在0.42ns内, 有效减小了测距系统的行走误差。

利用GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和铁电体的光伏效应机制, 制备了一种新型(光敏感层/HEMT)光探测器件。主要研究了复合薄膜和溅射气氛对光敏感薄膜的光伏性能以及对新型感光栅极探测器的光探测能力的影响。结果表明, PZT/ZnO复合薄膜的量子效率峰值达到14.55%; 有氧氛围下制备的PZT薄膜剩余极化强度达到52.31μC/cm2; 沉积PZT/ZnO复合薄膜的探测器在紫外光照下相比于暗场下的源漏饱和电流最多增加12.64mA。可见, 所制备的新型探测器对紫外光具有优良的探测能力, 为光探测的研究提供了新的方向。

设计制作了一款具有开窗功能的行间转移CCD, 其阵列规模为640×480元, 像素尺寸为7.4μm×7.4μm, 可在4种窗口分辨率, 即640×480元、228×480元、640×164元和228×164元下开窗工作, 具备单、双通道输出信号功能, 当器件窗口分辨率为228×164元、以双输出通道模式工作时, 帧频能够达到500f/s, 可以应用于高速目标识别领域。

针对流速传感器的高分辨率需求, 提出了一种基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器。该传感器由纤毛、电极层、上部结构层、中间连接层和下部支撑层等多层结构构成, 其中上部结构层一方面采用不对称梳齿结构实现差分电容检测, 另一方面布置周期性调制梳齿实现系统势能函数呈现双稳态。通过流体-固体力学-静电多物理场耦合分析, 得到电容随流速的变化关系, 分辨率优于0.001m/s, 另外通过调制梳齿的静电场分析, 绘制出系统势能函数曲线。最后, 基于MEMS加工技术, 通过设计合理的工艺流程制备出了该传感器。

提出了一种利用CO2激光熔融毛细管端面来制备光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器的方法。F-P结构由普通单模光纤和基于CO2激光熔融毛细管端面制备的硅薄膜组成。文章详细说明了硅薄膜的制造工艺和熔融参数, 并对光纤F-P压力传感器进行了性能测试。实验结果表明: 制备的光纤F-P压力传感器对气压具有良好的灵敏度和线性度, 灵敏度可达到16.37pm/kPa, 线性度为0.998。该光纤F-P压力传感器结构紧凑, 易于生产, 具有在极端恶劣环境下的应用潜力。

采用室温合成法制备出CsPbBr3钙钛矿量子点, 并采用乙酸乙酯对量子点进行了一次、二次和三次清洗, 以控制其表面配体密度。然后, 利用合成并经过清洗的钙钛矿量子点制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/PTAA/CsPbBr3 QD/TPBi/LiF/Al的电致发光二极管(QLED)。研究了经不同清洗次数的量子点材料制备的器件的光电性能。结果表明, 清洗2次的量子点在电荷注入与溶液稳定性之间得到平衡, 利用其制备的钙钛矿QLED获得了最大亮度为1405cd/m2、外量子效率为0.6%、色坐标为(0.127,0.559)的绿光发射。

设计了电子倍增层的多种表层结构, 并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构, 并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注入剂量、注入角度和注入能量次数对掺杂分布的影响。再依据载流子传输理论并结合蒙特卡洛模拟方法, 模拟分析了相应结构下EBCMOS中电子倍增层的电荷收集效率。模拟研究结果表明: 通过选择SiO2作为掩蔽层、减小掩蔽层厚度、增加注入能量次数等方法可以提高电荷收集效率。在注入剂量选择方面, 对电子倍增层表层进行重掺杂, 使掺杂浓度下降幅度足够大、下降速度足够缓慢, 也可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后表层结构所对应器件的电荷收集效率最高可以达到93.61%。

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积, 采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率, 采用没有体效应的PMOS源跟随器, 同时减小PMOS管的宽长比, 有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上, 采用顶层金属走线, 降低寄生电阻和电容, 提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片, 得到器件像元阵列为5×1030, 像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明: 该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定, 其线性度达到98%, 线性动态范围为76dB。

基于COMSOL软件的光学模块和半导体模块, 从球缺比例、直径、正电极接触面积三个几何设计方面对球硅电池进行了仿真分析; 通过对比反向饱和电流密度和理想因子, 发现球硅半径越小、球缺比例越小、正电极相对接触面积越大, 电池的电学特性越好; 分析了不同直径球硅电池的几何特征与其光电参数之间的关联性, 发现其与传统平面硅太阳电池存在显著差异。研究结果可为制作高效率低成本柔性球硅太阳电池提供理论指导。

提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构, 其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术, 分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术, 将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合, 在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺, 利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连, 实现单轴惯性传感器的集成, 制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式, 研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先, 导出了傍轴近似下, 空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后, 分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上, 讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点, 并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型, 所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。

空封光电耦合器内部残留的多余物颗粒对其可靠性有严重影响, 粒子碰撞噪声检测(PIND)是多余物颗粒检测的主要手段, 但是存在一定的漏检。基于PIND试验中的电压采样数据建立了检出概率的模型, 并利用该模型研究了同等质量下典型颗粒的分布区域、试验频率与检出概率的关系, 结果表明陶瓷颗粒和导电胶颗粒分别受到碰撞对象硬度和颗粒粘附性的较大影响, 使其在不同区域的检出概率具有明显差异, 其中导电胶颗粒的检出概率因颗粒弹性弱而整体偏小, 但在试验频率上升后有明显改善, 而短金丝因粘附性弱、弹性强, 检出概率大且稳定。据此提出了对典型多余物颗粒的控制与检测方法, 采用该方法能够有效地提高光电耦合器的可靠性。所用模型和研究方法可推广至其他空封元器件的类似研究中。

以纳米二氧化钛(nano-TiO2)为原料, 选取六偏磷酸钠(SHMP)、曲拉通X-100(Tritor-X-100)、聚乙二醇(PEG)400、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)做分散剂, 采用超声手段在去离子水中制备得到nano-TiO2分散液。通过UV-Vis分光光度计测量样品的吸光度, 分析了超声时间、分散剂种类与浓度对样品稳定性的影响, 并对样品的光学性能进行检测。研究结果表明: 加入SHMP, 超声处理35min可获得吸光度维持在0.1左右的稳定nano-TiO2分散液, 且在LED光源(CCT=10000K)照射下, 可以实现模拟天空光照射环境的瑞利散射效果。

针对回转窑表面的红外图像模糊, 图像细节不易分辨的问题, 提出一种基于视觉特性的回转窑表面红外热图像增强方法。该方法利用人眼在不同灰度级的分辨能力差异, 将回转窑表面的红外图像灰度映射到人眼易分辨区域, 从而提高人眼对图像细节的分辨能力。实验结果表明: 提出的方法能够凸显红外图像边缘, 及时反映窑内的高低温区域, 对避免异常高温引起的红窑事故、保障窑炉经济高效地运行具有重要意义。

针对目前图像特征匹配中存在不同程度误匹配的问题, 提出了一种KAZE结合感知哈希的图像匹配算法。首先采用KAZE算法提取图像特征点并匹配, 然后使用感知哈希算法筛选提纯初始匹配对, 最后运用随机抽样一致(RANSAC)算法再次筛选, 得到最终的匹配结果。在Mikolajczyk标准图像集上的实验结果表明, 该算法在图像发生旋转缩放、光照变换、模糊以及JPEG压缩等变化下均能够保持较高的匹配正确率, 具有良好的可靠性和鲁棒性。

文章提出了一种基于差分卷积神经网络的自适应视线估计模型。在模型中, 融入头部姿态信息, 利用差分卷积设计了一种差分网络(Differential Network, DNet), 通过训练该网络来预测眼睛的凝视差异, 用以校准初步视线估计结果, 进而降低视线估计误差。通过在公开数据集Eyediap上进行验证, 并与其他性能良好的视线估计模型进行比较, 结果均表明所提出的视线估计模型在头部自由运动的状态下可以更准确地估计视线方向。