• 《红外与毫米波学报》成功参加第八届国际新型光电探测技术及其应用研讨会
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    2021年第40卷第6期
      红外材料与器件
    • 岳文成, 王庆, 李欣雨, 王书晓, 余明斌

      2021,40(6):709-714, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.001

      Abstract:

      由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10-2。另外,为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合,提出了一种高效的耦合方案,耦合效率可以达到92.7%,在yz方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2 μm。

    • 顾宇强, 谭明, 吴渊渊, 卢建娅, 李雪飞, 陆书龙

      2021,40(6):715-720, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.002

      Abstract:

      通过优化倍增层的厚度,研究了InAlAs/InGaAs雪崩光电二极管增益带宽积和暗电流之间的关系。利用仿真计算得出200 nm厚的倍增层能够改善增益带宽积并降低暗电流。制成的InAlAs/InGaAs 雪崩光电二极管性能优异,与计算趋势一致。在获得0.85 A/W的高响应和155 GHz的增益带宽积的同时,器件暗电流低于19 nA。这项研究对雪崩光电二极管在未来高速传输的应用具有重要意义。

    • 郎兴凯, 贾鹏, 秦莉, 陈泳屹, 梁磊, 雷宇鑫, 宋悦, 邱橙, 王玉冰, 宁永强, 王立军

      2021,40(6):721-724, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.003

      Abstract:

      为了获得高功率、窄线宽和近衍射极限输出的半导体激光器,采用高阶光栅(high order Bragg gratings,HOBGs)和主控振荡功率放大器(Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA)结构,成功研制出一种980 nm波段的HOBGs-MOPA半导体激光器。该激光器采用周期为11.37 μm的高阶光栅进行光模式选择,通过锥角为6°的锥形波导将单模激光功率放大,实现了输出功率2.8 W,3 dB光谱线宽31 pm,光束质量因子M 2为2.51的窄线宽激光输出。

    • 尤明慧, 祝煊宇, 李雪, 李士军, 刘国军

      2021,40(6):725-731, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.004

      Abstract:

      采用界面失配阵列(Interfacial Misfit arrays, IMF)技术深入研究了在GaAs衬底上外延生长GaSb,研究了生长温度、Sb:Ga等效原子通量比、AlSb过渡层厚度和GaSb外延层厚度对材料结构质量的影响。其中,生长温度、AlSb过渡层厚度是影响GaSb材料结构质量的重要因素,通过高分辨率X射线衍射(HRXRD)研究,HRXRD测量材料的衍射峰半高全宽(FWHM)值对这两个参数的变化非常敏感,而Sb:Ga等效原子通量比(Effective atomic flux ratio),在富Sb条件下,材料结构质量受其变化影响有限,GaSb衍射峰FWHM值随其变化轻微,但是GaSb材料层结构质量随其厚度增加而提高。优化的条件为GaSb材料生长温度约为515 ℃, AlSb过渡层厚度为5 nm。制备10 nm厚的GaSb外延层,经HRXRD测试,其衍射峰FWHM值仅为约15 arcsec, 与商用GaSb衬底的衍射峰FWHM值相当。生长于其上的量子霍尔器件,在1.8 K及无电场偏压测量条件下,电子迁移率高达1.5×105 cm2/Vs,达到了GaSb衬底上器件性能水平。

    • 黄惠琳, 黄静, 施佺

      2021,40(6):732-737, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.005

      Abstract:

      提出了一种肖特基二极管的毫米波等效电路模型参数提取方法。该方法利用开路测试结构确定焊盘电容,并结合短路测试结构确定馈线电感;基于直流I-V特性曲线和小信号S参数分别提取了寄生电阻并进行了对比分析;给出了本征元件随偏置电压的变化曲线。在频率高达40 GHz的范围内,截止和导通状态下S参数的模拟与测试数据吻合良好,验证了提取方法的有效性。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 何婉婷, 张铂, 王斌, 孙晓玮, 杨明辉, 吴晓峰

      2021,40(6):738-748, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.006

      Abstract:

      基于毫米波图像的隐匿物检测技术在无接触式人体安检中具有重要意义。目前,毫米波设备已实现三维成像,但隐匿物检测算法通常将其简单压缩为二维图像进行目标检测,未能充分利用图像深度方向的信息。针对这一问题,提出一种毫米波图像隐匿物检测框架,将三维图像视为截面序列并充分利用其截面内特征沿序列(即深度方向)的内在逻辑关系。该框架由卷积神经网络与长短时记忆网络构成,前者用于提取截面的粗细粒度特征,后者用于提取上述特征沿深度方向的全局关联性,实现特征级信息融合,从而提高隐匿物二维定位准确率。实验结果表明,与现有主流毫米波图像隐匿物检测方法相比,所提模型能大幅提高检测精度。

    • 刘锶钰, 张德海, 孟进, 纪广玉, 朱皓天, 侯晓翔, 张青峰

      2021,40(6):749-753, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.007

      Abstract:

      基于国内的GaAs单片集成电路产线,研制了一款中心频率在0.825 THz的二次谐波单片混频器。针对肖特基二极管在太赫兹频段的高频效应详细分析了反向并联肖特基二极管的寄生参数以完善单片电路的设计。单片电路集成度高和装配误差小的特性更适用于太赫兹频段器件的设计。梁氏引线形式电路设计既可以降低介质基板带来的损耗,减小安装的位置偏移。实测结果表明, 0.825 THz单片混频器最佳单边带的插损值为28 dB,0.81到0.84 THz频率范围内插损小于33 dB。

    • 周康成, 冯进军

      2021,40(6):754-760, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.008

      Abstract:

      基于圆电模研究了椭圆型准光模式变换器,并提出用于快速设计椭圆结构准光系统的修正公式。利用修正公式设计的准光系统由椭圆型Vlasov辐射器与准抛物面镜组成。计算仿真结果表明,该椭圆体系所辐射的波束具有辐射方向性更好,副瓣增益更低的特性,并且其尺寸相比于传统的圆体系更小。

    • 苏金龙, 胡飞, 田岩, 郑涛, 胡演

      2021,40(6):761-767, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.009

      Abstract:

      作者测量了常见军用涂层在Ka波段的发射率,测量对象包括:雷 达隐身涂层、雷达与高发射率红外兼容隐身涂层、雷达与低发射率红外兼容隐身涂层、高发射率红外涂层以及航空防腐涂层。测量试验采用了基于电压法的改进测量方案,该测量方法可以消除材料样品不能完全覆盖天线波束以及参考体与材料样品厚度差异导致的有效辐射面积差异引起的误差。此外,文章分析并讨论了主要的测量不确定度源。

    • 杨晨, 郭炜, 李志贤, 焦梦龙, 张志强, 罗积润, 朱敏

      2021,40(6):768-777, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.010

      Abstract:

      基于开放式谐振腔及准光学模式变换理论,设计并实现了一种应用于回旋管振荡器冷测的高阶模式激励器。以140 GHz、TE28,8模工作为例,通过计算机编程控制三维移动测量平台和网络分析仪完成了相应的实验测量。当模拟仿真获得在谐振腔激起频率为140.179 GHz、Q值为855、输出场分布与TE28,8模的相关性为90.9 %时,对应设计构建模式激励器完成的冷测结果频率为140.155 GHz、Q值为876、横向电场明显具有TE28,8的特征,为回旋管振荡器研究和设计过程检验提供了一个有效的实验平台。

    • 张力波, 张传胜, 王林, 邢怀中

      2021,40(6):778-783, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.011

      Abstract:

      利用定点转移技术,制备出二维层状材料石墨烯-黑砷范德华异质结构的光电探测器制备,实现了从可见光-红外-微波的宽频段探测。其中在可见红外光辐射下,黑砷中产生的光激发电子-空穴对被分离并注入石墨烯,显著降低了半导体黑砷和金电极之间的势垒,从而实现了有效的光电流提取;在微波频段下,由于两种材料塞贝克系数差异产生光热电效应而激发非平衡载流子,零偏下形成光电流。研究结果为二维层状材料的带隙工程应用于光子和光电子领域铺平了道路。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 符娟娟, 唐金兰, 包一麟, 尚慧, 吴进锦, 王潇, 尹建华

      2021,40(6):784-790, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.012

      Abstract:

      创新设计了一款操作灵活、方便、适于生物医学原位检测的反射式近红外(NIR)光纤探头,通过将自聚焦透镜耦合到NIR光纤探头的顶端,并对探头结构、光纤排布进行全新设计,使光纤探头具有更高的测量精度和收集效率。通过耦合傅里叶变换近红外光谱仪对蔗糖样本进行NIR光谱采集,发现该反射式NIR光纤探头具有高效便捷的特点以及较高的光谱重复性和信噪比。采用该光纤探头对犬膝关节股骨端关节软骨进行NIR光谱离体原位检测,这些光谱数据经一阶导数2次多项式21点Savitzky-Golay平滑预处理后再进行主成分分析和Fisher判别分析。模型初始案例和交互验证案例正确识别率分别为97.62%、90.47%,样本预测集的识别率达96.43%,证明了采用该NIR光纤探头进行NIR光谱原位检测的有效性及骨关节炎识别的可行性,可为骨关节炎的临床诊断奠定实验基础。

    • 储媛媛, 刘莹妹, 李生娟, 徐志成, 陈建新, 王兴军

      2021,40(6):791-797, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.013

      Abstract:

      通过在3~300 K的低温变温拉曼光谱的测量,对不同Sb组分的GaAsSb/InP异质结中的由Sb组分引起的声子非谐效应进行了拉曼散射的研究。实验发现,随着温度的降低,长光学声子峰位向高波数移动,当温度低于100 K时,变化趋于平缓。分别利用三声子模型和四声子模型计算模拟了光学声子和温度的依赖关系,并和实验结果对比发现,与三声子模型相比,四声子模型与实验数据符合更好,表明温度依赖的拉曼散射峰位的变化必须考虑四次声子非谐振动。相对于晶格失配的样品S1(Sb=37.9%)和S3(Sb=56.2%),获得的声子非谐度在晶格匹配的样品S2(Sb=47.7%)中是最小的,同时通过对声子线宽的研究表明S2中声子寿命是最长的。结合低温光致发光的实验结果,证实了GaAsSb合金晶格振动的声子非谐效应和声子寿命不仅受合金无序散射的影响,同时受到和衬底晶格失配引入的线缺陷和缺陷的声子散射影响。

    • 遥感技术与应用
    • 郑付强, 匡定波, 胡勇, 巩彩兰, 黄硕, 李澜, 何志杰

      2021,40(6):798-808, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.014

      Abstract:

      基于风云三号卫星MERSI-Ⅱ影像的特性,提出了一种基于U-ASPP-Net的独立海冰分割算法,该算法在U-Net的基础上引入了空洞空间金字塔池化模块和空洞深度可分离卷积,构建了新型独立海冰分割网络U-ASPP-Net,并在网络后端将FDWloss作为损失函数,最后利用重叠消边策略生成最终的独立海冰分割图。为验证U-ASPP-Net的准确性与有效性,选取U-Net、Deeplab v3+和分区梯度差分与双峰阈值分割法作为对照方法进行实验,实验结果表明,基于U-ASPP-Net的独立海冰精细化分割方法在OA、Kappa系数、IOU、Dice系数四种指标上均优于其他方法,对细节与边缘的提取能力较强,对极小块海冰的还原度较高。此外,算法在一定程度上能够解决基于中分辨率遥感影像提取独立海冰时无法解决的薄云干扰问题,对薄云下的海冰依然具有良好的提取能力,能够为北极航线的动态规划提供较为准确的技术支持。

    • 李津津, 邱实, 张宇, 高彩霞, 钱永刚, 刘耀开

      2021,40(6):809-819, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.015

      Abstract:

      基于夜间大气层顶反射率方向性分布特性,提出了一个基于精确模拟夜间辐射传输过程的低照度遥感载荷在轨辐射定标性能评估新方法。即以南极雪地Dome C为研究区,以MT2009(Miller-Turner 2009)大气层顶月球辐照度模型和大气层顶双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF)模型模拟的夜间星上辐亮度值为基准,分析相同几何条件下,可见光近红外成像辐射计夜间光波段(Visible Infrared Imaging Radiometer Suit Day/Night Band, VIIRS DNB)观测辐亮度与基准值之间的一致性,发现在2018-2020年两者差值保持在4.97×10-10 W?cm-2?sr-1左右,比VIIRS DNB最小探测阈值3×10-9 W?cm-2?sr-1约低一个数量级,故从可接受的仪器灵敏度误差范围内,可判定VIIRS DNB载荷在美国极轨合作卫星(Suomi National Polar-orbiting Partnership, SNPP)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA-20)上在轨辐射定标性能均非常优良。另外,基于距离校正后的SNPP VIIRS DNB和NOAA-20 VIIRS DNB辐亮度开展了VIIRS DNB载荷在轨辐射定标稳定性分析,发现相同月相角下两载荷辐亮度一致性在6%以内。

    • 瞿洋, 黄小仙, 冯旗

      2021,40(6):820-828, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.016

      Abstract:

      海洋一号B星水色水温扫描仪(HY-1B COCTS)在轨工作时受到冷空未知辐射的干扰导致其九年数据均受到不同程度的影响。以两极受影响较小的数据做样本,建立基于再定标系数的响应修复模型和基于概率分布的非均匀校正模型,对地球目标信号进行修复,根据修复结果进行了对比和优化,并对修复模型的精确性和稳定性进行了验证。最后结果表明,在冷空辐射基准受影响的情况下,响应修复模型结合概率分布校正模型能够明显的对数据进行有效修复。

    • 红外及光电技术与应用
    • 崔维鑫, 李响, 孙浩, 徐增闯, 李勇, 于远航

      2021,40(6):829-833, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.017

      Abstract:

      针对高轨面阵红外地球敏感器在轨温度交变引起的系统非均匀性变化现象,提出一种在轨非均匀性校正的光机设计方案。小型化、轻量化、长寿命的光机系统包括标定黑体组件和光学成像系统。在分析系统非均匀性校正机理和影响的基础上,重点研究了标定黑体组件和光学系统选型及设计之间的关系,并在地面验证了系统非均匀性校正效果。利用在轨地球成像数据对系统的非均匀性进行了效果评估,评估结果表明满足在轨应用要求。

    • 罗妍, 郝永芹, 晏长岭

      2021,40(6):834-839, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.018

      Abstract:

      研究了一种940 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅反射镜(HCG),采用GaAs/AlOx光栅结构,讨论了TE偏振时光栅结构中各参数对反射光谱的作用规律,分析TE、TM不同偏振时反射镜的结构特点,及形貌误差对高反射带的影响。设计的TE-HCG的高反射带中心为940 nm,在0.888~0.985 μm波长范围内,TE波反射率大于99.5%,TM波反射率低于90%,高反射带宽97 nm,Δλ/λ0>10%。该反射镜可以与VCSEL采用一次性外延生长技术制作,且具有结构简单,制作容差大,且偏振稳定的优势,不仅有利于改善器件性能,且大大降低VCSEL的制作难度和成本。

    • 王天烨, 费起来, 徐博, 梁焰, 曾和平

      2021,40(6):840-846, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.019

      Abstract:

      InGaAs/InP雪崩光电二极管(avalanche photodiode APD)可实现近红外波段的单光子检测,具有集成度高功耗低等优势,被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域。通常,为了减小误计数,InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式,其门控信号的重复频率直接决定了探测器的工作速率。基于此,采用低通滤波方案,结合集成了GHz正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制、偏置电压调节等功能的处理电路,搭建了GHz重复频率可调的高性能InGaAs/InP单光子探测器。GHz门控信号重复频率升高到2 GHz,其相位噪声仍优于-70 dBc/Hz@10 kHz,且尖峰噪声被抑制到热噪声水平,当探测效率为10%时,暗计数仅为2.4×10-6/门。此外,还验证了该方案下探测器的长时间稳定性,测试了工作速率、偏置电压等对APD关键性能参数的影响,为GHz InGaAs/InP APD的进一步集成及推广奠定基础。

    • 唐国良, 李春来, 刘世界, 徐睿, 徐艳, 袁立银, 王建宇

      2021,40(6):847-857, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.020

      Abstract:

      借助于称重测量原理的噪声抑制效果,提出了一种基于S矩阵狭缝阵列的短波红外光谱成像方法,通过构建S矩阵狭缝阵列替换光谱成像系统的单狭缝,实现空、谱信息的混叠测量。对该系统的探测器噪声和光子噪声进行了分析,计算了系统噪声抑制效果。仿真结果表明,该方法在弱光条件下可有效地降低噪声水平,提高成像质量。搭建了原理样机进行成像实验,对一均匀面目标成像,通过对比单狭缝成像数据,使用S矩阵狭缝阵列的光谱成像方法在23%和10%探测器势阱光强下信噪比分别提升了9%和21%。

    • 苗壮, 张湧, 李伟华

      2021,40(6):858-864, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.021

      Abstract:

      针对仅配备CPU的红外成像系统,本文提出了一种基于中心点的实时目标检测方法。遵循轻量化的设计原则,首先引入了低计算成本的特征提取网络,并在此基础上设计了相应的特征融合模块以充分利用不同阶段提取的空间和上下文信息。同时为了进一步提高网络的表征能力,提出了一个背景抑制模块以完成对前景区域的特征增强,并最终通过轻量检测网络实现对目标中心点及其相应属性的预测。在红外空中目标数据集上的实验表明,本文所提方法能够在CPU上以21.69 ms每帧的速度达到90.24%的检测精度。与经典的Tiny-YOLOv3相比,在计算量和参数量仅为前者21%和11%的前提下,检测精度提高了10.94%,并且检测速度提高了10.02 ms,证明了方法在实时红外系统中的巨大应用潜力。

    • 杨煜, 赵帅, 沈远, 孟令俊, 王梦宇, 张磊, 王克逸

      2021,40(6):865-869, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.022

      Abstract:

      回音壁模式光学微腔是一种研究非线性光学现象的理想平台。在1 550 nm波段下成功实现了在CaF2晶体微腔中产生五阶级联的受激布里渊散射激光。所用的CaF2晶体微腔直径为12.6 mm,同时有着超高的品质因子,最高可以达到。实验中发现,当大尺寸晶体腔与绝热的锥形光纤进行耦合时,能够激发出多个谐振模式,保证了能够方便地选择不同的谐振波长来匹配受激布里渊散射频移。可以消除在匹配微腔的自由频谱范围和布里渊频移时对微腔尺寸精准控制的需要。为了解决在微腔和波导耦合时的环境震动影响,还设计了一个可以精密耦合调节的封装平台,可以保证谐振腔和波导稳定的在氮气保护气体氛围中被耦合密封起来。产生的级联布里渊激光和设计出的稳定封装平台可以用于后续的应用开发,例如多波长布里渊激光器产生和基于布里渊激光的陀螺仪研发等。

    • 图像处理及软件仿真
    • 李怀乾, 杨明辉, 吴亮

      2021,40(6):870-877, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.023

      Abstract:

      投影角度不同导致目标的形状及尺寸变化限制了基于主动式毫米波(AMMW)全息图像投影视图的隐匿物品二维检测方法对小目标检测性能的提升,为此,提出了基于点云的隐匿物品三维检测方法。通过阈值化处理将AMMW全息图像转换为点云输入经空洞卷积及多分支结构改进的SECOND三维目标检测器,提取对目标的三维几何理解及其多尺度上下文信息以提高对小目标的检测能力。实验结果表明,较基于投影的二维检测方法,该方法平均召回率(AR)提升了3.33%,有效提升了定位精度;在交并比(IOU)阈值为0.5时的检出率提升了8.75%,虚警率降低了1.78%,平均精度(AP)提升了7.11%,不同IOU阈值下的平均AP提升了4.30%,有效提升了检测精度;检测速度为17.3 FPS,达实时水平。

    • 汪德棠, 任志刚, 刘莎, 赵永强, 方辉, 张连东

      2021,40(6):878-885, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.024

      Abstract:

      由于红外偏振焦平面的异构特性,在非均匀校正过程中需要考虑不同检偏通道的响应差异对整体校正效果的影响,其非均匀校正问题相较同构的普通红外焦平面更为复杂。针对红外偏振焦平面的非均匀校正问题,提出了一种基于场景偏振冗余估计的非均匀校正算法,通过对场景图像和由场景图像计算得到的偏振冗余估计图像进行统计,得到整个焦平面上所有像元响应在统计特性上的差异,然后分通道从两个方向对这些差异进行比较分析,得到更新后的增益校正系数,再通过辐射重定标抑制由于静止场景所造成的鬼影,得到当前状态下相机的增益校正系数。在这个过程中,通过偏振冗余估计评价之前的校正系数,自适应地实现增益校正系数的更新。最后使用真实场景数据进行测试,结果表明本文所提出的非均匀校正算法有效提高了所获取偏振图像的准确性。

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    2021年第40卷第6期
      40周年特邀
    • 张真真, 符张龙, 王长, 曹俊诚

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 王崇儒, 杨利峰, 曹汛, 王跃明

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 史睿, 周建, 白治中, 徐志成, 周易, 梁钊铭, 师瑛, 徐庆庆, 陈建新

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 遥感技术与应用
    • 李丽圆, 李潇雁, 胡琸悦, 苏晓锋, 陈凡胜

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      合成孔径雷达(SAR)具有不受云层干扰、可全天时、全天候对地观测的特点,基于SAR图像的舰船检测已广泛用于海洋搜救、港口侦察、领海防御等民用或军用领域。然而,与大型舰船相比,像素点少、对比度低的小型舰船存在漏检率高的问题,并且速度和精度之间的平衡成为舰船检测算法天基应用的难点。针对以上问题,本文提出了一种基于YOLOv5s模型改进的舰船检测轻量化模型(ImShips)。首先,针对船体大小差异导致的漏检问题,采取在网络底部使用感受野较小的标准卷积,提升了模型对小规模舰船空间信息的获取能力。同时,在网络顶部设计了放大感受野的扩张卷积,保留了更多的语义特征,有利于大目标的特征提取。接着,提出将轻量级的通道注意力机制应用于YOLOv5的骨干网络和特征融合网络,通过对提取到的特征按重要性分配权重,实现纹理信息的筛选。最后,在下采样时采取深度可分离卷积代替标准卷积,减少了模型参数的数量,进一步提高了模型的推理速度。实验结果表明,在SAR舰船检测SSDD和ISSID数据集中,改进后的ImShips模型在保证精度的同时,所需的浮点计算数比YOLOv5s模型减少了45.61%,检测速度提高了8.31%。ImShips模型网络规模小、检测速度快,在实时天基舰船检测中具有较大的应用潜力。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 田艳艳, 王禾欣, 石先宝, 李新义, 宫玉彬, 何文龙

      DOI:

      Abstract:

      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%。

    • 红外及光电技术与应用
    • 王玺, 叶庆, 董骁, 雷武虎, 吕桐林, 郭彦廷, 胡以华

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 陈峣, 张升伟

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外材料与器件
    • 黄卫国, 顾溢, 金宇航, 刘博文, 龚谦, 黄华, 王庶民, 马英杰, 张永刚

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 40周年特邀
    • 文政绩, 李晓温, 赵文超, 孙艳, 郝加明, 戴宁, 褚君浩

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 朱娟峰, 杜朝海

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 王朝辉, 许河秀, 逄智超, 王明照, 王少杰

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。本文所提出的设计三维共形超表面隐身衣的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。

    • 杨静, 邱杰夫, 姜辉, 胡旻, 刘盛纲, 张晖

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 常少杰, 吴振华, 黄杰, 赵陶, 刘頔威, 胡旻, 魏彦玉, 宫玉彬, 刘盛纲

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 柴旭良, 周易, 王芳芳, 徐志成, 梁钊铭, 朱艺红, 周建, 郑露露, 黄敏, 白治中, 黄爱波, 陈红雷, 丁瑞军, 陈建新

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 郭家祥, 谢润章, 王鹏, 张涛, 张坤, 王海露, 贺婷, 李庆, 王芳, 陈效双, 陆卫, 胡伟达

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。从上世纪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。

    • Shi Qian, Zhang Shukui, Wang Jianlu, Chu Junhao

      DOI:

      Abstract:

      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。

    • 红外材料与器件
    • 李留猛, 周斌, 高立宸, 姜凯, 朱亮清, 张金中, 胡志高, 褚君浩

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 王洁, 谭冰冲, 陶星竹, 徐成城, 常天英, 崔洪亮, 张瑾

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      提出将希尔伯特变换和功率谱估计相结合的光谱分析算法,对太赫兹反射时域波形进行处理,并将该算法应用于太赫兹时域光谱成像,将缺陷厚度和图像灰度关联,实现同时对玻璃纤维层压板内部缺陷厚度、位置和形状的成像检测。实验结果表明:将多重信号分类谱估计、自回归谱估计和希尔伯特变换结合时,能成功区分厚度为0.08 mm缺陷上下表面反射脉冲,反射脉冲的时间分辨率小于0.5 ps,缺陷厚度的检测误差不高于0.03 mm。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 徐寿喜, 杨杰, 王虎, 耿志辉, 张瑞

      DOI:

      Abstract:

      针对170 GHz回旋管研究,设计了一种高效Denisov准光模式变换器,该回旋管工作在模式。模式变换器由微扰结构的辐射器和镜面系统组成。基于耦合模理论和矢量绕射理论,研究了两级微扰辐射器,优化设计了镜面系统。仿真结果显示,模式转换为高斯光束,其输出功率转换效率为93.7%。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 马楠, 窦程, 王嫚, 朱亮清, 陈熙仁, 刘锋, 邵军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 董洋, 郭靖宇, 王禾欣, 王战亮, 路志刚, 巩华荣, 段兆云, 宫玉彬, 王少萌

      DOI:

      Abstract:

      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。

    • 遥感技术与应用
    • 范文龙, 黄小仙, 傅雨田

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外材料与器件
    • 赵丽娟, 赵海英, 徐志钮, 梁若愚

      DOI:

      Abstract:

      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。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 张大为, 徐鑫, 李斌, 徐辉, 于洪喜, 李军, 马凯学, THANGARASU Bharatha Kumar, YEO Kiat Seng

      DOI:

      Abstract:

      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

    • 红外材料与器件
    • 张帅君, 李天信, 王文静, 李菊柱, 邵秀梅, 李雪, 郑时有, 庞越鹏, 夏辉

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外及光电技术与应用
    • 章琪文, 陈洪雷, 丁瑞军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 陈旭, 杨琪, 曾旸, 王宏强, 邓彬

      DOI:

      Abstract:

      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。

    • 遥感技术与应用
    • 赵鹏, 蒋珍华, 陆志, 曲晓萍, 吴亦农

      DOI:

      Abstract:

      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(原因在于同轴型制冷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。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 代珍兵, 罗国语, 贺言, 王冲, 晏湖根, 李志强

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.014

      Abstract:

      研究了过渡金属硫族化合物碲化钨的近场光学响应,通过Drude-Lorentz模型拟合得到其块材在室温下的介电常数,并利用有限偶极模型计算出碲化钨样品与金刚石基底的近场散射信号比。当样品边缘未出现散射信号增强时,实验结果与理论模型符合较好;当样品边缘出现信号增强现象时,理论模型与实验观测结果不符,说明这部分样品的光学性质并不能完全由块材所描述,从而推测样品表面具有与块材无耦合作用的碲化钨纳米薄层,同时对在样品边缘很强的近场散射信号给出了可能的解释。这个工作为今后对拓扑材料的光学研究提供了参考。

    • 40周年特邀
    • 叶振华, 李辉豪, 王进东, 陈星, 孙常鸿, 廖清君, 周松敏, 林加木, 黄爱波, 李辉, 潘建珍, 王晨飞, 陈洪雷, 陈路, 魏彦锋, 林春, 胡晓宁, 丁瑞军, 陈建新, 何力

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。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。

    • 遥感技术与应用
    • 刘一鸣, 张磊, 周梅, 梁建, 王妍, 孙力, 李庆利

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。

    • 红外材料与器件
    • 崔玉容

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文开展了InAs / GaSb II类超晶格长波红外探测器的表面处理研究。通过对不同处理工艺形成台面器件的暗电流分析,发现N2O等离子处理结合快速热退火(RTA)的优化工艺能够显著改善50%截止波长12.3μm的长波器件电学性能。在液氮温度,-0.05V偏置下,器件的暗电流密度从5.88 ×10-1A/cm2降低至4.09 ×10-2A/cm2,零偏下表面电阻率从17.7 Ωcm提高至284.4 Ωcm,有效降低侧壁漏电流。但是该表面处理后的器件在大反偏压下仍有较大的侧壁漏电,这可能是由于高浓度的表面电荷使得大反偏下侧壁有较高的隧穿电流。通过栅控结构器件的变栅压实验,验证了长波器件存在纯并联电阻及表面隧穿两种主要漏电机制。最后,通过暗电流拟合,可获得使用优化工艺的器件表面电荷浓度为3.72×1011cm-2

    • 40周年特邀
    • 阙步军, 彭士屹, 耿伟航, 崔健, 胡森虎, 冯哲, 钱骏

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      近红外二区(900-1880 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的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。

    • 李潇雁, 胡琸悦, 江林逸, 陈凡胜

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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,提出了一种基于光迹追踪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,通过光迹追踪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。

    • 桂裕华, 李津宁, 王梅竹, 何志平

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      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。论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。

    全选
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    • 五碲化锆超快光激发表面电流特性研究

      吕海慧, 李敏, 夏宇, 刘峥, 贺明洋, 袁帅, 曾和平

      Abstract:

      利用反射式太赫兹时域光谱研究飞秒光激发狄拉克半金属五碲化锆表面产生的瞬态光电流,进而分析五碲化锆产生太赫兹辐射的几种物理过程。实验结果表明偏振无关的光电流是表面电流的主要成分,同时太赫兹振幅与泵浦脉冲的线偏振相关,表明部分电流产生于非线性光整流效应。圆偏振光泵浦下,太赫兹振幅随泵浦脉冲呈四倍周期性变化,证实五碲化锆在飞秒脉冲泵浦下产生圆偏振光电流效应。进一步分析超短激光脉冲激发下的太赫兹时域电场,揭示五碲化锆在光诱导下发生反演对称性破缺,产生B1u声子,形成瞬态外尔点,发生从狄拉克态到外尔态的转变。这对研究拓扑相变和其他拓扑态等方面具有重要意义。

      • 1
    • (英)InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对InP基HEMT材料性能的影响

      田方坤, 艾立鹍, 孙国玉, 徐安怀, 黄华, 齐鸣

      Abstract:

      本文采用气体源分子束外延(GSMBE)技术,研究了InP衬底上InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对In0.66Ga0.34As/InyAl1-yAs高迁移率晶体管(HEMT)材料特性影响。研究了不同厚度和不同铟含量的InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对材料的表面质量、电子迁移率和二维电子气浓度的影响。结果表明,在300 K、77 K时,电子迁移率和电子浓度分别为8570 cm2/(Vs)-1、23200 cm2/(Vs)-1和3.255E12 cm-2、2.732E12 cm-2。当InyAl1-yAs线性渐变缓冲层厚度为50 nm时,材料的表面形貌得到了很好的改善,均方根粗糙度(RMS)为0.154 nm。本研究可以为HEMT器件性能的提高提供强有力的支持。

      • 1
    • (英)基于对差分结构的高效率285GHz三倍频器

      田遥岭, 刘戈, 李理, 何月, 黄昆, 蒋均, 张健

      Abstract:

      实现了一种基于“对差分”结构的高效率285GHz三倍频器。相比于传统的基于片上旁路电容的平衡式三倍频电路,这种理念能够将电路的功率容量提高一倍。同时,这种结构的三倍频能够提供高度的幅度和相位平衡性,进而实现更好的直流馈电回路,并通过省去高工艺需求的片上电容而降低了相应的插入损耗。同样,这种电路能够通过“对差分”结构实现偶次谐波的本征抑制,从而保证了在管结数量倍增前提下的更高变频效率。测试结果表明该三倍频器能够在140~210mW的驱动功率条件下提供12%的最高效率。

      • 1
    • 长波p-on-n碲镉汞红外焦平面器件高温工作性能研究

      熊伯俊, 邹雷, 杨超伟, 秦强, 孔金丞, 李立华

      Abstract:

      碲镉汞红外探测器的材料为窄禁带半导体,随着工作温度的升高,材料本征载流子浓度会增加,探测器截止波长会变短,暗电流增加等,会导致器件性能降低。碲镉汞红外探测器通常在77 K温度附近工作并获得很好的探测性能,但低温工作会增加探测器的制备成本、功耗、体积和重量等。为了解决这些问题,在保证探测器正常工作性能的前提下,提升探测器的工作温度是碲镉汞红外探测器的重要研究方向。p-on-n结构的碲镉汞红外焦平面器件具有低暗电流、长少子寿命等特点,有利于得到较好高温性能器件。在不同工作温度下对p-on-n长波焦平面器件的性能进行测试分析,在110 K时p-on-n长波碲镉汞红外焦平面器件NETD为25.3 mK,有效像元率为99.48%,在高温条件下具备较优的工作性能。

      • 1
    • 基于峰宽修正的玻璃药瓶内氧气残留浓度的检测研究

      申帅, 贺建军

      Abstract:

      玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱(Wavelength modulated spectrum, WMS)技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而,在用二次谐波信号测量气体浓度时,由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化,这通常会给系统带来误差,进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题,本文成功的将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后,利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明,利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%,且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息,可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正,十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。

      • 1
    • 一种实现任意偏振调控中波红外消色差超表面的正向计算方法

      郁菲茏, 陈金, 赵增月, 李冠海, 陈效双, 陆卫

      Abstract:

      人工微结构超表面近年来在偏振调控与色散调控领域都取得了诸多进展,然而传统方法计算超表面结构对椭圆偏振态的调控效果需要对每一个数据求解方程,因此实现任意偏振的消色差调控依然在复杂度上是一个挑战。一种基于坐标变换的正向计算方法用以快速计算超表面单元对任意偏振态的调控效果被提出,利用纯硅体系下的椭圆柱结构作为调控单元设计了工作在中红外波段的对椭圆偏振态调控的消色差聚焦超表面透镜。结果表明,此种方法与设计在极大简化计算流程的情况下,能够有效实现对椭圆偏振态的操控。相比于之前所报道的基于圆偏振或无偏振依赖的设计,该方法进一步拓展了超表面色散调控的应用范围,具有广阔的应用前景。

      • 1
    • 基于二维碲烯的太赫兹光电探测器

      黄文超, 张凯旋, 李云霞, 王林

      Abstract:

      太赫兹波丰富的物理、化学和生物信息使得该波段的光探测技术在民用和军事领域具有重要的应用潜力。二维(2D)材料,如石墨烯、黑磷等,已经被证明是高性能红外-太赫兹光电探测器的候选材料,并且得到了广泛的研究。然而,石墨烯的暗电流、黑磷在空气中的不稳定性等问题阻碍了室温下太赫兹光探测的快速发展。在本工作中,本研究制备了金属-碲烯-金属的太赫兹光电探测器,实现了毫米波-太赫兹波下的光探测。结果表明,基于对数天线碲烯的太赫兹光电探测器在零偏压下具有较高的光响应率(40mA /W,0.12THz),响应时间为8μs,噪声等效功率(NEP)为4 pW?Hz^(0.5)。本研究结果为高性能室温太赫兹光探测提供了一种新的发展路径。

      • 1
    • (英)多块合并压缩感知实时成像

      李虎, 刘雪峰, 姚旭日, 刘璠, 窦申成, 胡钛, 翟光杰

      Abstract:

      中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使得重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5Hz。

      • 1
    • (英)基于0.35 μm高压CMOS工艺的横向线性雪崩光电二极管

      鞠国豪, 程正喜, 陈永平

      Abstract:

      提出了一种基于0.35 μm高压CMOS工艺的线性雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode, APD)。APD采用了横向分布的吸收区-电荷区-倍增区分离(Separate Absorption, Charge and Multiplication,SACM)的结构设计。横向SACM结构采用了标准高压CMOS工艺层中的DNTUB层、DPTUB层、Pi层和SPTUB层,这极大的提高了APD单片集成设计和制造的自由度。测试结果表明,横向SACM线性APD的击穿电压约为114.7V。在增益M = 10和M = 50时暗电流分别约为15 nA和66 nA。有效响应波长范围为450 - 1050 nm。当反向偏置电压为20 V,即M = 1时,峰值响应波长约为775 nm。当单位增益(M = 1)时,在532 nm处的响应度约为最大值的一半。

      • 1
    • (英)基于富铟团簇量子结构的双波长可调谐半导体激光器

      李雪, 邰含旭, 王玉龙, 郑明, 张建伟, 张星, 宁永强, 吴坚, 王立军

      Abstract:

      本研究提出了一种采用增益芯片和光栅外腔的双波长可调谐半导体激光器。增益芯片采用了富铟团簇量子限制结构作为其量子限制结构,由于该结构独特的平顶增益特性,可以使激光器在双波长调谐范围内实现光强稳定。本研究中的谐振腔包括内部谐振腔和外部谐振腔,其中内部谐振腔由增益芯片的两个自然解理面构成,以支撑整个系统工作在特定波长。外部谐振腔由增益芯片的一个自然解理面和光栅构成,可实现969.1-977.9nm的工作波长范围。最终该系统基于单个增益芯片和单个光栅实现了同步双波长输出,双波长的频率差在THz范围。本研究有望为实现双波长差频太赫兹源提供一种可能的解决方案。

      • 1
    • 基于周期缺陷地结构的毫米波加脊半模波导滤波器

      周奇辉, 刘晨曦

      Abstract:

      提出了一种基于周期缺陷地结构的可集成毫米波加脊半模波导滤波器。该滤波器利用了波导的高通特性以及周期缺陷接地结构的宽带抑制特性,从而构建了有效的通带滤波器。测试表明,该滤波器的3 dB通带范围为39.4-45.4 GHz,中心频点为42.4 GHz,3 dB相对带宽为14.1%,带内最低插入损耗为2.4 dB,位于44.2 GHz,高频带外抑制在58 GHz达40 dB。该滤波器的横截面相比矩形波导滤波器减小了约64 %,有利于电路小型化、集成化。随着5G通信向毫米波频段发展,这种小型化毫米波滤波器在5G通信中有着广阔的应用前景。

      • 1
    • 二维铁电材料调控下的石墨烯超灵敏太赫兹探测器

      王雪妍, 张毅闻, 王林, 陈效双

      Abstract:

      石墨烯具有缺陷密度低、易大面积转移,载流子迁移率高等优异特性,但石墨烯具有的零带隙能带结构导致光生载流子寿命不高,制约了其在高灵敏光电探测器的应用。本工作中利用铁电材料CuInP2S6(CIPS)做顶栅来调控石墨烯的光电特性,探索了提升石墨烯太赫兹探测器灵敏度的可能性,研究了基于铁电调控下的石墨烯光热电效应和等离子体波自混频效应的探测机理,得到了高性能的石墨烯太赫兹探测器。在40 mV的偏置电压和2.12 V的栅压下,该器件在0.12 THz波段辐射下达到了0.5 A/W的响应率,响应时间为6.3 μs,噪声等效功率为0.81 nW/Hz1/2。在0.29 THz波段辐射下仍达到了0.12 A/W的响应率,且噪声等效功率为1.78 nW/Hz1/2。该工作展示了二维铁电异质结构在太赫兹波段中的巨大应用前景。

      • 1
    • (英)220GHz 卷云非球形冰晶粒子的雷达反射率因子与冰水含量关系研究

      王彪, 霍熠炜, 郭兴, 吴家骥

      Abstract:

      针对220GHz太赫兹雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法,计算不同形状非球形冰晶粒子的后向散射截面,并基于最新细化的冰云模型,得到了220 GHz太赫兹波雷达探测的冰水含量I与雷达反射率因子Zm,建立了Zm-I关系表达式。计算结果表明,非球形冰晶粒子及冰云模型均对Zm-I关系有一定的影响。本研究对中纬度卷云的太赫兹波雷达探测的云参数反演有应用价值,并对太赫兹波测云雷达的研制具有借鉴作用。

      • 1
    • 基于分层细分超像素和信息完整性先验的红外图像去雾

      李伟华, 李范鸣, 苗壮, 谭畅, 穆靖

      Abstract:

      雾霾天气由于悬浮粒子的存在,降低了红外成像系统的对比度和视觉质量。现有的去雾方法大多侧重于增强全局图像对比度或采取局部网格窗口策略,容易导致图像信息丢失、光晕伪影以及天空区域失真的现象。针对这些问题,本文提出了一种基于超像素结构分解以及信息完整性保护的单幅图像去雾方法。在该模型中,首先基于局部结构信息,设计了超像素分割算法自适应地将图像分割成多个目标区域以消除光晕伪影。同时为了避免局部高亮目标造成估计误差,采用基于超像素块的改进四叉树细分方法获得全局大气光值。在此基础上,利用组合约束通过最小化信息损失实现透射率图最优化。在真实红外图像数据上的实验表明,在定性和定量方面与现有的经典算法相比,本文所提方法在对比度和可见性方面具有优越性。

      • 1
    • 一种宽带注入锁定三倍频器

      宛操, 薛泉

      Abstract:

      提出了一种毫米波注入锁定三倍频器。在传统注入方式基础上,倍频器采用了推-推差分对输入信号进行二倍频,并将产生的二次谐波通过变压器耦合至注入管的源极共模点,增强了注入管源极共模点二次谐波。由于注入电流是由注入信号与源极共模点二次谐波进行混频而产生,因此注入电流也被增强,从而增大了锁定范围。除此之外,三倍频采用了四阶谐振器,谐振阻抗的相位在过零点被平坦化,锁定范围进一步被增大。采用标准CMOS 65nm工艺设计三倍频,芯片面积为720×670 um2,1.2-V供电时的功耗为15.2 mW。0 dBm注入功率下三倍频的锁定范围为19.2-27.6 GHz,对应的基波抑制比大于25 dB,二次谐波抑制大于35 dB。注入锁定三倍频器可满足5G收发机中本振源的要求。

      • 1
    • (英)太赫兹空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲畸变

      杜海伟, 龙江

      Abstract:

      太赫兹空气相干探测技术一种宽带探测技术,目前已被广泛应用于宽带太赫兹技术中。该技术的频率响应由探测激光脉冲宽度决定。因此,不同的探测激光脉冲在探测过程可能引起太赫兹脉冲的畸变。本文基于数值计算研究了空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲的脉冲畸变和能量损失。结果显示,这种脉冲畸变和能量损失主要依赖探测激光脉冲宽度和待探测的太赫兹脉冲的中心频率。本项工作对于估测在宽带太赫兹技术中使用空气相干探测技术的性能和表现有很好的帮助。

      • 1
    • 黑磷纳米盘-层等离激元系统中的各向异性可调多阶强耦合

      韩利, 邢怀中

      Abstract:

      黑磷支持各向异性的表面等离激元,可用于设计具备更多功能的原理性器件。用时域有限差分法数值模拟了中红外到远红外波段基于黑磷的层-盘-层系统中不同等离激元模式之间的杂交行为。通过动态调节黑磷中的载流子浓度,可以实现两个晶格方向上强耦合现象的产生与控制。对不同模式间的耦合进行分析并计算,得到吸收光谱中的拉比分裂能最高可达42.9 meV。此外,还计算了偏振角度对各向异性强耦合的影响,其最高可以实现6个吸收频带。该模型可为构建未来在中远红外波段工作的基于二维材料紧凑型各向异性等离激元器件提供基础。

      • 1
    • FY-3E/HIRAS-II发射前热真空定标试验非线性校正

      杨天杭, 顾明剑, 邵春沅, 吴春强, 漆成莉, 胡秀清

      Abstract:

      红外高光谱大气探测仪II型(HIRAS-II)是一台傅里叶变换光谱仪,搭载于世界首颗民用晨昏轨道气象卫星FY-3E上,其研制过程在FY-3D/HIRAS-I产品基础上,重点提升了探测器灵敏度、光谱和辐射定标精度等方面。仪器发射前进行了全面的热真空定标试验,其中非线性订正作为辐射定标过程的重要环节,对辐射定标精度具有重要影响。针对HIRAS-II长波和中波1红外探测器产生的非线性效应,通过缩放带内光谱对原始数据作非线性订正,采用最小化不同温度点的仪器光谱响应函数分布和最小化变温黑体定标偏差分布两种方法推导非线性系数。对比辐射定标数据作非线性订正前后的光谱亮温偏差,结果表明经过非线性订正后的辐射定标精度得到了明显提升。

      • 1
    • 超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤

      惠战强

      Abstract:

      摘要:本文提出了一种以环烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer, COC)为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤,该光纤的包层由两组(共六个)无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法(finite difference time domain method, FDTD)结合完美匹配层(perfectly matched layer, PML)边界条件对其导波特性进行分析,仿真结果表明,在0.8 THz - 1.35 THz范围内,总传输损耗小于0.1 dB/m,双折射大于2.12 × 10-5,色散在 ± 0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处,最低总传输损耗仅为0.543 × 10-2 dB/m,双折射值为2.06 × 10-4。并分析了该光纤的弯曲性能,表明在y方向,当弯曲半径超过19 cm时,弯曲损耗小于0.1 dB/m,具有良好的弯曲性能。

      • 1
    • 青藏高原那曲对流云中过冷水的毫米波雷达反演研究

      任涛, 郑佳锋, 刘黎平, 邹明龙, 陈绍婕, 贺婧姝, 李剑婕

      Abstract:

      摘要: 对流云中的过冷水一直是气象探测的难点。本文利用第三次青藏高原大气科学试验的Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;并利用那曲两个个例(包含层积云、淡积云、高积云)对算法的效果进行了分析,利用同址微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,提出了高原对流云的过冷水有效半径–反射率因子(R_e–Z_e)和含水量–反射率因子(LWC–Z_e)关系。结果表明:高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广,不同云类的过冷水空间分布存在一定差异。上升气流速度直接与过冷水回波强度、粒径和含水量呈正相关,随时间变化基本一致,空间分布也有很好的对应。算法得到的过冷水位置和微物理参数与前人研究或观测的结果吻合。微波辐射计和雷达的液态水路径LWP在时间变化趋势和峰值大小等都较为一致,相关系数为0.63–0.79。高原对流云中,过冷云滴和雨滴的R_e和Z_e存在较好幂函数关系(分别为R_e=195.4Z_e^1.78+8和R_e=67.8Z_e^0.3),过冷云滴的LWC和Z_e幂函数关系不显著,但雨滴则也呈现较好的幂函数关系,即LWC=0.024Z_e^0.82。

      • 1
    • 扫描镜热辐射校正对FY-4A星AGRI定标精度的提升研究

      李秀举, 王保勇, 吴亚鹏, 韩昌佩, 曹琦, 周树添, 王伟成, 李盼盼

      Abstract:

      多通道扫描成像辐射计(Advanced Geostationary Radiation Imager, AGRI)是风云四号A星的主要有效载荷之一。为了满足AGRI长波红外遥感数据高精度定量化应用的要求,构建了扫描镜热辐射随机械转角变化的函数模型,提出了一种可用于星上黑体和地球场景观测遥感数据的校正算法。基于FY-4A星AGRI的在轨数据,分析了模型参数对扫描镜温度的依赖性,研究评估了校正算法对长波红外定标精度的改善效果。在扫描镜温度场平稳时间段内,扫描镜热辐射校正后,B11(8.0~9.0μm)、B12(10.3~11.3μm)、B13(11.5~12.5μm)波段的定标偏差分别可以得到-2.81K~+1.06K、 -0.60K~+0.19K、-0.68K~+0.24K的显著改善。与IASI交叉定标检验结果表明,改善后的在轨定标亮度温度偏差优于0.5K@290K。

      • 1
    • p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件技术研究

      李立华, 熊伯俊, 杨超伟, 李雄军, 万志远, 赵鹏, 刘湘云

      Abstract:

      As注入掺杂的p-on-n结构具有暗电流小、R0A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5μm、10.1μm和71 K下14.97μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R0A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。

      • 1
    • (英)空间光通信中应用于精密指向的面阵探测器的定位精度分析与验证

      王旭, 涂成翔, 张亮, 王建宇

      Abstract:

      为了实现空间光通信中高精度的链路,本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。本文从机理上分析了质心算法的误差,并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性,随着NU自0开始线性增长,质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时,最大定位误差为0.043 pixel。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下,NU值越小,质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应,建立了像元响应非均匀性的数理模型,计算出NU值在线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明,绝对定位误差小于0.05 pixel,可以满足高精度链路的需求,验证了理论和仿真的有效性。

      • 1
    • (英)基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

      郭宏杰, 刘海锋, 王振诺, 谭满清, 雷明, 李智勇, 郭文涛, 郭小峰

      Abstract:

      近年来,基于薄膜铌酸锂(TFLN)平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5dB, 半波电压<1.5V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。

      • 1
    • (英)天然生物材料促进钙钛矿光伏器件性能的研究进展

      熊少兵, 保秦烨, 褚君浩

      Abstract:

      钙钛矿太阳能电池因效率高、成本低和制备工艺简单被认为是最有前途的光伏技术之一。钙钛矿薄膜质量和界面是钙钛矿太阳能电池非辐射复合损耗的主要来源,很大程度上决定了其能量转换效率和稳定性。天然生物材料具有物料丰富、无毒和生物兼容等优点,在改善钙钛矿层和器件界面方面显示出巨大的潜力。本文综述了近年来利用天然生物材料实现高性能钙钛矿太阳能电池的研究进展。首先从形貌优化、缺陷钝化和电子结构修饰等方面讨论了天然生物材料对钙钛矿薄膜的作用;同时,也总结了利用天然生物材料构建优异的钙钛矿和电荷传输层界面,以及可拉伸、生物兼容和生物降解电极的策略。最后,展望了天然生物材料对钙钛矿太阳能电池进一步发展的重要性。

      • 1
    • 复杂背景下基于LBP纹理特征的运动目标快速检测算法

      裘莉娅, 陈玮琳, 李范鸣, 刘士建, 李争, 谭畅

      Abstract:

      在雨雪天气、树叶晃动、水面闪烁等有复杂背景的可见光与红外场景中,快速准确地提取完整目标一直是运动目标检测中的首要难题。为了满足实时性,并针对现有视频的前景提取算法依赖先验信息、召回率低、缺乏纹理和噪声较大等问题,提出了一种基于直方图统计和改进的LBP(Local Binary Pattern)纹理特征相结合的背景建模方法。首先,使用各像素直方图的众数作为参考背景无需先验知识,节省了大量存储空间,再采用邻域补偿策略提出了一种改进的S_MBLBP纹理直方图与参考背景进行背景建模,消除了大部分动态背景和光照变化影响,实现目标的精确提取。实验表明,所提的算法在红外和可见光的多种复杂场景下,能快速提取前景目标的同时,提高了的准确率和召回率。

      • 1
    • (英)一种基于THz-TDS技术,用于食品添加剂高灵敏度区分的超材料传感器

      马佳路, 唐靖超, 王凯程, 郭良浩, 王少萌, 宫玉彬

      Abstract:

      提出了一种用于食品工业中常用添加剂高灵敏度区分的太赫兹超材料传感器。该传感器由带有双尖端的开口谐振环(SRR)阵列组成。通过关注传感器的频率偏移,可以有效的区分液体样品的浓度和种类。超材料传感器被制作在石英基板上,该石英基板对太赫兹波是透明的。使用太赫兹时域光谱仪测量了浓度为0.2,0.4,2和4mg/ml的液体样品。结果表明,所提出的超材料传感器能检测的最低样品浓度为0.2mg/ml。同时,相同浓度的不同液体样品也可以被清晰地区分。该研究为基于开口谐振环结构的太赫兹超材料传感器在食品安全领域的应用提供了新的参考。

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    2021年第40卷第6期
    • 裴慧元 方家熊

      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。

    • 胡志高 王根水 等

      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。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 徐云, 王一鸣, 吴静珠, 张小超

      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.

    • 程建 周越 蔡念 杨杰

      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.

    • 图像处理及软件仿真
    • 贾建华, 焦李成

      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.

    • 周越, 毛晓楠

      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.

    • 张文娟, 张兵, 张霞, 高连如, 张维

      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.

    • 谭琨, 杜培军

      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.

    • 孙君顶 丁振国 周利华

      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.

    • 张玉红, 陈占国, 贾刚, 时宝, 任策, 刘秀环, 武文卿

      2008,27(3):165-169, DOI:

      Abstract:

      首次测量了硅材料在1.3μm波长处,基于克尔效应和弗朗兹-凯尔迪什效应的电致双折射,进而计算出三阶非线性极化率张量X(3)的分量X(3)xyxy.观测到弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率变化与入射光的偏振态有关.在实验中,测得了由克尔效应引起的折射率之差为⊿n=5.49×10-16E20,而弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率之差为⊿n'=2.42×10-16E2.50.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 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.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李杰, 赵春晖, 梅锋

      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。

    • 红外材料与器件
    • 张姗, 胡晓宁

      2011,30(5):412-414, DOI:

      Abstract:

      通过变面积Si基HgCdTe器件变温I-V测试和暗电流特性拟合分析,研究了不同偏压下n-on-p 型Si基HgCdTe光伏器件的暗电流成分与Si基HgCdTe材料少子扩散长度和少子寿命随温度的变化规律.在液氮温度下,随着反向偏压的增大器件的表面漏电流在暗电流中所占比重逐渐增加.在零偏压下,当温度低于200 K时材料的少子扩散长度随温度的升高而变大,而高于200 K时材料的少子扩散长度随温度的降低逐渐减小.将汞空位掺杂的p型Si基HgCdTe材料少子寿命的变温曲线与常规衬底材料的少子寿命变温曲线进行比较,发现Si基HgCdTe材料少子寿命接近常规衬底外延薄膜材料水平.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王楠楠, 邱景辉, 张鹏宇, 邓维波

      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.

    • 李新曦 赖珍荃 王根水 孙璟兰 赵强 褚君浩

      2004,23(4):313-316, DOI:

      Abstract:

      用射频(RF)溅射法在镀LaNiO3(LNO)底电极的Si片上沉积PbZr0.52 Ti0.48 O3(PZT)铁电薄膜,沉积过程中基底温度为370℃,然后在大气环境中对沉积的PZT薄膜样品进行快速热退火处理(650℃,5min).用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测量其组分,X射线衍射(XRD)分析PZT薄膜的结晶结构和取向,扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜的表面形貌和微结果,RT66A标准铁电综合测试系统分析Pt/PZT/LNO电容器的铁电与介电特性,结果表明,PZT薄膜的组分、结构和性能都与溅射沉积功率有关.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李宏宁, 白廷柱, 曹峰梅, 马帅, 许凯达, 杨卫平, 冯洁

      2010,29(1):57-62, DOI:

      Abstract:

      结合辐射传输定律,对计算机图形学中常用的光照模型进行了一系列改进,得到了简化的可用于场景仿真的红外成像计算模型.具体改进如下:1)增加了几何体表面的温度分布和材料参数;2)在模型中引入了自发辐射项和探测器特性参数.采用光线跟踪方法构建了以该模型为基础的红外场景成像模拟仿真系统,可生成任意观察视角的3D场景红外图像.对三个典型场景进行了红外成像计算,用中波红外探测器采集到的红外图像进行对比.主观比较可看出该计算模型生成的图像与实采图像在基本特征上是相似的,验证了该模型的有效性.定量比较也说明模拟图像与实际图像在主要特征上相符,但绝对亮度上存在较大差异,分析了原因,并提出了改进方向.

    • 吴刚, 李春来, 刘银年, 戴宁, 王建宇

      2007,26(3):213-216221, DOI:

      Abstract:

      时间间隔的测量精度对脉冲激光测距系统的测量精度起决定作用.为此研制了一高精度时间间隔测量模块,该模块基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,最大测量时间可高达200ms,测时分辨率最高可达125ps,对应测距分辨率18.75mm,适用于远距离的测量.给出了硬件和软件设计方法以及模块的测试结果.

    • 王怀野 张科 李言俊

      2005,24(2):109-113, DOI:

      Abstract:

      为了在抑制噪声时尽可能保留图像边缘信息,提出一种自适应各向异性高斯滤波器设计方法.该方法由独立强度传播(IDS)模型决定滤波器的长轴尺度,由像素的邻域平滑度决定长短轴的比例,然后根据该处的灰度梯度方向自适应决定各向异性滤波器的长轴方向.仿真实验表明,提出的自适应各向异性滤波器具有很强的噪声抑制和边缘保持能力.

    • 武妍, 万伟

      2007,26(1):65-68, DOI:

      Abstract:

      提出了一种基于遗传算法的人工神经网络设计和训练方法-NNDT,同时训练网络的拓扑结构和连接权重,提出了一种结构化网络编码方法,有效地解决了网络拓扑结构和网络编码不能一一对应的问题;使用启发式规则约束网络拓扑结构的变异概率以及变异操作的选择趋势,并使用小生境机制进行拓扑变异保护.实验结果证明了NNDT的有效性和高效性.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王辉, 赵凤军, 邓云凯

      2015,34(4):452-459, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2015.04.013

      Abstract:

      分析了毫米波SAR高分辨成像的基本原理, 阐述了毫米波SAR的优点, 并结合目前国际上典型的毫米波SAR系统, 综述了毫米波SAR技术与系统的发展状况, 讨论了毫米波SAR的应用前景、存在的问题以及未来的发展趋势.

    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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