• 2022年第41卷第1期创刊40周年特刊
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    • >40周年专刊
    • 红外光电探测器的前沿热点与变革趋势

      2022, 41(1):15-39. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.001

      摘要 (1875) HTML (2093) PDF 7.46 M (3752) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式,具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点,在航天遥感、军事装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今,二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备,高端三代也在逐步推进实用化,并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状,重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先,介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP3概念。其次,综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器,分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后,论述基于人工微结构的四代红外光电探测器,重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后,从片上数字化升级为片上智能化的角度,探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。

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    • 多维度红外光电探测器

      2022, 41(1):40-60. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.002

      摘要 (849) HTML (880) PDF 14.23 M (2503) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外光电探测器可以获取目标反射和自发的红外辐射,具有抗干扰性强、全天候观测、探测距离远、分辨率高等优点,在国防、通信、遥感、航天等领域中扮演着不可替代的角色。从20世纪40年代第一代低像素探测器的应用到90年代末第三代SWaP3概念的提出,红外光电探测器正经历着变革性发展。专注于阵列规模、灵敏度、分辨率等性能指标提高的传统光电探测器利用光强度信息进行成像,无法满足未来目标多样化、环境复杂化、任务多元化等发展需求。多维度光信息的获取为提升红外探测器性能提供了新途径,除强度信息外,通过红外光电探测器可以获取光的波长、动量、偏振和相位等本征信息,也可利用光的传输时间获取光程信息。本文面向多维度红外探测发展需求,聚焦波长、偏振、光程和相位四个方面的特征,从新原理、新材料、新结构等方面综述了近年来多维度红外光电探测器的研究进展,进而提出对多维度红外探测器发展方向的思考和展望。

    • 基于超材料的自由电子辐射研究进展

      2022, 41(1):61-73. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.003

      摘要 (294) HTML (159) PDF 32.72 M (1346) 评论 (0) 收藏

      摘要:自由电子与周围电磁环境互作用时可以通过不同的形式辐射电磁波。超材料是一种人工复合材料,可实现传统自然材料所不具备的电磁特性。基于超材料与自由电子之间的相互作用可以打破传统电磁辐射系统的限制,实现对辐射电磁波的极化、相位、波前等特性的灵活操控,这为发展新型的自由电子辐射器件提供了新思路。本文简单介绍了切伦科夫辐射、史密斯-珀塞尔辐射的产生机理,重点回顾了基于超材料的自由电子辐射的最新研究进展,并对未来的技术发展方向进行了展望。

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    • 月球及火星探测任务中光谱技术研究与应用

      2022, 41(1):74-84. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.004

      摘要 (360) HTML (668) PDF 3.86 M (1540) 评论 (0) 收藏

      摘要:光谱仪器获取目标光谱信息或光谱图像,具备物质成分无损识别和定量反演能力,已成为国内外月球和火星探测任务重点配置的科学载荷,为表面物质成分及矿产资源、形成与演化历史及资源利用等研究提供重要依据。本文简要介绍了近年来国内外月球及火星探测任务中光谱技术的研究进展与应用现状,概述了中国探月工程及天问一号探测任务中七台光谱仪器及其应用状况,进一步介绍了月球及火星光谱探测的典型应用成果。最后,对光谱技术在月球及深空探测领域的应用前景和发展趋势进行了展望和探讨。

    • 真空电子太赫兹器件研究进展

      2022, 41(1):85-102. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.005

      摘要 (482) HTML (290) PDF 5.46 M (1832) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹波因其具有电子学与光子学的特性,所以在深空探测、无损检测、通信及安检等领域有巨大应用潜力。近些年,太赫兹技术的迅猛发展离不开太赫兹真空电子器件的不断进步。由于尺寸共度效应及电子束发射性能的限制,这类器件在迈向更高频段过程中遇到了不小的困难。针对这些问题,研究人员通过改良高频结构、控制加工精度、制备更优性能的材料、更精准的计算手段等一系列措施进行解决。本文介绍几种主流小型化太赫兹器件研究过程中的解决方案及最新进展,最后根据现阶段发展情况总结未来可能会遇到的问题及解决方法。

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    • 太赫兹量子阱探测器研究进展

      2022, 41(1):103-109. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.006

      摘要 (311) HTML (171) PDF 2.07 M (1652) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能,是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器。文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展。研究表明,基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息,有望用于安全检查和无损检测领域;太赫兹量子阱探测器还可用于高速无线通信的探测端,为未来6G高速无线通信应用提供了有效的技术途径。

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    • 航空红外光电遥感技术最新进展

      2022, 41(1):110-121. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.007

      摘要 (359) HTML (606) PDF 15.32 M (2060) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段。发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要。近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破。高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率是红外光电仪器发展的重要方向,本文在介绍国际最新进展的同时,给出了上海技术物理研究所航空遥感团队在全谱段高光谱、面阵扫描成像两个方面的重要技术突破,成功应用于土地分类、核电站温排水监测等方面,展示了最新成果。

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    • 面向高工作温度应用的带间级联红外光电器件

      2022, 41(1):122-128. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.008

      摘要 (271) HTML (149) PDF 1.54 M (1222) 评论 (0) 收藏

      摘要:高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点,通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运,可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流;利用多级短吸收区结构,在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子,从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展,包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。

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    • 短波红外InGaAs焦平面研究进展

      2022, 41(1):129-138. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.009

      摘要 (669) HTML (821) PDF 5.04 M (2121) 评论 (0) 收藏

      摘要:围绕新一代遥感探测仪器应用需求,中国科学院上海技术物理研究所在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得了一系列进展。通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究,研制实现了最大规模达2560×2048元的10 μm中心距1~1.7 μm InGaAs焦平面探测器,峰值探测率优于1.0×1013 cmHz1/2/W,有效像素率达到99.7%;研制实现了1280×1024元15 μm中心距的1~2.5 μm延伸波长探测器,峰值探测率优于5.0×1011 cmHz1/2/W;发展了新体制新结构器件,研制了单片集成4向偏振功能的160×128元偏振焦平面探测器,消光比优于37:1;研制了64×64元盖革雪崩焦平面探测器,时间分辨率达到0.8 ns。

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    • nBn红外探测器研究进展

      2022, 41(1):139-150. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.010

      摘要 (522) HTML (326) PDF 1.72 M (1842) 评论 (0) 收藏

      摘要:nBn红外探测器旨在消除肖特基-里德-霍尔产生复合电流,这将有效降低器件的暗电流并提高工作温度。由于制造工艺的兼容性和晶格匹配的衬底的存在,基于III-V化合物(包括二类超晶格材料)的nBn红外探测器得到了快速发展。通过理论模拟,基于HgCdTe材料的nBn红外探测器也能有效抑制暗电流。然而,去除价带势垒的困难阻碍了HgCdTe nBn器件的发展。本综述将阐述nBn探测器抑制暗电流的物理机制,并介绍nBn探测器在不同材料体系中的发展现状和趋势。

    • 亚波长薄膜堆栈超构材料:理论及应用

      2022, 41(1):151-168. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.011

      摘要 (336) HTML (238) PDF 17.90 M (1087) 评论 (0) 收藏

      摘要:亚波长薄膜堆栈超构材料,作为超构材料领域一个特殊的组成部分,因其具有亚波长厚度、无需复杂光刻加工以及可低成本大面积制备等诸多优点,吸引了人们越来越多的关注。本文聚焦回顾近些年亚波长薄膜堆栈超构材料相关研究进展,首先简要回顾了多层薄膜堆栈体系的基础理论研究方法,侧重介绍了亚波长薄膜堆栈超构材料的新理论新设计;接着,着重介绍了基于亚波长薄膜堆栈超构材料的若干典型应用,具体包括结构色调控、光致发光增强、窄带红外光源、红外伪装以及其他一些有趣应用;最后,探讨并展望了亚波长薄膜堆栈超构材料领域未来的发展方向以及其可能遇到的问题挑战。

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    • 太赫兹量子级联激光器中的光电调控:综述

      2022, 41(1):169-180. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.012

      摘要 (381) HTML (230) PDF 4.74 M (1355) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹量子级联激光器作为目前产生太赫兹激光的最有效手段之一,如何提升其性能表现一直是科学界所关注的重点。本篇综述将从光电调控的角度,阐述目前太赫兹量子级联激光器的性能进展。从激光器有源区设计原理开始,介绍几种新的有源区设计,再从谐振腔的角度介绍一系列新的结构,并展示他们对于功率和光束质量的提升。最后,阐述了太赫兹量子级联激光器在偏振调控和频率调谐的最新进展。

    • 近红外二区荧光宽场显微活体成像技术和应用

      2022, 41(1):181-198. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.013

      摘要 (513) HTML (408) PDF 14.60 M (1686) 评论 (0) 收藏

      摘要:近红外二区(900~1 880 nm, the Second Near-Infrared Region, NIR-II)荧光宽场显微成像技术是当前大深度活体成像的一大研究热点,在基础研究和临床应用方面都拥有巨大的潜力。对比可见光(360~760 nm)和近红外一区(760~900 nm, the First Near-Infrared Region, NIR-I)的成像,NIR-II荧光宽场显微成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透。在NIR-II宏观成像基础上,对组织微结构清晰成像的需求迫使成像试剂持续发展,成像系统不断精进。目前,NIR-II荧光宽场显微成像技术在脉管显微造影、肿瘤精确分析、炎症准确追踪等生物应用上都获得一系列突破,相关研究对象包含啮齿类动物(如小鼠,大鼠)及灵长类动物(如狨猴,猕猴)等。将来随着仪器商业化和国产化突破,成像试剂安全性逐步提高,NIR-II荧光宽场显微成像应用价值将不断攀升。本文从NIR-II荧光成像的机制及优势展开讨论,综述NIR-II荧光宽场显微成像的系统特点和演进历史,以及其在不同生物模型上活体成像方面的最新探索和前景展望,以期推动NIR-II荧光宽场显微成像技术进一步普及。

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    • 基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法

      2022, 41(1):199-209. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.014

      摘要 (156) HTML (141) PDF 2.59 M (1222) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对卫星发射前在轨数据缺乏导致的无法进行成像质量评估、链路分析及几何处理算法验证等问题,提出了一种基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法。首先根据光学系统结构及成像特点,构建了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型;然后,基于姿轨仿真数据、DOM和DEM辅助数据,通过光线追迹及重投影算法实现了像元视矢量的空间投影及成像仿真;最后,提出了基于“广义”修正矩阵的几何检校方法,通过修正定位模型提高了仿真影像定位精度。实验结果表明,该方法可实现长线列摆扫式热像仪任意轨道位置的几何成像仿真,检校后仿真影像定位精度优于2个像元。该研究为空间光学载荷在轨几何成像仿真提供了新思路,对成像链路误差源分析、几何定位及检校方法研究具有重要意义。

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    • 基于3D打印技术的任意曲面共形超表面隐身衣

      2022, 41(1):210-217. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.015

      摘要 (395) HTML (606) PDF 8.56 M (1468) 评论 (0) 收藏

      摘要:超表面因其具有强大的电磁操控能力以及损耗小、剖面低和易加工等优势,在电磁工程领域受到了研究人员的广泛关注。然而,由于受加工技术的限制,目前所报道的超表面地毯隐身衣大多由二维平面结构拼接而成,研制能与任意目标曲面共形的地毯隐身衣仍然是一个挑战。为此,本文基于超表面和3D打印技术设计并验证了一款具有任意曲面的共形超表面隐身衣,打破了二维平面结构的限制,实现了对地面目标的雷达隐身。仿真和测试结果均表明该隐身衣可以在13 GHz处表现出良好的隐身性能,并且在一定的角度入射下保持性能的稳定性。本文所提出的三维共形超表面隐身衣设计方法不仅在电磁隐身领域有广阔的应用前景,也为设计其他共形电磁器件开启了新途径。

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    • 太赫兹技术在绘画类文物上的应用与展望

      2022, 41(1):218-229. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.016

      摘要 (293) HTML (382) PDF 7.82 M (1378) 评论 (0) 收藏

      摘要:近十年来,太赫兹技术在各个领域都有了越来越多的应用,它在考古学与文物保护中的应用也有了初步发展。本综述基于国内外研究现状,重点回顾了基于光子学的太赫兹检测技术在绘画类文物上的应用。包括太赫兹时域光谱在颜料鉴别,太赫兹成像技术在壁画、油画等艺术品研究中的应用,并在此基础上,对太赫兹新技术在绘画与文物上的应用前景进行展望。

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    • 辐射冷却材料的研究进展及应用

      2022, 41(1):230-247. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.017

      摘要 (815) HTML (525) PDF 5.32 M (2000) 评论 (0) 收藏

      摘要:辐射冷却是近来日益得到关注的被动冷却形式,它以外太空为冷源,无需额外消耗能量,在建筑冷却、太阳能电池降温、舒适衣物与可穿戴设备等诸多方面都有着良好的应用前景。本文对辐射冷却的发展历史与冷却原理做了简单回顾,对辐射冷却材料的种类和优缺点进行了系统介绍,并对辐射冷却材料的设计、制备、表征方法进行归纳总结,最后对相关应用领域进行概述,并对今后辐射冷却材料与技术的发展趋势进行展望。

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    • >红外材料与器件
    • 基于多层薄膜的长波红外InAs/GaSb II类超晶格焦平面光响应调控研究

      2022, 41(1):248-252. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.018

      摘要 (234) HTML (233) PDF 965.81 K (1389) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于长波InAs / GaSb II类超晶格红外焦平面阵列(Focal Plane Array, FPA)设计和生长了由ZnS和Ge组成的多层薄膜结构。 与没有多层薄膜的FPA相比,多层薄膜使其响应峰位置从8.7 μm和10.3 μm分别移动到9.8 μm和11.7 μm, 50%响应截止波长从11.6 μm移动至12.3 μm,并且在波长为12 μm处的响应强度增加了69%。 总之,优化的多层薄膜可以调控FPA的响应波长,这为实现更高灵敏度和更高成像能力的长波红外探测提供了更好的平台。

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    • 采用Ga(In,As)P异变缓冲层的GaP/Si衬底上InAs量子阱

      2022, 41(1):253-261. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.019

      摘要 (209) HTML (119) PDF 1.16 M (1096) 评论 (0) 收藏

      摘要:本工作在GaP/Si衬底上基于In0.83Al0.17As异变缓冲层实现了InAs/In0.83Al0.17As量子阱的生长。研究了GaxIn1-xP和GaAsyP1-y递变缓冲层对量子阱结构材料性能的影响。采用GaxIn1-xP组分渐变缓冲层的样品X射线衍射倒易空间衍射峰展宽更小,表明样品中的失配位错更少。两个样品均在室温下实现了中红外波段的光致发光,而采用GaxIn1-xP组分渐变缓冲层的样品在不同温度下都具有更高的光致发光强度。这些结果表明在GaP/Si复合衬底上采用阳离子混合的渐变缓冲层对生长中红外InAs 量子阱结构具有相对更优的效果。

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    • 平面型InGaAs探测结构中p型杂质的二维扩散行为研究

      2022, 41(1):262-268. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.020

      摘要 (226) HTML (229) PDF 1.60 M (1210) 评论 (0) 收藏

      摘要:在平面型InGaAs P-i-N短波红外探测结构中,p型杂质在材料中纵向和横向的扩散是决定pn结位置及其光电性能的主要因素,本文采用扫描电容显微方法(SCM)获得了扩散成结InGaAs/InAlAs像元剖面的二维载流子分布,从而实现对不同扩散条件下pn电场结的精确定位和分析。此外,对于InGaAs/InP探测器,SCM测量揭示了Zn杂质在各功能层中扩散行为的显著差异。在InGaAs吸收区中,Zn的侧向扩散速度是深度方向的3.3倍,远高于其在n-InP帽层中0.67的侧向与深度扩散比,这将对光敏元的边缘电容以及暗电流特性产生影响。

    • 一种可用于化学传感的对角对称光子晶体光纤设计

      2022, 41(1):269-278. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.021

      摘要 (176) HTML (139) PDF 2.29 M (1373) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出了一种可用于化学传感的具有高双折射、低损耗的光子晶体光纤,并系统地分析了空气孔参数对光纤光学特性的影响。研究表明,最优结构的光纤在典型波长1.55 μm时对水、乙醇和苯的相对灵敏度分别可达56.3%、59.9%和62.5%,相比现有光子晶体光纤分别提高1.05~6.25倍、1.05~4.99倍和1.03~4.63倍。此外,该光纤还具有较好的传输特性。因此,本文提出的光子晶体光纤在化学传感和生物医学领域方面更具优势。

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    • 氧分压对脉冲激光沉积β-Ga2O3-δ薄膜光学性能的影响

      2022, 41(1):279-284. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.022

      摘要 (174) HTML (151) PDF 1.77 M (1615) 评论 (0) 收藏

      摘要:在不同氧分压下,用脉冲激光沉积法在c-蓝宝石衬底上制备了高质量β-Ga2O3-δ薄膜。通过X-射线衍射、远红外反射光谱、X-射线光电子能谱和紫外-可见-近红外透射光谱系统地研究了β-Ga2O3-δ薄膜的晶格结构、化学计量比和光学性质。X-射线衍射分析表明,所有沉积的薄膜以(-201)晶向方向生长。透射光谱显示薄膜在255 nm以上的紫外-可见-近红外波段具有80%以上的高透明度,同时在255 nm附近有一个陡峭的吸收边。此外,利用Tauc-Lorentz (TL)色散函数模型和Tauc公式,我们提取了β-Ga2O3-δ薄膜的光学常数和光学直接带隙。更进一步,我们通过理论计算解释了氧气分压对β-Ga2O3-δ薄膜光学性质的影响。

    • >太赫兹与毫米波技术
    • 基于立方星辐射计直接检波系统的毫米波零偏置肖特基二极管检波器设计

      2022, 41(1):285-293. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.023

      摘要 (216) HTML (125) PDF 2.45 M (1341) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于立方星辐射计直接检波系统,设计并实现了中心频率分别为89 GHz和150 GHz的两款毫米波零偏置肖特基检波器。检波器设计基于ACST的零偏置肖特基二极管。为了获得稳定、优越的性能以及较好的宽带特性,并易于与前级系统集成,更适于立方星辐射计小型化,在直流接地电路与输出电路处采用扇形线结构,并通过一段可调传输线对其端口阻抗进行优化。本文对肖特基二极管及检波器电路结构进行了分析、建模和优化。测试结果表明,W波段检波器在85 ~ 95 GHz范围内具有2500 V/W的典型灵敏度,在89 GHz测试的线性度为0.9994。D波段检波器在145 ~ 155 GHz范围内的典型灵敏度约为1600 V/W,在150 GHz测试的线性度为0.9992。这些结果验证了改进电路结构在检波器设计上的优越性和在直接检波系统中应用的可行性。

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    • 一端固定的双站SAR体制下基于距离补偿的毫米波快速成像算法

      2022, 41(1):294-298. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.024

      摘要 (203) HTML (219) PDF 911.24 K (1188) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出了一种一端固定的双站SAR(OS-BiSAR)体制下基于距离补偿的毫米波快速成像算法。在图像重构过程中,该算法通过保留回波模型中的幅度衰减因子来补偿信号传播衰减,并根据目标回波方程特性对接收阵列维执行了卷积操作,最后通过快速傅里叶变换(FFT)以及相干累加等步骤求解出最终目标图像。仿真分析和实验结果表明,与OS-BiSAR体制下基于距离补偿的距离徙动算法(RMA)相比,所提算法不仅可以保证图像重构效率,还能更显著地降低信号沿空间路径的传播损耗对成像质量带来的影响。

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    • 基于0.18-μm锗硅BiCMOS工艺的60 GHz匹配型高隔离小型化变压器巴伦

      2022, 41(1):299-304. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.025

      摘要 (172) HTML (85) PDF 1.74 M (1240) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种工作在60 GHz频率的具有输出端口间高隔离和全端口匹配特性的小型化变压器巴伦芯片,该芯片采用0.18-μm锗硅BiCMOS工艺设计并加工。通过在60 GHz变压器巴伦的输出端口之间引入隔离电路,提高巴伦的隔离度性能并改善输出端口匹配性能;在此基础上,提出了一种基于左手材料传输线的隔离电路,能大大改善传统隔离电路中分布式传输线尺寸大的问题;为了进一步实现巴伦的小型化,在设计中采用了负载电容补偿技术,同时能改善变压器巴伦输入端口的匹配性能。设计的巴伦芯片经过电磁场仿真,其结果与在片测试结果有较高的一致性,验证了提出的设计方法,设计的巴伦芯片具有全端口匹配和输出端口间高隔离度的特性。基于实测结果,在60 GHz频率处,设计的巴伦芯片实现了超过25 dB的输出端口隔离度和优于18 dB的输出端口回波损耗,且占用尺寸极小,仅为0.022 mm2

    • W波段双带状电子注新型平面慢波结构行波管

      2022, 41(1):305-310. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.026

      摘要 (244) HTML (135) PDF 5.94 M (1172) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种适用于W波段行波管(TWT)的双注矩形环杆(DBRRB)慢波结构(SWS),该结构具有平面特性,适合于微细加工。在一对T形介质杆的支撑下,RRB SWS适用于双带状电子注工作。利用计算机仿真分析了其高频特性。设计并采用了渐变结构和阶梯波导的宽带输入输出结构。采用粒子(PIC)模拟研究了RRB SWS的热仿真性能,并用0.6 T的螺线管磁场,对电压和电流分别为11.2 kV和0.12 A的双带状注进行聚焦。仿真结果表明,在94 GHz时的饱和输出功率为56.7 W,对应的增益为27.4 dB。此外,还添加了一个衰减器来抑制振荡并实现了稳定工作。

    • 高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

      2022, 41(1):311-316. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.027

      摘要 (195) HTML (199) PDF 2.42 M (1214) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出一种适用于工作在毫米波段(85~110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究。曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率。文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其结果表明应用一次相速跳变技术的曲折槽波导具有良好的传输特性和较宽的带宽。此外,通过测量三种不同周期个数曲折槽波导的相位传输得到了不同周期p0和p1的色散曲线,其结果证明通过仿真得到的色散曲线和测量得到的色散曲线相吻合。文中注波互作用三维粒子模拟结果表明:当曲折槽波导慢波结构末端20个半周期采用一次相速跳变技术时,在频点95 GHz处输出饱和功率达到240 W,比同等条件下的均匀相速曲折槽波导行波管在95 GHz处高70 W。同时,曲折槽波导行波管采用一次相速跳变技术在频带85~110 GHz范围内电子效率明显得到提高,并且在95 GHz处最大电子效率提高了47%。

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    • >红外光谱与光谱分析
    • 阱内δ掺杂GaSbBi单量子阱红外发光效率的光致发光光谱研究

      2022, 41(1):317-322. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.028

      摘要 (154) HTML (153) PDF 744.31 K (1358) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用变激发功率红外光致发光(Photoluminescence, PL)光谱方法研究四个不同阱内δ掺杂面密度的GaSb0.93Bi0.07/GaSb单量子阱(Single Quantum Well, SQW)及其非掺杂SQW参考样品。通过分析GaSbBi SQW和GaSb势垒/衬底成分的PL强度演化,发现阱内δ掺杂导致红外辐射效率显著降低,相对下降幅度约为。进一步分析结果表明,发光效率下降来源于界面恶化引发的“电子损失”和阱内晶格质量下降导致的“光子损失”的共同作用。这一工作有望为稀Bi红外发光器件的性能优化提供帮助。

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    • >遥感技术与应用
    • 基于人工神经网络的高分五号高光谱影像悬浮泥沙浓度反演方法

      2022, 41(1):323-336. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.029

      摘要 (400) HTML (214) PDF 15.99 M (1189) 评论 (0) 收藏

      摘要:悬浮泥沙浓度是水体监测中极为重要的指标。本论文基于神经网络具有弥补传统经验算法固有误差的潜力,设计并开发了基于人工神经网络的神经网络校正器来对经验反演结果进行二次校正。为了防止在小数据集的情况下出现过拟合问题,采用了特殊设计的正则化项。基于高分五号高光谱遥感数据以及在长江口和沿海水域同时收集的悬浮泥沙浓度实地测量结果,研究了4种基线经验模型,并评估了使用神经网络校正器后的精度。在每个基线模型上都测试了神经网络校正器模型的两个典型应用,包括基线模型校正和时间校正。在这两种应用中,结果均表明,经校正的D''Sa模型具有最高的准确性。通过使用基线模型校正,均方根误差从0.1495 g/L降低至0.1436 g/L,平均绝对百分比误差从0.7821降低至0.7580,决定系数从0.6805升高至0.6926。实施时间校正后,平均绝对百分比误差从0.8657降低至0.7817,决定系数从0.6688升高至0.7155。最后,基于神经网络校正器校正后精度最高的模型处理了整幅高分五号高光谱图像。本论文结果为各种经验反演算法提供了一种通用的二次校正方法,以最大程度地减少基线模型的固有误差,并且保证了反演精度。

    • 直线型和同轴型脉管制冷机在90 K的对比分析

      2022, 41(1):337-341. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.030

      摘要 (165) HTML (159) PDF 1.32 M (1036) 评论 (0) 收藏

      摘要:直线型和同轴型脉管制冷机被广泛应用于空间领域,尤其是同轴型脉管制冷机。同轴型脉管制冷机结构紧凑且使用便利,而直线型脉管制冷机结构简单且制冷效率高。目前,对于两类脉管制冷机的理论比较研究相对较少,因此开展相应的比较研究很有意义。本文分析了两款不同结构的单级脉管制冷机(直线型和同轴型)。通过建立一维数值模型分析两款制冷机相关热力学参数的不同之处,从机理上揭示了不同结构会导致不同的制冷性能。通过比较两款制冷机的能量流及声功阻抗图,开展实验对两款制冷机性能进行测试和分析。结果表明:在相同的输入功率时,直线型脉管制冷机具有更高的制冷效率,而同轴型脉管制冷机可以达到更低的制冷温度(原因在于同轴型冷指的脉冲管置于回热器内部,会被回热器预冷)。通过比较发现,模拟数据和实验结果具有较好的一致性。

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    • 海洋B星水色仪辐射基准异常分析及修复算法研究

      2022, 41(1):342-353. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.031

      摘要 (143) HTML (111) PDF 2.61 M (1249) 评论 (0) 收藏

      摘要:水色遥感产品的三要素为:叶绿素、悬浮物质和黄色物质。水色水温扫描仪(简称水色仪)作为海洋一号卫星的主载荷之一,设置了8个可见近红外探测通道,主要目的是获取全球的海色三要素分布产品,为全球海洋初级生产力分布研究提供数据。2007年发射的HY-1B星水色仪,作为零辐射基准的冷空位置在入轨初期即存在光污染,导致近红外探测通道深海水域信号出现截止,并且纬度越低冷空信号越大。为了研究此问题的存在机理并对B星水色仪的历史数据进行修复,在实验室对问题产生源的特性进行了验证,并对其影响机理进行了分析。通过获取C星水色仪耀光能量与太阳天顶角的关系,计算B星水色仪在不同太阳天顶角的耀光能量。根据辐射定标系数可得到耀光能量对应的信号码值和码值修复量。结果表明,该修复值与由太阳天顶角计算得到的能量成线性关系,并可用于对B星水色仪其他目标信号进行修复。该算法可用于对B星水色仪近9年的遥感数据的修复,为后续与同类海洋遥感仪器的数据比对并反演水色产品奠定了理论基础。

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    • >红外及光电技术与应用
    • 2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验研究

      2022, 41(1):354-361. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.032

      摘要 (277) HTML (101) PDF 5.07 M (1382) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展了不同重频下2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论,利用有限元法对2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析,并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响,分析了2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理,获取了相关阈值数据。研究表明,2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主,在温度没有达到PbS熔点时,PbS就会发生热分解反应,析出黄色沉淀物PbO;计算得到单脉冲2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm2,且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大,损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。

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    • 77 K下碲镉汞APD探测器的高精度时间数字转换电路

      2022, 41(1):362-369. DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.01.033

      摘要 (210) HTML (186) PDF 1.36 M (1428) 评论 (0) 收藏

      摘要:碲镉汞雪崩光电二极管(HgCdTe APD)是目前红外焦平面技术前沿研究之一,低温下高精度时间标记读出电路是APD焦平面的基础,直接影响到APD红外焦平面性能。时间数字转换电路(TDC)是实现高精度时间标记的方法之一。基于对低温下金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)器件的分析,设计了一款游标型TDC电路,该方法利用同步计数器量化整数倍周期,实现粗计数6 bits的输出;通过片上锁相环倍频的高频时钟来量化不足一个时钟周期的部分,以实现精计数6 bits的输出。电路采用标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺流片,工作在120 MHz的主频与77 K下测试得到,能够分辨最小精度为236.28 ps,其中微分非线性为-0.54~0.71 LSB,积分非线性为-1.32~1.21 LSB。

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主编:褚君浩

国际标准刊号:ISSN 1001-9014

国内统一刊号:CN 31-1577

国内邮发代号:4-335

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