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基于铌酸锂薄膜的异质集成电光调制器研究

基于铌酸锂薄膜的异质集成电光调制器研究

作者：沈祥国江南大学

学位级别：硕士

传统电互联技术已经逐渐在数据传输的速率和带宽方面达到瓶颈,而电光互联凭借着其低功耗、高带宽等优点成为了未来数据传输的发展方向。电光互联依赖电信号到光信号的转换,电光调制器(Electro-Optic Modulator,EOM)是一种将电信号转化... 详细信息

传统电互联技术已经逐渐在数据传输的速率和带宽方面达到瓶颈,而电光互联凭借着其低功耗、高带宽等优点成为了未来数据传输的发展方向。电光互联依赖电信号到光信号的转换,电光调制器(Electro-Optic Modulator,EOM)是一种将电信号转化为光信号的关键器件,对光交换、通信、测距采样及射频光子学等领域的发展至关重要。铌酸锂(Lithium Niobate,LN)晶体因透明窗口宽(从400 nm至5μm)、电光系数高以及稳定的物理化学性质,成为了当前制造电光调制器的理想材料之一。基于此,本文提出了一种氮化硅-铌酸锂薄膜异质集成电光调制器。该调制器是在绝缘体上铌酸锂(Lithium Niobate on Insulator,LNOI)平台上实现的,调制波导采用氮化硅波导,通过键合的方式将铌酸锂薄膜贴至氮化硅波导的上方,两者之间用BCB粘合剂进行贴合;调制电极与铌酸锂薄膜之间加入了二氧化硅层。通过使用多物理场耦合仿真器(COMSOL Multiphysics)和时域有限差分法仿真器(FDTD Solutions)商业仿真软件进行建模和优化计算,证明了该结构不仅可以有效降低EOM的半波电压长度积(V_πL),增大3 dB调制带宽,而且仍然具有与CMOS电子设备单片集成的能力。随后,本文设计了一种基于氮化硅的1×2多模干涉(Multimode Interference,MMI)分束器结构,以及一种阶梯型铌酸锂薄膜耦合结构,使电光调制器性能进一步提升。论文主要研究内容如下:一、本论文提出了一种氮化硅-铌酸锂薄膜异质集成电光调制器。通过总结分析目前多种类型的电光调制器,发现薄膜铌酸锂不仅在自身的材料特性上完美继承了块状铌酸锂的优异性能,而且其对光场的限制能力要优于块状铌酸锂,因此基于铌酸锂薄膜的电光调制器的调制的体积较小,调制带宽较大。然而,尽管铌酸锂薄膜对光场的限制能力要优于传统的块状铌酸锂,但是相比于硅,其对光场的限制能力还是比较弱的,因此基于铌酸锂薄膜的电光调制器有着较高的驱动电压。综上所述,本论文所设计的电光调制器在保证高调制带宽的同时,尽可能的降低驱动电压:在铌酸锂薄膜与调制波导之间填充一定厚度的苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB),可以有效的降低电光调制器的半波电压长度积(V_πL)和光损耗;在铌酸锂薄膜和调制电极之间填充一定厚度的二氧化硅层,可以有效降低微波损耗和射频有效折射率。经过对调制区域结构的优化,文中所提出的电光调制器具有良好的性能(在光波长为1550 nm,电极间距为3.7μm时,器件可实现的V_πL=1.76 V·cm,3 dB带宽为140 GHz)。二、在本器件中,我们选用多模干涉分束器作为电光调制器的光场输入输出结构,因为多模干涉分束器带宽较大,对制造公差不敏感。经过偏振之后的TE模式光是通过多模干涉分束器进入两个调制器臂,在调制完成之后,两个调制臂上的光场再次通过一个多模干涉耦合器进行合束并输出。我们以多模波导的自成像原理为基础,设计了一种基于氮化硅的1×2多模干涉分束器,且该多模干涉分束器的输入输出波导与调制区域波导互相兼容。经过优化之后,该多模干涉分束器获得的性能参数为:传输损耗为0.29 dB,器件总长度为35μm。三、在基于铌酸锂薄膜的异质集成电光调制器中实现较低的耦合损耗一直是一项巨大的挑战。传统的基于铌酸锂异质集成电光调制器是使用taper型波导结构来降低耦合损耗的,此结构可以使光场在两个不同的区域实现绝热传输,但该结构存在着键合困难、长度较长等缺点。因此,本文设计了一种阶梯型薄膜铌酸锂耦合结构,该结构长度较短,且在键合过程中不需要精准对齐。经过优化之后,该结构的单端耦合损耗为0.73 dB,耦合区域的总长度为15μm。综上所述,本文所述电光调制器结构的可以降低V_πL和耦合损耗,增大3 dB调制带宽,希望此器件结构将有助于提升异质集成电光调制器的性能,推动光子集成器件及回路的发展。

关键词：电光转换器件电光调制器异质集成铌酸锂薄膜集成光学

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TSV关键工艺设备特点及国产化展望

中国设备工程 2023年第3期 18-20页

作者：褚晓虹陈峰胡旭沈祥国南京电子技术研究所江苏南京210000

TSV是目前半导体制造业中最为先进的技术之一,已经应用于很多产品生产。实现其制程的关键设备选择与工艺选择息息相关,在某种程度上直接决定了TSV的性能优劣。本文笔者在综述TSV的工艺流程和关键技术基础上,对其中深孔刻蚀、气相沉积、... 详细信息

TSV是目前半导体制造业中最为先进的技术之一,已经应用于很多产品生产。实现其制程的关键设备选择与工艺选择息息相关,在某种程度上直接决定了TSV的性能优劣。本文笔者在综述TSV的工艺流程和关键技术基础上,对其中深孔刻蚀、气相沉积、通孔填充、化学机械抛光(CMP)等几种关键工艺设备进行了详细介绍,对在确保满足生产工艺要求的前提下不同设备的选型应用及对设备安装的厂务需求提出了相关建议,同时对TSV设备做出国产化展望。

关键词： TSV关键工艺设备特点选型国产化展望

PD-L1在胰腺癌外周血及肿瘤组织中的表达

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PD-L1在胰腺癌外周血及肿瘤组织中的表达

作者：沈祥国中国人民解放军海军军医大学

学位级别：硕士

【研究背景和目的】背景:胰腺癌是常见恶性肿瘤,具有高度恶性、转移早、一年病死率高等特点,目前尚缺乏有效治疗手段。免疫抑制是胰腺癌肿瘤微环境(Tumor micro-environment,TME)具有的特点之一,是胰腺癌早期转移、化疗不敏感/耐药的重... 详细信息

【研究背景和目的】背景:胰腺癌是常见恶性肿瘤,具有高度恶性、转移早、一年病死率高等特点,目前尚缺乏有效治疗手段。免疫抑制是胰腺癌肿瘤微环境(Tumor micro-environment,TME)具有的特点之一,是胰腺癌早期转移、化疗不敏感/耐药的重要免疫学原因。程序死亡配体-1(Programmed death-ligand 1,PD-L1)/程序死亡受体-1(Programmed death-1,PD-1)通路是体内广泛存在的负性免疫调节通路,对于健康人群避免有害自身免疫反应具有重要意义。现有众多研究发现,在各类恶性肿瘤中PD-L1/PD-1通路表达显著增加,诱导免疫细胞凋亡增加,是肿瘤免疫抑制产生的重要调节机制。PD-L1广泛存在于各类器官、循环系统和肿瘤组织中,主要受到细胞所在微环境(如IFN-γ、microRNAs等)影响被动产生。PD-L1主要存在形式可分为膜性PD-L1(membrane PD-L1,mPD-L1)和可溶性PD-L1(soluble PD-L1,sPD-L1)两类。sPD-L1是具有生物学活性的mPD-L1片段,具有细胞因子效应,对于循环免疫抑制具有重要作用。mPD-L1在可以使肿瘤细胞伪装成抗原呈递细胞(Antigen presenting cells,APCs),避免被免疫杀伤,产生免疫逃逸。目前PD-L1单抗类抗肿瘤药物刚刚获得美国FDA批准上市,用于多种肿瘤治疗产生良好疗效。但是如何筛选合适的治疗对象始终未能获得满意解决,现有癌组织PD-L1免疫组化检测特异性有待提高。在胰腺癌领域,现有文献主要集中在PD-L1在胰腺癌组织的高表达及负性预后因子方面,尚未见针对胰腺癌早期转移相关的外周血sPD-L1以及循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTC)表面mPD-L1表达的相关研究。目的:1、研究胰腺癌外周血sPD-L1表达特点及临床意义;2、观察胰腺癌组织PD-L1与CD8T细胞分布规律,归纳各种表现,证实胰腺癌组织内PD-L1与CD8T细胞负反馈平衡设想;3、了解sPD-L1与癌组织PD-L1、CD8T细胞表达之间相互关系;4、验证胰腺癌CTC表面mPD-L1表达;5、研究手术创伤对于sPD-L1早期变化影响。【研究方法】1、外周血sPD-L1检测:选择既往无过敏史、免疫相关性疾病、肿瘤史及急性现症感染的各类初诊胰腺良恶性占位、慢性胰腺炎、健康对照组人群共计154人,其中胰腺癌85例,胰腺良性占位14例。收集术前外周血清,手术患者收集术后24小时内血清。血清采集后3个月内采用双夹心法ELISA检测sPD-L1并同时检测IFN-γ配对水平。之后采集临床数据,进行相关性分析。患者随访目前尚在进行中。2、胰腺癌组织PD-L1免疫组化:在第一部分研究对象中,依据文献PD-L1免疫组化影响相关因素,选择手术病理标本充足、病理类型为胰腺导管腺癌标本,实质间质交界部位取材,连续切片。受到经费及时间限制,依据术前sPD-L1表达情况,取符合条件的最高/最低各14名病理标本进行PD-L1、CD8T细胞免疫组化染色,观察拍照并评分统计。目前正在积极补充实验扩大研究样本。3、胰腺癌CTC筛选及mPD-L1表达检测:在第一部分研究对象中,收集健康人群5人、良性占位5人、无远处转移胰腺癌5人、IV期远处转移胰腺癌患者5人,共计20人份外周血标本。CTC富集:每份外周血5ml,EDTA抗凝,不取进针后第一管血,采血后6小时内采用密度梯度离心,筛选外周血单核细胞。后进行免疫磁珠负分选,筛选CTC,光镜观察拍照并涂片备用。免疫荧光:采用DAPI细胞核染色、CD45单抗排除免疫细胞、pan-CK单抗为筛选肿瘤标志物联合PD-L1单抗进行四色免疫荧光检测。CTC特征:pan-CK(+)CD45(-),DAPI染色细胞核大,如PD-L1阳性,染色(绿色)定位于细胞膜。4、结果统计分析:由于样本来源于同一患者,各部分试验结果在统计分析时会依据需要进行配对比较。【研究结果】1、sPD-L1:胰腺癌外周sPD-L1显著高于健康对照组,但低于慢性胰腺炎组;sPD-L1与肿瘤分期及远处转移显著相关;不同病理类型胰腺占位sPD-L1表达存在显著性差异;血清sPD-L1和IFN-γ水平趋势一致;sPD-L1和各类血细胞水平显著相关,和胰头肿瘤、黄疸、CA199等显著相关;无论良恶性占位,手术创伤后24小时内sPD-L1显著增加;2、胰腺癌PD-L1免疫组化(本部分结果正在扩大样本进一步验证):PD-L1阳性率为39.2%(11/28),CD8+T细胞64.3%(18/28);胰腺癌血清sPD-L1与癌组织PD-L1免疫组化阳性率无显著相关性,与CD8T细胞阳性率相关性一致;癌组织PD-L1与CD8T细胞存在负反馈调节,

关键词：胰腺癌程序死亡配体-1 可溶性程序死亡配体-1 CD8+T细胞循环肿瘤细胞免疫抑制免疫逃逸手术创伤

元素取代对Ge-As(Sb)-Se玻璃转变阈值行为的影响

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物理学报 2024年第5期73卷 297-303页

作者：许思维王训四沈祥湖南文理学院数理学院常德415000 宁波大学高等技术研究院浙江省光电探测材料及器件重点实验室宁波315211

本文针对Sb取代As元素对Ge_(x)As(Sb)_(20)Se_(80-x)玻璃阈值行为的影响进行研究.对理想共价网络玻璃GexAs20Se80-x的玻璃转变温度、密度和折射率等物理参数进行了系统测量,在其平均配位数为2.4和2.67处验证了转变阈值的存在,这两个转... 详细信息

本文针对Sb取代As元素对Ge_(x)As(Sb)_(20)Se_(80-x)玻璃阈值行为的影响进行研究.对理想共价网络玻璃GexAs20Se80-x的玻璃转变温度、密度和折射率等物理参数进行了系统测量,在其平均配位数为2.4和2.67处验证了转变阈值的存在,这两个转变分别代表玻璃内部的共价网络结构从欠限制的松散状态到过限制的紧致状态的转变和从二维到三维紧致状态的转变.但是,当金属性更强的Sb取代As时,得到的非理想共价网络玻璃Ge_(x)Sb_(20)Se_(80-x)则会引起转变阈值的变化,转变阈值改变为化学计量组成.进一步利用拉曼散射技术对其结构进行表征,并将拉曼光谱通过分峰拟合分解成不同的结构单元的特征峰,它们各自的强度变化表现出相同的行为,这归因于As和Sb的原子半径差异较大所引起的化学效应以及Sb元素具有较强的离子特性.

关键词：硫系玻璃玻璃转变拉曼散射

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腾冲:牢记嘱托马蹄疾绘就幸福新画卷

党建 2024年第2期 17-19页

作者：沈祥贵云南省腾冲市融媒体中心

边陲之城,春潮涌动,镶嵌在祖国西南边陲的璀璨明珠——腾冲,擦亮“千年古道边关”历史品牌,全力建设幸福城市,迸发出前所未有的生机与活力。党的十八大以来,习近平总书记先后两次到云南考察调研,多次给云南干部群众回信,对云南工作作出... 详细信息

边陲之城,春潮涌动,镶嵌在祖国西南边陲的璀璨明珠——腾冲,擦亮“千年古道边关”历史品牌,全力建设幸福城市,迸发出前所未有的生机与活力。党的十八大以来,习近平总书记先后两次到云南考察调研,多次给云南干部群众回信,对云南工作作出一系列重要指示批示,为云南高质量发展提供了根本遵循。2020年春节前夕,习近平总书记来到腾冲考察,在司莫拉佤族村看望乡亲们时强调“让幸福的佤族村更加幸福”。

关键词：腾冲春潮涌动佤族根本遵循马蹄疾生机与活力幸福

基于测点聚类的POD-BPNN风压重构方法

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土木工程学报 2024年第9期57卷 11-21页

作者：杜晓庆沈祥宇董浩天陈统岳上海大学上海200444

文章提出本征正交分解(POD)与聚类分析结合的结构表面风压测点分类与关键测点布置方法,基于少量测点的风压数据,通过POD与误差反向传播神经网络(BPNN)方法实现方柱结构表面风压时程的重构。机器学习数据集为多风向角均匀来流下单方柱测... 详细信息

文章提出本征正交分解(POD)与聚类分析结合的结构表面风压测点分类与关键测点布置方法,基于少量测点的风压数据,通过POD与误差反向传播神经网络(BPNN)方法实现方柱结构表面风压时程的重构。机器学习数据集为多风向角均匀来流下单方柱测压风洞试验得到的测点风压时程。将44个测点的风压时程数据POD降维,并采用K-means++聚类分析得到方柱周向轮廓系数分布,并基于轮廓系数的多风向角平均值,得到12、16、20和24个关键测点的轴对称布置方案。以关键测点的风压时程数据为训练集,采用POD-BPNN方法重构方柱表面其余测点所在位置的风压时程,并将风压时程及其统计值同试验结果对比。从12~20测点方案,风压重构精度逐步提升;20测点和24测点方案的重构风压差异较小,二者都能较好地重构方柱表面风压分布,仅在0°风向角方柱脉动风压误差偏大。

关键词：风压时程重构聚类分析本征正交分解误差反向传播神经网络风压测点布置

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面向多任务的无人机集群功率和频谱资源分配

电讯技术 2024年

作者：沈祥志何攀峰陈勇杨凌升南京信息工程大学电子与信息工程学院国防科技大学第六十三研究所

针对有限频谱资源条件下无人机集群执行多任务时频谱资源共享不充分的问题，基于多任务将无人机集群分为多个群组，从信道分配和功率分配两个维度开展多任务频谱资源分配方法研究。为保证所有群组传输吞吐量的公平性，在考虑频谱复用和... 详细信息

针对有限频谱资源条件下无人机集群执行多任务时频谱资源共享不充分的问题，基于多任务将无人机集群分为多个群组，从信道分配和功率分配两个维度开展多任务频谱资源分配方法研究。为保证所有群组传输吞吐量的公平性，在考虑频谱复用和共信道干扰的情况下，以最大化最小群组传输吞吐量为目标，构建了面向无人机群组的频谱资源分配模型。为降低模型求解复杂度，提出了一种联合功率和频谱资源优化算法，利用改进遗传算法同时优化簇头无人机和成员无人机的信道分配，并通过凸优化方法分步优化了簇头无人机和成员无人机的传输功率，交替迭代实现问题求解。仿真结果表明，在仿真参数相同的情况下，群组吞吐量比基准算法平均至少提升16%，同时保证了群组传输的公平性。

关键词：无人机群组多任务功率和频谱资源分配联合优化共信道干扰

用于压阻桥式传感器的非线性与温度漂移协同矫正模型

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传感技术学报 2024年第2期37卷 195-201页

作者：井凯沈祥蒋昊翔王凤娟西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

针对压阻桥式传感器输出非线性与温度漂移两种非理想因素,建立了一种模拟域度下的非线性/温度漂移协同矫正模型。该模型主要包含线性化与温度漂移矫正模型,其中线性化模型通过对输出信号的负反馈采集与平方项矫正算法,实现对片外传感器... 详细信息

针对压阻桥式传感器输出非线性与温度漂移两种非理想因素,建立了一种模拟域度下的非线性/温度漂移协同矫正模型。该模型主要包含线性化与温度漂移矫正模型,其中线性化模型通过对输出信号的负反馈采集与平方项矫正算法,实现对片外传感器的非线性矫正;而针对实际应用中温度漂移(零位漂移与灵敏度漂移)的非理想特性,提出一种基于片上温度查找表的可重构插值算法,该算法通过温度寻址式增益补偿技术与失调消除技术,分别实现灵敏度漂移与零位漂移矫正。仿真结果表明,该模型可将压力输入范围从0kPa至100kPa的非线性误差降低至0.049%FSR(FSR为满量程输出范围);在-30℃至85℃范围内,该模型可将零位误差降低至初始的0.092‰FSR,灵敏度误差降低至0.034‰FSR。

关键词：压阻桥式传感器输出非线性矫正可重构插值法

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Ge_(20)Se_(80-x)Te_(x)玻璃网络结构演变及理论带隙-玻璃性能评价

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物理学报 2024年第14期73卷 185-192页

作者：夏克伦管永年顾杰荣贾光仵苗苗沈祥刘自军宁波海洋研究院宁波315832 宁波大学全省先进光功能材料及器件重点实验室宁波315211

开发特殊性能红外材料是目前提升红外光学系统性能的关键,硫系玻璃作为组分-性能可调的红外材料无疑成为了热门选项.Se基与Te基玻璃涵盖中波、长波红外窗口,是最典型的红外器件应用材料之一,通过对Ge_(20)Se_(80–x)Te_(x)玻璃体系的结... 详细信息

开发特殊性能红外材料是目前提升红外光学系统性能的关键,硫系玻璃作为组分-性能可调的红外材料无疑成为了热门选项.Se基与Te基玻璃涵盖中波、长波红外窗口,是最典型的红外器件应用材料之一,通过对Ge_(20)Se_(80–x)Te_(x)玻璃体系的结构与性能分析,阐述了Te含量对该玻璃体系结构与性能演变的规律.随着Te含量的增大,玻璃转变温度(Tg)受网络结构及平均键能的影响先升高后降低,密度与折射率近似线性的梯度增高,阿贝数逐渐增大,而维氏硬度几乎不随Te含量的变化而变化,断裂韧性随Te含量的增大而降低.针对平均配位数无法评价两种及以上同族元素组成的玻璃体系问题,成功建立了理论带隙-玻璃性能评价体系,并对Ge_(20)Se_(80–x)Te_(x)玻璃体系的密度、折射率、阿贝数、断裂韧性等参数与理论带隙建立了函数关系,该体系可用于快速评估玻璃组分与性能.

关键词：红外材料硫系玻璃理论带隙玻璃性能