期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
光子学报
英文:
ACTA PHOTONICA SINICA
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院西安光学精密机械研究所;中国光学学会
出版单位:
科学出版社
主编:
郝跃
ISSN:
1004-4213
刊号:
CN 61-1235/O4
电话:
029-88887564
邮箱:
地址:
陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱
邮编:
710119
定价:
120元/期

本期栏目 2016, 45(4)

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光子学报 第45卷 第4期

作者单位
摘要
东北大学 秦皇岛分校 计算机与通信工程学院, 河北 秦皇岛 066004
提出一种基于多阶频率栅格划分的子谐波方法用于湍流相位屏的构造.通过对相位屏频域空间划分多阶频率栅格,并将每一阶的频率栅格进行更进一步精细子划分,补偿对湍流谱贡献最多的低频范围频率分量.采用大气湍流的相位结构函数和功率谱分析所构造相位屏的准确度.仿真结果表明:由所构造相位屏得到的相位结构函数与由湍流谱直接计算得到的理论值之间的偏差随着频率栅格总阶数M、每一阶的频率栅格点数目N′x和N′y的增大而减小,对每一组M、N′x、N′y的取值,子划分前的频率间隔Δf1有一最佳值;当选取M=3、N′x=N′y=3、Δf1=2 m-1时,所构造的相位屏的相位结构函数和功率谱与理论十分接近;所产生的随机相位屏的整体倾斜反映了低频成分的准确采样.
大气光学 大气湍流 相位屏 子谐波 频率栅格 Atmospheric optics Atmospheric turbulence Phase screen Subharmonic Frequency grid 
光子学报
2016, 45(4): 0405001
李晓莹 1,2,*吴焱 1,2虞益挺 1,2刁金帅 1,2闫治晚 1,2
作者单位
摘要
1 西北工业大学 空天微纳系统教育部重点实验室,西安 710072
2 西北工业大学 陕西省微纳机电系统重点实验室,西安 710072
基于体硅微加工技术,设计了一种闪耀角可调的微型可编程光栅,对该光栅进行优化设计,并理论计算不同闪耀角、入射角条件下相对光强分布,采用COMSOL有限元仿真软件模拟不同入射参量下远场相对光强分布.结果表明:设计的可编程光栅有效反射面积占光栅总面积的83.63%,比表面微加工技术设计的光栅提高8%以上,最大工作闪耀角为6.84°;当532 nm波长垂直入射时,0~10°闪耀角调制范围内最大衍射效率为96.67%.
微型可编程光栅 闪耀角可调 硅微加工 微机电系统 衍射效率 Micro programmable gratigns Tunable blazed angle Silicon micromachining Microelectromechanical systems Diffraction 
光子学报
2016, 45(4): 0405002
作者单位
摘要
安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥 230039
提出一种基于正弦光栅调制的相位恢复方法.首先,在空间光调制器上加载两个不同方向的正弦光栅对光场复振幅进行调制;然后,推导强度信息和相位偏导数之间的关系式;最后由强度信息计算相位偏导数,进而恢复相位.实验分别测试了该方法对简单图像、复杂图像以及含噪声图像的恢复能力.实验结果表明,该方法可以通过方便地控制图像移动量来有效恢复相位信息,适用于不同尺度的相位物体的计算.
信息光学 相位恢复 傅立里叶变换 空间光调制器 复振幅 光栅 Information optics Phase recovery Fourier transform Spatial light modulators Complex amplitude Optical grating 
光子学报
2016, 45(4): 0405003
曹阳 1,2,*刘世涛 1
作者单位
摘要
1 重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054
2 电子科技大学 物理电子学院,成都 610054
分析空间激光通信移动平台角运动和框架偏转之间的速度耦合关系,给出克服移动平台角运动的视轴稳定方法,针对视轴稳定系统中存在的非线性、多干扰问题,应用自抗扰控制法对三轴视轴稳定系统进行分散独立控制,采用模糊理论对自抗扰控制器的相关参量进行自整定.仿真和模拟实验表明:在1 Hz条件下,相对于参量辨识控制法,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度提高了7.4 dB;在模拟扫频实验条件下,将1~2 Hz与2~4 Hz的扰动实验区间进行比较,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度下降仅2.2 dB.模糊自抗扰控制具有较好的快速响应性、较小的超调和频率适应性,能够满足系统稳态准确度的要求,并能克服平台角运动耦合、不确定性扰动问题.
空间移动平台 空间激光通信 视轴稳定 自抗扰控制 模糊理论 Space mobile platform Free space optical communication Optical axis stabilization Active disturbance rejection 
光子学报
2016, 45(4): 0406001
作者单位
摘要
中国科学院西安光学精密机械研究所 月球与深空探测室, 西安 710126
利用口径150mm、视场±0.17°、接收波长974 nm的光学天线望远系统原理样机,搭建了试验装置并进行了实测,测量结果显示光学天线在0.35°附近及1°附近出现了两个原路回波杂光峰值.通过对两个杂光峰值的仿真分析,提出了在主镜内部增加二次斜光阑及临时挡光环的措施,消除望远系统前向散射杂光.通过分析主次镜焦距分配对光学天线望远系统杂光的影响,指出在设计中缩小主镜焦距可降低系统原路回波杂光,这对光学天线消回波杂光设计具有指导意义.
相干光通信 偏振分光 前向散射 杂散光 试验测试 仿真分析 焦距分配 Coherent optical communication Polarized beam split Forward scattering Stray light Testing Simulation analysis Focus distribution 
光子学报
2016, 45(4): 0406002
作者单位
摘要
北京邮电大学 信息光子学和光通信国家重点实验室, 北京 100876
以16-相正交幅度调制(16QAM)为例,分析比较了伽罗华(GF(2m))域上m=1,2,4时,3种低密度奇偶校验(LDPC)码在16QAM光传输系统中的性能.分析表明,无论在纠错性能还是译码效率方面,4进制LDPC码比16进制LDPC码具有更大优势.为进一步改善高阶调制光传输系统中非二进制低密度奇偶校验(NB-LDPC)码的性能,在16QAM系统下的4进制LDPC码中引入水印位符号.与传统的非二进制LDPC译码方案相比,水印位方案的平均迭代次数显著下降,即引入水印位可以极大地提高NB-LDPC码的译码效率.当误码率BER=10-5时水印位方案可以改善0.1 dB的净编码增益.
光通信 低密度奇偶校验码 高阶调制 纠错性能 译码效率 Optical communications Low density parity check codes High-order modulation Error correction performance Decoding efficiency 
光子学报
2016, 45(4): 0406003
作者单位
摘要
湖南文理学院 物理与电子科学学院,湖南 常德 415000
为了提取含噪声印制电路板(PCB)光板缺陷图像边缘信息,提出了一种基于混合法的图像边缘检测方法.在分析类间最大距离法图像分割基本原理的基础上提出了一种改进的类间最大距离法(IMDBC);设计了结合中值滤波、IMDBC、改进的数学形态学边缘检测算子与LOG算子进行PCB光板缺陷图像边缘检测的混合方法.用CCD及显微镜成像系统获取4幅PCB光板缺陷图像,结果表明:用本文方法提取出的图像边缘信息清晰且较精确,噪声点较少,所得到的4幅图像优质系数是其它6种方法的1.0111~1.3586倍.
边缘检测 图像分割 印制电路板缺陷图像 改进的类间最大距离法 改进的数学形态学 LOG算子 Edge detection Image segmentation Printed circuit board defect image Improved maximum distance between categories Improved mathematical morphology LOG operator 
光子学报
2016, 45(4): 0410001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京工商大学 计算机与信息工程学院 北京 100048
通过分析大气粒子对光线的多次散射作用,利用大气点扩散函数作为卷积核,基于暗原色图像复原理论,建立了基于多次散射的雾天成像模型,并以函数形状相似性为依据,利用广义高斯分布定量估计出大气点扩散函数核函数在图像域下的相关参数.针对传统暗原色理论以固定大小图像区域估计透射率的不足,提出了基于超像素分割获得景深一致的图像分块方案,通过区域合并,获得更为精准的天空检测效果;基于暗原色先验理论分别估计天空和非天空区域的透射率,并对天空区域的透射率进行修正,不但减少了天空色彩失真,同时也消除了复原结果的光晕现象.本文从主观和客观两个方面将所提出的去雾方法和其他算法进行了对比,结果表明,本文提出的去雾算法能够在较短的运行时间内获得对比度较高、细节信息丰富的去雾结果,具有较好的鲁棒性.
图像处理 图像增强 暗原色先验 多次散射 超像素 去雾 光晕现象 透射率 Image proceessing Image enhancement Dark channel prior Multiple scattering Superpixel Atmosphere point spread function Dehazing Halo effect Transmission 
光子学报
2016, 45(4): 0410002
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 山东大学 信息科学与工程学院,济南 250001
为研究大气湍流对空间目标偏振成像探测准确度的影响,构建了大气湍流影响下的偏振成像探测模型,并对大气湍流导致的空间目标偏振度探测偏差进行仿真分析.通过对分时和同时偏振成像方式进行仿真,发现大气湍流会对空间目标偏振成像探测准确度造成明显影响,且对分时偏振成像探测准确度的影响明显大于同时偏振成像方式.通过自适应系统校正部分低阶像差,能明显减小大气湍流对偏振成像探测准确度的影响.为了兼顾图像信噪比和大气湍流影响下的偏振成像探测准确度,给出了一种结合分时和同时成像方式的改进偏振成像探测方式,大气湍流对其的影响略大于同时偏振成像方式,但该方式图像信噪比明显优于同时偏振成像方法.另外仿真分析发现,采用多帧图像叠加能效减小大气湍流带来的空间目标偏振成像探测偏差,在使用分时偏振成像方式时效果尤为明显.
偏振 大气湍流 空间目标 望远镜 探测与识别 Polarization Turbulence Space target Telescope Detection and identification 
光子学报
2016, 45(4): 0410003
作者单位
摘要
1 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
2 西北工业大学 理学院 陕西省光信息技术重点实验室 空间应用物理与化学教育部重点实验室, 西安 710072
提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.
数字全息 相干成像 数字全息干涉术 数字图象处理 液相扩散过程 扩散系数 Digital holography Coherence imaging Digital holographic interferometry Digital image processing Liquid phase diffusion Diffusion coefficient 
光子学报
2016, 45(4): 0412001
作者单位
摘要
1 西安邮电大学 电子工程学院,西安 710121
2 中科院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术实验室,西安 710119
残留谱线弯曲限制了切尔尼-特纳平面光栅光谱仪在成像光谱仪中的应用.本文不同于传统的基于棱镜的光栅谱线弯曲补偿方法,提出了基于倾斜场镜的补偿方法,即在校正场曲的同时对入射到场镜不同区域,不同波长的狭缝像分别进行谱线弯曲校正,且没有改变系统的其它光学特性.对狭缝大小为7.8 mm×0.016 mm 、光谱范围0.31~0.5 μm、光谱分辨率0.4 nm、物方焦距70 mm、1∶1放大倍率的切尔尼-特纳成像光谱仪进行了优化设计,结果全谱段、全视场MTF>0.8,点列图RMS半径小于9 μm,相对谱线弯曲小于0.2%,满足设计要求.实际设计表明该方法对于可选用光学玻璃有限,且能量较弱的紫外光学系统是一种可选的优化设计方法.
光学设计 光栅光谱仪 场镜 谱线弯曲 切尔尼-特纳 紫外 石英 Optical design Grating imaging spectrometer Field lens Smile Czerny-Turner UV Silica 
光子学报
2016, 45(4): 0412002
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院,长春 130022
为了模拟红外目标由远及近的飞行过程,结合高变倍比红外连续变焦系统与大口径投影系统设计了一款红外目标模拟系统.连续变焦系统变倍比为20倍,工作波段为8~12 μm,大口径投影系统口径为300 mm,工作温度为-30~40℃.基于对系统参数的计算与分析,通过推导的消热差及消色差方程对材料进行合理选择及光焦度分配,实现了光学被动消热差设计,应用动态光学理论对变焦凸轮运动曲线进行了计算与绘制.系统成像质量分析结果表明,变焦过程中像面稳定,成像质量良好.该系统可以实现高倍率红外目标飞行距离的连续变化模拟,具有变倍比高,体积小,像质好,环境适应能力强等特点.
光学设计 红外目标模拟 连续变焦 高变倍比 大口径投影 Optical design Infrared target simulation Continuous zoom High zoom ratio Large aperture projection 
光子学报
2016, 45(4): 0412003
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院,长春 130022
为实现高能激光的有效发射,设计了一种高能激光精确指向监视系统.该系统通过调整主、次镜的相对位置来进行调焦,同时能够在100~1000m范围内对自然目标清晰成像.利用ZEMAX软件对光学系统进行设计优化,运用ZYGO干涉仪和大口径平行光管进行辅助装调,使成像系统成像角分辨率达到3.38μrad<5μrad,光学系统同轴度达到4.75″≤5″,满足设计指标要求.该系统能够捕获、识别、跟踪目标,从而引导高能激光进行精确打击.
高能激光 共口径系统 平行光管 辅助装调 误差分析 High energy laser Common aperture system Collimator Auxiliary equipment Error analysis 
光子学报
2016, 45(4): 0412004
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室,合肥 230031
分析了迈克尔逊干涉仪中动镜和定镜在圆形通光孔径情况下动镜在扫描过程中倾斜对干涉调制度的影响.为满足干涉调制度要求,理论计算发现动镜倾斜角度需控制在1″以内,对应的相位误差为±6.6°以内.为了解决此问题,使动镜和定镜保持准直,采用定镜动态校准系统对动镜倾斜误差进行校准.实验结果表明,校准后的XR和YR相位误差的均方根分别为1.02°和1.25°,满足系统要求.动态校准系统能够有效地校准动镜长距离运动过程中发生的倾斜误差,对高分辨光谱仪的设计和研制具有一定的指导意义.
迈克尔逊干涉仪 动镜倾斜 调制度 相位差 动态校准 Michelsoninterferometer Tilting of the moving mirror Modulation depth Phase error Dynamic alignment 
光子学报
2016, 45(4): 0412005
作者单位
摘要
天津大学 理学院 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
采用Monte Carlo法研究散射相函数对光源附近微区内的漫反射光的影响,分析一个半经验的漫反射解析模型与相函数相关的光学参量之间的关系.研究表明,来自光源附近微区的散射光对散射相函数的变化非常敏感,敏感程度随收集孔径φ的增大而逐渐减弱.当φ>1.8 mm时,散射相函数对漫反射率的影响不明显,反射率的相对变化小于1%;当φ<1.8 mm时,散射相函数对漫反射率的影响高达15.2%.用各向异性因子g和二阶光学参量γ表征单粒子散射特性时,散射特性的差异反应在三阶参量δ上.漫反射率随δ的增加而减小,并且δ对漫反射率的影响达到9%.
组织光学 光传输理论 散射相函数 高阶光学参量 Monte Carlo模拟 Tissue optics Optical transport theory Scattering phase function High-order optical parameter Monte Carlo simulation 
光子学报
2016, 45(4): 0412006
作者单位
摘要
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室,电子工程学院,合肥 230037
2 安徽省红外与低温等离子体重点实验室,合肥 230037
3 北京遥感研究所,北京 100192
基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨,分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌;利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为,据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数,得到了该系数与膨胀体积的依赖关系,并从消光机理进行了原因分析。结果表明:通过控制和优化先驱体合成条件,可以制得膨胀体积高达600 mL·g-1的膨胀石墨;两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨,当其d002从0.359 0 nm 增至0.371 1 nm时,所得膨胀石墨的膨胀体积从267 mL·g-1增至600 mL·g-1;膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系,当膨胀体积由233 mL·g-1增至600 mL·g-1时,该系数从0.20 m2·g-1升至0.48 m2·g-1;膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射,膨胀体积大,导致几何面积大,对1.064 μm激光的散射能力增强;同时,膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔,可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.
膨胀石墨 消光 激光 两步氧化插层法 膨胀体积 微观形貌 Expanded graphite Extinction Laser Two-step chemical intercalation Expanding volume Micro morphology 
光子学报
2016, 45(4): 0414001
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学 生命信息与仪器工程学院, 杭州 310018
2 浙江大学 光电学院 现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027
以一个增益调制的分布式布喇格反射结构的半导体激光器为种子源,设计了一个高功率皮秒脉冲簇输出的线偏振掺镱光纤激光器. 种子源输出脉冲宽度200 ps,重复频率350 MHz. 在预放大中插入一个基于一级衍射透过的声光调制器实现了皮秒脉冲簇形式的激光输出,脉冲簇的重复频率在10~500 kHz范围可调. 皮秒脉冲簇激光通过一个基于大模场面积保偏Yb光纤的功率放大级,获得了高功率线偏振激光输出,平均功率83 W,偏振消光比优于15 dB.当脉冲簇重复频率固定在100 kHz,脉冲簇中同时存在350个子脉冲时,获得峰值功率12 kW的皮秒激光输出. 与传统连续脉冲输出的激光器相比,该系统能够实现脉冲簇的输出,有利于峰值功率的进一步提高,可应用于激光微加工领域.
光纤激光器 皮秒脉冲 脉冲簇 掺镱光纤 半导体激光器 线偏振 放大 Fiber lasers Picosecond pulses Pulse bunch Yb-doped fiber Laser diode Linear polarization Amplification 
光子学报
2016, 45(4): 0414002
作者单位
摘要
中北大学 信息与通信工程学院,太原 030051
以单束正交线偏振光为光源,利用索列尔-巴比涅相位补偿器使相位连续变化,采用锁相放大器进行数据采集,设计了一种由光纤耦合输出的窄频半导体激光器和双声光调制器组成的共线外差干涉系统,对其相位特性进行了研究,分析了激光束漂移及光源谱线宽度对相位测量的影响.实验表明:系统的相位分辨率为0.3611 μm,相位灵敏度为27.386°/mm,测量误差为0.090 rad;可以消除由声光调制器光强调制引起的相位误差,抑制激光束漂移引起的误差,以及减弱环境因素产生的噪声对测量结果的影响.
物理光学 共线外差干涉系统 石英晶体的双折射 相位测量 双声光调制器 Physical optics Collinear heterodyne interferometer system Quartz crystal birefringence Phase measurement Double acousto-optic modulators 
光子学报
2016, 45(4): 0414003
葛锦蔓 1,2,*苏俊宏 1,2徐均琪 2陈磊 1[ ... ]吴慎将 2
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
2 西安工业大学 光电工程学院,西安 710021
提出了应用激光诱导击穿光谱技术对薄膜损伤特性进行表征的方法,研究了纳秒脉冲激光作用下薄膜损伤时的等离子体光谱特征,并应用该技术对薄膜的抗激光损伤特性进行了测量.实验测得,HfO2单层膜在78 mJ的激光能量的辐照下,薄膜损伤时的等离子体温度为2 807.4 K,且电子密度为7.4×1017cm-3.利用识别薄膜损伤时的等离子体光谱的特征,准确地判断了薄膜是否损伤,避免了薄膜损伤的误判现象.结果表明,激光诱导击穿光谱技术适用于薄膜的激光损伤测试中,并且是一种非常有效的测试分析方法.
激光诱导击穿光谱 薄膜 激光烧蚀 激光诱导损伤 等离子体 光谱分析 温度 Laser-induced breakdown spectroscopy Film Laser ablation Laser-induced damage Plasma Spectrum analysis Temperature 
光子学报
2016, 45(4): 0414004
作者单位
摘要
1 中国计量学院 光学与电子科技学院,杭州 310018
2 浙江省台州出入境检验检疫局,浙江 台州 318000
建立激光诱导击穿光谱结合自由定标法快速定量分析玻璃中主要元素Si和Ba的方法.采用由调Q脉冲Nd:YAG激光器、中阶梯光栅光谱仪和ICCD检测器等组成的激光诱导击穿光谱系统采集4种标准玻璃样品的激光诱导击穿光谱.提取光谱信息,结合自由定标法建立样品中Si和Ba的玻尔兹曼曲线,计算获得4种玻璃样品中Si和Ba的含量.Si含量分析相对误差在4.96%~10.12%之间,标准差在0.38%~1.29%之间,Ba含量分析相对误差在4.07%~9.62%之间,标准差在0.54%~1.70%之间.T检验表明,测量值与实际值无显著差异.
激光诱导击穿光谱 玻璃 自由定标法 同时定量分析 波尔兹曼平面 Laser-induced breakdown spectroscopy Glass Free calibration method Simultaneously Quantitative analysis Boltzmann curve 
光子学报
2016, 45(4): 0414005
作者单位
摘要
桂林理工大学 理学院, 广西 桂林 541004
在可见光到近红外频段,利用时域有限差分数值模拟计算方法,研究了一种多圆环形金属-介质-金属等离子体波导结构的电磁传输特性.结果表明,由于谐振作用,不同波长电磁波能量被分别束缚于圆环中,之后被耦合到各出口端进行传输,从而实现了电磁波的多路分频传输功能.圆环的共振波长与圆环半径之间存在近似线性关系,且随着圆环内填充介质折射率的增大呈现明显的红移现象;各出口端共振波长对应电磁能量的传输率随着介质波导与圆环间耦合厚度的增大而急剧降低.利用电磁波共振理论阐述了电磁能量的谐振束缚现象,与数值模拟结果吻合.研究结果可应用于未来光子集成器件中.
金属-介质-金属波导 多路分频 传输 时域有限差分方法 光学器件 Metal-insulator-metal waveguide Demultiplexing Transmission Finite-difference time-domainmethod Optical devices 
光子学报
2016, 45(4): 0423001
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海市现代光学系统重点实验室,教育部光学仪器与系统工程中心,上海 200093
基于导模共振理论,设计了一种工作中心波长位于632.8 nm的宽带宽透射型滤波器.根据瑞利异常理论公式,计算得到瑞利波长所在的光谱位置,从而证明异常现象对滤波器的带宽产生了拓宽作用.为了优化宽带宽滤波器的结构参数,利用严格耦合波理论通过计算不同参数条件下的光谱,分析了结构参数和材料对于透射光谱在带宽和峰值效率方面的影响,选取其中最佳的结构参数数值和材料,得到峰值效率为90%、带宽为95 nm的透射光谱.该宽带宽透射型导模共振器件在显示和成像领域有潜在的应用价值.
导模共振 严格耦合波分析 金属线光栅 滤波器 宽带 Guided mode resonance Rigorous coupled-wave analysis Metal wire grating Filter Wide-band 
光子学报
2016, 45(4): 0423002
作者单位
摘要
聊城大学 物理科学与信息工程学院,山东省光通信科学与技术重点实验室,山东 聊城 252059
提出了一种基于史密斯-帕赛尔效应的太赫兹振荡器,该器件由电子枪、调制腔、输出腔、收集极等部分构成。在器件调制腔中,电子注的速度调制通过史密斯-帕赛尔效应完成的,当群聚电子注通过输出腔时,群聚电子注会在输出腔的间隙处激励起高频电场,该高频电场会使电子注的一部分动能转换为高频能量,并完成太赫兹振荡.模拟发现:当金属光栅的空间周期为0.6 mm、电子注能量为100 keV时,利用史密斯-帕赛尔效应调制的太赫兹振荡器可以输出频率为349.017 GHz和346.324 GHz、功率谱密度接近4 kW/GHz、最大输出峰值功率超过2 kW的太赫兹波.
物理电子学 太赫兹 粒子模拟 振荡器 史密斯-帕赛尔效应 调制 群聚 Physical electronics Terahertz Particle-in-cell simulation Oscillator Smith-Purcell effect Modulation Bunching 
光子学报
2016, 45(4): 0423003
作者单位
摘要
1 吉林大学 电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,长春 130012
2 中国科学院半导体所 材料科学重点实验室,北京 100083
利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体浓度时,为了从红外传感信号中提取一次及二次谐波信号来表征气体浓度,研发了一种基于数字信号处理器的数字正交锁相放大器.介绍正交锁相放大原理,设计谐波提取算法,给出数字正交锁相放大器的软硬件实现方案.利用配备的浓度为1%~5%的甲烷样品以及研制的锁相放大器,开展气体实验.实验结果显示,当甲烷浓度为5%时,在二次谐波对应的频率点处,测得的系统信噪比为34 dB,表明设计的锁相放大器具有较好的性能;测得的二次与一次谐波信号峰峰值的比值与气体浓度成线性关系;考虑动态配气以及气体沿管道传输的时间,检测系统的响应时间约为96~98 s;气体浓度为20 000 ppm时,测试浓度波动范围为-92 ppm ~ +118 ppm;根据Allan方差预测的系统检测下限为29.52 ppm.与模拟锁相放大器以及商用锁相放大器相比,本文研制的数字正交锁相放大器硬件结构简单、体积小、成本低、易于集成,在红外气体检测领域具有很好的应用前景.
光电子学 红外光谱学 气体检测仪 红外吸收 数字锁相放大器 谐波分析 数字信号处理器 Optoelectronics Infrared spectroscopy Gas detectors Infrared absorption Digital lock-in amplifier Harmonic analysis Digital signal processors 
光子学报
2016, 45(4): 0423004
强鹏飞 1,*李林森 1,2刘舵 1,2刘永安 1[ ... ]赵宝升 1
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生,依据不同栅控电压,分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明:拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用;当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时,能量为30 keV的电子束焦斑最小,在10 m处焦斑大小为160 mm.
空间环境 电子光学 电子光学软件 多级聚焦 栅控电子模拟源 Space enviroment Electron optics Computer simulation technology Multiple focus system Grid-controlelectron gun 
光子学报
2016, 45(4): 0423005
作者单位
摘要
1 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室,广州 510640
2 广东银禧科技股份有限公司, 广州 东莞 523000
根据白光发光二极管失效物理机制选取理想因子、结温、色坐标漂移量等参数作为输入量,利用果蝇算法自学习优化标准径向基神经网络基函数宽度,提高输出精度.研究表明,径向基神经网络模型可以成功预测白光发光二极管可靠性衰变趋势,具有较高的稳定性和鲁棒性;利用果蝇算法优化后,预测平均误差成功减少为3.1%,对未来建立以神经网络为基础的发光二极管可靠性预测模型库提供有益帮助.
可靠性分析 白光发光二极管 径向基神经网络 FOA算法 Reliability analysis White LED RBF neural network FOA algorithm 
光子学报
2016, 45(4): 0423006
李林森 1,2,*刘永安 1孔令高 3刘舵 1,2[ ... ]赵宝升 1
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
2 西安交通大学研究生院,西安 710119
3 中国科学院国家空间科学中心,北京 100190
研制一种用于热离子、紫外、X射线等多种目标源的成像探测器.该探测器输出为一张目标源的灰度图像,该图像的灰度等级及其分布对应目标源的强度分布,图像的灰度分布均匀性对应目标源的束流均匀性.以紫外光源作为目标源对探测器的性能参量进行实验测试,实验结果表明该探测器的空间分辨率优于120 μm,输出均匀性优于97%,输入输出正比性误差小于±4%.
成像探测器 热离子 紫外 灰度分析 均匀度 Imaging detector Thermionic Ultraviolet Gradation analysis Uniformity 
光子学报
2016, 45(4): 0423007
作者单位
摘要
1 南阳理工学院 电子与电气工程学院,河南 南阳 473004
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,南京 210094
为了得到铯吸附与阴极电子亲和势变化之间的定量关系,利用NEA光电阴极激活评估实验系统对GaN光电阴极进行了铯激活.根据半导体光电发射理论和双偶极层模型,通过对电子亲和势随铯覆盖度变化的实验结果进行拟合运算,得到电子亲和势与铯覆盖度之间的函数关系式.分析了铯的吸附机理,得到激活过程中铯的吸附过程与GaN材料有效电子亲和势下降之间的关系.实验表明:负电子亲和势 GaN光电阴极材料在铯激活时光电流随着铯覆盖度的增加而从本底值增为极大值,激活过程中GaN电子能量分布曲线低动能截止点的位置决定于铯的覆盖度.当铯的覆盖度从0、1/2、2/3到1个单层变化时,低动能截止点依次向左移动,当覆盖度从0增加到1个单层时,低动能截止点向左移动了约3eV的距离.研究表明,低动能截止点左移本质上是由于对电子逸出起促进作用的有效偶极子[GaN(Mg):Cs]数量的增多造成的,有效偶极子数量的增多带来了材料表面真空能级的下降.
半导体材料 负电子亲和势 双偶极层模型 光电阴极 光电流 铯吸附 Semiconductor material Negative electron affinity Double dipole layer model GaN GaN Photocathode Photocurrent Cs adsorption 
光子学报
2016, 45(4): 0425001
作者单位
摘要
中国传媒大学 理学院,北京 100024
为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.
太阳能电池 砷化镓纳米线 有限时域差分 光吸收 模拟 Solar cells GaAs nanowires Finite-difference time-domain method Optical absorption Simulation 
光子学报
2016, 45(4): 0425002