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2024,
48(6):
771-776. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.001
摘要:
为了研制面向量子精密测量应用的近红外波段光纤光栅外腔半导体激光器，采用独立设计的高偏振依赖增益芯片和双折射光纤布喇格光栅，通过法布里-珀罗等效谐振腔模型，系统分析了光栅反射率、外腔和芯片长度对激光线宽的影响。结果表明，所研制激光器实现了54.46 mW的输出功率、58.88 dB的边模抑制比和24.46 dB的偏振消光比，利用延迟自外差拍频方法测得的洛伦兹线宽低至2.69 kHz。此研究为独立设计制备分立器件的单频窄线宽外腔半导体激光器提供参考，有望应用于雷达成像、陀螺仪、磁力仪和原子钟等量子精密测量领域。
为了研制面向量子精密测量应用的近红外波段光纤光栅外腔半导体激光器，采用独立设计的高偏振依赖增益芯片和双折射光纤布喇格光栅，通过法布里-珀罗等效谐振腔模型，系统分析了光栅反射率、外腔和芯片长度对激光线宽的影响。结果表明，所研制激光器实现了54.46 mW的输出功率、58.88 dB的边模抑制比和24.46 dB的偏振消光比，利用延迟自外差拍频方法测得的洛伦兹线宽低至2.69 kHz。此研究为独立设计制备分立器件的单频窄线宽外腔半导体激光器提供参考，有望应用于雷达成像、陀螺仪、磁力仪和原子钟等量子精密测量领域。
2024,
48(6):
777-789. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.002
摘要:
垂直腔面发射激光器(VCSEL)通常采用由小尺寸发光单元并联的2维阵列结构来提高输出光功率、改善激光光束质量，然而随着芯片尺寸不断缩小以及阵列集成度不断提高，由VCSEL单元自身功耗引起的自加热效应及各单元之间的热耦合效应将导致VCSEL阵列结温急剧上升，在热-光-电反馈作用下，将严重制约VCSEL阵列的光学性能及热可靠性，对VCSEL阵列热设计提出了迫切要求。在阐明VCSEL阵列产热机理的基础上，从热-光-电模型建立、热设计方法两方面归纳总结了VCSEL阵列热设计最新进展，并对热设计发展趋势进行了展望。
垂直腔面发射激光器(VCSEL)通常采用由小尺寸发光单元并联的2维阵列结构来提高输出光功率、改善激光光束质量，然而随着芯片尺寸不断缩小以及阵列集成度不断提高，由VCSEL单元自身功耗引起的自加热效应及各单元之间的热耦合效应将导致VCSEL阵列结温急剧上升，在热-光-电反馈作用下，将严重制约VCSEL阵列的光学性能及热可靠性，对VCSEL阵列热设计提出了迫切要求。在阐明VCSEL阵列产热机理的基础上，从热-光-电模型建立、热设计方法两方面归纳总结了VCSEL阵列热设计最新进展，并对热设计发展趋势进行了展望。
2024,
48(6):
790-798. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.003
摘要:
半导体材料体系经历了3次重要迭代，在微电子、通信、人工智能、碳中和等重要领域得到了广泛应用。随着高新技术的快速发展，锑化物半导体作为最具发展前景的第4代半导体材料之一，在开发下一代高性能、小体积、低功耗、低成本的红外光电器件领域具有独特的优势和广阔的应用前景。综述了锑化物半导体激光器的发展过程和国内外的研究现状，分析了器件结构设计、材料外延、模式选择、波长扩展等关键问题，阐述了采用分子束外延技术生长高性能锑化物量子阱激光器，实现大功率、单模、高光束质量的锑化物激光器的设计方案和关键工艺技术，并对兼具低成本、高成品率、大功率等优异特性的单模锑化物激光器的研究前景进行了展望。
半导体材料体系经历了3次重要迭代，在微电子、通信、人工智能、碳中和等重要领域得到了广泛应用。随着高新技术的快速发展，锑化物半导体作为最具发展前景的第4代半导体材料之一，在开发下一代高性能、小体积、低功耗、低成本的红外光电器件领域具有独特的优势和广阔的应用前景。综述了锑化物半导体激光器的发展过程和国内外的研究现状，分析了器件结构设计、材料外延、模式选择、波长扩展等关键问题，阐述了采用分子束外延技术生长高性能锑化物量子阱激光器，实现大功率、单模、高光束质量的锑化物激光器的设计方案和关键工艺技术，并对兼具低成本、高成品率、大功率等优异特性的单模锑化物激光器的研究前景进行了展望。
2024,
48(6):
799-808. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.004
摘要:
基于GaAs衬底的近红外波段半导体激光器已经取得了显著的发展。在大功率研究方面，因为可以同时实现高功率、高光束质量的优良特性，主振荡功率放大器结构的锥形半导体激光器成为了广受关注的研究热点。归纳了近年来国内外关于GaAs基锥形激光器的代表性研究成果，讨论了激光器器件结构设计(包括脊形区、锥形区以及布喇格光栅等的设计)和外延层优化在理论研究及实验方面取得的进展；围绕高功率、高光束质量、高亮度、窄线宽应用需求，总结整理了锥形激光器的研究进展与性能特征；对本团队关于锥形激光器的研究工作进行了简要介绍；并展望了锥形激光器未来的发展方向。
基于GaAs衬底的近红外波段半导体激光器已经取得了显著的发展。在大功率研究方面，因为可以同时实现高功率、高光束质量的优良特性，主振荡功率放大器结构的锥形半导体激光器成为了广受关注的研究热点。归纳了近年来国内外关于GaAs基锥形激光器的代表性研究成果，讨论了激光器器件结构设计(包括脊形区、锥形区以及布喇格光栅等的设计)和外延层优化在理论研究及实验方面取得的进展；围绕高功率、高光束质量、高亮度、窄线宽应用需求，总结整理了锥形激光器的研究进展与性能特征；对本团队关于锥形激光器的研究工作进行了简要介绍；并展望了锥形激光器未来的发展方向。
2024,
48(6):
809-815. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.005
摘要:
为了对比不同类型淬灭电路对4H-SiC雪崩光电二极管(APD)探测性能的影响，采用被动淬灭电路(PQC)和主动淬灭电路(AQC)，对两种类型SiC紫外APD进行了单光子探测实验，发现在PQC较长死区时间内，会频发后脉冲现象，导致APD的暗计数率(DCR)较高，从而降低器件的信噪比；对APD后脉冲概率的时间分布进行了研究，并进一步对AQC在更高器件过偏压下单光子探测中出现的问题进行了分析，提出了电路改进方案。结果表明，通过将AQC死区时间调整至45 ns，在相同单光子探测效率下，可将器件DCR减少至原先水平的1/4；通过有效抑制后脉冲和加快APD恢复速度，AQC可使器件展现出更加优越的探测性能。此研究为SiC APD在单光子探测中的应用提供了一定的参考。
为了对比不同类型淬灭电路对4H-SiC雪崩光电二极管(APD)探测性能的影响，采用被动淬灭电路(PQC)和主动淬灭电路(AQC)，对两种类型SiC紫外APD进行了单光子探测实验，发现在PQC较长死区时间内，会频发后脉冲现象，导致APD的暗计数率(DCR)较高，从而降低器件的信噪比；对APD后脉冲概率的时间分布进行了研究，并进一步对AQC在更高器件过偏压下单光子探测中出现的问题进行了分析，提出了电路改进方案。结果表明，通过将AQC死区时间调整至45 ns，在相同单光子探测效率下，可将器件DCR减少至原先水平的1/4；通过有效抑制后脉冲和加快APD恢复速度，AQC可使器件展现出更加优越的探测性能。此研究为SiC APD在单光子探测中的应用提供了一定的参考。
2024,
48(6):
816-821. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.006
摘要:
为了提高红外读出电路动态范围、增强红外成像质量，加入暗电流抑制模块电路，设计了一种四像元分时共享的电容反馈跨阻放大器(CTIA)和带隙基准源相互配合的高性能红外读出电路。通过带隙基准源产生两个基准电压586 mV和293 mV，其中293 mV基准电压值的温漂系数达到1.49×10-6/℃，可对分流管的栅极和源极提供稳定的电压偏置，实现对暗电流的精准撇除。结果表明，该电路可实现电流信号从10 pA~10 nA宽动态范围的积分电压读出，读出数据通过线性拟合，拟合优度R2达到0.9992，说明电路性能良好。此研究未来可应用到线列和面阵的红外探测器中。
为了提高红外读出电路动态范围、增强红外成像质量，加入暗电流抑制模块电路，设计了一种四像元分时共享的电容反馈跨阻放大器(CTIA)和带隙基准源相互配合的高性能红外读出电路。通过带隙基准源产生两个基准电压586 mV和293 mV，其中293 mV基准电压值的温漂系数达到1.49×10-6/℃，可对分流管的栅极和源极提供稳定的电压偏置，实现对暗电流的精准撇除。结果表明，该电路可实现电流信号从10 pA~10 nA宽动态范围的积分电压读出，读出数据通过线性拟合，拟合优度R2达到0.9992，说明电路性能良好。此研究未来可应用到线列和面阵的红外探测器中。
2024,
48(6):
822-831. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.007
摘要:
二类超晶格(T2SL)红外探测器灵敏度高、响应速度快，适用于更远距离成像、更高速度的运动目标追踪。量子效率(QE)是决定光电探测器能否高质量成像的关键指标之一，提高T2SL红外探测器的QE具有重要意义。为了更直观地理解T2SL红外探测器QE的提高方式，梳理了中长波T2SL红外探测器提高QE的方法，归纳了QE在不同调控手段下能达到的程度，重点讨论了能带结构设计、吸收层厚度设定、吸收层掺杂类型选择、材料改进等方面对T2SL红外探测器QE的影响情况，并对T2SL红外探测器高QE的研究现状和未来发展进行了展望。
二类超晶格(T2SL)红外探测器灵敏度高、响应速度快，适用于更远距离成像、更高速度的运动目标追踪。量子效率(QE)是决定光电探测器能否高质量成像的关键指标之一，提高T2SL红外探测器的QE具有重要意义。为了更直观地理解T2SL红外探测器QE的提高方式，梳理了中长波T2SL红外探测器提高QE的方法，归纳了QE在不同调控手段下能达到的程度，重点讨论了能带结构设计、吸收层厚度设定、吸收层掺杂类型选择、材料改进等方面对T2SL红外探测器QE的影响情况，并对T2SL红外探测器高QE的研究现状和未来发展进行了展望。
2024,
48(6):
832-837. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.008
摘要:
为了避免全硅光学相控阵(OPA)的输出光功率饱和现象以及氮化硅的低移相效率，采用硅与氮化硅相结合的设计思路, 在实现高功率输入的同时保证了调相效率；此外，硅基集成OPA为了避免通道间的相互耦合所引起的相位噪声，波导间距大于半波长，导致栅瓣的存在，进而使得扫描范围受限，故采用硅波导作为天线前的输入波导, 以减小阵元间距。结果表明，芯片最终实现了41°×7.4°的扫描范围以及10.7 dB的芯片损耗。该研究对于OPA芯片的进一步改进是有帮助的。
为了避免全硅光学相控阵(OPA)的输出光功率饱和现象以及氮化硅的低移相效率，采用硅与氮化硅相结合的设计思路, 在实现高功率输入的同时保证了调相效率；此外，硅基集成OPA为了避免通道间的相互耦合所引起的相位噪声，波导间距大于半波长，导致栅瓣的存在，进而使得扫描范围受限，故采用硅波导作为天线前的输入波导, 以减小阵元间距。结果表明，芯片最终实现了41°×7.4°的扫描范围以及10.7 dB的芯片损耗。该研究对于OPA芯片的进一步改进是有帮助的。
2024,
48(6):
838-845. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.009
摘要:
为了研究ZnO本征缺陷种类与浓度对激子跃迁复合和载流子输运特性的影响，采用改进的光学气化过饱和析出法制备了本征富受主型ZnO(A-ZnO)微米管。通过氧气生长气氛实现了施主-受主对和中性受主束缚激子A0X的浓度调控，揭示了缺陷浓度调控中间态能级产生负热淬灭效应的机制。结果表明，通过提高浅受主缺陷浓度以及提升中间态能级位置，可将A-ZnO微米管的电阻率下降7倍，紫外光响应时间缩短51%，实现了A-ZnO微米管的导电性增强和高效紫外探测。此研究结果为ZnO微纳结构半导体光电器件性能调控提供了新思路。
为了研究ZnO本征缺陷种类与浓度对激子跃迁复合和载流子输运特性的影响，采用改进的光学气化过饱和析出法制备了本征富受主型ZnO(A-ZnO)微米管。通过氧气生长气氛实现了施主-受主对和中性受主束缚激子A0X的浓度调控，揭示了缺陷浓度调控中间态能级产生负热淬灭效应的机制。结果表明，通过提高浅受主缺陷浓度以及提升中间态能级位置，可将A-ZnO微米管的电阻率下降7倍，紫外光响应时间缩短51%，实现了A-ZnO微米管的导电性增强和高效紫外探测。此研究结果为ZnO微纳结构半导体光电器件性能调控提供了新思路。
2024,
48(6):
846-855. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.010
摘要:
基于2维材料的光电探测器是新一代探测技术的重要发展方向。2维材料因不受晶格匹配的限制，可以利用范德华力与其它维度的材料，如0维的量子点、1维的纳米线、3维的半导体衬底等，形成异维结构的光电探测器。迄今为止，基于2维材料的异维结构光电探测器研究已经取得了很大的进展，实现了显著优于单纯2维材料探测器的性能。归纳了异维结构范德华异质结在光电探测中的优势；指出了2维材料与0维材料、1维材料、3维材料或多层多维度材料组成的异维结构光电探测器的研究现状；并在此基础上，对其面临的挑战和前景进行了总结与展望。
基于2维材料的光电探测器是新一代探测技术的重要发展方向。2维材料因不受晶格匹配的限制，可以利用范德华力与其它维度的材料，如0维的量子点、1维的纳米线、3维的半导体衬底等，形成异维结构的光电探测器。迄今为止，基于2维材料的异维结构光电探测器研究已经取得了很大的进展，实现了显著优于单纯2维材料探测器的性能。归纳了异维结构范德华异质结在光电探测中的优势；指出了2维材料与0维材料、1维材料、3维材料或多层多维度材料组成的异维结构光电探测器的研究现状；并在此基础上，对其面临的挑战和前景进行了总结与展望。
2024,
48(6):
856-866. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.011
摘要:
多光谱探测在工业等很多领域有着重要应用，研制集多波段响应于一体的高性能宽谱光电探测器已成为光学成像技术发展的重要研究方向之一。简要介绍了当前宽谱探测器的研究进展，阐述了2维/3维混合维范德华异质结在宽光谱探测器研制的前景；总结了本课题组在2维过渡金属二硫化物/3维Ⅳ族体材料范德华异质结宽光谱光晶体管研制方面取得的一些进展，其中包括传统的NPN型、PNP型光晶体管以及基于肖特基结集电极的新型光晶体管，并对这些混合维光晶体管的应用前景进行了展望。
多光谱探测在工业等很多领域有着重要应用，研制集多波段响应于一体的高性能宽谱光电探测器已成为光学成像技术发展的重要研究方向之一。简要介绍了当前宽谱探测器的研究进展，阐述了2维/3维混合维范德华异质结在宽光谱探测器研制的前景；总结了本课题组在2维过渡金属二硫化物/3维Ⅳ族体材料范德华异质结宽光谱光晶体管研制方面取得的一些进展，其中包括传统的NPN型、PNP型光晶体管以及基于肖特基结集电极的新型光晶体管，并对这些混合维光晶体管的应用前景进行了展望。
2024,
48(6):
867-875. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.012
摘要:
为了提升2维MoS2光电探测器的响应度、响应速度和响应光谱范围，利用电化学工作站向MoS2块体中插入四庚基阳离子，采用超声辅助剥离工艺获得了高质量的多层MoS2纳米片，并通过旋涂方法制备MoS2光电探测器，在MoS2纳米片上修饰具有双重等离激元共振模式的金纳米棒(Au NRs)来增强入射光与光吸收层的相互作用，提升其光电探测性能与宽光谱响应能力。结果表明，MoS2/Au NRs光电探测器的响应度从2.4×10-3 A/W提高到0.484 A/W，响应时间从50 ms提升到20 ms。上述工作对于简化光电探测器的制备流程，优化新型光电探测器的结构，扩展探测器的可探测光谱范围具有重要意义。
为了提升2维MoS2光电探测器的响应度、响应速度和响应光谱范围，利用电化学工作站向MoS2块体中插入四庚基阳离子，采用超声辅助剥离工艺获得了高质量的多层MoS2纳米片，并通过旋涂方法制备MoS2光电探测器，在MoS2纳米片上修饰具有双重等离激元共振模式的金纳米棒(Au NRs)来增强入射光与光吸收层的相互作用，提升其光电探测性能与宽光谱响应能力。结果表明，MoS2/Au NRs光电探测器的响应度从2.4×10-3 A/W提高到0.484 A/W，响应时间从50 ms提升到20 ms。上述工作对于简化光电探测器的制备流程，优化新型光电探测器的结构，扩展探测器的可探测光谱范围具有重要意义。
2024,
48(6):
876-883. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.013
摘要:
极化激元激光是一种新型激光，以半导体中激子-极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的相干性实现超低阈值激光。不同于传统3维有机无机材料，2维过渡金属硫族化合物与2维钙钛矿以其高激子结合能、高振子强度、直接带隙、范德华特性、谷极化特性，有利于实现激子与腔模式的强耦合以及激子-极化激元的BEC, 在极化激元激光的进一步发展中表现出巨大的潜力。介绍了2维材料中的极化激元激光的原理和进展，分别从2维过渡金属硫族化合物和2维钙钛矿的特性出发，重点综述了其中激子与腔模式的强耦合，极化激元的相干性的调控以及BEC的实现，并对2维材料中的极化激元激光的未来发展进行了展望。
极化激元激光是一种新型激光，以半导体中激子-极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的相干性实现超低阈值激光。不同于传统3维有机无机材料，2维过渡金属硫族化合物与2维钙钛矿以其高激子结合能、高振子强度、直接带隙、范德华特性、谷极化特性，有利于实现激子与腔模式的强耦合以及激子-极化激元的BEC, 在极化激元激光的进一步发展中表现出巨大的潜力。介绍了2维材料中的极化激元激光的原理和进展，分别从2维过渡金属硫族化合物和2维钙钛矿的特性出发，重点综述了其中激子与腔模式的强耦合，极化激元的相干性的调控以及BEC的实现，并对2维材料中的极化激元激光的未来发展进行了展望。
2024,
48(6):
884-890. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.014
摘要:
为了满足新型可再生能源技术对电极材料具有合适的结构、电子和机械性能的要求, 采用第一性原理, 计算研究了具有动态、机械和热稳定性B2S3半导体光电材料的电化学性能及其潜在应用。结果表明, 作为阳极材料，B2S3单层具有合适的存储容量(Li: 227.2 mAh/g；Na: 340.8 mAh/g)、超低扩散势垒(Li: 0.23 eV；Na: 0.14 eV)和低平均开路电压(Li: 0.515 eV；Na: 0.162 eV)，在充放电过程中具有相对较小的晶格变化(Li: 2.5%；Na: 2.1%)；在不同浓度的锂/钠离子吸附下，B2S3单层的金属特性保持不变，具有良好的导电性和电池运行稳定性，表明B2S3半导体光电材料是一种有吸引力的锂/钠离子电池阳极候选材料。B2S3单层的优异特性可促使进一步探索其作为锂/钠离子电池阳极材料的应用。
为了满足新型可再生能源技术对电极材料具有合适的结构、电子和机械性能的要求, 采用第一性原理, 计算研究了具有动态、机械和热稳定性B2S3半导体光电材料的电化学性能及其潜在应用。结果表明, 作为阳极材料，B2S3单层具有合适的存储容量(Li: 227.2 mAh/g；Na: 340.8 mAh/g)、超低扩散势垒(Li: 0.23 eV；Na: 0.14 eV)和低平均开路电压(Li: 0.515 eV；Na: 0.162 eV)，在充放电过程中具有相对较小的晶格变化(Li: 2.5%；Na: 2.1%)；在不同浓度的锂/钠离子吸附下，B2S3单层的金属特性保持不变，具有良好的导电性和电池运行稳定性，表明B2S3半导体光电材料是一种有吸引力的锂/钠离子电池阳极候选材料。B2S3单层的优异特性可促使进一步探索其作为锂/钠离子电池阳极材料的应用。
2024,
48(6):
891-899. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.015
摘要:
为了制备具有合适微观结构和优异性能的轻质高熵合金(LHEA)，采用激光熔覆技术在TC4基体上制备了不同Al、Ni物质的量比的Ti3V2NbAlxNiy LHEA，对其微观结构及其摩擦磨损性能进行研究，并分析了添加微量MoB陶瓷颗粒对其组织性能的影响。结果表明，Ti3V2NbAl0.5Ni0.5、Ti3V2NbAl0.5、Ti3V2NbNi0.5涂层的物相由单一体心立方晶体(BCC)组成，而Ti3V2NbAl0.5Ni0.5/MoB涂层则形成了第2相A15相；相对基体的硬度，4种涂层的硬度均有提升；4种涂层的磨损形式主要为黏着磨损，磨痕内分布有黏着层与少量氧化层，此外也在磨痕内观察到轻微的磨粒磨损产生的犁沟特征，相对于基体的磨损率均有较大降低，其中Ti3V2NbAl0.5Ni0.5/MoB涂层的磨损率降低了51.1%。所制备的LHEA耐磨性好，可作为航空航天、国防设备制造等领域中TC4零件的保护性涂层。
为了制备具有合适微观结构和优异性能的轻质高熵合金(LHEA)，采用激光熔覆技术在TC4基体上制备了不同Al、Ni物质的量比的Ti3V2NbAlxNiy LHEA，对其微观结构及其摩擦磨损性能进行研究，并分析了添加微量MoB陶瓷颗粒对其组织性能的影响。结果表明，Ti3V2NbAl0.5Ni0.5、Ti3V2NbAl0.5、Ti3V2NbNi0.5涂层的物相由单一体心立方晶体(BCC)组成，而Ti3V2NbAl0.5Ni0.5/MoB涂层则形成了第2相A15相；相对基体的硬度，4种涂层的硬度均有提升；4种涂层的磨损形式主要为黏着磨损，磨痕内分布有黏着层与少量氧化层，此外也在磨痕内观察到轻微的磨粒磨损产生的犁沟特征，相对于基体的磨损率均有较大降低，其中Ti3V2NbAl0.5Ni0.5/MoB涂层的磨损率降低了51.1%。所制备的LHEA耐磨性好，可作为航空航天、国防设备制造等领域中TC4零件的保护性涂层。
2024,
48(6):
900-905. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.016
摘要:
为了实现机载脉冲激光介质高效抽运电源的小型轻量化，采用一体化结构设计方法，设计了一套为吊舱式灯抽运固体激光器脉冲氙灯提供抽运能量的高效脉冲电源系统。对氙灯放电特性及器件参数进行了理论分析和实验验证，获得了氙灯放电主回路关键器件参数，试制了原理样机并进行了联调实验。结果表明，电源系统总质量约为48 kg，电容充电时间为3.76 s，氙灯放电峰值电流为3.6 kA，电流脉宽为1.06 ms；实际测试数据与理论数据基本一致，脉冲电源系统放电回路参数设计合理。该关键技术具有可行性，采用一体化结构设计方法后，脉冲电源系统体积重量能满足特殊设备的使用需求。
为了实现机载脉冲激光介质高效抽运电源的小型轻量化，采用一体化结构设计方法，设计了一套为吊舱式灯抽运固体激光器脉冲氙灯提供抽运能量的高效脉冲电源系统。对氙灯放电特性及器件参数进行了理论分析和实验验证，获得了氙灯放电主回路关键器件参数，试制了原理样机并进行了联调实验。结果表明，电源系统总质量约为48 kg，电容充电时间为3.76 s，氙灯放电峰值电流为3.6 kA，电流脉宽为1.06 ms；实际测试数据与理论数据基本一致，脉冲电源系统放电回路参数设计合理。该关键技术具有可行性，采用一体化结构设计方法后，脉冲电源系统体积重量能满足特殊设备的使用需求。
2024,
48(6):
906-912. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.017
摘要:
为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题，利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波，通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源，再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布，即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量；结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律，并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明，该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm，与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致，验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。
为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题，利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波，通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源，再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布，即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量；结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律，并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明，该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm，与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致，验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。
2024,
48(6):
913-921. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.018
摘要:
为了对超声辅助水下纳秒激光切割工艺进行快速的优化，通过分析空化气泡动力学特性(CBDC)对工艺效果的影响，采用数值仿真分析、正交试验和高速摄像方法进行了理论分析和实验验证，得到了超声辅助水下激光切割工艺的优化参数，并验证了CBDC是影响切割工艺的主要因素。结果表明，随着空化气泡对激光束的干扰程度增加，切槽深度降低速度增加；随着切槽深宽比的增加，空化气泡脉动冲击对切槽底部产生的等效应力越大；当超声功率Pu=65 W、水层厚度hw=1 mm、激光脉冲频率fq=20 kHz、激光扫描速率v=1 mm/s时，可以获得最大深宽比约为1.71，槽宽约为99.88 μm，槽深约为170.18 μm，热影响区大小约为31.71 μm，微裂纹长度约为33.42 μm，此时空化气泡周期较短(约为100μs~160μs)。该研究可为多能场水下激光复合加工工艺参数的优化提供参考。
为了对超声辅助水下纳秒激光切割工艺进行快速的优化，通过分析空化气泡动力学特性(CBDC)对工艺效果的影响，采用数值仿真分析、正交试验和高速摄像方法进行了理论分析和实验验证，得到了超声辅助水下激光切割工艺的优化参数，并验证了CBDC是影响切割工艺的主要因素。结果表明，随着空化气泡对激光束的干扰程度增加，切槽深度降低速度增加；随着切槽深宽比的增加，空化气泡脉动冲击对切槽底部产生的等效应力越大；当超声功率Pu=65 W、水层厚度hw=1 mm、激光脉冲频率fq=20 kHz、激光扫描速率v=1 mm/s时，可以获得最大深宽比约为1.71，槽宽约为99.88 μm，槽深约为170.18 μm，热影响区大小约为31.71 μm，微裂纹长度约为33.42 μm，此时空化气泡周期较短(约为100μs~160μs)。该研究可为多能场水下激光复合加工工艺参数的优化提供参考。
2024,
48(6):
922-930. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.06.019
摘要:
为了解决红外气体成像仪在挥发性有机化合物(VOC)泄漏识别中存在的误识别率高、漏检率高、算法执行效率低以及模型泛化能力差等问题，提出了一种基于运动特征增强的VOC泄漏区识别方法。采用视频序列投影变化率统计的方法确定视频稳定性判定阈值，提取稳定状态下运动背景和运动前景；采用优化线性拉伸的方法对运动前景进行特征增强和异常值过滤；将运动前景与原始帧进行图像融合，并利用目标检测算法进行VOC泄漏区域识别；通过模型预训练和迁移学习的方法，以烟雾数据集和少量VOC泄漏数据集进行了识别模型训练，并将模型迁移至RK3588S嵌入式开发板上进行了执行效率测试。结果表明，该算法在交并比为0.5的情况下，平均精度均值为0.88；交并比在0.5~0.95范围内，平均精度均值为0.51，单帧平均识别时间为49 ms，具有较高的识别精度和识别效率，能够满足实时监测需求。本文中的算法能够保持稳定的模型性能且具有一定的抗干扰能力，为VOC泄漏识别提供了一定的参考。
为了解决红外气体成像仪在挥发性有机化合物(VOC)泄漏识别中存在的误识别率高、漏检率高、算法执行效率低以及模型泛化能力差等问题，提出了一种基于运动特征增强的VOC泄漏区识别方法。采用视频序列投影变化率统计的方法确定视频稳定性判定阈值，提取稳定状态下运动背景和运动前景；采用优化线性拉伸的方法对运动前景进行特征增强和异常值过滤；将运动前景与原始帧进行图像融合，并利用目标检测算法进行VOC泄漏区域识别；通过模型预训练和迁移学习的方法，以烟雾数据集和少量VOC泄漏数据集进行了识别模型训练，并将模型迁移至RK3588S嵌入式开发板上进行了执行效率测试。结果表明，该算法在交并比为0.5的情况下，平均精度均值为0.88；交并比在0.5~0.95范围内，平均精度均值为0.51，单帧平均识别时间为49 ms，具有较高的识别精度和识别效率，能够满足实时监测需求。本文中的算法能够保持稳定的模型性能且具有一定的抗干扰能力，为VOC泄漏识别提供了一定的参考。
