1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
3 江苏省纳米器件重点实验室，江苏 苏州 215123
4 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
5 苏州晶湛半导体有限公司，江苏 苏州 215000
矢量测量是表征太赫兹波段天线与准光系统波束特性的主流技术。该文介绍了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（High-electron-mobility transistor, HEMT）混频探测器的太赫兹矢量测量系统。该系统核心器件为以准光-波导为耦合方式的高灵敏度太赫兹混频探测器，在340 GHz频率外差模式下，其噪声等效功率达−113 dBm/Hz。为了抑制系统相位噪声，搭建了基于二次下变频原理的硬件电路。通过对固定位置天线的长时间测量，表明系统相位稳定度优于4°，系统最小可测功率达到119 nW。基于相干AlGaN/GaN HEMT混频探测器实现了太赫兹连续波幅度和相位分布测量，该工作为后续阵列化太赫兹矢量测量提供了基础。
矢量测量 太赫兹探测器 相干探测 高电子迁移率晶体管 氮化镓 vector measurement terahertz detector coherent detection HEMT GaN 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220278
山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
基于原子的时间/频率、 长度以及磁场、 微波电场等方面的量子精密测量近年来引起广泛关注。 里德堡原子作为微波精密测量工具, 具有可溯源性好、 空间分辨率高以及探测灵敏度高等优势。 通过室温铯里德堡原子的电磁诱导透明光谱特征分析实现了微波电场矢量空间高分辨测量。 利用铯原子蒸气池中共线的耦合光和探测光形成了6S1/2-6P3/2-51D5/2的阶梯型三能级系统, 5.365 GHz微波电场将诱导相邻里德堡态51D5/2-52P3/2的共振跃迁, 导致阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱发生Autler-Townes分裂。 通过计算光谱的分裂间隔可得到可溯源至普朗克常数的微波电场强度, 微波电场测量的空间分辨率达到1/31被测微波波长。 特别是提出一种新的微波电场极化方向测量方法, 解决了基于里德堡原子进行微波电场极化方向测量时无法分辨互补角的问题。 通过对射频识别标签的近场散射场进行矢量测量, 实现了标签角度的有效识别, 角度分辨率达到1.64°, 测量结果与有限元分析方法仿真结果吻合地很好。 该研究对于微波电场空间高分辨成像、 射频识别标签的设计和识别以及电磁兼容测试等方面具有重要价值。
里德堡原子 电磁诱导透明 矢量测量 射频识别标签 散射场 Rydberg atoms Electromagnetically induced transparency Vector field measurement Radio frequency identification tag Scattering field
针对α与高斯混合噪声下的超声波风矢量高精度、宽范围测量问题，本文提出了一种基于FLOM的双相测量方法。首先，利用FLOM算子对α与高斯混合噪声进行抑制，克服了传统的二阶矩以及高阶累计量无法在α和高斯混合噪声背景下使用的缺点。然后，将时延估计方法转化为相位估计方法，并利用参考信号的正交性，提出了一种基于FLOM的双相测量方法，消除了超声波传播过程中的幅值变化对测量精度的影响。仿真结果表明：在风速为0~70 m/s条件下，所提方法的测量精度与测量范围均高于时延估计方法；在信噪比为-10 dB的条件下，风速的均方根误差仍小于1.5 m/s，风向角的均方根误差小于2°。实测结果表明：在强风条件下，风速的均方根误差为0.104 m/s，风向角的均方根误差为0.54°。本文所提方法能在α与高斯混合噪声条件下对风矢量进行精确估计，其结果明显优于时延估计方法。
信号处理 分数低阶矩 α稳定分布噪声 相位估计 超声波风矢量测量 signal processing Fractional Lower Order Moment α stable distributed noise phase estimation wind vector measurement based on ultrasonic sensors 光学 精密工程
2021, 29(11): 2734
1 西北工业大学 动力与能源学院, 陕西 西安 710072
2 西北核技术研究院 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
针对流场二维速度矢量分布测量的需求, 提出了利用交叉标记显示的光路设置实现羟基分子标记示踪速度矢量的方法。该技术中通过将标记激光束和显示激光片交叉布置, 在激光片平面内形成交叉标记点用于流场示踪。与传统的交叉网格实现速度矢量测量的方式相比, 该方法简化了实验光路, 有利于在恶劣环境中的应用, 并且得到的标记为近似圆点, 标记位置的识别更加方便。通过对交叉标记显示产生的标记点图像的位置进行模拟识别运算, 获得了影响标记点位置识别精度的因素和规律。利用单标记点实验设置, 获得了射流火焰流场速度矢量及其浮动值, 结果显示在存在火焰OH背景干扰的情况下, 速度测量不确定度小于2.2 m/s; 利用柱面透镜阵列, 实现了3×20个标记点的速度矢量分布测量。研究结果表明了交叉标记显示方法进行分子标记速度测量的可行性。
激光诊断 速度矢量测量 羟基分子标记示踪 交叉标记显示 laser diagnostics velocity vector measurement hydroxyl tagging velocimetry crossed tagging and displaying
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200000
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数, 利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703, A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系, 频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s, 传感器稳定性噪声小于02 Hz, 流速最低检测极限值(LOD)为2.2 μm/s, 流量最低检测极限值(LOD)为18.3 nL/min。结果表明, 双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。
薄膜谐振型Lamb波传感器 消逝波 反对称模式 流速矢量测量 thin film Lamb wave resonator evanescent waves antisymmetric mode liquid flow velocity measurement
