中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220
为了研制温度稳定性满足中高精度光纤陀螺仪中超荧光光源使用要求的掺铒光纤，采用螯合物气相沉积法制备了Al-Er共掺和Al-Ge-Er共掺两种掺铒光纤。同时对两种光纤的吸收系数和本底损耗进行了测试研究，并搭建超荧光光源测试平台，对Al-Ge-Er共掺光纤的温度稳定性进行了实验验证。结果表明，在制备光纤时通入等量的铒的螯合物，Al-Er共掺光纤具有更高的吸收系数，但本底损耗较高; 两种光纤在1530 nm的吸收系数分别为35.6 dB/m和20.0 dB/m，在1200 nm的本底损耗为31.7 dB/km和6.3 dB/km; 在-45.0 ℃~70.0 ℃变温范围内，Al-Ge-Er共掺光纤的自发辐射光谱在中心波长为1560.84 nm，10.51 nm带宽的平均波长变化约为6.52×10-7 nm/℃，该光纤可满足高精度光纤陀螺的超荧光光源使用要求。该研究为掺铒光纤的研制提供了参考。
光纤光学 掺铒光纤 气相沉积 温度特性 平均波长 fiber optics erbium-doped fiber chemical vapor deposition temperature characteristics mean wavelength
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
非偏振分光棱镜在干涉仪中引入的非线性误差将对仪器的测量精度产生不可忽视的影响，所以测量非偏振分光棱镜所引入的相移特性并探究其补偿方法是非常有意义的。基于琼斯矩阵描述偏振态的方法，设计、搭建了非偏振分光棱镜透射及反射相移的测量系统，并对反射相移进行了有效补偿，此外，还对相移的温度特性进行了实验探究。系统采用双光电探测器平衡探测的方法可以消除光源功率抖动的影响，具有探测精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。研究结果表明：非偏振分光棱镜的反射相移明显大于透射相移，将2个反射相移接近的非偏振分光棱镜进行组合后整体相移明显降低。此外，随着温度的变化，相移也会发生变化，相移的温度特性曲线中存在相移量最小的拐点，该方法有助于寻找非偏振分光棱镜的最佳工作温度。
分光棱镜 相位延迟量 相移补偿 温度特性 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712002
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
In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950~1700nm, 具有体积小、灵敏度高等特点, 在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In0.53Ga0.47As SPAD性能的重要因素, 温度越高暗计数率越大, 导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。建立了数学模型来提取器件光电性能参数, 通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响, 获得最优器件结构参数。最后, 制作了光敏面直径达到70μm的In0.53Ga0.47As SPAD芯片, 并进行了封装测试。结果显示, 70μm In0.53Ga0.47As SPAD在室温下的探测效率为14.2%, 暗计数率为88.6kHz, 噪声等效功率为3.82×10-16W·Hz-1/2, 仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。
温度特性 短波红外探测器 激光雷达 InGaAs SPAD InGaAs SPAD temperature characteristics SWIR detector lidar
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上，基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响，结果表明，温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩，从而增强其磁致折变效应。实验上，基于磁致折变效应，以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，研制了磁场传感器，结果表明，干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移，传感器的磁场灵敏度随之增加，16.7 ℃和43.5 ℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63 pm/mT和25.53 pm/mT，温度变化会影响磁场的测量精度。
传感器 磁致折变效应 掺铒光纤 温度特性 磁场传感 Mach-Zehnder干涉仪
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究。通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论。以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤进行温度为85 ℃、时间为876 h的加速老化实验,结果表明在常温环境工作5 y后铒镱共掺光纤放大器的输出功率将降低11.24%,放大的自发辐射噪声将增加4.1 dB,根据指数模型预测得到该放大器的使用寿命为7.57 y,这些结果为改善光纤放大器的输出性能和寿命预测提供了理论基础和实验依据。
光通信 光纤放大器 铒镱共掺光纤 温度特性 加速老化 功率
中国电子科技集团公团 第五十八研究所, 江苏 无锡 214035
仿真研究了300 V抗辐射功率VDMOS器件在不同缓冲层浓度、不同LET值下单粒子烧毁(SEB)效应的温度特性。结果表明, SEB的温度特性与LET值相关, LET值较小时(0.1 pC/μm), SEB电压呈正温度系数特性; LET值较大时(1 pC/μm), SEB电压呈负温度系数特性。重点分析了1 pC/μm LET时离化强度大的条件下SEB电压的碰撞电离分布和晶格温度分布, 分析发现, 功率VDMOS颈区JFET/P阱的pn结是SEB效应薄弱点, 这得到了实验结果的验证。本模型计算的结果表明, 当LET值大、器件工作温度高时, 功率VDMOS器件的单粒子烧毁风险最大。该项研究结果为抗辐射加固功率VDMOS器件的应用提供技术参考。
功率VDMOS 单粒子烧毁 温度特性 抗辐射加固 power VDMOS SEB temperature dependent behavior radiation hardened
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室, 北京 100016
3 天津大学, 天津 300072
为了探究调制光栅Y分支（MG-Y）激光器在光纤传感应用中的温度适应性, 设计并搭建了波长稳定性为0.6pm的测试系统, 分别对MG-Y激光器内外不同温度下的波长特性进行分析, 采用25℃温度下20pm间隔的查找表进行实验。结果表明当内部温度为25℃、外界温度在-20~50℃范围内以10℃步进时, 92.30%的波长漂移量在±7pm内, 内外温差±5℃范围内波长最大漂移量为3pm; 当外界温度为25℃、内部温度在25~30℃范围内以1℃步进时, 波长调谐段切换处会出现跳模现象, 调谐段内近似线性调谐, 调谐系数区间为85~115pm/℃, 证明MG-Y激光器的最佳温度应控制在内外温差±5℃范围内, 为解决温度变化造成的波长漂移问题提供了参考。
MG-Y激光器 温度特性 波长漂移 温度控制 modulated grating Y-branch laser temperature characteristics wavelength drift temperature control
1 广东电网有限责任公司电力科学研究院, 广东 广州 510080
3 河南省日立信股份有限公司, 河南 郑州 450001
六氟化硫气体在电力领域的广泛应用带来日益严峻的环保压力, 寻求可替代的新型环保绝缘气体已成为化学及电气学科领域研究的热点。 反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯[HFO-1336mzz(E)]气体因其优良的环保特性及高介电强度受到国内外的广泛关注。 开展光谱吸收特性及检测技术的研究对深化电气性能的研究意义重大。 采用自组装压强、 温度可调控多次反射长光程池, 组合傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)及真空泵等搭建实验测试系统, 通过FTIR实验及仿真模拟首先研究了HFO-1336mzz(E)气体在常温常压、 1 100~1 350 cm-1波段的红外吸收特性; 并对测试背景中可能存在的CO2和H2O进行谱线交叉干扰分析; 重点研究了压强、 温度对HFO-1336mzz(E)气体在1 100~1 350 cm-1波段红外光谱吸收特性的影响; 同时基于非分散红外(NDIR)技术对HFO-1336mzz(E)气体低浓度泄漏及高浓度混合比传感器进行了仿真测试。 结果表明: HFO-1336mzz(E)的三个强吸收峰的中心波数分别为1 152, 1 267及1 333 cm-1, 模拟仿真红外光谱与气体实测结果吻合较好; 1 333 cm-1处干燥空气背景中CO2吸收强度数量级低至10-6, 在150 nm滤波带宽内水分子峰面积积分影响因子约为1.44×10-3, 谱线交叉干扰均可忽略不计, 而痕量泄漏检测时需要湿度补偿; 选择HFO-1336mzz(E)气体在1 333及1 267 cm-1位置分别作为NDIR技术实现低浓度泄漏及高浓度混合比检测的吸收谱线切实可行; 光谱吸收系数及谱线展宽随着压强升高而增大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随压强的变化率分别为0.273和0.118 cm-1·kPa-1; 随温度的升高峰值吸收系数减小, 谱线展宽变窄, 但不同位置吸收系数变化差异较大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随温度的变化率分别为-0.105 6和-0.035 cm-1·K-1。 传感器仿真测试结果显示1 333 cm-1处5 cm光程可实现0~1 800 μL·L-1低浓度痕量泄漏测试, 1 267 cm-1位置2 mm光程可实现0~10%高浓度混合比测试。 该研究为基于红外光谱吸收原理的光学气体传感器的研制提供实验与理论依据。
反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯 红外吸收特性 温度特性 压强特性 非分散红外技术 仿真测试 Trans-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene Infrared absorption characteristics Temperature characteristic Pressure characteristic NDIR technology Simulation test 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3099
对压电式冲击波超压传感器压电集成电路(IEPE)的优点、原理及结构进行了分析与探讨, 设计了基于分立式器件的IEPE电路。对电路进行了仿真和验证试验, 得到了电路的放大倍数、幅频特性、线性度及温度特性。试验结果表明电路频响带宽大于600 kHz, 线性度约为0.4%, 全温下频响的波动程度小于4.3%, 能够满足冲击波超压传感器对IEPE电路的要求。避免了电磁干扰等因素对冲击波压力测试系统的影响, 实现了电路小型化, 简化了测试系统。对实现IEPE压电式超压传感器有实际意义。
冲击波超压 压电式压力传感器 压电集成电路(IEPE) 幅频特性 线性度 温度特性 shock wave overpressure piezoelectric pressure sensor IEPE circuit amplitude-frequency characteristic linearity temperature characteristic
