报道了不同的铜含量(Cu/(Ga+In)=0.748~0.982)对Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)薄膜微结构的影响.文章中的CIGS薄膜采用磁控溅射金属预置层后硒化的方法制备, 其X射线衍射谱(XRD)中一系列黄铜矿结构CIGS(CH-CIGS)相的衍射峰确认了CH-CIGS相的存在.对CIGS薄膜拉曼光谱的分析表明, 随着铜含量的上升, CIGS薄膜经历了CH-CIGS和有序缺陷化合物(OVC)混合相、CH-CIGS单相、CH-CIGS和CuxSe混合相三种状态.进一步的分析显示, CIGS薄膜拉曼峰的半高宽随铜含量变化, 并在Cu/(Ga+In)=0.9附近时达到最小值, 这说明此时CIGS薄膜具有更好的结晶度和更少的无序性.此外还得到了CIGS薄膜拉曼峰半高宽与铜含量的经验关系公式.这些研究表明拉曼光谱能比XRD更加灵敏地探测CIGS薄膜的微结构, 可望作为一种无损和快速测量方法, 用于对CIGS薄膜晶相和铜含量的初步估计.

太赫兹时域光谱技术能够快速、宽频带测量物质在太赫兹频段的光学或介电常数, 是物质识别的重要技术.光学常数的测量准确度完全受到复杂的测量过程和数据处理所影响.针对正入射反射式THz光谱测量, 分析了在测量材料介电特性过程中的误差来源, 它们包括太赫兹幅值误差、位置误差以及样品倾斜误差.建立了单独表征每个误差来源对于光学常数影响的不确定度分量的公式.利用MATLAB仿真了每个误差来源对于光学参数不确定度的影响.

介绍了一种基于稀疏MIMO (Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像, 每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号, 通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明, 在4 m的探测距离(光程)上, 成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm, 通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.

提出一种自适应滤波方向的光子计数激光雷达点云滤波方法, 定义了一种可调节主滤波方向的滤波核,通过遍历得到最佳滤波方向的密度值并剔除远离地物的噪声点,根据密度值与邻域内其它点的密度值差值剔除接近地物的噪声点。通过实验数据对算法进行了验证, 结果表明算法能有效剔除与地面非常接近的噪声点, 适用于低密度地物点云的滤波处理, 其中植被滤波精度91.86%, 地面点滤波精度97.89%。

单个器件输出功率不满足系统要求时, 功率合成技术是提高系统输出功率的有效方法.本文详细研究了基于薄膜电阻的波导E-T结功率分配/合成器, 最终设计了一种新型的基于薄膜电阻的波导E-T结.该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.通过合理设计薄膜电阻的长宽比, 尽量增大薄膜电阻的面积, 并且采用高导热的氮化铝陶瓷基板作为微带和薄膜电阻的介质基板, 提高了基于薄膜电阻的波导E-T结承受的功率.利用三维电磁场仿真软件HFSS对其进行了建模仿真, 加工的实物经过测试在25~34 GHz插入损耗小于0.2 dB, 回波损耗优于-15 dB, 隔离度优于10 dB.经对比, 实测结果与仿真结果吻合, 具有较好的工程应用价值.

根据最新Sentinel-1雷达系统参数及研究区地表参数特点, 采用AIEM模型进行数值模拟分析, 建立稀疏植被覆被下地表微波散射特征数据库, 并在此基础上构建干旱区土壤水分模型.结果表明, 1)不同入射角和极化方式下, 后向散射系数对土壤含水量(Mv)、组合地表粗糙度(Zs)的响应分别呈明显对数相关, VV极化对土壤水分响应更敏感, 最优响应区间范围为Mv 0~30%、Zs 0~0.06 cm.2)初探Sentinel-1雷达数据预处理方法, GammaMAP滤波去噪最优, 模型用于土壤水分空间分布信息提取与研究区同期野外实况具有良好的一致性, 符合四月渭-库地区春旱期土壤水分时空分布特征.3)对于0-10 cm表层土壤水分, 模拟值同实测值相关系数达到0.76, 即该模型对于干旱区绿洲区域尺度表层土壤水分监测具有适用性.

新型短波红外单片集成光谱传感器(MCSS)是光谱传感物联网的核心感知部件.提出了一种MCSS的波长定标方法, 根据相对光谱响应度和波长分配原则把相邻像素组成一个定标通道.分别采用MCSS和两款商用光谱仪测量标准物质的光谱.实验结果表明, 平均定标偏差为1.8 nm, 与一款具有相似FWHM和取样间隔的商用光谱仪接近, 能够满足实际应用的需要.

为探索同带泵浦掺杂Ho3+激光晶体1.2 μm波段红外激光输出, 采用掺杂浓度为1 at%的Ho3+: LLF激光晶体作为激光增益介质, 应用两种典型准三能级理论模型, 计算了Ho3+在5I6和5I8 能级间跃迁辐射1.19 μm激光的阈值功率, 分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系, 得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论, 确定了泵浦阈值功率的范围, 为后续1.2 μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.

基于弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法, 利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量, 最终使用CST软件对模型进行了仿真和验证.该系统主要由三部分组成: 一个TE01-TE01的过渡器, TE01-TE11和TE11-HE11的圆波导模式转换器.计算结果表明, 该TE01-HE11模式转换系统在24.13 GHz的频率有5%的带宽、转换效率超过了99%.计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的.

滤波器是信号传输系统中的重要组件.提出一种快速、高精度复制工艺方法, 用于设计和制备WR-10波段矩形波导滤波器.采用多层匀胶单次紫外曝光工艺(硅片上匀SU-8胶), 制备出的滤波器高度误差小于0.03%(3 μm), 陡直度误差小于1.1o.实验结果表明, 用该方法制备毫米波滤波器技术可行, 并取得了卓越的电磁性能(关于: 插入损耗, 回波损耗和带宽).最终测试结构可知, 通带内的插入损耗测得结果小于0.5 dB, 几乎可以忽略不计, 在整个通带内回拨损耗大于10 dB.结果表明, 这种快速制造技术是制备太赫兹射频器件的一种有效办法, 这种新技术将成为推动太赫兹射频器件未来发展的主要动力.

提出一种新型的W波段数字变极化目标特性测量雷达.该雷达由两子阵变极化天馈、两通道TR模块与数字处理单元构成, 采用空间波束合成任意极化发射、数字方式实现任意极化接收.通过目标实验结果表明, 该雷达能在多种极化体制下准确提取目标极化散射矩阵, 具备测量目标全极化RCS能力以及可用于目标极化特性分析与研究.

风云三号卫星MERSI影像的空间分辨率达到250 m, 不仅可以长期宏观监测海冰整体分布变化, 而且能够观测分析破碎冰块的面积、圆度等细节形态特征.从海冰光谱特征和冰块灰度分布特征出发, 给出MERSI影像提取海冰整体分布参数和冰块形态参数方法, 包括海冰识别、冰块分离提取以及海冰参数提取, 利用这些方法成功提取了2014年夏季弗拉姆海峡海冰边缘区的海冰细节信息.给出的方法可为研究分析北极海冰变化及海气相互作用提供方法支持和信息保障.

采用富碲垂直液相外延技术实现了50 mm×50 mm×3高性能碲镉汞外延材料的制备.外延工艺的样品架采用了三角柱体结构, 并设计了防衬底背面粘液的样品夹具.为保证大面积材料的均匀性, 工艺中加强了对母液温度均匀性和组分均匀性的控制, 50 mm×50 mm外延材料的组分均方差达到了0.000 4, 厚度均方差达到了0.4 μm.在批量生产技术中, 加强了对单轮次生长环境的均匀性和生长轮次之间生长条件一致性的控制, 同一轮次生长的3片材料之间的组分偏差小于0.000 4, 厚度偏差小于0.1 μm, 不同生长轮次之间材料的组分之间的波动在±0.002左右, 厚度之间的波动在±2 μm左右.工艺中对碲锌镉衬底的Zn组分、缺陷尺寸和缺陷密度也加强了控制, 以控制大面积外延材料的缺陷, 晶体双晶衍射半峰宽(FWHM)小于30弧秒, 外延材料的位错密度小于1×105 cm-2, 表面缺陷密度小于5 cm-2.外延材料经过热处理后, 汞空位型的P型Hg0.78Cd0.22Te外延材料77 K温度下的载流子浓度被控制在8 ~ 20×1015 cm-3, 空穴迁移率大于600 cm2/Vs.材料整体性能和批生产能力已能满足大规模碲镉汞红外焦平面探测器的研制需求.

报道了液氮温度下激光束诱导电流(LBIC)和I-V测试两种在HgCdTe器件中pn结结区扩展的表征方法.通过LBIC和I-V测试, 发现了p型HgCdTe材料中由B+离子注入成结和干法刻蚀成结对材料造成的损伤使得有效结区范围大于注入和刻蚀面积, 并获得n区横向扩展.同时, 通过对比, 相互印证两种方法得到的测试结果一致.

在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs).基于MOCVD外延n+-GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小, 有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外, 采用自对准工艺制备了50 nm直栅.由于器件尺寸的缩小, Vgs= 1 V下器件最大饱和电流(Ids)达到2.11 A/mm, 峰值跨导达到609 mS/mm.根据小信号测试结果, 外推得到器件的fT和最大振荡频率(fmax)分别为220 GHz和48 GHz.据我们所知, 该fT值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果.

结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明, 激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大, 并且频率接近, 从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外, 激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小, 导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术, 设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH3OH气体, 最佳工作气压30 Pa, 在波长9.69 μm、连续功率44 W的9P(36)支 CO2激光泵浦下, 实验测得在2.52 THz频点输出功率150 mW, 光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性, 并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节, 同时测量输出功率的变化情况, 讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.

红外谱段是高光谱遥感中非常有用的波段, 由于红外波段的能量小、焦平面探测器研制难、红外背景辐射大等原因, 红外谱段的高光谱成像系统并不常见, 目前仍然处于仪器发展阶段.本文介绍了一台机载热红外高光谱成像仪, 它在8.0~12.5 μm的光谱范围内可得到180个波段的光谱信息, 光谱分辨率优于44 nm, 光谱定标精度优于1 nm.仪器观测总视场14°, 空间分辨率优于1 mrad, 噪声等效温差优于0.2 K@300 K(平均).仪器于2015年5月开展了实验室辐射标定和光谱标定, 并于2015年6月在中国浙江舟山开展了飞行试验, 获取了指定区域的红外高光谱图像, 处理结果表明红外高光谱数据立方体可以有效地反演地表温度和地表辐射率, 反演的发射率曲线可以用于地物识别.

研究太赫兹时域光谱(Terahertz Time-domain Spectroscopy, THz-TDS)技术和红外光谱技术用于硫酸软骨素掺假鉴定的可行性. 将六偏磷酸钠混入鲨鱼硫酸软骨素中的样品作为掺假研究对象, 利用上述两种技术对样品进行对比研究. 研究发现, THz光谱和红外光谱谱图中六偏磷酸钠标样、鲨鱼硫酸软骨素标样与掺假(混合)样品谱线均表现出较明显的差异, 可用于鉴别鲨鱼硫酸软骨素的六偏磷酸钠掺假. 实验结果表明, 此两种技术能够鉴别的六偏磷酸钠: 鲨鱼硫酸软骨素最低质量比分别为1: 15和1: 1, THz-TDS表现出较为灵敏的检测性能; 综合考虑, THz-TDS技术可以比较好的用于鲨鱼硫酸软骨素的六偏磷酸钠掺假检测. 本工作为发展一种基于THz-TDS技术的准确、快速和无损鉴别鲨鱼硫酸软骨素掺假的新型光谱技术奠定了前期实验基础.

综述了近年来基于多种3-D打印工艺的微波直至太赫兹频段无源波导器件的发展研究现状, 并介绍了作者所在小组研制的多个基于立体光刻3-D打印工艺的滤波器(包括基于新型高Q值单模和双模球形腔体谐振器的X频段带通滤波器以及基于裂缝波导和紧凑片上结构的W频段带通滤波器).这些滤波器射频性能的测量与仿真结果吻合良好.与相同形状的铜制器件相比, 采用非金属材料的3-D打印器件的重量减轻了80%以上, 并保持了优良的射频性能.

对比红外小目标检测方法和其它目标检测方法, 由于低信噪比、低对比度、小尺寸、缺乏目标的形状和纹理信息等多种因素, 尤其是在复杂背景条件下, 红外小目标的检测会更加的困难.在实践中, 一种基于同组过滤器(Peer Group Fileter, PGF), 二维经验模式分解(Bidimensional Empirical Mode Decomposition, BEMD)和局部逆熵(Local Inverse Entropy, LIE)的新型红外小目标检测方法被提出来, 以解决前面所提到的问题.其中PGF被用来消除噪声和改善初始图像的信噪比; BEMD算法可以有效地估计背景并将背景从原始图像中移除; 而LIE的主要作用是分解本征模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF).实验结果表明, 新的方法可以有效且准确地提取小目标.