摘要:This paper presents the simulation results of DC, small-signal and noise properties of GaP based DDR IMPATT diodes. In simulation study we have considered the flat DDR structures of IMPATT diode based on GaP, GaAs, Si and GaN(wz) material. The diodes are designed to operate at the millimeter window frequencies of 94 GHz and 220 GHz. The simulation results of these diodes reveal GaP is a promising material for IMPATT applications based on DDR structure with high break down voltage (V_B) as compared to Si and GaAs IMPATTs. It is also encouraging to worth note GaP base IMPATT diode shows a better output power density of 4.9×10⁹ W/m² as compared to Si and GaAs based IMPATT diode. But IMPATT diode based on GaN(wz) displays large values of break down voltage, efficiency and power density as compared to Si, GaAs and GaP IMPATTs.

摘要:介绍了一种0.18 μm互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率圆形单光子雪崩二极管（SPAD）。该器件由p+/deep n-well结，p-well保护环和多晶硅保护环组成。通过Silvaco TCAD 3D器件仿真，直径为10 μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性。此外，p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围。该器件在0.5 V过量偏压下，可在490~775 nm波长范围内实现超过40％的光子探测率。该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15.14 V，具有较低暗计数率为638 Hz。

摘要:制备并测试了II型中红外带间级联激光器，制备的器件在脉冲和连作模式下最高工作温度分别为275 K和226 K。80 K下器件激射波长为3.8 μm左右，阈值电流密度约17 A/cm²。对器件在连续工作模式下的自加热效应进行了分析，并利用有限元方法模拟了器件连续工作时的温度分布图。分析和模拟结果均表明自加热效应是限制器件连续工作温度的重要因素，进一步提升散热性能将是进一步提升器件工作温度的有效手段。

摘要:理论仿真和实验制备了AlGaInAs/InP材料1.55 μm小发散角量子阱激光器。为了扩展近场光场并减小内损耗，将一个非对称模式扩展层插入到外延结构的下盖层当中。仿真结果表明，该模式扩展层除了少量增加激光器阈值电流以外，在不影响激光器其它性能的情况下能显著减小激光器的垂直远场发散角。实验结果与理论仿真高度吻合。成功制备出脊宽4 μm，腔长1000 μm的脊波导小发散角激光器。在端面未镀膜的情况下，该激光器阈值电流为56 mA，输出功率为17.38 mw@120 mA，斜率效率可以达到0.272 W/A。实验测得垂直远场发散角为29.6°，相比较传统激光器减小了约35.3%。

摘要:对170 GHz 兆瓦级回旋管单级降压收集极横向磁扫描系统进行了仿真. 采用单级降压收集极一方面回收了废电子注的部分活跃能量同时提升总输出效率超过55%. 横向磁扫描系统的引入扩展了废电子注轨迹长度至1100 mm, 使收集极表面热耗散保持在技术允许范围内. 此外仿真得到了扫描信号的调制深度以及横向线圈数的最优结果38.9%和6, 以及可接受的最大平均功率值. 为了确保在实际工作中的安全性和可行性, 设计了轴向开槽的收集极冷却系统, 利用软件ANSYS开展了收集极的热和流体分析. 得到收集极内外表面的温度各自为 和. 进水口和出水口的水温范围分别为和.

摘要:在分离式二极管的基础上，实现了220 GHz高效率的二倍频器结构。该倍频器的电路在450 μm宽，2.7 mm长的50 μm石英基片上实现。测试结果表明，在室温下当驱动功率在46.4~164 mW时，在214~226 GHz的频段内能够实现大于16%的倍频效率。另外，当驱动功率在161 mW时，倍频器在218 GHz频点能够输出最高功率32 mW，并且在多个频点拥有高于20%的倍频效率。实验证明，所实现的二倍频器能够作为660 GHz倍频链路的驱动前级使用。

摘要:针对角向夹持的角度对数周期曲折线慢波结构，提出了展宽其工作带宽、降低其工作电压的新方法。通过翼片加载技术，可以对慢波结构的色散特性进行修正，从而使得其带宽得到有效展宽。通过数值模拟仿真，得到无翼片加载的慢波结构以及多翼片加载的慢波结构的3 dB带宽分别为2.5 GHz、3 GHz，工作电压分别为5450 V、4650 V。研究表明，翼片加载结构可以有效降低角度对数周期曲折线慢波结构的工作电压，以及展宽其工作带宽。

摘要:基于弛豫空间倍增理论数值模型和修正的弛豫空间倍增理论模型，分析了不同倍增级数和不同载流子初始能量时级联倍增雪崩探测器的过剩噪声。研究了不同碰撞离化倍增层厚度、不同电子预加热层厚度、不同电场控制层掺杂浓度对过剩噪声因子的影响。同时，比较了DSMT模型、Van Vilet模型和McIntyre模型得到的结果。通过调整碰撞离化倍增层厚度、电子预加热层厚度和电场控制层掺杂浓度，DSMT数值模拟获得了一个相对优化的结构，其过剩噪声与Van Vliet模型k_s=0.057时相当。

摘要:基于具有强非局域效应的金属-电介质多层膜结构提出了三种偏振分光器。当多层膜结构的平均介电常数为零时，横电偏振电磁波对应的等频率曲线为一很小的圆，而横磁偏振电磁波对应的等频率曲线则为两支抛物线，这是由表面等离激元诱导的非局域效应引起的。利用该多层膜结构在不同偏振电磁波下等频率曲线表现出巨大差异这一特性，提出了三种偏振分光器，其中包含厚度远小于波长的超薄偏振分光器。这些结果有望在偏振选择吸收体以及集成光子器件中有潜在应用。

摘要:介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机，试图用于大气压力探测实验。该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构。作为从振荡器，采用一个环形腔KTP光参量振荡器。作为注入种子的主振荡器，即一个连续波外腔调谐二极管激光器。该连续波外腔调谐二极管激光器，由高精度的波长计构成的一个PID（Proportional-Integral-Derivative）伺服控制环，稳定其工作波长。向光参量振荡器的谐振腔注入连续波的种子激光，通过“Ramp-Hold-Fire”技术，锁定OPO(Optical Parametric Oscillator) 谐振腔的腔长。经过证实，这个激光发射机具有高的光频率稳定性(30 MHz/rms)、窄的线宽(傅立叶转换限)、高的脉冲能量（≥45 mJ）等性能，能够在工作期间得以保持。发射机系统以单纵模式工作，使得差分吸收激光雷达对后向散射光信号的窄带探测成为可能。因而此类系统具有精确探测大气压力的发展潜力。

摘要:基于二维拓扑绝缘体Bi₂Te₃材料利用微纳工艺制备了金属-拓扑绝缘体-金属（MTM）结构的太赫兹光电探测器。器件在0.022 THz的响应率可达2×10³ A/W，噪声等效功率（NEP）低于7.5×10^-15 W/Hz^1/2，探测率D*高于1.62 ×10¹¹ cm?Hz^1/2/W；在0.166 THz的响应率可达281.6 A/W，NEP低于5.18×10^-14 W/Hz^1/2，D*高于2.2×10¹⁰ cm?Hz^1/2/W；在0.332 THz的响应率可达7.74 A/W，NEP低于1.75×10^-12 W/Hz^1/2，D*高于6.7 ×10⁸ cm?Hz^1/2/W；同时器件在太赫兹波段具有7~8 μs小的时间常数。该项工作突破了传统光子探测的带间跃迁，实现了可室温工作、高响应率、高速响应以及高灵敏度的太赫兹探测器件。

摘要:高光谱大气红外探测器（Atmospheric Infrared Sounder，AIRS）主要覆盖CO₂和H₂O吸收带光谱区。区别于CO₂通道，H₂O通道亮温偏差非高斯性较强。为了充分有效地利用AIRS通道光谱信息，本文采用两种新算法开展应用研究，一是基于变分同化后验估计－观测误差重估计重新估算光谱通道误差，以更好地“符合”光谱亮温对变分同化目标泛函的权值分配；二是将M—估计法（L2—估计、Huber—估计、Fair—估计和Cauchy—估计）权重函数耦合到经典变分同化目标泛函中，得到广义变分同化目标泛函，使其具有非高斯性，其核心是在每次极小化迭代过程中重新估计观测项对目标泛函贡献率。在新算法研究基础上开展高光谱AIRS模拟亮温试验，结果表明观测误差重估计和Huber—估计广义变分同化AIRS资料效果优于经典变分同化。并基于信号自由度（Degrees of freedom for signal，DFS）开展观测资料对分析场影响诊断，得到该两种方法在同化过程中能够提高H₂O通道亮温使用的信息量。通过对文中算法（观测误差重估计和Huber—估计）得到的分析场与探空资料温度场对比分析，得到Huber－估计广义尺度设定为1.345 K时效果最好，整体误差最小，2.5K次之，且观测误差重估计也优于经典变分同化结果。200~750 hPa效果较为显著，基于Huber－估计广义同化在对流层顶表面和周围（80~200 hPa）温度反演小于2 K。研究结果可为我国风云四号A星和风云三号D星高光谱资料变分同化提供新的方法思路和技术支撑。

摘要:为了获取满足特定探测器工作谱段的恒星能量，提出了一种基于多星表数据的恒星能量外推方法，利用IRAS、WISE和2MASS星表数据交叉校验，将已有的高精度恒星谱段能量转化为相机的任意工作谱段。该模型简化了外推过程，提高了外推效率，实现对70%的恒星外推精度3%以内，达到了Cohen等人对Vega和Sirius长期观测得到的相同结果，并给出一个可用于辐射定标的星表。在恒星定标时可以根据模型外推结果选择更适合探测器的多恒星数据。

摘要:以典型SLR系统为研究平台，根据测量数据的产生流程，详细分析了卫星测量与系统校准时的状态差异，并评估了状态差异对测量数据距离偏差的影响，引出SLR测量数据稳定性提升的途径。研究成果用于上海天文台SLR系统后，2015年度对地球动力学卫星（Lageos）观测数据的长期稳定性、短期稳定性和标准点精度分别由改造前的12.7 mm、22.7 mm和2.0 mm提升到4.1 mm、9.3 mm和1.0 mm，国内率先达到国际卫星激光测距组织（ILRS）的数据质量标准（10 mm，20 mm和5 mm）并持续保持，提升了我国在SLR领域的国际地位和观测数据权重，具有良好的推广应用前景。

摘要:基于双温区法生长的高质量DAST晶体，成功搭建了高能量、超宽带可调谐差频THz辐射源，系统尺寸40 cm×25 cm，调谐范围达到0.3~19.6 THz，最大输出能量达到4.02 μJ/pulse@18.6 THz，信噪比最高达到32.24 dB，结合振镜扫描技术，以0.1 THz为步长，超宽带光谱扫描时间小于1 min。实验中观测到差频产生THz波的输出饱和现象并研究了基于DAST晶体差频产生THz波的偏振特性与传输特性，证明基于DAST晶体差频产生的THz波消光比达到0.05，且差频过程满足0类相位匹配条件。基于该太赫兹辐射源，对多种固体样品在2~14 THz范围内的超宽带THz光谱信息进行了有效获取。

摘要:比较了宽带天线和窄带天线的优缺点，设计了一种用于太赫兹无线通信的双频天线。其是由两个分层且垂直分布的偶极天线组成，两天线处于高度不同的介质层上以避免互相干扰和短路，并具有各自的THz扼流圈以提高性能。上层天线通过介质层开孔处的金属探针连接到低温砷化镓衬底，实现了和下层天线共用一个光照区。上层和下层天线尺寸不同，具有不同的工作频率，在各自的偏置电压回路控制下，不需要调整泵浦光就能实现垂直偏振的双频工作。通过调整尺寸，还可使工作频率落在不同的大气窗口内。在0.21 THz、0.35 THz、0.41 THz、0.68 THz、0.85 THz和0.93 THz等大气窗口内，其保持了偶极天线在单频点具有较高性能的优点：最佳总效率分别为14.9%、28.4%、33.9%、28.4%、21.6%和19.8%，最大实际增益分别为2.99 dB、10.6 dB、11.8 dB、18.4 dB、18.2 dB和18.3 dB。

摘要:提出了一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫-曾德尔型调制器。该调制器由硅基光子晶体平板波导、纳米线波导和光子晶体多模干涉耦合器(MMI)构成。在光子晶体与纳米线波导连接处采用了锥型结构，用于减少模式失配造成的损耗。利用时域有限差分法(3D-FDTD)进行仿真分析，结果表明，该调制器在工作波长1550 nm下的插入损耗为0.3 dB，消光比为15.1 dB，器件尺寸仅，调制带宽可以达到68 GHz，且工作区域覆盖了以1551 nm为中心波长20 nm的通信波段。该调制器结构紧凑，易于集成，可应用于高速光通信系统。

摘要:首先从热力学角度讨论减少光伏器件效率损失的原理和途径，然后介绍半导体纳米线阵列有效实现陷光和降低发射角的结构设计，其中渐变尺寸的非均匀纳米线阵列具有低发射角、陷光的原理性优势，成为可见到近红外太阳能高效太阳能转换的重要研究方向。

摘要:针对红外舰船小目标图像复杂背景弱信号，虚警率较高且难以被精确检测的问题，提出了一种恒虚警率（Constant False-Alarm Rate，CFAR）-全连接条件随机场（Dense Conditional Random Fields，DCRF）舰船目标检测算法。该算法针对小目标与虚警信号变化特征相似但结构特征不同的特点,利用CRF的多维上下文（空间、辐射）表达的优势，实现虚警特征抑制，并引入CFAR对模型进行改进，提高了DCRF对于弱信号目标的检出能力,实现舰船小目标的精确检测与分割。实验结果表明，该算法能够充分利用海域的全局上下文信息，能够在保持较高检出率同时，有效降低虚警率，实现单帧端到端的小目标检测。

摘要:为研究铟镓砷焦平面的噪声特性，设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料，采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片，并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面，采用改变积分时间和改变器件温度的方法，测试焦平面的信号与噪声。通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系，定量分析了短波红外InGaAs焦平面噪声特性。结果表明，焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声，降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度，可以有效降低探测器电容，从而降低焦平面的耦合噪声；而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响，该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平。实现低暗电流、低电容的特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径。

摘要:介绍了一种基于8×8面阵SiPM（Silicon photomultiplier）的少光子高精度多波束三维成像激光雷达系统，并给出了激光测距的理论计算以及系统设计。从64波束线阵激光并行发射出发，采用线阵转面阵光纤的排布技术实现激光发射与探测器接收配准。设计了离轴三反的光学收发系统、超窄带滤波结构以及64通道高速并行读出电路，并搭建了激光雷达样机。实验结果表示，静态21 m测距下，64通道一致性较好，测距精度均达到1 cm，最大距离偏差为6 cm；三维成像中，分辨率达到512×512，成像时间100 ms，能够分辨15 cm不同目标，平面点云厚度为5 cm。

摘要:为提高高光谱遥感仪器的幅宽和减小其体积，重点研究适用于宽幅高光谱遥感应用的长狭缝、紧凑型Wynne-Offner光谱仪。通过追迹主光线，导出像散表达式，分析Offner装架和Wynne-Offner光装架的像散特性。指出Wynne-Offner装架的消像散圆域大于Offner装架的消像散圆环域，前者更适用于长狭缝。给出两个光谱仪实例，狭缝长度均为70 mm，分别工作于0.5~1.0 μm和1.0~2.5 μm波长范围，成像质量接近于衍射极限，光谱畸变可忽略，具备狭缝长、结构紧凑、像质优的特点，适用于宽幅高光谱遥感应用。