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王龙, 汪刘应, 刘顾, 葛超群, 王滨, 许可俊, 王文豪, 胡灵杰
2024,43(2):143-149, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.001
Abstract:
为了解决光学材料多功能耦合与集成的光谱诉求及其材料设计冲突难题，本文提出一种基于［TiAlN/Ag］2/TiAlN序构复合薄膜开展可见光透射诱导与红外辐射抑制的协同设计方法，诠释序构薄膜材料多功能耦合的新原理与新机制，并对其光学兼容性能测试表征。研究表明，构筑的［TiAlN（厚度30 nm）/Ag（厚度15 nm）］2/TiAlN（厚度30 nm）序构复合薄膜具备带通状选择性透射与中远红外低辐射的光学特性，可较好实现透视、遮阳、低辐射控温与红外隐身多功能兼容效果，在军用车辆、绿色建筑等特种玻璃的辐射控温与红外隐身领域有应用潜力。
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段嘉欣, 江林, 郑国彬, 丁长春, 黄敬国, 刘奕, 高艳卿, 周炜, 黄志明
2024,43(2):150-157, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.002
Abstract:
具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性，以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了
下可见-近红外波段二氧化钒材料的椭偏参数，利用Gaussian、Lorentz模型获取了薄膜在相变前的光学性质，结合Drude模型拟合获取了材料在相变后的光学特性，获取了材料在300~1 700 nm之间的变温折射率和消光系数等参数。变功率下1 550 nm红外激光透射率的实验测试研究表明，VO2薄膜样品的相变阈值功率为12 W/cm2，相变前后透射率由51%减小到15%~17%，开关率69%。 - 1
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宋梁, 贺钰雯, 王浩淼, 周坤, 杜维川, 李弋, 何林安, 胡耀, 张亮, 高平宽, 王欣阳, 高松信, 唐淳
2024,43(2):158-165, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.003
Abstract:
基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型，通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算，脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大，类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式；而随着脊型波导的高度增加，快轴高阶模式被截断，类TE00模式的限制因子逐渐增加至与类TM00模式相近，慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制，理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面，利用量子阱材料的增益偏振特性，通过脊型高度与宽度的设计，制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。
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2024,43(2):166-172, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.004
Abstract:
高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XBnn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料，并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明，两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明，相较于nBn器件，在室温和反向偏压400 mV的工作条件下，直径90 μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2，说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明，pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外，根据探测器的电容测试结果，可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区，nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明，直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz，对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz，响应速度提升了29.7%，初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。
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沈川, 张竞, 杨辽, 郭慧君, 谢浩, 周梅华, 陈路, 何力
2024,43(2):173-177, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.005
Abstract:
本文对中波红外PIN结构的碲镉汞（HgCdTe）雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟，采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征，评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现，现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好，拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7 μs，可达到原生材料SRH寿命的相当水平，满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时，我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础，对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟，获得理论最优的暗电流密度8.7×10-10 A/cm2。
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朱远宇, 关学昱, 余沛其, 刘清权, 贾奇祥, 吴杰, 李辰璐, 李志锋, 王少伟
2024,43(2):178-185, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.006
Abstract:
光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术，它不仅提高了目标的信息获取量，还降低了背景噪声，可以捕获目标细节，检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件，该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消光比，并且光谱和偏振可以灵活调控。本文设计了一种光谱偏振同时分光器，可同时获得4个光谱通道的斯托克斯参数。仿真结果表明，其光谱分辨率为217，偏振消光比为
。实验结果表明，亚波长光栅的偏振消光比大于500，透射率为90%。全介质F-P滤光片的光谱分辨率为30，在长波红外波段的透射率为60%。该设计方法具有通用性，可用于可见光、红外甚至太赫兹等波段。得益于这些优点，器件在微型偏振光谱仪和全斯托克斯偏振检测等领域有很大的应用潜力。 -
2024,43(2):186-190, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.007
Abstract:
本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管（GaAs pHEMT）工艺，研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路，能够提供宽带射频接地，减小了级间串扰，利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示，最大增益在108 GHz处达到20.4 dB，在66~112.5 GHz范围内，小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处，实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。
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2024,43(2):191-198, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.008
Abstract:
提出了由“田”字型狄拉克半金属（BDS）谐振器和钛酸锶（STO）组成的双调谐“完美”超材料吸波体并进行数值仿真。结果表明：当BDS费米能量为40 meV、STO温度为400 K时，吸波体在2.613 1 THz处吸收率达到了99%。同时，当BDS费米能量和STO温度改变时，可实现吸波体吸收频率和吸收率大小的动态双调谐。此外，分别利用了耦合模理论（CMT）和等效电路模型（ECM）从理论上分析了吸波体的性能。最后，进一步讨论了模型各参数改变时，吸波体吸收光谱的变化规律。这为双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。
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袁静, 景冠军, 王建超, 汪柳, 高润华, 张一川, 姚毅旭, 魏珂, 李艳奎, 陈晓娟
2024,43(2):199-205, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.009
Abstract:
文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）原位生长SiNx栅介质，成功制备了高性能的SiNx/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。深能级瞬态谱（DLTS）技术测试SiNx/AlN的界面信息，显示其缺陷能级深度为0.236 eV，俘获截面为3.06×10-19 cm-2，提取的界面态密度为1010~1012 cm-2eV-1，表明MOCVD原位生长的SiNx可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压（Vgs）下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流，峰值跨导为506 mS/mm，最大电流截止频率（fT）和最大功率截止频率（fMAX）分别达到了65 GHz和123 GHz，40 GHz下的最小噪声系数（NFmin）为1.07 dB，增益为 9.93 dB。Vds = 6 V时对器件进行双音测试，器件的三阶交调输出功率（OIP3）为32.6 dBm，OIP3/Pdc达到11.2 dB。得益于高质量的SiNx/AlN界面，SiNx/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度，在毫米波领域具有一定的应用潜力。
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2024,43(2):206-213, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.010
Abstract:
利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）测试了对羟基肉桂酸（PCA）、反式-2-羟基肉桂酸（OCA）和4-氟肉桂酸（4-FCA）三种肉桂酸的衍生物（CADs）在0.5~3.5 THz范围内的吸收峰。基于密度泛函理论（DFT），借助振动模式自动关联判定方法（VMARD）对三种样品THz吸收峰的来源进行了指认。最后采用分子力场能量分解法（EDA-FF）分析了分子体系的弱相互作用力形式，通过VMD绘制原子着色图进行了可视化分析，并研究了其原子在分子体系中对弱相互作用力的贡献类型和强弱。研究结果表明，基于THz-TDS、DFT与VMARD、EDA-FF方法结合不但能有效地辨别同分异构体及结构近似的有机分子，而且也能为其生化功能揭示提供有价值的参考数据。
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2024,43(2):214-224, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.011
Abstract:
1.27 μm波段O2（a1?g）气辉的辐射强度高、自吸收效应弱，是反演临近空间大气温度的理想目标源。基于O2分子气辉光谱理论以及“剥洋葱”算法，利用扫描成像大气吸收光谱仪（SCIAMACHY）的近红外临边观测数据，成功反演50~100 km区域的大气温度廓线。与SABER、ACE-FTS及激光雷达的观测结果对比表明，在55~85 km的切线高度范围内温度测量误差优于±10 K，而在55 km以下与85 km以上空间区域，由于受到自吸收效应、大气散射以及OH气辉的光谱污染等干扰，温度反演结果出现显著偏差。
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2024,43(2):225-233, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.012
Abstract:
只有基于准确的地表温度反演算法计算出的产品数据，才能正确推广使用。研究基于Landsat-8、Landsat-9和气象站数据，对比了5种常用地表温度反演算法的结果，并对不同算法的反演结果和参数灵敏度进行了测试。结果表明：基于地表比辐射率参数计算的辐射传输方程和单通道算法反演结果与地面实测数据吻合较好。基于大气水汽参数计算的单窗算法和劈窗算法的反演结果均高于实测温度。基于平均温度参数计算的单窗算法反演精度误差较大。此外，比较了两种遥感数据在不同地物上反演温度的一致性。研究结果可为地表温度反演和产品选择提供参考。
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2024,43(2):234-240, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.013
Abstract:
船舶等海面目标的探测对于海面管理、国防安全、搜索救援等领域有着重要意义。星载红外遥感覆盖范围广，是实现船舶目标广域探测的有效手段。受太阳天顶角昼夜循环的影响，船舶与海面的温差周期性变化，导致海面船舶探测场景存在一天两次的热交叉时期，此时使用单一探测谱段难以满足船舶目标全天时探测需求。文章以中纬度夏季和冬季海面环境为例，建立海面船舶探测场景的24小时红外辐射特征，提出多谱段优选组合方案，通过3.50~4.10 μm和10.25~10.75 μm双探测谱段探测实现信噪比优于16.52（夏季）和17.64（冬季）的昼夜连续观测。所提出的双谱段探测方法为实现广域全天时海面目标探测应用提供了技术支撑。
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谭崇涛, 于文博, 向雨琰, 李少辉, 余婧, 王倩莹, 李松
2024,43(2):241-253, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.014
Abstract:
星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势，但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力，需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率，因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。本文提出一种粗精结合的快速去噪算法，首先基于激光器发射脉宽、系统噪声率、目标特性以及接收光子事件的局部密度信息进行粗去噪，剔除部分噪声光子；再利用直方图统计，对保留的光子事件进行精去噪，确定信号光子区间及最终的信号光子及其时间信息。通过蒙特卡洛仿真和ICESat-2实测数据对算法进行验证，测试结果表明，本算法查全率大于94%、查准率大于93%、调和平均值大于94%，运行效率提高了10%。算法可以实现光子事件的快速实时去噪，为星上硬件实时去噪处理提供了理论基础。
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林再平, 罗伊杭, 李博扬, 凌强, 郑晴, 杨晶贻, 刘丽, 吴京
2024,43(2):254-260, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.015
Abstract:
红外图像去噪在军事及民用领域应用广泛。现有基于深度学习的图像去噪方法主要为可见光图像设计，此类方法容易过度平滑图像细节，从而导致弱小目标丢失，为后续的检测任务带来困难。为了在去除噪声的同时保留好红外图像中的目标信息，本文提出了一种基于梯度可感知通道注意力模块的红外弱小目标检测前去噪网络。该网络首先采用编码器-解码器结构来去除图像中的加性噪声，然后通过梯度可感知通道注意力模块对图像高频区域进行自适应增强，有效保持红外弱小目标的响应强度。此外，本文提出了领域第一个包含3 981张含噪声的红外图像数据集。实验结果表明，该网络能够在有效去除加性噪声的同时避免过度平滑，很好地保留了红外图像中的目标信息，最终实现了在含噪声环境下的高鲁棒性红外弱小目标检测。
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2024,43(2):261-268, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.016
Abstract:
大气介质是红外光学的重要传播媒介，也是影响红外动态信号检测与追踪的复杂背景。与固、液态介质相对稳定的性质相比，大气介质具有动态复杂性与长期不可预测性，阻碍了将其他领域成功的波动技术（如弹性波成像与反演、量子场波函数等）引入大气电磁波场，故传统经典物理学理论无法精确刻画此类复杂系统问题。但自然界此类场中产生的无序性与随机性通常可用分形的概念来阐述。利用风云4A气象卫星记录的红外云图，以水汽-二氧化碳波段的红外辐射波场为例，选取云图上任一无规时间序列，计算分形维度为分数与最大Lyapunov指数为正，初步判断大气介质红外辐射场具有混沌特征，也证明红外辐射场的动力学行为是有限自由度控制的动态非线性不规则行为。根据排列熵参数取值范围（0.87，0.92）趋于1判定，风云4A涵盖0.45~13.8
波段的全红外数据显示强混沌性，且混沌强度分布具有空间不均匀性。本项工作既为利用混沌特性来研究动目标及背景杂波动态演化机理、捕捉时敏微扰信号以及对水陆空红外辐射场进行中长期非线性预测等提供了理论前提；也为建立大气红外辐射场的非保守耗散方程，刻画传输介质特性以及研究宏观与微观传播机理等基本问题奠定了实验基础。 -
2024,43(2):269-276, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.017
Abstract:
低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路（ROIC）提出了低噪声的设计要求。相关双采样（CDS）是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS，可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15 μm 像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS（AICDS），所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔，噪声电子数可以由39 e-减少到18.3 e-。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能，因此可以广泛应用。
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杨斌, 刘志凌, 韩磊, 李智伟, 王振, 安一峰, 黄志锋
2024,43(2):277-285, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.018
Abstract:
本文为揭示喷淋水膜对固体表面的红外辐射抑制机理并建立准确的红外辐射计算方法，开展了水膜对固体表面红外辐射影响规律的理论和实验研究，表明在8~12 μm波段，水膜厚度大于100 μm时，覆盖水膜固体表面的红外辐射特征主要取决于水膜的红外辐射。建立了覆盖水膜固体表面的红外辐射传输模型，对文献中常用计算方法的结果精度进行了分析。采用水膜自由表面温度计算红外辐射误差小于0.3%，而采用固体表面温度计算红外辐射最大误差达8.32%。
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2024,43(2):286-292, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.019
Abstract:
高图像质量对于空间细胞实验至关重要，因为需要具备远程清晰监控的能力来把握实验进程和方向。然而，在空间实验中，由于空间限制和环境因素的影响，成像设备在一些性能方面受到比较强的约束，这直接影响了成像质量和对培养目标的观察。地面的分析需要对图像进行特征提取和计数等任务，但光照不均会严重影响分割效果。为此，本文提出了一种名为STAR-ADF的方法，实验结果证明该方法能够有效去除噪声、均衡光照，增强评价指标较原图提升了12.5%，并具有一定的鲁棒性。
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2024年第43卷第2期
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外光谱与光谱分析
遥感技术与应用
红外及光电技术与应用
图像处理及软件仿真
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封瑞泽, 曹书睿, 冯识谕, 周福贵, 刘同, 苏永波, 金智
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本文设计并制作了fT > 400 GHz的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As 铟磷高电子迁移率晶体管（InP HEMT）。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm，栅宽为2 × 50 μm。最大漏极电流IDS.max为957 mA/mm，最大跨导gm.max为1265 mS/mm。即使在相对较小的VDS = 0.7 V下，电流增益截止频率fT达到了441 GHz，最大振荡频率fmax达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。
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姚前, 许华, 樊程, 李莉, 王思恒, 郑杨, 徐文斌, 侯伟真, 徐敬海, 庄齐枫, 周鹏, 张灏, 陈震霆, 李正强
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
作为可见光-近红外和热红外的连接谱段，中红外（MIR）兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性，对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前，MIR谱段辐射传输（RT）计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此，提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型（MM），对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析，得到影响RT的关键参数，据此形成一套基于MM的参数简化方案（SS）。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处，对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证，RMSE均小于0.004399，具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度，不需要输入气溶胶、CO2和O3数据。相比MM，SS将输入参数从8类降低到5类，计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下，本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。
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DOI:
Abstract:
章提出了一种改进的极化合成孔径雷达(PolSAR)数据多元散射能量分解方法。改进后的分解方法包括两个不同的步骤。首先利用相干矩阵的特征向量对散射模型进行修正；其次利用目标的熵和各向异性来提高体散射能量。该算法在保持城市区域中较高的二次反射散射能量的前提下，有效地提高了植被区域的体散射能量。利用真实的数据验证了该方法的有效性,将原始相干矩阵分解得到的散射能量和方向角补偿后的相干矩阵分解的散射能量与三种已有的分解算法进行了对比。实验结果表明，文章提出的分解方法能够更有效地表示不同地物的极化SAR数据集的散射能量。
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陈泽基, 黄佑文, 浦恩祥, 肖徽山, 徐世春, 秦强, 孔金丞
DOI:
Abstract:
提出了一种中波640×512（25 μm）的碲镉汞偏振焦平面阵列。从线栅结构优化和串扰抑制的层面，对微偏振片阵列进行了精心设计；探索了一种低损伤的片上制备工艺，经验证，该工艺与碲镉汞器件兼容良好。在完成微偏振片阵列的片上集成后，NETD仍能保持在9.5 mK以下。进一步地，为揭示主导消光比的潜在作用机制，设计了特殊的微偏振片阵列排布方式，从实验上证明了串扰效应是影响消光比的主要来源。将像元边缘的遮挡区域扩展至4 μm宽，能够将来自相邻像元的串扰率有效降低至大约2%，并实现在17.32~27.41之间的优良消光比。
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马源, 林羽喆, 万晨杨, 王紫纤, 周旭彦, 张锦川, 刘峰奇, 郑婉华
DOI:
Abstract:
我们通过研究和优化长波红外量子级联激光器（LWIR QCLs）的光学腔面增透（AR）膜来提高器件的输出性能。与Al2O3膜系相比，Y2O3 AR膜表现出更高的灾难性光学镜损伤（COMD）水平，两种膜系的光学腔面镀膜均无光束转向效应。对激射波长为8.5 μm的3 mm腔长、9.5 μm脊宽掩埋异质结（BH）LWIR QCL使用Y2O3膜系的金属高反（HR）膜和反射率约0.2 %的AR膜，在298 K下获得了2.19 W的最高脉冲峰值功率，较未镀膜器件提高149 %。对于连续（CW）操作，通过优化Y2O3 AR膜的反射率，最高输出功率达到0.73 W，较未镀膜器件提高91 %。
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张健, 常超, 李红福, 石玉娜, 殷瀚翔, 李艳辉, 岳彪, 王海澎, 闫常善, 戴欣冉, 邓功荣, 孔金丞, 赵鹏, 赵俊
DOI:
Abstract:
在GaSb衬底上外延生长的晶格匹配的XBn结构InAsSb具有高晶体质量，在高工作温度（HOT）下能够实现极低的暗电流。该结构具有优越的性能，在阻挡多数载流子的同时，不影响空穴传输。为了进一步探索XBn单极势垒结构的能带和载流子输运机理，系统地研究了掺杂对PBn结构InAsSb光电探测器的暗电流、光电流和隧穿特性的影响。制备了三个高质量InAsSb样品，吸收层（AL）均为非故意掺杂（UID），对接触层（CL）和势垒层（BL）进行不同浓度的p型掺杂。随着CL中p型掺杂浓度的增加，器件的开启偏压变大，而BL中的p型掺杂会导致隧穿效应发生在更低的偏置电压下。对于BL非故意掺杂的样品，表现出极低的暗电流，仅为5×10-6 A/cm2。该样品的器件光电流特性可以通过背靠背二极管模型拟合，揭示了BL两侧存在两个反向的空间电荷区。
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白治中, 黄敏, 徐志成, 周易, 梁钊铭, 姚华城, 陈洪雷, 丁瑞军, 陈建新
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本文报道1280 × 1024元InAs /GaSb II 类超晶格中/中波双色红外焦平面阵列探测器的研究结果。探测器采用PN-NP叠层双色外延结构，信号提取采用叠层双色结构和顺序读出方式。运用分子束外延技术在GaSb 衬底上生长超晶格材料，双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为中波1：6 ML InAs /7 ML GaSb和中波2：9 ML InAs /7 ML GaSb。焦平面阵列像元中心距为12μm。在80 K 时测试，器件双波段的工作谱段为中波1：3μm~4μm，中波2：3.8μm~5.2μm。中波1器件平均峰值探测率达到6.32×1011cmHz1/2W-1，中波2器件平均峰值探测率达到2.84×1011cmHz1/2W-1。红外焦平面偏压调节成像测试得到清晰的双波段成像。本文是国内首次报导1280 × 1024规模InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面探测器。
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DOI:
Abstract:
在长腔边发射二极管激光器中，纵向空间烧孔（LSHB）、双光子吸收（TPA）和自由载流子吸收（FCA）是影响高注入电流下输出功率线性增长的关键因素。针对1.06 μm波长长腔半导体激光器，通过将TPA和FCA损耗与一维速率方程相结合，提出一种简化数值分析模型。系统分析了LSHB、TPA和FCA对输出特性的影响，并提出可以通过调整前腔面反射率和量子阱（QW）在波导层中的位置来提高前腔面输出功率。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对侧栅结构高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistors， HEMTs）太赫兹探测器，构建了器件的直流输运和太赫兹探测的物理模型。运用自对准工艺，成功制备了形态良好、接触可靠的侧栅结构，有效地解决了器件双侧栅与台面间的接触问题，最终获得了不同栅宽（200 nm、800 nm和1400 nm）的侧栅GaN/AlGaN HEMT太赫兹探测器。通过直流测试表征发现不同器件的栅宽与其阈值电压之间呈现出明显的线性关系，验证了侧栅结构HEMT太赫兹探测器的直流输运模型。上述结果为完整的侧栅HEMT太赫兹探测器的理论模型提供了实验验证和指导，为侧栅HEMT太赫兹探测器的发展提供了重要支持。
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单一凡, 吴东海, 谢若愚, 周文广, 常发冉, 李农, 王国伟, 蒋洞微, 郝宏玥, 徐应强, 牛智川
DOI:
Abstract:
InAs/InAsSb II类超晶格避免了InAs/GaSb II类超晶格中与Ga原子相关的缺陷复合中心，具有更高的少数载流子寿命，在高工作温度中波红外探测器制备方面有着良好的应用前景。少数载流子单极势垒结构通常被用来抑制探测器暗电流，如nBn结构探测器。在InAs/InAsSb II类超晶格nBn中波红外光电探测器中，势垒层常采用AlAsSb等多元合金材料，阻挡多数载流子的输运。然而，势垒层与吸收层存在的价带偏移（VBO）使得光电流往往需要在大偏压下饱和，从而增大了探测器暗电流。本文设计了一种AlAsSb/InAsSb超晶格势垒，旨在消除VBO并降低量子效率对偏压的依赖性。研究结果显示，150 K下，设计制备的nBn光电探测器的50%截止波长为4.5 μm，探测器光响应在-50 mV的小反向偏压下达到了饱和，3.82 μm处的峰值响应度为1.82 A/W，对应量子效率为58.8%。在150 K和-50 mV偏压下，探测器的暗电流密度为2.01×10-5 A/cm2，计算得到在3.82 μm的峰值探测率为6.47×1011 cm·Hz1/2/W。
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Abstract:
通过分析耗尽型GaN器件kink效应，基于ASM-HEMT提出了一种改进模型。该模型考虑到漏源电压、栅源电压与kink效应的关系，不仅能够准确模拟电流崩塌和kink效应发生时的漏源电流趋势，而且精准拟合了不同栅源电压下kink效应发生时对应的漏源电压值Vds-k，表明改进模型能够准确表征GaN器件在整个工作电压范围内的直流特性，拟合误差在3%以内。为了验证改进模型的精确度，利用ADS负载牵引仿真电路进行了模型仿真，仿真结果显示改进模型最佳效率匹配时的功率附加效率精确度比原始ASM-HEMT模型提高了4%。
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彭红玲, 卫家奇, 宋春旭, 王天财, 曹澎, 陈剑, 邓杰, Qiandong Zhuang, 郑婉华
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
基于目前对宽波段探测器的应用需求，设计了一种在250-1100nm范围都有较高响应的硅雪崩光电探测器（Si APD），不需要拼接即可实现紫外-可见-近红外波段光的高效探测。分别对硅的紫外增强和（近）红外增强进行了分析，在此基础上，为获得宽波段响应Si APD，对器件结构进行模拟设计，采用光背入射等方式，提高短波吸收，同时保证近红外吸收。模拟优化的Si APD器件峰值波长940nm左右，在250nm和1100nm处响应光电流均超过峰值的15%，这种结构的器件适用于多光谱及未来高精度探测等应用领域。
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Abstract:
红外小目标检测是红外图像处理中的一项常见任务。计算资源是有限的条件下，传统的红外小目标检测方法面临着检测率和检测精度的平衡问题。本文在 YOLOv5s 模型中提出了一种针对资源受限条件设计的快速红外小目标检测方法，该方法增加了一个小目标检测头，并用归一化高斯瓦瑟斯坦距离（NWD）取代了原来的交并比（IoU），同时考虑了红外目标的检测精度和检测速率。实验结果表明，本文算法在 15W TPU 上实现了最大 95 FPS 的红外小目标有效检测速度，同时达到了最大 91.9 AP@0.5 的有效检测精度，有效提高了资源受限条件下的红外小目标检测效率。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
光电导天线是太赫兹时域光谱系统中普遍使用的宽带太赫兹辐射源，天线衬底材料对其辐射太赫兹波特性至关重要。目前广泛使用的光电导天线材料是第二代半导体材料GaAs，而第三代半导体材料具有更大的禁带宽度，对提高天线辐射太赫兹波的功率更有利。本文利用大孔径光电导天线的电流瞬冲模型，对常用光电导天线材料（SI-GaAs、LT-GaAs）和未来有望应用于光电导天线的第三代半导体材料（ZnSe、GaN、SiC）辐射太赫兹波的特性进行了仿真研究，结果表明在相同偏置电场和各自最高光通量触发下，LT-GaAs天线辐射太赫兹波的幅值最高、频谱最宽；第三代半导体材料制备的天线可以承受更高的偏置电场，在各自的最大偏置电场下辐射太赫兹波的强度远远大于GaAs天线。本工作对研制新型的第三代半导体光电导天线提供了理论指导。
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刘晟, 沈圆杰, 侯广宁, 查志鹏, 朱怡臻, 余烁颖, 张擎天, 赵强, 刘少华, 敬承斌, 褚君浩
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
等离子体处理ABS管提升了ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导的性能。胶带法测试结果表明等离子体处理后，银镀层的附着力由5级提升至2级。等离子体处理后的ABS管内表面银层的均匀性和致密度更高，高质量的银层有利于降低波导的损耗。未经等离子体处理的4.2 mm内径的ABS/Ag镀层空芯波导在0.3和0.1 THz时的直线损耗分别为0.72和1.47 dB/m，等离子体处理后其损耗分别降至0.70和1.44 dB/m，且波导能够在冷热环境中稳定传输太赫兹波。等离子体处理后的样品在超过200小时的湿热老化和16次的高低温循环老化试验后直线损耗升高小于0.1 dB/m，而未经等离子体处理的样品的损耗升高大于1 dB/m。研究结果表明等离子体处理后的ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导损耗更低、传输可靠性更高、耐老化性更好，可用于构建下一代通信、传感及太赫兹成像系统等。
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Abstract:
在近红外领域，已经利用片上波导和谐振器实现了分子的光谱检测。然而在中红外波段，许多传感器仍使用芯片外光源和探测器，这限制了化学传感芯片的集成度和灵敏度。本文设计了一种 InAs/GaAsSb 超晶格中红外波导集成探测器，采用 GaAsSb 作为中红外波导，波导层和 InAs/GaAsSb 超晶格吸收层之间采用倏逝波耦合方式，可以实现低损耗和高响应度的中红外光探测。对器件的光电特性进行了模拟，着重分析了 InAs/GaAsSb 超晶格光电探测器与 GaAsSb 波导集成的影响因素，得到了吸收区的最优厚度和长度。当吸收区的厚度为0.3μm，长度为50μm时，噪声等效功率最低，量子效率可以达到68.9%。基于Ⅲ-Ⅴ族材料的波导探测器更容易集成中红外光源，实现中红外的片上集成光电检测芯片。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
基于主成分分析和聚类方法提出了一种碲镉汞晶片参数筛选方法，建立了对碲镉汞晶片参数进行筛选的数据模型，模型中通过对初始晶片数据进行清洗和分析，利用主成分分析（PCA）降维法和基于密度的聚类算法（DBSCAN），确定了晶片数据中最密集的区域，同时利用流片后得到高性能芯片的优质碲镉汞晶片参数拟合边界椭圆曲线，并将其作为优质晶片的判断标准，能够根据输入的晶片电学和光学参数生成晶片评级，得到了大于90%的成功率。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
太赫兹成像技术受辐射源和探测器性能限制，在细节分辨能力、成像速度和噪声抑制等方面仍有待进一步改进的空间。本文提出一种基于空间曲线填充的太赫兹图像超分辨算法，采用ViT （Vision Transformer）结构主干网络，通过注意力机制进行太赫兹图像特征提取；构建希尔伯特空间曲线，根据特征图按曲线填充的方式进行图像重建，并用轻量化的一维卷积处理重建图像特征，对重建图进行逆变换恢复图像空间结构；最终通过像素重组实现上采样，得到物体轮廓和细节增强的输出图像。实验表明相较常规ViT结构，本文方法图像峰值信噪比（PSNR）提高0.81dB，结构相似度（SSIM）提高0.0074，有效抑制了噪声对图像纹理的影响，获得了分辨能力显著提高的结果图像，证明了太赫兹图像超分辨处理技术的可行性及其恢复图像细节、提高图像质量的能力。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对无人机空中目标探测系统的空间限制，提出了一种多光束可分路扫描式被动调Q微片阵列全固态激光器的方案，采用六管芯半导体激光器阵列端面紧凑泵浦长条状的Nd：YAG/Cr4+：YAG键合晶体，在每一路1.6W的泵浦功率下，产生了6路波长1064.4nm、脉冲宽度2.4ns、光束质量为1.39、峰值功率3.75kW、重复频率可达22kHz的输出激光，整个系统的体积仅为2cm×2cm×1.5cm，实现了6路激光同时输出。研究了调Q晶体的初始透过率和输出镜反射率对激光脉冲重复频率和峰值功率的影响机制，重点对泵浦源激光器管芯的出光一致性问题做了深入探讨，通过实验验证了使用一个激光键合晶体产生多路纳秒级窄脉冲激光束的可行性。研究结果以小型化结构实现了被动调Q全固态激光器的多光束出射，对实现激光探测系统光源的小型化和集成化有借鉴意义。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究，提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先，根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度，继而建立相应的像素梯度集合。然后，计算原始图像与对应像素梯度滤波图像的梯度权重均方根误差集合，并将该集合高斯分布的最大值对应的像素梯度确定为最佳像素梯度。最后，根据图像中脉冲噪声的密度和复杂度，确定所提滤波器的自适应窗口大小和迭代次数。大量实验结果表明，所提滤波器对移除8位、16位的单通道脉冲噪声图像展现出良好的鲁棒性。与其它先进方法相比，该方法可以实时移除真实热红外相机采集图像中低密度的随机值脉冲噪声和SAPN，并实现噪声抑制过程中99.5%以上的原始像素不会遭受破坏。除此之外，针对高密度SAPN抑制，该方法获得了具有竞争力的结果，与运行时间较快的滤波方法相比表现出较好的PSNR和SSIM，与PSNR和SSIM较优秀的去噪方法相比表现出较快的运行时间。对于极限SAPN（99%）破坏的图像，也能够恢复有意义的图像细节。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势，在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度，可以探测光子量级的回波信号，同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的工作性能，还会对星上原始的数据量产生影响，在卫星系统设计阶段，对噪声强度的准确估计至关重要。本文综合考虑大气后向散射、水面反射及水体后向散射的贡献，建立了一个星载单光子激光雷达海洋噪声的估计模型。以全球首个对地观测星载激光雷达ATLAS为例，在输入系统参数和环境参数后，模型估计的噪声与ATLAS实测噪声误差在15%以内，证实了该噪声模型的正确性。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术，为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星（CALIPSO）数据，对全球海表面叶绿素a（Chla）浓度进行了反演，并构建了基于激光数据的前向神经网络模型（FNN-LID），重构了北冰洋海水二氧化碳分压（pCO2）昼/夜长时序数据集。在此基础上，对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO2数据进行了验证与分析。结果显示，基于该算法的反演产品，具有较高的数据质量，不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性，且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区，受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO2的空间格局表现出经向的差异，且pCO2的季节变化十分剧烈，甚至超过80 μatm。近20年来，北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇，而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区，海面pCO2的增长率非常显著。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本工作应用截面扫描隧道显微镜（XSTM）研究了分子束外延生长的Hg0.72Cd0.28Te薄膜。扫描隧道谱（STS）测量显示， 此碲镉汞材料的电流-电压（I/V）隧道谱呈现的零电流平台宽度（隧道谱表观带隙）比其实际材料带隙增大约130%，说明存在明显的针尖诱导能带弯曲（TIBB）效应。应用扫描隧道谱三维TIBB模型计算发现低成像偏压测量时获取的I/V隧道谱数据与理论计算结果有令人满意的一致性。然而较大成像偏压时所计算的I/V谱与实验谱线在较大正偏压区域存在一定偏离。这是由于目前的TIBB模型未考虑带带隧穿，缺陷辅助隧穿等碲镉汞本身的输运机制对隧道电流的影响造成的。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本文基于光学手段，开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区（NIR-II）窗口的双通道宏观成像系统，能够实时输出具有NIR-II荧光信息的高质量明场图像，解决了常规的NIR-II宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-II窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术，模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后，在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织，模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况，观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息，缩减手术时间、提高患者的预后，在临床手术导航中具有较大的应用潜力。
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徐振, 徐德刚, 刘龙海, 李吉宁, 张嘉昕, 王坦, 任翔, 乔秀铭, 姜晨
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对体积小、走线密集、集成度高的封装芯片缺陷检测，目前的主要检测手段存在精度低、周期长等缺点。为弥补传统检测方法的不足，作者结合太赫兹技术与时域反射技术，探究对芯片上金属导线缺陷检测的可行性。首先在不同宽度的金属微带线上加工了不同比例的凸起、凹槽缺陷，模拟集成芯片中金属导线的不完全开/短路等阻抗不匹配情况，利用太赫兹时域反射计采集其时域反射信号。然后根据时域反射脉冲对应的时间分别对不同缺陷程度、不同缺陷类型进行定性分析，并精确计算出了芯片上金属微带线的缺陷位置。最后利用有限元分析法对硅基底上存在缺陷的金属微带线进行仿真分析，与实验结果具有良好的一致性。该研究表明，太赫兹技术与时域反射技术结合能够实现对芯片上金属导线缺陷的诊断检测，为集成芯片的缺陷检测提供了经验参考。
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霍勤, 韩红强, 张诚, 焦翠灵, 王仍, 毛铖铭, 陆液, 陈心恬, 乔辉, 李向阳
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响，建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率，生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜，通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比，这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线；且具有较高的晶体质量，其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理，采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层，实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射，1.35~13 μm波段光谱高效反射，从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计，获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%，LPS小于4%；短波及长波红外波段平均反射率大于90%。
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张嘉文, 金骏达, 史生才, 李婧, 耿伟, 吕伟涛, 李陟, 支强, 彭昭航
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
零差混频系统（Homodyne mixing system）对太赫兹超导动态电感探测器（Kinetic inductance detectors， KIDs）性能表征具有重要的作用。然而，零差混频系统仍存在混频器不平衡性、测量系统集成、干扰信号等问题。作者设计新型的单通道零差混频硬件系统，结合软件算法实现了测量系统的集成化、IQ混频器不平衡性校准、KID的性能表征；同时实现了在VNA（vector network analyzer）CW模式下的KIDs噪声测量；以及基于自相关算法的双通道零差混频硬件电路设计，有效的抑制了干扰信号。值得注意的是，这些研究成果被应用于表征KIDs 性能，对KIDs阵列设计起到了重要的作用。
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孙嘉浩, 程如敏, 郭凯, 尹金德, 卿笃安, 李玲, 闫培光
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
提出一种低厚度氮化硅-蓝宝石-氮化硅夹层波导结构。利用其色散波辐射现象和中红外相位匹配条件，结合波导脉冲传输模型，讨论了夹层波导不同物理尺寸对相位匹配点和光谱展宽的影响，数值模拟获得了0.5~4 μm的超连续谱展宽，并且在-40 dB水平下具有更远中红外色散波产生。通过该模型，详细解释了非线性波导脉冲传输的潜在机制。理论模型分析表明，通过优化氮化硅及蓝宝石夹层的物理尺寸，进而改变相位匹配条件，可以在较宽的波长范围内控制色散波的位置。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
构建和描述了一种用于获取硅片厚度的零差检测系统。利用4.3-THz激光束的传输相变与机械旋转台控制的入射角之间的关系，可以使用标准残差法精确推导被测样品的厚度值。结果表明，样品的厚度拟合值与光学显微镜的精确测量结果仅相差2.5~3 μm，实现了微米级精度的太赫兹无损厚度测量。实验验证了太赫兹量子级联激光器在非接触无损测量中的有效性。
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李旭, 张梦圆, 赵雯玥, 左剑, 朱卫丰, 李哲, 施宇蕾, 张存林
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
目前对中药片剂的孔隙测量，一般采用的是具有破坏性的密度测量方法，缺乏无损量化方法。太赫兹辐射能用于无损的提取药物若干光学信息。针对直压型中药片剂，通过太赫兹时域和频域信号处理等不同方法分别计算各种片剂的有效折射率，发现两种方法得到的有效折射率和片剂的孔隙率均呈良好的线性关系。根据有效折射率特性，利用四种有效介质模型提取了中药片剂的孔隙率并进行量化回归，通过交叉验证与相对分析误差（RPD）发现通过时域信号处理的有效折射率得到的孔隙率回归模型解释性与验证准确性更高，其中最佳模型是Bruggeman模型（RPD=11.3325）。为中药多孔粉体制剂工艺优化提供支持。
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邢艳辉, 贺雯馨, 韩梓硕, 关宝璐, 马海鑫, 马晓辉, 韩军, 时文华, 张宝顺, 吕伟明, 曾中明
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
基于光栅效应的二维材料垂直结构可实现高灵敏度和宽光谱光探测器。本文报告了一种基于硒化铟（InSe）/二碲化钼（MoTe2）垂直异质结构的高灵敏度光电探测器，该探测器在 365 - 965 nm 波长范围内具有出色的宽光谱探测能力。顶层的InSe用作调节沟道电流的光栅层，MoTe2 则用作传输层。通过结合两种材料的优势，该光电探测器的响应时间为 21.6 ms，比探测率在365nm光照下可以达到1.05 × 1013 Jones，在965nm光照下也可达到109 Jones数量级。外量子效率可达 1.03 × 105%，显示出强大的光电转换能力。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
超表面概念的提出为研究平面化和超薄的光学元器件提供了一种全新的设计思路。传统的几何相位型的超表面透镜受制于偏振锁定的限制，阻碍了其实现多功能的复用。文章提出了一种通过几何相位实现超表面透镜偏振解耦的方法。进一步，利用该方法作者实现了超表面聚焦透镜在纵向以及纵向和横向实现多通道功能（如聚焦光斑和聚焦涡旋）的复用和偏振可切换特性。相关研究为实现多功能可集成的平面化器件提供了新的研究思路。
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陆小森, 吴旭, 魏小柯, 王俊杰, 王奇亮, 金钻明, 彭滟
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
为提高远红外超材料的品质因子Q和检测灵敏度，本文研究了一种用于金属远红外超材料的非对称针尖设计。以传统双开口方形谐振环为模型，通过理论模拟，研究了开口狭缝针尖角度变化对其电场分布、谐振频谱以及品质因子Q的影响。结果表明，非对称针尖增强了谐振环的表面电场局域性，减小了谐振峰的半峰宽，并使品质因子Q提高到传统谐振环（非针尖设计）的三倍以上。该研究结果为开发高灵敏远红外超材料传感器提供了新的思路，并为传统开口谐振环提出了一种简单实用的Q因子优化方法。
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DOI:
Abstract:
本文研究了一种基于石墨烯的双频频率选择表面（GFSS），并分析了该GFSS的工作机理。通过调节偏置电压控制石墨烯化学势在0 eV和0.5 eV间变化，可以实现GFSS在双频段带通、高通低阻、低通高阻、带阻四种工作状态。基于此GFSS，提出了一种六边形天线罩加载在一个宽带全向单极子天线上，可以实现1.08 THz和1.58 THz双频段独立的360°六波束全向扫描。此外，在增加方向性的同时双频段的峰值增益分别达到了7.44 dBi和6.67 dBi。该工作为实现多频段太赫兹多波束可重构天线提供了一种简单的方法。
太赫兹与毫米波技术
遥感技术与应用
图像处理及软件仿真
红外材料与器件
红外及光电技术与应用
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
图像处理及软件仿真
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外及光电技术与应用
图像处理及软件仿真
遥感技术与应用
红外材料与器件
红外及光电技术与应用
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
红外及光电技术与应用
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
红外材料与器件
太赫兹与毫米波技术
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图像域信息融合的序列化正交匹配追踪SAR属性散射中心提取
Abstract:
针对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像中属性散射中心模型（Attributed Scattering Center Model，ASCM）参数估计复杂度高的问题，提出了一种融合图像域信息的稀疏表示参数估计方法。首先，利用改进的分水岭算法将不同区域的散射中心进行分割。然后，基于分割结果，将频率域稀疏表示字典进行解耦拆分，提出序列化正交匹配追踪（Serialized Orthogonal Matching Pursuit，SOMP）进行散射中心参数估计，从而降低算法复杂度。结合仿真数据和MSTAR实测数据，验证了该方法参数提取的有效性和效率，并分析了理论复杂度优化情况。结果表明，该方法可以在和普通的正交匹配追踪算法取得相近的结果的前提下，较大程度地减小算法的时间和空间复杂度，可用于对SAR图像的高效属性散射中心参数提取。
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InP基HEMT的整体小凹槽偏移与电性能的相关性
龚航, 周福贵, 封瑞泽, 冯识瑜, 刘桐, 史敬元, 苏永波, 金智
Abstract:
在这项工作中，我们研究了整个小凹槽偏移对InP高电子迁移率晶体管(HEMT) 的直流和射频特性的影响。Lg = 80 nm HEMT 采用双凹栅极工艺制造。我们重点关注它们的直流和射频响应，包括最大跨导(gm_max)、导通电阻 (RON)、电流增益截止频率 (fT) 和最大振荡频率 (fmax)。这些设备具有几乎相同的 RON。 随着整个小凹槽向源移动，gm_max 会提高。 然而，尽管整个小栅极凹槽向漏极移动会导致较小的 gm_max，但较小的栅源电容 (Cgs) 和较小的漏极输出电导 (gds) 会导致最大的fT。 根据小信号建模，整个小凹槽朝向漏极的器件表现出优异的射频特性，例如fT = 372 GHz和fmax = 394 GHz。这一结果是通过注意调整电阻和电容寄生效应来实现的，这些寄生效应在高频响应中起着关键作用。
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基于缓变假设的多光谱辐射法发射率测量误差分析与仪器参数配置研究
Abstract:
发射率作为表征物体辐射特性的关键参量,其准确测量对于高温目标识别、材料改性表征、金属冶炼过程调控等领域具有重要价值。多光谱辐射法测量发射率因其非接触和测量速度快等优势而成为研究热点,其测量精度由欠定方程组的求解精度决定。目前对欠定方程组求解精度的研究主要关注方程求解算法误差,忽略了光谱仪自身的测量误差,导致未能合理地控制系统误差。本文基于适用范围广、测量精度高的缓变假设,通过模拟不同条件下光谱通道数和信噪比对发射率测量误差的影响,确定了相应条件下光谱仪的参数配置,并对发射率测量效果进行实验验证。实验结果表明,使用基于缓变假设的多光谱辐射法,为使黑体发射率测量误差小于1%,光谱仪的光谱通道数应不小于400,信噪比不低于1000；对发射率变化复杂的目标而言,为使测量误差小于1%,应至少具有1000个光谱通道数及1200以上的信噪比。综合考虑算法误差和光谱仪参数匹配关系,是合理控制系统误差的关键,可以获得更精确的发射率测量结果,这为多光谱辐射法精确测量发射率的应用提供了新的依据和解决方案,对于高温目标的准确识别和相关领域的应用具有重要意义。
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烷基修饰碳化钛MXene薄膜中波红外吸收增强效应
Abstract:
通过一种经济高效的化学方法，通过将两种类型的烷烃辛烷（C8H18）和十二烷（C12H26）分别接枝到表面端子上来弯曲薄片，从而实现了中波红外吸光度的增强。烷烃的链长超过表面官能团Tx（=O，-OH，-F）的键长，从而将片内和片间应变引入Ti3C2Tx MXene。电子显微镜（TEM/AFM）显示薄片的边缘褶皱和拉伸/压缩变形明显。烷烃封端将Ti3C2Tx MXene的本征吸光度从不超过50%提高到2.5 μm至4.5 μm的中波长红外区域的99%以上。这种吸收增强属性降低了Ti3C2Tx MXene的红外反射率。C-H键骨架振动覆盖了上述区域，并部分降低了表面反射率。同时，由于边缘褶皱和拉伸/压缩引起的片状变形增加了比表面积，从而提升红外吸收系数。
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多波长薄膜厚度检测方法研究
Abstract:
本工作提出了一种新的薄膜厚度检测方法，该多波长方法显著地降低了膜厚检测对于宽光谱数据的需要。不同于需要几百个光谱数据点的传统技术，多波长方法在仅采用10个波长下的数据点的情况下即可实现精确的膜厚测量。这一创新不仅简化了光谱测量分析的过程，同时也使得工业化镀膜产线上实时的膜厚准确检测成为可能。该方法能够在使用少量数据的情况下有效地恢复和拟合可见波段光谱（400-800 nm），同时能够很好地将膜厚检测误差保持在7.1%以内。这一进展为许多工业应用中更加实用而高效的薄膜厚度检测技术奠定了基础。
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基于液体光阑的微流控可变光衰减器阵列
Abstract:
可变光衰减器(Variable optical attenuator，VOA)广泛应用于光通信和光电子系统中，然而很少有VOA阵列的报道。本文提出一种基于液体光阑的微流控VOA阵列，利用螺旋形轨道实现多光束能量同步非等量衰减，或者使用环形轨道同步等量衰减，其中液体光阑的通光孔径通过介质上电润湿效应调节。该VOA阵列结构紧凑、体积小、操作简单、成本低，可灵活调整多光束之间的衰减比以实现多信道功率均衡。研究结果表明：所提微流控VOA阵列具有超越一般VOA阵列的宽衰减范围（0-100%衰减）和很小的插入损耗（0.26 dB），响应时间为0.1 ms，对偏振不敏感。它也能兼作光开关阵列。所提VOA阵列展示了集成和高性能的潜力，并为应用提供一种经济有效的方式。
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基于平面肖特基二极管的75-110 GHz宽带三倍频器芯片
Abstract:
本文基于GaAs平面肖特基二极管工艺，采用反向并联二极管对的平衡结构，实现了W波段宽带三倍频器芯片。采用有限元法和等效电路法联合的方式，建立10~280GHz频率范围的平面肖特基二极管的精确等效电路模型。采用非线性谐波平衡联合仿真方法，实现了W波段倍频器的最优化设计。在片测试结果表明，在17dBm的驱动功率下，倍频损耗小于15dB，最大倍频效率6.7%，芯片尺寸0.80mm×0.65mm ×0.05mm。
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LD直接泵浦中红外脉冲固体激光器功率改进研究
张猛, 杨希, 郭嘉伟, 蔡和, 吴芯洋, 韩聚洪, 王顺艳, 王浟
Abstract:
LD直接泵浦固体激光器因其简单原理、小体积和紧凑结构被认为是最有前途的中红外光源之一,可用于制备3~5 μm波段的中红外激光器。然而,相较于常规近红外LD泵浦固体激光器,LD直接泵浦中波红外固体激光器存在较大量子缺陷,可能导致热损伤并限制其发展。为解决这一问题,文章讨论了减小晶体比表面积和改善晶体结构释放热能的方法,并确定了激光晶体的最佳长度。通过COMSOL软件进行热模拟,研究了不同长度的氟化钇钡激光晶体(Ho3+:BY2F8)的冷却结构。实验结果显示,采用长度略短于冷却器的激光晶体可以提高输出功率并缓解激光晶体内部的热应力。最终实验表明,在泵浦重复频率为15 Hz、脉冲宽度为90 μs时,激光器输出波长约为3.9 μm,单脉冲能量为7.28 mJ,约为晶体I的3倍。这一突破性结果为未来建造可行的中波红外激光器铺平了道路。
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用于单次曝光压缩成像的深度即插即用自监督神经网络
张星宇, 朱首正, 周天舒, 亓洪兴, 王建宇, 李春来, 刘世界
Abstract:
基于压缩感知理论的编码孔径快照式光谱成像系统可以看作编码器,高效获取压缩后的二维光谱数据,再通过深度神经网络解码为三维光谱数据。然而,深度神经网络的训练需大量难以获得的干净数据。针对深度神经网络训练数据不足的问题,提出一种基于邻域采样思想的自监督高光谱去噪神经网络,并将其嵌入到深度即插即用框架中,最终实现自监督光谱重建,并验证不同噪声退化模型对最终重建质量的影响。实验表明,在不需要干净数据作为标签的情况下,自监督学习方法相较有监督学习方法的平均峰值信噪比提升1.18dB,结构相似度提升0.009,且获得了更优的视觉重建效果。
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超小间距微台面InGaAs探测器光电性能研究
田 宇, 于春蕾, 李 雪, 邵秀梅, 李 淘, 杨 波, 于小媛, 曹嘉晟, 龚海梅
Abstract:
超小中心距InGaAs探测器的制备需要降低探测器像元间的串音和探测器的暗电流。通过探索微台面InGaAs探测器制备工艺,成功制备了10μm和5μm中心距微台面InGaAs光敏芯片测试结构,并对其像元间的串音和探测器的暗电流进行了详细研究。研究结果表明当隔离沟槽刻蚀进入吸收层时微台面结构能有效抑制像元间的串音；但是由于在制备微台面器件过程中造成的材料损伤从而引起的复合电流和欧姆漏电流的增加会导致探测器暗电流增幅超过一个数量级。研究结果为制备超小中心距InGaAs焦平面探测器提供了新思路和启示。
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锑化镓基张应变锗量子点中红外激光器
Abstract:
锗在张应变下可转变为直接带隙材料。提出了一种锑化镓上的金字塔形锗量子点,计算了不同量子点尺寸下的应变分布和能带结构。研究表明,扁平状更有利于实现直接带隙转变。当量子点宽度和高度分别为4-14nm和1-5nm时,可实现1.8-5.8μm的发光。设计了3.1μm的激光器,并计算了室温下的性能。当量子点平均尺寸波动为0.22时,最佳光学限制因子、波导层厚度和表面密度分别为0.013, 0.366 μm and 3.8×1010 cm-2,最小阈值电流为28.98 A/cm2。文章为中红外激光器的制备提供了一种可行的方案。
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HgTe/ZnO量子点垂直堆叠异质结低暗电流光电探测器
黄新宁, 姜腾腾, 狄云翔, 谢茂彬, 郭天乐, 刘晶晶, 吴斌民, 施静梅, 秦强, 邓功荣, 陈艳, 林铁, 沈宏, 孟祥建, 王旭东, 褚君浩, 葛军, 王建禄
Abstract:
胶体量子点(CQDs)受量子限域效应的影响,其带隙具有可调谐的特性,因此该类材料能够覆盖更宽的红外光谱范围,为突破传统红外探测器的技术路线提供了一种高成本效益的替代方案。近年来,得益于量子点的溶液加工特性以及其与硅基读出电路的单芯片集成能力,基于碲化汞胶体量子点的红外探测器展现出极大的应用前景。然而,面对垂直堆叠光伏器件的挑战,如阻挡层的匹配和薄膜非均匀性等问题,当前大部分与读出电路集成的器件仍采用平面结结构,限制了光吸收效率以及光生载流子的有效拆分和收集。在这里,我们通过合成高质量碲化汞量子点及精准控制界面质量,成功制备了基于HgTe和ZnO量子点材料的光伏型探测器。该探测器在80 K的工作温度下,实现了低至5.23′10-9 A cm-2的暗电流水平和较高的整流比,以及满意的探测灵敏度。这项工作为碲化汞量子点在硅基读出电路上的垂直集成开辟了新途径,展示了其在高性能红外探测领域的巨大潜力。
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基于浸液相变材料的片上角度可调编码超表面
李雪楠, 赵增月, 郁菲茏, 陈 金, 李冠海, 李志锋, 陈效双
Abstract:
超表面为电磁波的动态调控提供了一个强大平台。超表面与相变材料的结合促进了多功能器件的产生,其基于非晶态和晶态之间转换展示了多种可调的功能。然而,可调状态的内在限制增加了对超器件多路复用的通道约束。这里,本文介绍了一种通过对编码相变超单元进行二级调控实现多功能超器件的新方法,利用相变材料Ge2Sb2Se4Te1(GSST)和高折射率液体二碘甲烷(CH2I2)实现了对电磁波调控的精确控制。本文设计的超表面由GSST的相态控制可调功能的开启和关闭,当可调功能开启时,微纳孔洞中液体的存在与否决定了偏折的角度。另外,本文提出的可调编码超表面在宽波谱展现了良好的鲁棒性。与高折射率液体结合拓展了超器件的调控维度,使器件能在不同比特编码间实现动态切换。基于相变材料的二级可调超器件为多功能的动态调控提供了一条可行的路径。
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晶体温度对飞秒激光诱导铁电畴反转过程的影响研究
Abstract:
近红外飞秒激光诱导铁电畴反转技术是三维非线性光子晶体制备领域的重要手段,基于其制备的样品已在光学频率变换和非线性波前整形领域取得了一系列重要研究成果。目前,已报道的激光诱导铁电畴反转过程均在常温下进行,然而铁电体在升温时会逐步趋近居里点,其矫顽场等与铁电畴反转特性相关的物理性质均会随温度升高而发生改变,但目前关于温度对飞秒激光诱导铁电畴反转过程的影响规律尚不明确。本文选取居里温度约70℃的铌酸锶钡铁电晶体作为加工基质,在温度25-65℃下利用近红外飞秒激光诱导了反转铁电畴结构,通过观测结构的二次谐波光场分布推测铁电畴反转情况,获得了不同温度下畴反转所需的激光阈值功率,并对影响规律的产生原因进行了推测。
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晶体锗掺硼的离子注入工艺与晶格损伤机理研究
HABIBA Um E, 陈天业, 刘赤县, 窦伟, 刘晓燕, 凌静威, 潘昌翊, 王鹏, 邓惠勇, 沈宏, 戴宁
Abstract:
锗掺硼(Ge:B)阻挡杂质带结构红外探测器的响应波长可达200微米,是最重要的甚长波长红外天文探测器。离子注入方法简化了器件的制造过程,但容易造成晶格损伤,引入晶体缺陷,并导致探测器暗电流增加。本文对锗掺硼离子注入工艺进行了研究,并对晶格损伤机制进行了讨论。实验条件包括使用80keV能量进行硼离子注入,剂量范围为1×10^13至1×10^15cm^-2。注入后,在450°C下进行热退火,以优化掺杂剂活化并减轻离子注入的影响。使用各种表征技术,包括X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)和二次离子质谱(SIMS)来阐明晶格损伤。在较低剂量下,未观察到明显的结构变化。然而,随着剂量增加,特定的微变形变得明显,这可能归因于点缺陷和残余应变。所产生的晶格损伤通过热处理得以恢复,然而,在高剂量下,注入引起的不可逆应变仍然存在。
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基于概率整形的离散傅里叶变换扩展的300GHz OFDM太赫兹无线传输系统
Abstract:
为了适应高速大容量的通信需求，提出了采用基于概率整形(PS, Probabilistic Shaping)，离散多音调制(DMT, Discrete Multi-tone Modulation)和离散傅里叶变换扩展技术(DFT, Discrete Fourier Transform)实现300GHz太赫兹信号无线传输。概率整形通过增加星座点距离提升信号接收机灵敏度，可最多降低55%的误码率，可延长传输距离。离散傅里叶变换扩展技术在系统中降低1.68 dB正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号的峰均比，提升抗非线性效应能力。通过结合这些先进的数字信号处理技术，分别实现了12GBaud PS-16QAM的OFDM-DMT信号及10GBaud PS-64QAM的DFT-S-OFDM-DMT信号1 m无线传输。基于300GHz的太赫兹无线传输系统，比较了采用这些数字信号处理技术的性能优势。
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基于知识蒸馏的轻量化遥感图像场景分类
Abstract:
遥感图像场景分类旨在根据遥感图像的内容为其自动赋予相应的语义标签，已成为当前遥感图像处理领域中的研究热点。基于卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNNs）的方法和基于自注意力机制的方法则是当前遥感图像场景分类中的两大主流方法。然而，前者不擅长学习长程上下文关系；后者对局部信息的学习能力有限，且具有较大的参数量和运算量。针对上述问题，提议一种基于知识蒸馏的轻量化遥感图像场景分类方法。该方法分别以Swin Transformer和小型CNN网络作为教师模型和学生模型，通过知识蒸馏的方式融合两种模型的优势；更进一步，提出一种新颖的知识蒸馏损失函数，使学生模型能够同时关注遥感图像类间和类内的潜在信息。在两个大规模数据集上的实验结果表明，与现有其它方法相比，所提出方法不仅有高的分类精度，还具有显著降低的参数量和运算量。
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腔体型超表面非制红外冷探测器
杨君, 杨春丽, 方辉, 袁俊, 鄢善入, 李华英, 黎秉哲
Abstract:
随着非制冷红外探测器像元尺寸的逐步缩小，提高探测器吸收率变得越来越重要。本文基于现有的制备工艺，提出了一种IMIAM(Insulator-Metal-Insulator-Air-Metal)腔体型超表面非制冷红外探测器结构，在增强探测器吸收的同时有效改善了光敏层受热的均匀性。通过系统的仿真优化，其在长波红外波段（8～14um）的平均吸收率超过了97%，使器件几乎实现了百分百的完美吸收，同时在中红外波段也表现出了优异的吸收特性。本文还通过工艺验证了该结构的可靠性，对于改进现有非制冷红外探测器工艺具有一定的启示意义。
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V/III比对分子束外延 生长的GaAs基InAsxSb1-x电子迁移率的影响
Abstract:
本文研究了Sb/In比对200 nm InAsxSb1-x薄膜传输特性和晶体质量的影响。通过对称（004）扫描和非对称（115）扫描的HRXRD计算了所有样品中InAsxSb1-x薄膜的Sb含量。计算结果表明，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的InAsxSb1-x薄膜中，Sb组分为0.6。InAsxSb1-x薄膜在室温下测得的最高电子迁移率为28560 cm2/V·s。同时，本文还研究了Sb/In比和As/In比对Al0.2In0.8Sb/InAsxSb1-x量子阱异质结的输运性质和晶体质量的影响。结果显示，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的沟道厚度为30 nm的Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6量子阱异质结的最高电子迁移率为28300 cm2/V·s，最小表面粗糙度为0.68 nm。通过优化生长条件，我们的样品具有更好的晶体质量和更光滑的表面形貌。
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面向OCT应用的氮化硅波导基超宽带片上光源
Abstract:
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术具有非侵入、高分辨率、可实时成像等优点,在生物医学、材料学及红外传感等众多领域被广泛应用。本文设计了一种基于氮化硅(Si3N4)的脊形悬空光波导,基于时域有限差分法对所设计波导的主要结构参数进行了优化,并研究了该波导中产生的超连续谱特性。数值模拟结果表明,在脊宽=750nm、脊高=700nm、平板厚度=200nm以及上覆层高=150nm的优化结构下,当入射泵浦光波长为1.3μm,峰值功率为2kW,和脉宽为50fs时,基于该光波导可以产生波长覆盖可见光至中红外(703~4014nm)的宽带超连续谱。这一结果对于促进片上集成宽带光源在生物医学等领域的应用具有重要作用。
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面向卫星激光通信用高帧频短波红外图像高精度光斑质心定位
Abstract:
光斑质心定位的准确度对系统跟踪精度和激光链路搭建的稳定性有重要影响。在卫星激光通信系统中，采用短波红外波段作为信标光可以降低大气吸收，减少信号衰减。然而，短波红外图像中存在较强的非均匀性和盲元，这使得图像失真从而导致光斑质心定位精度下降。因此，短波红外图像光斑质心高精度定位具有重要的研究意义。提出了一种短波红外高精度光斑质心定位模型，对短波红外图像的非均匀性和盲元进行了校正，并量化了二者造成的定位误差；进一步基于模型进行了定位误差仿真，使用最新的640×512面阵InGaAs短波红外探测器，设计了用于卫星激光通信的新型光斑质心定位载荷。实验结果表明矫正后的图像非均匀性由7%降到0.6%，盲元剔除率达到100%，帧频可达2000Hz，光斑质心定位精度高达0.1像素点，实现了高帧频短波红外图像的高精度的光斑质心定位。目前该载荷目前已通过宇航环境筛选实验，后续将作为卫星激光通信的核心载荷投入使用。
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光栅光谱仪前置和后置分光构型下光调制反射谱应用的不同特征
Abstract:
光调制反射光谱因其高灵敏的特性而广泛的用于研究半导体及其表面与界面特性。基于光栅光谱仪其测量光路根据分光顺序的不同可以分为前置分光构型(暗构型)与后置分光构型(亮构型)。本文以InP/In0.52Ga0.48As/InP异质结外延结构为例,阐述了两种光路构型的不同特点和适用条件。揭示前分光构型能很好地分离荧光谱线与调制谱线；后分光构型则有利于采用较强调制激光而有效提取荧光较弱的电子结构信息。后分光构型实验中还观察到,当使用低能量激光(1064 nm)只调制激发窄带隙的InGaAs层时,却观察到宽带隙InP的谱线形的反常现象。这起源于光生载流子的界面电场调制作用,表明界面激发的后分光构型可作为一种非接触“电调制”方法而方便地应用于宽带半导体的异质外延结构的研究。
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InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中锌的双扩散行为
刘茂繁, 于春蕾, 马英杰, 于一榛, 杨 波, 田 宇, 宝鹏飞, 曹嘉晟, 刘 奕, 李 雪
Abstract:
对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中锌原子的双扩散行为进行了理论和实验研究。通过基于二维（2D）模型拟合模拟的两次扩散深度，得到了定量预测扩散深度的公式Xj=k(t-t0)^0.5+c。利用扫描电子显微镜和二次离子质谱分别作为扩散深度的函数来表征双扩散区的二维杂质形态和一维杂质分布。制备了具有不同双扩散条件的InGaAs/InP SPAD器件，在相同的结几何形状下，其击穿行为与模拟结果非常一致，还进行了暗计数率的测量。这些结果证明了在基于InP的平面器件处理中精确控制双扩散锌结几何形状的有效预测路线。
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组分掺杂对YbF3薄膜材料光学和理化特性影响及其在红外光学薄膜元件制备中的应用
马秋静, 段微波, 于天燕, 李大琪, 余德明, 刘保剑, 庄秋慧, 刘定权
Abstract:
研究了沉积方式及氟化钙（CaF2）的掺杂对氟化镱（YbF3）薄膜材料光学和理化特性的影响。分别使用电子束蒸发工艺和电阻蒸发工艺，制备了纯YbF3薄膜及掺杂不同比例CaF2的YbF3薄膜，通过光谱测量、应力测量、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等测试方式对单层膜样品进行了表征，并使用经典洛伦兹谐振子色散模型对其进行光学常数拟合。结果表明，在采用电子束蒸发工艺、CaF2掺杂比例为1%的条件下，获得了光学和理化性能较好的单层膜。在该条件下，设计和制备了长波红外减反射膜系，并对其进行了光谱表征和可靠性测试，结果表明其在长波红外区的透过率达到99%以上，可靠性达到空间红外光学薄膜相关标准要求。
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空天元宇宙关键技术及应用研究
Abstract:
通过充分的调研和对比总结，梳理了20世纪60年代以来，元宇宙概念以及航天领域相关技术的发展趋势和代表性工作，指出多星组网以及数字化、虚拟化成为未来空天科技发展的重要方向。针对这一发展态势提出了“空天元宇宙”的概念，围绕这一概念对其数理基础进行了分析，提出航天数字孪生、全光感知等构建空天元宇宙所需的关键技术并对其实现途径进行了阐述；进一步地，结合航天科技蓬勃发展的蓝图，预判了可能首先获得应用的场景，分析了构建空天元宇宙的现有困难，并提出了解决建议，为空天技术的发展提供了新思路。
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月球轨道器立体光学相机姿态颤振对地形测绘影响的成像仿真分析
Abstract:
高分辨率遥感影像地形图的几何精度不可避免地受到轨道器姿态颤振的影响。因此，有必要在发射前对月球轨道器上搭载的立体测绘相机进行初步研究。提出了一种考虑姿态颤振的轨道器光学影像成像仿真方法。通过分别模拟三个姿态角的抖动，分析了不同姿态抖动对地形起伏的影响。所提出的模拟方法基于严格的成像模型，利用月球数字高程模型（DEM）和正射影像作为参考数据。在考虑姿态颤振的情况下，对月球立体测绘相机的轨道和姿态进行了仿真。根据轨道器在给定轨道上的位置和姿态生成二维模拟立体影像。利用DEM和仿真立体影像进行了实验分析。仿真成像结果表明，该仿真方法在保证成像效率的同时，又不损失地形制图的精度。通过DEM对比分析了姿态颤振对立体仿真影像制图精度的影响。
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1.2m量子通信望远镜的空间目标激光测距研究
阳宇, 龙明亮, 张海峰, 张晓祥, 黄星旻, 丁洁, 李朴, 邓华荣, 张忠萍
Abstract:
高精度的空间碎片测量，可以提供更精确的碎片目标实时信息，增强卫星对空间碎片的规避预警实效性。通过对青海德令哈口径1.2 m量子通信望远镜（海拔3200 m）进行改造，采用单脉冲能量1.2 mJ、重复频率1 kHz皮秒激光开展了卫星激光测距(SLR)与空间碎片激光测距(DLR)试验合作卫星测量距离从500公里到36000公里，测距精度优于2 cm。空间碎片目标测量最远距离1620.5 km，雷达散射截面积(RCS)为2.41 m2，测距精度达到10.64 cm，实现了单套激光器系统即可开展合作目标厘米级精度测距，又可实现空间碎片观测。这是目前为止国际首次采用高重频低功率激光测距系统实现对空间碎片目标的高精度测量，体现了皮秒激光及高海拔大口径望远镜测量优势，供我国西部开展空间目标的激光测距提供参考，为空间碎片激光测距系统选址与空间碎片监视能力的提升提供了有效途径。
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金星上层霾消光和微物理特性的时空分布
李宜奇, 孙晓兵, 黄红莲, 刘晓, 提汝芳, 郑小兵, 余海啸, 韦祎晨, 王宇轩, 王宇瑶
Abstract:
金星上层霾消光和微物理特性的变化会影响金星大气的化学和辐射平衡，为研究其时空分布，选取2006～2013年间金星快车SPICAV SOIR仪器的太阳掩星数据进行分析。首先利用MODTRAN建模去除金星中上层大气的吸收效应，后利用剥洋葱法计算67～92 km高度处金星上层霾的消光廓线。研究表明：1）金星上层霾的消光系数总体趋势是随着高度增加而减小。不同区域间的消光系数变化较大，低纬度霾在任务开始时大幅增加，昼夜间霾的平均消光系数略有变化。霾层的垂直光学厚度在10-2数量级。2）上层霾的数密度随高度增加而减小，从南极到北极，上层霾的数密度呈现先增加后减小的趋势。3）低纬度地区的云顶高度较高，为82.7 ± 5.8 km；极区的云顶高度较低，北极地区云顶高度为73.3 ± 2.4 km，南极地区为79 ± 3.5 km。北极地区上霾层平均标高为4.0 ± 0.9 km。
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采用新颖自对准法制备高精度硅衍射微透镜阵列及其与红外焦平面阵列集成
Abstract:
硅衍射微透镜阵列通常被用来与红外焦平面集成而提高器件性能。在常规套刻法用于制备硅衍射微透镜阵列时光刻误差是很难避免的。这对器件性能及后续应用产生严重的影响。针对此问题,本文提出一种高精度硅衍射微透镜阵列制备的新颖自对准方法。该方法中硅衍射微透镜阵列的制备精度只由第一次掩膜光刻的精度决定。在后续的刻蚀中,采用掩膜层和牺牲层或保护层将已刻蚀区域进行保护,对未保护区域进行刻蚀,有效地阻挡非刻蚀区域,精确刻蚀所需刻蚀区域。采用新颖自对准法可以制备出高精度硅衍射微透镜阵列,其衍射效率可达到92.6 %。与红外焦平面探测器集成后,平均黑体响应率提高了8.3 %,平均黑体探测率提高了10.3 %。这表明硅微透镜阵列可以通过会聚作用提高焦平面阵列占空因子,同时降低串扰,进而提高焦平面阵列性能。该研究结果对通过优化微纳器件制作水平提升其性能具有重要参考意义。
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2001,20(3):184-188, DOI:
Abstract:
测量了几种不同处理的Cd1-xZnxTe(x=0.04)表面的傅里叶变换拉曼散射光谱和电流－电压（I－V）特性。通过分析拉曼光谱反Stokes分量，并与表面I－V特性进行比较，结果表明与表面处理相联系的晶格声子的行为反映了表面完整性的变化，Te沉淀是影响表面质量的关键因素，并对有关表面处理方法的实际应用进行了讨论。
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2003,22(2):132-136, DOI:
Abstract:
根据粗糙面基尔霍夫小斜率近似研究了脉冲波入射时实际海谱分布的一维分形海面的电磁散射。分析了毫米波入射时不同分维、入射角和入射中心频率下双频散射截面的散射角分布。结果表明分形海面的双频散射截面在镜反射方向有最大的相关带宽，随着海面分维的减小、入射中心频率和入射角的增加，该相关带宽是增大的。对于入射功率为δ函数时的散射波功率是一个具有一定脉冲展宽的散射脉冲，且脉冲展宽与相关带宽成反比关系。
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2002,21(3):161-166, DOI:
Abstract:
在结合Mumford-Shah模型和水平集方法中的窄带解法优点的基础上，提出了一种新的图像分割模型。Mumford-Shah模型虽然具有良好的图像分割结果，但是其每次迭代过程都需要对所有图像数据进行计算，因而很费时，导致这种方法不适用于大的图像数据，特别是三维图像的分割。本文通过一种新的初始化方法把Mumford-Shah模型和水平集中的窄带解法结合在一起。这种新 的初始化方法是通过在特定条件下简化快速行进法得到的。通过去除快速步进法中费时的 排序过程，使得初始化的计算时间只有O（N）。窄带Mumford-Shah模型把分割计算限制在窄带范围内，避免了大量的计算，但取得了与原始的Mumford-Shah模型相同的分割效果。实验结果表明基于快速步进法的初始化方法是可行的，而窄一喧M－S分割模型一次迭代计算的时间比原M－S模型减少许多。
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2002,21(3):175-179, DOI:
Abstract:
采用溶胶－凝胶法在石英玻璃衬底上制备出均匀透明的无定形PbTiO3薄膜，并对其 光学性质进行了详细的研究，发现其折射率的波形符合经典的Cauchy函数。由半导体理论计算得到无定形的PbTiO3薄膜的光学禁带宽度为3．84eV.FTIR透射光 谱研究表明无定形PbTiO3薄膜在中红外波段没有吸收峰出现，对于在550℃下 快速热退火得到的PbTiO3薄膜，通过远红外反射光谱测量，观察到了6个约外活性声子膜。
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2010,29(1):53-56, DOI:
Abstract:
研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波长选择及模型优化方法建立的检测三聚氰胺的近红外定量分析模型具有较好的稳定性和预测能力.结果表明,近红外光谱分析是一种快速、方便和环保的检测乳制品中三聚氰胺的新方法.
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2006,25(2):113-117, DOI:
Abstract:
粒子滤波（Particle Filter）是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术．提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法．在粒子滤波理论框架下，红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示，通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪．系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型，并自适应地确定系统噪声方差．红外目标的描述利用目标区域的灰度分布，该灰度分布通过核概率密度估计建立．通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离，建立系统观测概率模型．实验结果表明该方法是有效的和稳健的．
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2010,29(1):63-68, DOI:
Abstract:
提出了一种新的基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的红外目标提取算法,将红外目标提取阈值的计算问题看作系统状态估计问题.在粒子滤波的框架下,建立了关于灰度—方差加权信息熵和像素点灰度值的阈值状态空间,建立了基于粒子群优化算法思想的系统状态转移模型,建立了基于红外目标提取效果评价函数的系统观测模型,它有效综合了红外图像中灰度、信息熵、梯度、像素点的空间位置等信息.最后,以粒子的加权平均估计目标提取的阈值.实验结果表明,该方法是有效且稳健的.
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2010,29(1):69-74, DOI:
Abstract:
近来出现的谱聚类算法在模式识别和图像分割中得到了广泛应用.与传统的聚类算法相比,谱聚类算法能在任意形状的样本空间上聚类且收敛于全局最优解.本研究从谱聚类和权核K-均值的等价性出发,基于图像的空间一致特性,提出了一种基于空间约束特性的谱聚类算法.该算法通过对加权核K-均值的目标函数加上空间一致约束项,利用近似逼近将目标函数最小化与谱聚类算法等价起来.仿真实验表明,此算法在图像分割中取得了比原始谱聚类算法更好的分割效果.
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2008,27(2):123-128, DOI:
Abstract:
多数传统分类算法应用于高光谱分类都存在运算速度慢、精度比较低和难以收敛等问题.本文从支持向量机基本理论出发建立了一个基于支持向量机的高光谱分类器,并用国产OMIS传感器获得的北京中关村地区高光谱遥感数据进行试验,分析比较了各种SVM核函数进行高光谱分类的精度,以及网格搜寻的方法来确定C和愕闹?结果表明SVM进行高光谱分类时候径向基核函数的分类精度最高,是分类的首选.并且与神经网络径向基分类算法以及常用的最小距离分类算法进行比较,分类的精度远远高于SVM分类算法进行分类的结果.SVM方法在高光谱遥感分类领域能得到广泛的应用.
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Fu Y Chiragwandi Z G(o..)thberg P Willander M
2003,22(6):401-405, DOI:
Abstract:
IntroductionThedevelopmentoflow dimensionalsemiconductormaterialshasbeenextensive[1].Toalargeextent,themodernmicroelectronicsindustryisstilllargelybasedontheconventionaldevicecomponents (withareduceddis cretedevicedimensionfollowingMoore′slaw) ,whereasth…
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2008,27(3):227-233, DOI:
Abstract:
随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hanning函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.
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2005,24(2):135-139, DOI:
Abstract:
在分析基于颜色直方图及信息熵进行图像检索的基础上，提出了一种改进的基于信息熵的图像检索算法，该方法同以往的基于信息熵的图像检索算法相比具有更强的鲁棒性．同时，文中又提出利用空间分布熵描述图像颜色的空间分布信息，并给出了一种基于图像信息熵与空间分布熵的彩色图像检索算法．试验结果表明，该方法效果良好，大大提高了图像检索的速度．
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2016,35(5):600-609, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2016.05.015
Abstract:
传统的火点检测算法通常利用高温地物在中红外波段或热红外波段的高发射率特性来提取火点, 然而受制于影像空间分辨率的限制如MODIS、AVHRR等, 使得很多小规模火情现象被漏检.研究发现短波红外数据也同样能被用于高温地物的识别和检测, 并且相较于热红外波段数据对低温和高温地物的区分度更大, 在精确识别和定位高温目标方面更加准确.文章利用空间分辨率为30米的Landsat-8 OLI传感器数据, 根据高温火点在近红外及短波红外波段的波谱特性, 利用改进的归一化燃烧指数(NBRS)结果自适应地确定阈值来提取疑似火点, 然后再利用高温火点在短波红外的峰值关系进行误检点剔除, 从而得到最终的火点产品.提出的算法能检测到所占像元面积10%左右的火点, 并能够有效地排除云层及建筑物的干扰, 在保证较低漏检率的同时还能达到90%左右的准确率, 相比于传统算法的火点提取精度有很大的提高.
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2019,38(1):79-90, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2019.01.014
Abstract:
随着石墨烯产业的蓬勃发展,氧化石墨烯作为制备工程化应用石墨烯的中间体产物而备受关注。同时由于其自身优异的物理化学性质,使其在各大领域均有前所未有的新兴应用。针对国内外氧化石墨烯的各种结构模型、制备方法、性质和相关应用,以及氧化石墨烯的还原进行了总结与概述。在对比各种方法的基础上,提出了氧化剂和还原剂的选择是反应的关键要素,归纳了选择的基本原则。最后,指出氧化石墨烯制备和还原研究中还需解决的问题,并对其发展和影响做出了评价和展望。
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吴翔, 裴志斌, 屈绍波, 徐卓, 张介秋, 马华, 王甲富, 王新华, 周航
2011,30(5):469-474, DOI:
Abstract:
提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法，该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负，产生传输禁带，在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构，可得到一维带通频率选择表面，理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法，将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构，实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面，最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题，拓展了频率选择表面的设计思路，对于THz频段频率选择表面的设计，及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.
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2001,20(3):207-210, DOI:
Abstract:
给出了一种新的基于多尺度分解的像素级图像融合方法。该方法利用小波变换对每一图像进行多尺度分解，按照不同的融合规则，采用多种融合算子去构造融合图像对应的各小波系数，再根据融合图像的各小波系数重构融合图像。该方法被成功地用于红外与可见光图像的融合处理。实验结果表明该融合方法十分有效，获得的融合图像更符合人们的视觉特性、更有利于机器视觉。
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2001,20(2):111-116, DOI:
Abstract:
描述了给定幅度分布和功率谱密度多种杂波仿真方法，给出了仿真实验结果，及在杂波环境下雷达目标频域散射中心的数学模型，并研究了该数学模型的求解方法，还给出了仿真数据和飞机缩比模型测量数据的实验结果。
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2011,30(5):419-424, DOI:
Abstract:
以安全检查为背景，研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路；设计多波束宽角扫描透镜天线；提出一种新型结构的介质棒天线，该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射；研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统的实验结果，表明该系统可用于室内近距离探测人体隐匿物品.
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2010,29(2):150-151, DOI:
Abstract:
针对高光谱图像微小目标检测中严重的背景干扰问题，提出了一种基于背景残差数据的非线性异常检测算法。首先利用提取的背景光谱端元对图像各像元进行光谱解混，实现了目标信息和复杂背景信息的分离；接着将含有丰富目标信息的解混残差数据非线性映射到高维特征空间，可以充分挖掘高光谱图像波段间隐含的非线性信息，并在特征空间利用RX算子完成目标的检测，从而在抑制大概率背景信息的基础上有效地利用了高光谱图像波段间的非线性统计特性。为了验证算法的有效性，利用真实的AVIRIS数据进行了实验研究，并与经典RX算法、未抑制背景的特征空间核RX算法的检测结果相比较，结果表明基于背景残差数据的检测算法具有良好的检测性能和较低的虚警，而且运算复杂度较低。
