建立了自洽的考虑波导璧损耗的折叠波导等效电路模型,用来计算该慢波结构周期TE10模式中各次空间谐波的相速度,耦合阻抗和线衰减系数.分析结果将会用到220 GHz折叠波导返波管一维束波互作用模型的计算中.当微波频率上升到太赫兹波段时,粗糙波导表面电流导致的壁损将不能再忽略不计.进一步研究表明,起振电流和输出功率水平将和损耗特性的计算密切相关.从原有模型发展而来的有损电路模型可以给出更准确损耗估计.建立了折叠波导慢波线三维谐振腔模型来验证本文的等效电路理论,有较好的吻合.采用了该理论导出参数的一维束波互作用模型和三维数值PIC方法同样有很好的一致性.

利用泊松方程和连续性方程对Al2O3/GaSb p-MOSFET进行二维数值分析,研究其在高场和载流子速度饱和下的电学特性以及漏极电流的开关电流比.与实验研究相对比,沟道长度为0.75 μm的GaSb p-MOS器件获得漏极电流最大为61.2mA/mm.改变沟道长度和GaSb衬底的掺杂浓度,由于高k介质栅电容效应和低阈值电压,漏极电流变化不大.在理想条件下,该器件获得超过三个数量级的漏极开关电流比以及较低的夹断漏电流(10-15A/μm).结果表明,基于高k介质的GaSb MOSFET是III-V族p沟道器件良好的候选材料.

提出了一种新型的基于反射光栅干涉仪的低背景光谱仪,当使用工作在背景限制条件下的探测器时,降低背景噪声,有利于提高光谱仪系统的探测率,进而可提高光谱仪的信噪比.由于理想反射镜发射率为零,故其干涉仪组件无黑体辐射.因此,基于低温光源、低温探测器和光栅干涉仪的光谱仪,其探测到的背景辐射大幅降低.进而得到低背景下的探测率实现灵敏探测.理论分析表明随背景辐射的降低,背景限制条件下探测器的探测率可大幅提高.理想情况下,对工作在背景限制下的碲镉汞探测器,当由300 K的背景辐射降至77 K时,其探测率和相应光谱仪的信噪比可提高三个数量级.另外,与之前报导的低温迈克尔逊光谱仪相比,它结构紧凑且无需对干涉仪降温,易于搭建.该设计对红外灵敏探测有重要意义.

采用密度矩阵方法,考察了带强内建电场GaN-基阶梯量子阱中的线性与非线性光吸收系数.基于能量依赖的有效质量方法,在考虑了带的非抛物性情况下,推导了结构中的精确解析的电子本征态,给出了系统中简单解析的线性与非线性光吸收系数表达式.以AlN/GaN/AlxGa1-xN/AlN阶梯量子阱为例进行了数值计算.结果发现阶梯量子阱的阱宽Lw、阶梯垒宽Lb、阶梯垒的掺杂浓度x的减小将提高体系的吸收系数.而且,随着Lw,Lb和x减小,吸收光子的能量有明显的蓝移,总吸收系数的半宽度及饱和吸收强度均减小.计算获得的部分结果与最近的实验观察完全一致.

对目标RCS的研究主要包括电磁计算与基于成像的测量方法.由于受到计算机内存与运行时间的限制,电磁计算方法难以在太赫兹波段得到广泛应用.在基于图像的测量中常使用逆合成孔径雷达成像技术.后向散射算法(BP)常用于目标的反射图的重建.由于BP算法不能在图像中反映太赫兹波段目标显著的角闪烁现象,因此,使用子孔径成像技术对太赫兹目标RCS进行测量,并进行了仿真验证所提出算法的有效性.

对目标RCS的研究主要包括电磁计算与基于成像的测量方法.由于受到计算机内存与运行时间的限制,电磁计算方法难以在太赫兹波段得到广泛应用.在基于图像的测量中常使用逆合成孔径雷达成像技术.后向散射算法(BP)常用于目标的反射图的重建.由于BP算法不能在图像中反映太赫兹波段目标显著的角闪烁现象,因此,使用子孔径成像技术对太赫兹目标RCS进行测量,并进行了仿真验证所提出算法的有效性.

多晶硅太阳能电池组件以它显著的综合成本优势被广泛应用.铸锭多晶硅的晶体缺陷特征与其电池转换效率有着强烈的关联性.晶体的底部和顶部缺陷密度高,对应的电池转换效率低(14.5~15.5%)；晶体中部因为较低的缺陷密度,对应着较高的电池转换效率(16.5~17.5%).不同种类的晶体缺陷对电池效率的影响又不尽相同,比如位错等顽固性缺陷会保留至终,而间隙态金属杂质等可去除的缺陷则会在电池制备过程中得以消除.

多晶硅太阳能电池组件以它显著的综合成本优势被广泛应用.铸锭多晶硅的晶体缺陷特征与其电池转换效率有着强烈的关联性.晶体的底部和顶部缺陷密度高,对应的电池转换效率低(14.5~15.5%)；晶体中部因为较低的缺陷密度,对应着较高的电池转换效率(16.5~17.5%).不同种类的晶体缺陷对电池效率的影响又不尽相同,比如位错等顽固性缺陷会保留至终,而间隙态金属杂质等可去除的缺陷则会在电池制备过程中得以消除.

基于van-Vleck Weisskopf线型与辐射传输色散理论,结合JPL数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,形成了对宽频太赫兹辐射脉冲在大气中的吸收衰减的数值模拟能力；并对利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)所获得的透射光谱实测结果进行了对比分析, 研究了不同水汽密度对太赫兹时域脉冲幅值、相位及频谱特性的影响.研究结果表明:短距离大气传输条件下,0.1~0.5 THz频段太赫兹脉冲的最大传输速率达20 Gb/s 以上,相较于单模光纤,更具短距离通信优势.

在室温条件下,基于太赫兹时域频谱(THz-TDS)技术研究了SBN:Ce陶瓷在532 nm连续激光激发下的介电响应.在外加光场的作用下,该陶瓷的介电常数表现出良好的调制特性,介电改变量达到8.5%；同时,介电损耗增加了15%.实验结果表明,该材料折射率的变化|Δn|与外加光场强度呈现线性关系.通过建立模型,分析了SBN:Ce陶瓷的光-铁电机理,这些实验结果可以被归结为,激发的自由载流子在样品内部形成的内建电场导致的介电常数改变.探索铁电陶瓷材料在太赫兹波段的光-铁电性质对于太赫兹波调制器件的研究具有指导意义.

通过软件仿真方法分析和设计了W波段回旋行波管的输入输出耦合器、磁控注入式电子枪以及高频互作用电路,根据优化结果加工了实物并进行了热测实验.实验结果表明,电子注电压60 kV,电流6 A,在94 GHz频率获得了最大峰值功率78 kW,增益53.9 dB以及21.7%的效率,峰值功率大于50 kW带宽达到3.8 GHz.PIC粒子模拟和热测实验均表明,设计的W波段回旋行波管能够稳定的工作,从而证明周期加载高频互作用电路在抑制寄生模式以及自激振荡方面具有很大的优势.

合成孔径激光雷达(SAL)是遥感领域的研究热点.振动是SAL系统中较为突出的问题.根据之前的研究结果,SAL对垂直航向的线振动比较敏感.为了抑制振动带来的相位误差,根据差分合成孔径雷达(DSAL)实现振动抑制的原理,提出了在距离向上交错放置的两个接收镜头实现差分接收的方案,从原理上分析了这种交错结构的DSAL系统对线振动和角振动的抑制能力,并分析了角振动对抑制效果的影响.采用实测的POS数据对抑制能力进行仿真可以看到,这种交错结构对线振动和角振动有较好的抑制效果.该结论为在工程中实现SAL成像的振动抑制提供了理论基础和系统选择方案.

提出了一种基于硅基槽波导的级联多模干涉(MMI)耦合器型偏振分束器,由锥形及矩形结构MMI耦合器构成.级联结构使器件长度无需为两偏振模自镜像长度的公倍数,不仅能有效减小器件尺寸,而且提高设计灵活性.同时,利用槽波导的高双折射特性及MMI耦合器的锥形结构,可进一步缩短器件尺寸.分析结果表明,所提器件能够有效实现偏振束分离,两级MMI工作区总长度仅为42 μm,准TE与准TM模的偏振消光比分别为29.8和31.4 dB,1.55 μm波长下的插入损耗分别为0.395和0.699 dB,偏振消光比大于20 dB时光带宽为43 nm,覆盖整个C波段.最后,详细分析了器件关键参数的制造误差对器件性能的影响.

复合型金属网栅耦合输出镜是大功率光泵THz激光器的关键元器件之一,对激光器的输出功率和光束质量至关重要.研究完善了复合型金属网栅耦合输出镜的理论模型,提出反射率,透射率和损耗的计算和评估方法.设计并制作出2.52 THz波段,反射率透射率为(70%/11%)和(87%/4%)的两种耦合输出镜,对CO2泵浦激光的反射率达95 %以上.为大功率光泵THz激光器的开发提供了理论和技术支持.

利用浙江省36个县市的643个农田耕层土样的可见-近红外反射率数据以及重金属与有机质含量数据,分析了Ni、Cu、As、Hg、Zn、Cr、Cd、Pb含量与有机质含量的相关性,对比了不同重金属元素与有机质敏感波段的位置,并建立了各重金属元素含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型.研究结果表明,Ni、Cr与有机质的相关性最优,As最差,相关系数分别为0.54、0.59、0.20,各重金属元素与有机质的相关系数与它在前三个主成份载荷图中与有机质的距离成反比；不同的重金属元素与有机质高光谱敏感波段的重叠度、回归系数的正负一致性具有明显差异,与有机质相关性越高的元素,其重叠度也越高、正负一致性也越好；在所有8种重金属元素的PLSR预测模型中,Ni、Cr的建模与预测效果较好,RPD值分别为1.94、1.80,模型具有一般的定量预测能力,其余6种重金属元素预测模型的RPD值均在1.00和1.40之间,模型只具备区别高值和低值的预测能力.该研究结果为大尺度区域土壤重金属污染的高光谱遥感监测提供了一定的理论依据与参考.

天基光学传感器对空间近邻目标的像平面跟踪过程中,传统方法在单帧恒虚警检测后进行量测划分,采用的虚警率过高可能引入较多的杂波点,过低则群目标在像平面的部分信息损失.在分析空间近邻目标在像平面特征的基础上,提出一种使用马氏随机场模型进行预检测处理然后以k-均值进行量测划分的方法,仿真结果表明,相比传统方法,基于马氏随机场模型的空间近邻目标检测及量测划分准确率更高,且在信噪比较低的情况下,性能改善明显.

盐渍化土壤不仅对农业生产产生巨大的威胁,而且对生态环境也构成了巨大的破坏.本文以吉林省西部盐渍化土壤为例,将遥感信息中的偏振信息和高光谱信息相结合,通过对吉林省西部盐渍化土壤光谱特征的获取,选择合适的波段,建立普适的模型,并进行科学验证.研究表明,盐渍化土壤的偏振高光谱信息与其理化属性参数具有一定的相关关系,并具有规律性,尤其是土壤线模型,利用土壤线进行建模,可以预测土壤的盐碱化程度.

提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm InGaAs/GaAs单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.

在多源信息融合中,对不同源信息及处理结果的可信度度量是影响多源信息融合精确性的关键.针对可见光和热红外动目标检测问题,提出了基于F-BDEF的运动目标多源协同检测算法.F-BDEF即前景-背景可区分性评价因子,是一种无基准的运动分割质量评价因子,用来评价不同信息源(可见光/热红外)运动检测结果的好坏.实验表明:与现有融合检测算法比较,该算法具有较高的检测精度,能较好得解决光照突变、阴影、鬼影、低对比度夜晚场景等问题.

NPP(National Polar-orbiting Parternership)卫星于2011年10月28日发射升空,其上搭载的VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)传感器包含DNB(Day Night Band)波段,该波段采用三增益设置,可在白天、晨昏甚至夜间实现地球观测.其中,在夜间月光条件下,主要采用高增益,定标实现较为困难.以此为目的,首次提出了基于深对流云的夜间微光传感器替代定标方法.将月亮辐射模型引入到SCIATRAN中,实现了全天候的辐射传输计算,并利用该改进的辐射传输模式,通过确定深对流云光学属性、地表特性及大气廓线等的参考值,对接收大气层顶反射辐射进行敏感性试验,分析得到主要影响因子为云光学厚度COT(Cloud Optical Thickness)与有效粒子半径Re(Effective Radius),且利用固定参考值得到最大模拟误差小于5%.为了检验该替代方法的可行性,通过改进的辐射传输模式,对2012年08月~2013年01月共6个月夜间DNB数据所确定的深对流云替代目标像素进行辐射传输模拟,结果表明基于深对流云的替代定标方法效果较好,基于日变化的辐射不确定度在±10%之内,可实现对DNB夜间高增益阶段的直接辐射定标.