利用GaAs肖特基平面二极管, 基于石英薄膜电路工艺, 采用场和路相结合的综合分析方法, 研制出了两个不同频率带宽的倍频器.在场软件中, 二极管非线性结采用集总端口模拟, 以提取二极管的嵌入阻抗, 设计二倍频器的无源匹配电路, 优化倍频的整体电路性能, 提取相应的S参数文件, 分析倍频器的效率.150 GHz二倍频器在149.2 GHz测得最高倍频效率7.5%, 在147.4～152 GHz效率典型值为6.0%; 180 GHz二倍频器在170 GHz测得最高倍频效率14.8%, 在150～200 GHz效率典型值为8.0%.

论证了在三能级系统中经由受激拉曼绝热过程产生太赫兹, 分析了基本模型和泵浦激光与太赫兹产生相干的三能级的理论, 并应用在横向激励二氧化碳激光光学泵浦重水分子中, 可以产生波长为385 μm的太赫兹辐射.产生的太赫兹脉冲功率表现为蒸汽压的函数, 并得到了最高太赫兹功率.该技术提供了一种鲁棒性非常好的产生太赫兹的方法.

用化学溶液沉积法, 以Al2O3为衬底在750℃温度下制备了锰钴镍铜Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4系列薄膜.制备温度低于传统烧结工艺需要的温度(1100℃).采用X射线衍射(XRD)对所制备材料的结晶性能进行测量.结果表明, 在一定范围内随着铜组分的增加, 材料的择优取向发生变化, 结晶性能提高且保持立方尖晶石单相结构.根据Scherrer方程和XRD数据计算薄膜的晶粒尺寸, Cu含量的增加导致薄膜晶粒尺寸增大.扫描电镜(SEM)图验证了制备的薄膜材料均匀致密, 无裂痕.测量材料的变温I-V特性, 计算材料在295 K下负温度电阻系数α及其活化能和特征温度, 当Cu含量低时材料的α值较大, 随着Cu组分的增加, α由-4.12%下降到-3.29%.利用椭偏光谱仪(SE), 拟合材料在近紫外-可见-近红外波段的消光系数, 并初步指认消光系数峰.

采用MOCVD生长技术在InP衬底上成功实现了晶格失配的3 μm In0.68Ga0.32As薄膜生长.通过As组分的改变, 利用张应变和压应变交替补偿的InAsxP1-x应变缓冲层结构来释放由于晶格失配所产生的应力, 在InP衬底上得到了与In0.68Ga0.32As晶格匹配的InAsxP1-x“虚拟”衬底, 通过对缓冲层厚度的优化, 使应力能够在“虚拟”衬底上完全豫弛.通过原子力显微镜(AFM)、高分辨XRD、透射电镜(TEM)和光致发光(PL)等测试分析表明, 这种释放应力的方法能够有效提高In0.68Ga0.32As外延层的晶体质量.

前期研究采用高温热处理方法, 获得了抑制位错的最佳退火条件.通过比对实验, 发现不同衬底上HgCdTe表面的CdTe钝化层在热处理过程中对位错的抑制作用各有不同.结合晶格失配应力和热应力对不同异质结构进行理论计算, 借助X射线摇摆曲线的倒易空间分析, 解释了CdTe钝化层对HgCdTe位错抑制的影响作用.

采用溶胶-凝胶法在LNO/Si衬底上制备了(Pb1-xLax)(Zr0.52Ti0.48)1-x/4O3(PLZT)多晶薄膜.XRD图谱显示, 通过600 ℃的快速热退火过程制备出了同时具有三方相和四方相的PLZT薄膜, 并且薄膜呈现(110)晶向择优生长; 拉曼图谱进一步证实了薄膜同时具有三方相和四方相; 研究样品的电滞回线发现, 随着La含量的减小, 薄膜的电滞回线不断宽化; 同时, 通过光伏效应测试得出结论, 当La含量从1%增加到6%时, 光生电压逐渐增大,并在6%时达到极大值, 当La含量进一步增加时, 光生电压反而随之减小.

通过碲镉汞阳极氧化膜和磁控溅射ZnS膜, 结合HgCdTe器件工艺, 成功制备了以阳极氧化膜和磁控溅射ZnS双层钝化膜为绝缘层的“长波弱P”型HgCdTe MIS器件.通过对器件的C-V特性实验分析, 获得了长波HgCdTe材料的阳极氧化膜/ZnS界面电学特性参数.并通过获得的界面参数, 计算了阳极氧化和ZnS的双层钝化膜的表面复合速度.并对MIS器件的变温C-V特性进行了实验和分析.

对中波红外碲镉汞雪崩光电二极管(APD)特性进行理论计算, 获得材料的能量散射因子及电离阈值能级与材料特性的相互关系, 从而计算器件的理论雪崩增益与击穿电压 通过对材料特性(组分, 外延厚度, 掺杂浓度等)的优化, 设计并生长了适合制备PIN结构红外雪崩光电二极管的碲镉汞材料, 并进行了器件验证 结果显示, 在10 V反偏电压下, 该器件电流增益可达335.

利用液相外延法制备了Hg0.77Cd0.23Te薄膜样品, 在对样品的低温磁输运测试中观察到反局域效应, 说明样品中存在较强的自旋-轨道耦合.通过Hikami-Larkin-Nagaoka(HLN)局域模型加上Drude电导模型拟合磁电导曲线, 得到了电子的退相干时间和自旋-轨道散射时间.研究结果表明, 电子的退相规律符合Nyquist退相机制.

利用超高真空扫描隧道显微镜的隧道谱实验对汞空位掺杂的液相外延P型碲镉汞材料在室温条件下进行测量,发现直接的电流-电压隧道谱对带隙预言一定程度上要受到成像偏置电压的影响.但当采用了锁相放大测量技术, 通过实验直接获取微分隧道谱(dI/dV)信号, 并利用电流-电压谱对dI/dV作归一化处理时, 最终结果则能较准确、可靠地预言材料的带隙, 表明扫描隧道谱方法作为独立于光学方法之外的另一种实验表征手段对碲镉汞能带电子结构研究的适用性.

为探讨聚合物分子的极性对其介电性质的影响, 采用太赫兹时域光谱研究了5种聚合物材料, 高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮在太赫兹波段的吸收色散性质, 并尝试采用Debye模型对实验结果进行了理论分析.研究发现, 聚合物的偶极弛豫运动随极性的增强而加剧, 导致吸收系数(α)、介电常数虚部(ε")和弛豫强度(Δε)均随之增大; 由于弛豫运动受介质阻尼的影响落后于太赫兹电场的周期性变化, 折射率(n)和介电常数实部(ε')呈现反常的色散现象, 即n和ε'随频率的增大而降低; Debye模拟结果还表明弛豫时间(τ)随偶极子尺寸的增大和分子刚性的增强而显著增大.

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了具有高深宽比的金光栅, 使用傅里叶变换红外光谱仪测得了反射谱线.测量结果显示,只在p偏振光垂直于光栅矢量方向入射条件下才存在共振反射峰, 证明了“伪表面等离子体激元波”的存在.基于严格耦合波分析理论计算了金属光栅的反射率, 研究了其作为中红外波段波长调制型表面等离子体共振传感器的可行性.数值计算表明负级次衍射光波对应的共振反射峰的移动能获得较高的波长灵敏度.对于深宽比为10的金光栅结构, +1级次和-3级次衍射光波对应的波长灵敏度分别为1600 nm/RIU和5000 nm/RIU, 品质因子分别为20 RIU-1和60 RIU-1.

运用透射式太赫兹时域光谱技术提取可区分回波样品折射率, 主要依靠测得信号的相位差计算得到.具体有两种方法: 一是利用参考脉冲和太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号, 二是利用太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号和经样品内部反射两次后的第二个透射信号.实际操作中入射光束与样品表面法线存在夹角, 该夹角不易测量, 计算时通常忽略, 这会最终引起折射率的测量误差, 且该误差与选用的折射率提取方法有关.在分析两种方法因夹角引起误差的基础上, 提出一种全新的折射率修正方法, 该方法能从理论上消除夹角引起的误差, 同时实验验证了该方法的有效性.

设计并实现了一种采用微机械制造(MEMS)技术加工的D波段矩形波导膜片滤波器.采用有限元仿真软件HFSS分析了滤波器内腔镀膜厚度、粗糙度以及感性膜片厚度对滤波器主要性能的影响.采用MEMS深刻蚀工艺(DRIE)成功加工出了滤波器主体结构.通过完成结构深刻蚀、金属电镀和键合等关键工艺, 首次制造出了D波段 MEMS波导滤波器.样品测试结果为插入损耗0.4～0.7 dB, 中心频率(140±3) GHz, 带外抑制为≥18 dB, 样品主要技术指标与设计值符合.

提出和实现了一种随机遥感图像模拟新方法, 该方法集成了PROSAIL模型、随机地物类别生成和尺度扩展机制, 实现了随机点图像模拟和随机块图像模拟.实验中定量模拟了HJ-1 CCD 传感器近红外成像光谱波段图像及具有不同平移、旋转、尺度变化影响的实验图像.利用模拟图像研究了平移、旋转、尺度变化等多种因素对近红外图像配准的影响, 通过模拟地物随机分布及尺度变化的随机块图像分析了块效应在图像配准中的作用, 并试验将随机模拟图像用于对图像配准算法进行适宜性分析.模拟实验结果表明图像块效应对图像配准处理具有重要影响.

设计并制作了一个W波段的极化器, 设计参数为金属丝直径100 μm, 间距300 μm 实测结果表明,金属丝直径和间距的均值分别为100.3 μm, 300.2 μm; 标准差为5.2 μm, 8.3 μm, 表明极化器具有较高的加工精度和良好的均匀性; 同时其表面平整度优于30 μm 另外, 测试了极化器的透射系数以及极化器作为可变衰减器时的透射系数, 测试结果与理论计算结果具有良好的一致性, 具有良好的极化性能。

为了解决传统乳腺扩散光学层析成像可靠性低的问题, 设计了一套基于多通道时间相关单光子计数的时域扩散荧光―光学层析成像系统.该系统采用32根同轴光纤均匀分布于组织体表面, 作类似X射线层析工作方式的同层扫描, 由此获得多角度下的时间分辨投影.通过测量不同仿体, 应用相应的迭代图像重建算法, 获得了可靠的重建结果.研究表明, 该系统工作可靠, 是进行乳腺肿瘤早期诊断研究的理想模式之一.

首先利用场匹配理论和传输级联矩阵建立多层介质窗的普遍分析方法, 对回旋行波管输出窗进行解析分析, 在理论分析和数值计算的基础上得到回旋行波管宽带输出窗的结构和尺寸; 然后利用三维高频分析软件HFSS进行仿真和验证.通过热分析和优化设计, 在Ka波段获得了平均功率容量达到50 kW, 反射系数小于-20 dB的带宽约为3.6 GHz的高性能新型宽带输出窗.冷测实验表明, 冷测结果与数值计算结果较为吻合.

采用Cd0.96Zn0.04Te靶, 利用射频磁控溅射制备碲锌镉薄膜, 通过改变基片温度、溅射功率和工作气压, 制得不同的碲锌镉薄膜.将制备的碲锌镉薄膜放置在高纯空气气氛中, 在473 K温度下退火.利用台阶仪、分光光度计、XRD和SEM测试设备表征, 结果表明, 通过退火和改变沉积参数, 可以制备出禁带宽度在1.45 ~2.02 eV之间调节的碲锌镉薄膜.