分析了温度、湿度、压力对预处理后尾气CO浓度测量的影响, 提出一种机动车尾气CO检测神经网络多环境因子在线修正算法, 首先采用尾气样本数据离线训练得到BP神经网络模型, 然后将实时测得的样品气温度、湿度、压力及小数吸收值代入到模型进行在线修正, 得到修正后CO浓度, 解决了NDIR传感器因环境变化所带来的测量误差影响。通过标样实验、模拟实验, 并和SEMTECH-EcoStar对比检测结果, 在样品气温度30～50 ℃、相对湿度25～40%、压力95～115 kPa、CO浓度0～0.2%范围内的最大相对偏差为4.8%。车载外场实验, 得到修正因子在0.8～1之间, 验证了方法的必要性和可靠性, 为机动车尾气的CO浓度的准确检测提供有效技术支持。

采用ICP(inductively coupled plasma etching)刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式, 研制了像元中心距为10 μm、截止波长2.6 μm的p-i-n型10 × 10元延伸波长InGaAs探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析, 显示了器件优异的暗电流特性.在室温下, -10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0.45 nA和14.7 Ω·cm2, 量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能, 与同种材料中心距30 μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性, 对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.

利用高阶Bragg光栅成功制备出GaSb基DBR激光器, 避免了复杂的制备工艺.利用标准接触曝光制备出16阶和24阶Bragg光栅以及双沟脊条波导结构.16阶Bragg光栅器件在室温下实现了SMSR高达17.5 dB 的单模激光输出.CW状态下室温最大单模输出功率超过10 mW.随着注入电流变化, 器件表现出出色的波长稳定性.在整个注入电流范围内, 器件都保持单横模工作状态.24阶Bragg光栅器件室温SMSR为22.5 dB.器件的激射波长都在2.0 μm左右.

为了提高太赫兹辐射强度, 设计了带THz扼流圈的偶极天线阵列.模拟结果表明, 增加直线阵的阵元数对平均匹配效率影响很小, 却能线性增加相干辐射强度.加入THz扼流圈可减小进入到传输线的交流分量, 进而减小共振频率的偏移, 使平均匹配效率提升了两倍.相比于网格排列的平面阵, 交错排列的阵元在垂直方向上具有更小的耦合, THz发射谱更窄.通过使用聚酰亚胺透镜代替硅透镜, 可有效提高输入电阻, 并将总效率由25%提高到35%.

提出一个混合双楔形等离子体波导, 该波导由两个楔形介质波导和一个菱形金属线组成.电介质楔形波导模式和长程表面等离子体模式的耦合使得该波导可以获得低损耗的传播和超深的亚波长的模式局域性.混合双楔形等离子体波导在得到一个532 μm的传播长度的同时可以得到一个2.9×10-3的超小的归一化模式面积或者在得到一个6.2×10-3的归一化模式面积的同时可以得到一个3028 μm的超长的传播距离.此外, 还研究了制作过程中可能存在的误差对该波导模式性质的影响.计算结果表明,该混合双楔形等离子体波导具有一定的制作容差性.

目前对于纳米尺度半导体材料的局域电导与对应载流子浓度关系的描述主要以参数拟合为主。其关系模型主要依赖人工拟合参数, 例如理想因子。所以无法从测得局域电导分布来推出载流子浓度分布。为此, 提出了一种获取量子阱中载流子浓度的模型。通过小于10 nm分辨的截面扫描分布电阻显微术, 测得了GaAs/AlGaAs量子阱(1 1 0)截面的局域电导分布。基于实验设置, 提出了只含有掺杂浓度参量的实验描述模型。通过模型, 由测得的量子阱(掺杂浓度从1016/cm3到1018/cm3)局域电导分布, 推导出了其载流子分布。相对误差在30%之内。

报道了基于绝缘体上硅材料的25通道、信道间隔200 GHz的阵列波导光栅, 分别优化了输入波导/输出波导/阵列波导间的最小间距 (Δxi/Δxo/d), 及其自由传播区和阵列波导之间边界结构 (W2/L2/L3).实验结果表明, 该阵列波导光栅的插入损耗为5~7 dB, 串扰为13~15 dB, 该阵列波导光栅的性能得到有效提升. 同时也提出了减小插损与串扰的进一步优化方案.

为了得到较低的接触电阻, 研究了帽层未掺杂的InAs/AlSb 异质结的Pd/Ti/Pt/Au合金化欧姆接触.利用传输线模型(TLM)测量了接触电阻Rc.在最佳的快速热退火条件为275 °C和20 s时, InAs/AlSb 异质结的Pd/Ti/Pt/Au接触电阻值为0.128 Ω·mm.TEM观察发现经过快速热退火后Pd已经扩散到半导体中有利于高质量欧姆接触的形成.研究表明经过Pd/Ti/Pt/Au 合金化欧姆接触后Rc有明显减小, 适用于InAs / AlSb 异质结的应用.

利用改进的小信号模型对采用100 nm InAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模, 并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度, 该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻, 在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性, 基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明：最大小信号增益为14.4 dB@92.5 GHz, 3 dB 带宽为25GHz@85-110 GHz.而且, 该放大器也表现出了良好的噪声特性, 在88 GHz处噪声系数为4.1 dB, 相关增益为13.8 dB.与同频段其他芯片相比, 该放大器单片具有宽3 dB带宽和高的单级增益.

介绍了一种可以用于频率高达110 GHz 的InP基HBT小信号模型模型参数提取方法, 并且在所提出的模型中考虑了基极馈线的趋肤效应.该方法将直接提取和优化技术相结合, 将本征参数描述为寄生电阻的系列函数进行后续优化.实验结果表明在2~110 GHz频率范围内S参数吻合很好.

研究了基于高k介质材料的阻变存储器的写入/擦除(SET/RESET)特性和物理机制. 研究发现基于NbAlO材料的阻变存储器SET/RESET电压具有较大波动性, 通过结构优化, 在Al2O3/NbAlO/Al2O3纳米薄片堆垛结构器件中获得高度稳定性的可重复的阻变特性. 基于电场调制效应, 提出了一种统一的电阻开关模型去模拟阻变存储器的SET/RESET行为, 并探讨了单层阻变薄膜的阻变存储器中由导电单元形成和湮灭的巨大随机性引起的阻变特性分布. 当在NbAlO基阻变存储器中嵌入超薄Al2O3膜后, 阻变存储器的SET/RESET电压稳定性将显著提升, 其原因在于采用堆垛结构的阻变器件中各介质层中的电场重新分布并精确可控, 因此导电细丝的导通/断裂通过电场调制作用稳定均匀地在发生在具有高电场的薄缓冲层介质层中.

利用气态源分子束外延技术在InP衬底上生长了包含InAlAs异变缓冲层的In0.83Ga0.17As外延层.使用不同生长温度方案生长的高铟InGaAs和InAlAs异变缓冲层的特性分别通过高分辨X射线衍射倒易空间图、原子力显微镜、光致发光和霍尔等测量手段进行了表征.结果表明, InAlAs异变缓冲层的生长温度越低, X射线衍射倒易空间图(004)反射面沿Qx方向的衍射峰半峰宽就越宽, 外延层和衬底之间的倾角就越大, 同时样品表面粗糙度越高.这意味着材料的缺陷增加, 弛豫不充分.对于生长在具有相同生长温度的InAlAs异变缓冲层上的In0.83Ga0.17As外延层, 采用较高的生长温度时, X射线衍射倒易空间图(004)反射面沿Qx方向的衍射峰半峰宽较小, 77 K 下有更强的光致发光, 但是表面粗糙度会有所增加.这说明生长温度提高后, 材料中的缺陷得到抑制.

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外, 粒子仿真结果表明当电子注加载27.4 kV电压和0.25 A电流时, 新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340 GHz处输出功率能达到65.8 W同时对应增益27.21 dB.因此, 曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.

设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335~350 GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360~1650 V/W, 双边带变频损耗为10.6~12.5 dB.对应估算的等效噪声功率为165~2 pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.

嵌入非对称耦合量子阱(quantum wells)的纳米薄膜经过化学腐蚀后, 在应变工程技术下卷曲成三维的管状结构, 不同管径的微管其光学特性存在不同的模式, 对应两种应变释放：单轴应变释放和双轴应变释放.为研究应变状态之间的内在联系以及影响应变状态的客观因素, 实验上用不同浓度的HF酸腐蚀液对纳米薄膜牺牲层进行腐蚀并卷曲成三维管状结构.对微管荧光光谱的测试结果显示, 微管的单轴应变释放和双轴应变释放不仅与衬底有关, 还与微管卷曲的起始状态有关, 在一定条件下两种应变可以相互转换.

为了研究液相外延碲镉汞薄膜表面缺陷形成机制, 采用光刻工艺结合化学腐蚀方法在碲锌镉衬底表面实现了网格化, 研究了碲锌镉近表面富碲沉积相与外延薄膜表面缺陷的关系.结果表明：衬底近表面富碲沉积相会导致碲镉汞薄膜表面孔洞、类针形凹陷坑缺陷以及三角形凹陷坑聚集区；在液相外延过程中, 高温碲镉汞熔液与CdZnTe衬底间的回熔作用可以减少与富碲沉积相相关的表面缺陷, 薄膜表面缺陷与衬底表面富碲沉积相的匹配度与回熔深度负相关；回熔过程以及富碲沉积相形态、深度影响HgCdTe薄膜表面缺陷形态和分布.

针对带间级联结构在长波探测上的设计应用, 采用包络函数近似下的二带模型和传输矩阵方法, 考虑电子和轻空穴耦合, 计算了带间级联结构多量子阱弛豫区的E-k关系和详细能带信息.特别优化了弛豫区结构, 在保证光生载流子在弛豫区中隧穿几率的前提下首次利用周期性量子阱结构拓展弛豫区厚度, 降低吸收区中电场强度, 抑制产生复合电流和隧穿电流, 提高器件电学性能.制备的该两级结构长波带间级联探测器10.5μm处量子效率达到了20%, 证实了弛豫区与隧穿区具有良好的光生载流子输运.器件在80 K下50%截止波长为11.5μm, 是目前所见报道中带间级联结构在80 K工作温度下所获得最长波长的红外探测器.

基于人工微结构超材料的先进理念, 设计制备工作波长可调的近红外大面积吸收器.器件制备采用纳米微球化学自组装方法制备顶层金属微结构, 该方法可制备大面积样品.实验结果显示, 吸收器在近红外波段峰值吸收率超过99%, 吸收波长可以通过结构单元几何尺寸调节.理论模拟结果不但与实验测量的数据相一致, 而且很好地阐述了器件高效光吸收的物理机理.

海面的强镜面反射导致强烈太阳耀光, 造成海面目标探测中目标丢失.针对该问题, 利用渥拉斯顿棱镜的分光特性及海面杂波的偏振特性, 设计了一种中波红外实时偏振成像系统, 经分光在同一探测器上获得两幅偏振态相互正交的目标场景偏振子图像.并通过偏振子图像计算场景偏振度, 结合目标与背景的偏振特性差异, 为准确识别目标提供依据.结果表明, 该系统能够有效抑制太阳耀光, 并能够充分利用偏振度实现目标探测.

基于一套由PROSPECT模型模拟的包含叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Car)和叶片水含量(LWC)等重要植物生理生化参数及其光谱的数据, 通过对光谱进行系列梯度的重采样和CWA分析, 详细研究了光谱分辨率对植物生理生化参数反演的影响.结果表明：(1)采用CWA能够成功提取对Cab, Car和LWC等参数敏感的特征并建立具有较高精度的反演模型；(2)随着光谱分辨率的降低, 敏感小波特征的数量、相关性以及反演精度总体均呈下降趋势, 但下降的幅度、拐点均不相同, 体现出分辨率对不同参数影响的差异性；(3)采用CWA反演建模时, 不同植物生理生化参数对光谱分辨率敏感性差异较大, LWC敏感性较低, Cab次之, Car敏感性较高.根据这一结果, 采用CWA反演Car, Cab和LWC时光谱数据在分辨率不低于8 nm, 32 nm和64 nm时能够得到较理想的结果.上述研究能够为实际中进行植被生理生化参数监测时的传感器选择提供依据.

考虑到滤波器输入波导中入射电磁波和反射电磁波的相位差, 通过CMT理论分析了不同设计情况下的工作性能, 然后优化设计了光子晶体1×3谐振腔滤波器结构.用FDTD方法研究了滤波器工作特性, 改变1×3谐振腔下侧调谐柱位置得到滤波器结构的96个不同通带峰值波长平均正规化传输率为89.6%, 相邻峰值波长平均间隔为1.25 nm、平均传输带宽为1.19 nm、谐振腔平均品质因数为1 350.2、提取的峰值波长调谐范围在1 534.04~1 653.16 nm.结果表明：该滤波器具有正规化传输率高、带宽窄、波长信号提取强度平稳等特性.其结构在密集型波分解复用 (DWDDM)系统设计、光信号传感器件设计、密集型光路集成化设计等领域具有潜在的应用价值.

利用搭建的基于光电导微探针的近场太赫兹(Terahertz, THz)系统对新鲜猪肉组织切片进行了成像检测研究, 结果发现近场THz成像可以很好地区分猪肉组织中的脂肪组织区域和肌肉组织区域, 其成像效果明显优于传统远场THz时域光谱成像系统。研究表明了基于光电导微探针的近场THz成像技术在生物样品检测方面的可行性, 展示出该技术在生物医学检测领域具有很好的应用前景。

为快速获得宏观、定量的砂岩露头孔隙度, 提出了基于高光谱的孔隙度估算新方法.采集野外露头砂岩样品并测得其孔隙度, 利用岩石薄片鉴定资料分析砂岩孔隙度的影响因素；对岩样实测光谱预处理, 探索砂岩孔隙度的光谱响应机理；考虑到光谱波段高维性和波段间多重相关性, 采用偏最小二乘方法构建孔隙度估算模型；通过变量投影重要性分析模型中重要波段.研究结果表明：基于砂岩填隙物与孔隙度的相关性以及填隙物的光谱特征, 可间接反演孔隙度；砂岩孔隙度具有良好的光谱响应；反射率能够定量估算砂岩孔隙度(全波段模型R2=0.72, RMSE=2.28, RPD=1.94)；重要波段帮助降低自变量维度, 发现孔隙度敏感波谱响应.本研究为基于高光谱图像的野外露头孔隙度表征奠定了基础.

为了提高传统交错双栅慢波结构行波管的性能, 提出了一种阶梯型交错双栅慢波结构, 并基于此新型慢波结构, 提出了新型输入输出耦合结构.在此基础上, 设计了一只工作在W波段的带状电子注阶梯型交错双栅慢波结构行波管.计算结果显示, 阶梯型交错双栅慢波结构行波管的耦合阻抗更高, 从而使行波管在更短的互作用电路长度里, 实现更高的饱和增益和互作用效率.在90~100 GHz频率范围内, 阶梯型交错双栅慢波结构的耦合阻抗大于4 Ω, 高于传统交错双栅慢波结构；W波段带状电子注行波管高频结构的反射系数(S11)小于-15 dB；并且行波管的饱和输入功率仅约为0.7 W, 可以实现最高输出功率约800 W, 相应的效率大于7.8%, 增益大于30.6 dB.

近海台风突然增强监测预报是业务和科研的重点和难点, 利用风云二号(FY-2)静止气象卫星高时空分辨率资料, 选取近20年内南海登陆台风中最具备突然增强特征的两个台风2017年天鸽(Hato)和2012年韦森特(Vicente), 综合考虑风垂直切变影响和辐射变化, 形成用于表征台风内云垂直运动信号的计算方法, 并应用于两台风近海快速增强的内动力演变机制解析.结果表明, 两台风快速增强过程表现跷跷板式的热动力过程, 云垂直上升运动的最大值向台风最核心区收拢, 促进台风组织结构调整；最核心区0~50 km内的云上升运动的持续增强, 对台风发生突然增强贡献最显著, 并伴有 1~2 h内的突变；FY-2卫星分钟级观测资料发挥了重要作用, 结果可作为对台风结构和强度演变的高频次监测新手段为台风监测预报业务和科研工作提供参考.