针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求，利用有限元分析法，以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真，获得了前8阶声学模态；仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影响。仿真结果表明：当谐振腔半径为3 mm时，谐振腔长度为120 mm，缓冲室的半径、长度分别为14.7 mm、60 mm是光声池特征频率在1 400 Hz附近的最佳尺寸。
光声光谱 光声池 特征频率 光声信号强度 photoacoustic spectroscopy, photoacoustic cell, ch
吴红梅 1,2,3,4王琛 5冯念 1,2,3,4文利 1,2,3,4唐涛 1,2,3,4,*
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
5 航天系统部装备部军事代表局驻成都地区军事代表室，四川 成都 610000
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倾斜校正系统 频率分割 特征频率辨识 自适应扰动抑制 tip-tilt correction system frequency splitting characteristic frequency identification adaptive disturbance suppression
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光声腔作为光声光谱检测系统的重要组成部分，其结构是影响光声光谱检测系统灵敏度的重要因素之一。考虑到光声光谱检测系统小型化、便携式的趋势，本文以圆柱形光声谐振腔为研究对象，在光声腔总长度一定的情况下，通过对光声谐振腔模型进行有限元分析，研究谐振腔与缓冲室结构布局对光声腔性能的影响。结果表明，当谐振腔长度一定时，两端缓冲室对称分布时可获得的声压信号最大；使缓冲室左右对称，保证光声腔总长度不变，改变缓冲室长度，谐振腔品质因数Q随着缓冲室的长度增加而增加；特征频率随着缓冲室长度增加先增加后减小，在Lbuff=70 mm处达到最大值2110 Hz；共振状态下声压信号在Lbuff=40 mm时达到最大值5.61×10-6 Pa。
光谱学 光声光谱 光声腔 结构布局 品质因数 特征频率 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0730003
1 西安石油大学 陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安 710065
2 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100
井下短距离声波通信技术是将近钻头传感器测量的井眼信息传输到随钻测量仪(MWD)的关键。为了探究声波载波信号在短距离钻杆中的传输特性，采用有限元法建立1.28?m长的钻杆模型，对钻杆施加频率为20?Hz，占空比为50%的激振载荷，模拟计算钻杆径向接收点响应和钻杆结构的特征频率，并分析声波在短距离钻杆中的传输特性。结果表明，当钻杆在初始条件下受到激振载荷作用时，钻杆接收点的声波信号整体具有一条呈指数形式衰减的包络曲线，其内部为幅值逐渐衰减的余弦周期信号，并最终稳定在新的平衡位置；当钻杆继续受载荷作用后，声波信号会在之前稳态的基础上继续衰减，最终逐渐衰减并稳定在初始状态，仿真结果及理论分析与实验结果吻合良好，为声波在多钻杆中传输的仿真提供基础模型。
声波传输 短距离钻杆 有限元分析 特征频率 acoustic transmission short distance drill pipe finite element analysis characteristic frequency 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 1086
1 中国科学院 声学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为提高微机电系统(MEMS)压电指向性传声器的声压灵敏度, 该文采用有限元法对一种MEMS压电指向性传声器进行了仿真与性能优化。对于该压电指向性传声器结构的声压灵敏度随压电层材料种类、厚度及长度的变化进行了研究, 优化了结构参数, 提高了器件的灵敏度及信噪比。结果表明, 当硅梁厚为10 μm, 压电层厚为6.3 μm时, 器件灵敏度达到最大, 较先前结构提高了约14 dB。
有限元方法 微机电系统(MEMS)压电指向性传声器 压电结构 灵敏度 特征频率 finite element method micro-electro-mechanical system(MEMS) piezoelectri piezoelectric structure sensitivity characteristic frequency
1 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管（HPT）光响应特性的影响.光窗口位于发射区时，HPTs吸收路径长，会产生较多的光生载流子，在发射结界面产生较大的发射结光生电压，有利于发射结的电子注入，因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm，集电极电压为2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时，在较大的入射光功率下，HPTs吸收区的光生载流子密度大，光生空穴发生快速驰豫的可能性增加，一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制，提高了光特征频率.当入射光波长650 nm，集电极电压2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/Si HPTs，当光窗口面积从3 μm×10 μm到50 μm×10 μm逐渐增加时，电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大；同时发射结和集电结的结电容也随之增大，RC延迟时间增长，光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高，但随着面积的增加，光增益·光特征频率优值提高的速率变慢，并有逐渐趋于饱和的趋势.
异质结光电晶体管 光窗口位置 光窗口面积 光增益 光特征频率 Heterojunction phototransistor Optical window position Optical window area Optical gain Optical characteristic frequency
1 北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度，设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法，分析渐变耦合脊波导的光传输模式，优化后波导宽度和波导长度分别为2.6 μm和250 μm，可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直，分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度，器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W，饱和输出光电流为90 mA，最高特征频率达到87 GHz，其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大，获得饱和电流时的光功率也比较大，因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.
异质结光敏晶体管 单载流子传输 光束传播法 响应度 光学特征频率 Heterojunction phototransistor Gradual coupled ridge waveguide Beam propagation method Responsivity Optical characteristic frequency 光子学报
2019, 48(12): 1248002
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏南京 210094
2 成都精密光学工程研究中心, 四川成都 610041
针对飞切法加工的玻璃元件面形的评价, 研究了小波变换在光学表面低频段和中频段误差的分析方法。采用小波分解变换方法将波前信号的多频率成分分离, 选取小波基 bior2.8, 有效地提取出元件的面形信息, 同时将所需的中频段信息与占主成分的低频信息分离, 得到中频段的特征频率为 0.18 mm.1。该方法避免了频域滤波法所导致的幅频特性失真的问题, 且可以更好地分析波前信号的细节和频率特性。
飞切法 波前评价 小波变换 特征频率 fly-cutting wavefront quality wavelet transform characteristic frequency
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对相位敏感光时域反射计(ΦOTDR)分布式光纤扰动传感系统中激光器的频率漂移严重影响系统定位准确度的问题, 提出了一种新的基于频谱分析的定位算法。该算法将采集的散射曲线数据进行傅里叶变换, 然后选择特征频率区间进行功率谱累加得出定位结果, 可以有效抑制激光器频漂引起的定位误差。最后搭建了长度为8km的样机进行定位算法的测试, 系统的信噪比得到了改善, 定位准确性提高, 验证了算法的有效性。
激光器频率漂移 定位算法 频谱分析 特征频率区间 laser frequency drift ΦOTDR ΦOTDR localization algorithm spectrum analysis characteristic frequency range
北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制, 并将其作为基极电流的一部分, 引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型, 研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明, 在同样入射光功率下, 存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值, 最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8 μm2)条件下, 随着输入光功率的增加, 光特征频率先增大后减小, 在280 μW时达到最高值150 GHz, 光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加, 在入射光功率750 μW时达到饱和, 饱和增益为82 dB.
小信号等效电路模型 单载流子传输 光敏晶体管 光特征频率 光短路电流增益 Small signal equivalent model Uni-travelling carrier Phototransistor Optical characteristic frequency Gain of optical generated 光子学报
2017, 46(11): 1125004
