1 集美大学轮机工程学院，福建 厦门 361021山东交通学院船舶与港口工程学院，山东 威海 264209
2 上海海洋大学工程学院，上海 201306
3 浙江省海岸带环境与资源研究重点实验室，西湖大学，杭州 310030
4 烟台铁中宝钢铁加工有限公司，山东 烟台 264006
5 山东交通学院船舶与港口工程学院，山东 威海 264209
固体浮力材料具有密度低和抗压强度高等性能，是载人/无人深潜器一种重要材料。固体浮力材料在高压下空心玻璃微珠会逐步发生破坏，导致吸水率增加，从而降低潜水器的正浮力，进而影响到载人/无人深潜器的安全性和使用性。浮力材料的吸水率与应力之间存在耦合关系，对浮力材料吸水率的计算造成了困难。本研究以同心球壳单胞为研究对象，通过添加子程序，采用有限元数值分析吸水过程。研究了不同厚度点、不同时间时浮力材料的体应力、吸水率、吸水扩散系数的分布、变化和相互关系；发现吸水率与体应力、扩算系数与体应力存在线性关系。将有限元分析结果与实验数据进行比较，有限元计算结果与实验数据吻合较好，验证了简化模型的有效性。文章可为全海深固体浮力材料设计和应用提供理论指导。
浮力材料 扩散系数 吸水率 体应力 有限元分析 buoyancy materials diffusion coefficient water absorption rate bulk stress finite element analysis
1 季华实验室，广东佛山528200
2 中国人民解放军96035部队，吉林吉林13101
3 中国科学院大学北京100049
随着量子保密通信网络及产业化发展，轻小型化接收望远镜满足量子跟踪仪规模化和便携式的多应用场景需求。对满足接收望远镜的技术体制进行了对比分析，确定了RC+小像元+量子模块的光学系统形式，采用小F数+微小像元的技术体制。设计了全铝一体化结构的φ280量子跟踪仪接收望远镜，F5的RC望远镜采用RSA-6061微晶铝合金作为反射镜的结构材料，配合一体化硬铝合金高刚性结构，静力学（重力变形和温度变形）仿真分析结果满足近衍射极限成像和高效率量子接收要求，动力学仿真分析结果表明，一阶模态为91 Hz，具有足够高的动态刚度和安全冗余。集成测试结果表明：望远镜的中心视场波像差RMS为λ/14.7，5个视场系统波像差均优于λ/12.7，可以确保近衍射极限高质量信标成像，奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.15；HV+-四个偏振态的平均偏振对比度为454，全系统效率为51.93%，可以高质量接收量子密钥；-25 ℃和+30 ℃外场恒星成像实验验证了系统可以稳定、高质量提取质心用于脱靶量闭环；与“墨子号”星地量子密钥分发实验成码为92.9 kb，误码率为1.18%，能够实现高效率量子接收。
量子通信 轻小型 量子跟踪仪 高刚性 量子密钥分发 quantum communication lightweight and miniaturized quantum tracker high rigidity quantum key distribution 光学 精密工程
2023, 31(23): 3426
1 河南师范大学电子电气工程学院, 河南 新乡 453007
2 河南省光电传感集成应用重点实验室, 河南 新乡 453007
3 河南省电磁波工程院士工作站, 河南 新乡 453007
4 河南省增材智能制造工程实验室, 河南 新乡 453007
为了提高偏振分束器的消光比，提出了一种由混合等离子体水平狭缝波导(HSW)和氮化硅混合垂直狭缝波导(VSW)组成的双槽超紧凑偏振分束器(PBS)。同时，包层材料为二氧化硅，既能防止混合等离子体氧化，又便于与其他器件集成。采用有限元方法仿真HSW和VSW的模态特性。HSW和VSW波导在特定的宽度下TE偏振模式是满足相位匹配的，而TM偏振模式相位不匹配。因此，HSW波导中的TE模式与VSW波导发生强耦合，而TM模式直接通过HSW波导。结果表明：在1.55 μm的TE模式下，PBS的消光比(ER)为35.1 dB，插入损耗(IL)为0.34 dB，在TM模式下，PBS的ER和IL分别为40.9 dB和2.65 dB。所设计的PBS有100 nm的工作带宽，具有高ER，低IL的特点，适用于光子集成电路(PICs)。
光子集成电路 偏振分束器 双槽波导 photonic integrated circuits polarization beam splitter slot waveguides. 张傲翔 1任炳阳 2王芳 1,3,4,5,*刘俊杰 1,3,5刘玉怀 1,3,4,5,**
1 郑州大学电气与信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心，河南省电子材料与系统国际联合实验室，河南 郑州 450001
2 郑州大学计算机与人工智能学院，河南 郑州 450001
3 郑州大学智能传感器研究院，河南 郑州 450001
4 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
5 郑州大学产业技术研究院有限公司，河南 郑州 450001
为了提升深紫外激光二极管（DUV LDs）的载流子注入效率，优化其工作性能，提出了阶梯型超晶格（SSL）电子阻挡层（EBL）和楔形（WS）空穴阻挡层（HBL）结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格（RSL）EBL和塔形（TS）HBL以及SSL EBL和WS HBL的DUV LDs。仿真结果表明，SSL EBL和WS HBL更有效地增加了量子阱（QWs）中的载流子注入，减少了非有源区的载流子泄漏，提高了辐射复合率，降低了阈值电压和阈值电流，提高了DUV LDs的输出功率和电光转换效率。
激光器 深紫外激光二极管 AlGaN 阶梯型超晶格 阻挡层 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525001
1 郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心，河南 郑州 450001
2 郑州大学传感器研究院，河南 郑州 450001
3 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
4 郑州大学产业技术研究院有限公司，河南 郑州 450001
本文提出利用双凹波导层来改善深紫外（DUV）激光二极管（LDs）的辐射复合特性。利用Crosslight软件对四种不同的波导层结构进行了仿真研究。结果表明，双凹下波导层的引入提高了空穴的有效势垒高度，有效地抑制了空穴从多量子阱（MQW）区的泄漏，增加了MQW区载流子的浓度。优化后的结构辐射复合率显著提升，具有更好的P-I特性和光学约束因子，为提高DUV LDs的性能提供了一个有效的解决方案。
激光器与激光光学 深紫外激光二极管 AlGaN 上波导层 下波导层 辐射复合速率 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514007
1 郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心，河南 郑州 450001
2 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
3 郑州大学产业技术研究院有限公司，河南 郑州 450001
为了优化深紫外激光二极管（DUV-LD）的电光转换效率与输出功率，提出了单调组分渐变空穴存储层（MCG-HRL）和对称组分渐变空穴阻挡层（SCG-HBL）结构。使用Crosslight软件对采用基础结构、矩形空穴存储层（R-HRL）、MCG-HRL以及MCG-HRL和SCG-HBL的DUV-LD进行了仿真研究。结果表明，采用MCG-HRL 和SCG-HBL能够更加有效地提升DUV-LD量子阱（QWs）内的空穴浓度，减少n型区的空穴泄露，增加QWs内的辐射复合率，降低其阈值电压与电阻，提升其电光转换效率与输出功率。
光学器件 激光技术 深紫外激光二极管 AlGaN 空穴存储层 空穴阻挡层 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0723001
河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453000
针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题, 提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里－珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源, 由直流电源直接驱动, 经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈; 利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调, 将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明: 当臂长差分别为0.45、0.40 m时, 灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。
半导体激光器 光纤迈克尔逊干涉仪 多纵模激光拍频解调技术 温度传感 semiconductor laser optical fiber Michelson interferometer multi-longitudinal mode laser beat frequency demod temperature sensing
1 郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究 中心, 河南 郑州 450001
2 郑州唯独电子科技有限公司, 河南 郑州 450001
3 郑州大学产业技术研究院有限公司, 河南 郑州 450001
为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在有源区的电子泄露, 提出了一种阱式阶梯电子阻挡层 (EBL) 结构。利用 Crosslight 软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究, 详细对比分析了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P－I 以及 V－I 特性等, 结果表明阱式阶梯 EBL 对电子的泄露抑制效果最好, 从而使得器件的光学和电学性能得到优化。
激光技术 深紫外激光二极管 阱式阶梯电子阻挡层 电子泄露 laser techniques deep ultraviolet laser diode AlGaN AlGaN well-type ladder electron barrier electron leakage
1 南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
2 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
3 南京市产品质量监督检验院, 江苏 南京 210019
研究了质保期内, 六种常见抗生素类药物（氧氟沙星胶囊、 氧氟沙星片、 诺氟沙星胶囊、 阿奇霉素片、 罗红霉素片和盐酸左氧氟沙星片）, 三种治疗COVID-19抗病毒药物（利巴韦林片、 盐酸阿比多尔片和磷酸氯喹片）和一种祛痰类药物（盐酸氨溴索片）的远红外（1～10 THz）和中红外（400～4 000 cm-1）光谱。 模拟了车载等高温环境（65 ℃）对药物结构和晶型的影响, 并将其反馈到红外光谱的变化上。 经过两个多月连续不间断的实验发现, 除盐酸氨溴索片中间可能发生了药物晶型的改变, 其他药品结构和晶型均几乎未发生任何改变。 胶囊类药物长期处于高温环境下, 表皮变脆, 容易破裂, 但内部药物的药效几乎未变。 以氟喹诺酮类抗生素（氧氟沙星和诺氟沙星）为例, 结合密度泛函理论（DFT）, 借助势能分布（PED）方法, 利用Crystal14和Gaussian16软件分别以两种抗生素的单分子、 多聚体和晶体构型为基础, 选择B3LYP/6-311++G(d, p)基组计算其理论红外光谱, 得到了所有特征峰对应的振动模式及其贡献率, 实现了对实验光谱的精确指认。 研究发现: 从单体到多聚体再到晶体, 晶格间的堆积力（π—π作用等）占分子间作用比例最大, 超过90%。 所以, 只有以考虑了周期性边界条件的晶体为初始构型进行理论计算, 更加贴合实验结果。 远红外波段的振动模式主要源自分子的集体振动（其中, 振动占比99%以上, 转动和平动占比小于1%）, 分子间氢键和范德华力引起的面外弯曲振动贡献最大, 超过90%。 中红外波段, 也存在一定比例的分子间相互作用, 如: 诺氟沙星在1 440 cm-1以及氧氟沙星在1 524 cm-1处的峰只在以晶体为构型的理论光谱中重现, 分别来自晶体中分子的集体振动以及O—H…O键的伸缩振动。
红外光谱 药物 温度特性 密度泛函理论 振动模式 Infrared spectrum Drugs Temperature characteristics Density functional theory Vibrational modes 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3719
