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基于Adam算法的光学相控阵输出光束校准方法

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物理学报 2024年第9期73卷 136-144页

作者：王子豪龙烨仇轲徐佳木孙艳玲范修宏马琳廖家莉康永强西安电子科技大学光电工程学院西安710071 西安微电子技术研究所西安710000

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波... 详细信息

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波导相控阵输出光束的优化校准带来了困难,现有算法不仅光束校准质量不高,且校准效率较低.为此,本文将Adam算法应用于光波导相控阵输出光束校准系统中,通过建模仿真比较了Adam算法与现有SPGD算法和GS算法在光束校准层面上的优劣.同时,搭建实验系统实现了高质量的光束校准,根据校准结果,在Adam算法校准下光波导相控阵输出光束的主旁瓣比优于15.98 dB,对16×16光波导相控阵输出光束校准达到收敛所需的迭代次数低于600次.这一算法在光波导相控阵输出光束校准方面的应用,能够提高光波导相控阵的控制精度和效率,拓展光波导相控阵在激光雷达技术、数字全息技术和生物成像技术等方面的应用.

关键词：光波导相控阵光束校准算法 Adam算法

二维光子晶体中的双波段半狄拉克锥与零折射率材料

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物理学报 2024年第18期73卷 88-97页

作者：纪雨萱张明楷李妍曲阜师范大学物理工程学院曲阜273165

设计了一种由椭圆介电柱子组成的正方晶格光子晶体结构.通过调节椭圆柱子的大小和放置角度,在布里渊区中心同时实现两个不同频率的双重偶然简并,并获得两个不同波段的半狄拉克锥.更有趣的是,这两个半狄拉克锥沿椭圆柱子长轴和短轴两个... 详细信息

设计了一种由椭圆介电柱子组成的正方晶格光子晶体结构.通过调节椭圆柱子的大小和放置角度,在布里渊区中心同时实现两个不同频率的双重偶然简并,并获得两个不同波段的半狄拉克锥.更有趣的是,这两个半狄拉克锥沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向表现出的线性和非线性色散关系正好相反,k·p微扰理论也进一步证实了这种奇异的色散关系.数值计算结果表明在两个半狄拉克点频率附近,本文所设计的正方晶格光子晶体在线性色散所在方向上等效为阻抗匹配的双零折射率材料,而在非线性色散所在方向上只能等效为单零折射率材料,即沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向的等效零折射率展现出差异性.而两个不同波段的半狄拉克锥所对应的这种等效零折射率的各向异性截然相反,因此可利用“Y”型光子晶体板将两种不同频率的电磁波成功分离.

关键词：光子晶体半狄拉克锥零折射率材料

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内流可视超声速喷管边界层实验研究

物理学报 2024年第16期73卷 143-151页

作者：曾瑞童易仕和陆小革赵玉新张博冈敦殿国防科技大学空天科学学院长沙410073

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国... 详细信息

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国军标合格标准;利用纳米粒子示踪平面激光散射技术,开展内流可视超声速喷管的流动显示试验,获取了喷管内全流场精细结构图像;通过图像处理技术提取边界层与主流交界面,采用分形维数的方法分析边界层状态,定位边界层转捩位置.结果表明:喷管型面的开始转捩位置比喷管上平直壁面更加靠近下游;分形维数可以定性地判断边界层的流动状态,对于层流边界层和转捩初期的发卡涡需要结合边界层厚度进行区分.

关键词：喷管边界层纳米粒子示踪平面激光散射转捩

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基于GaSe/Ga_(2)O_(3)异质结的自供电日盲紫外光电探测器

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物理学报 2024年第11期73卷 360-367页

作者：宿冉奚昭颖李山张嘉汉姜明明刘增唐为华南京邮电大学集成电路科学与工程学院(产教融合学院) 氧化镓半导体创新中心(IC-GAO)南京210023 内蒙古大学电子信息工程学院呼和浩特010021 南京大学电子科学与工程学院南京210093 南京航空航天大学物理学院空天信息材料与物理工信部重点实验室南京211106

氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体在深紫外探测领域有极其重要的应用价值.它能与GaSe形成典型的Ⅱ型异质结构,促进载流子分离与传输,进而实现高性能的自供电探测.本文利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在蓝宝石衬底上生长... 详细信息

氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体在深紫外探测领域有极其重要的应用价值.它能与GaSe形成典型的Ⅱ型异质结构,促进载流子分离与传输,进而实现高性能的自供电探测.本文利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在蓝宝石衬底上生长了Ga_(2)O_(3)薄膜,并采用布里奇曼技术在氧化镓薄膜上生长了GaSe薄膜,构建了GaSe/β-Ga_(2)O_(3)异质结光电探测器,分析其中涉及的光物理与界面物理问题.该探测器对深紫外光有很好的响应性能,在8 V的电压下器件的暗电流仅为1.83 pA,254 nm光照下的光电流达到了6.5 nA,且UV-C/可见光(254 nm/600 nm)的抑制比约为354,即使在很小的光照强度下,响应度和探测度也达到了1.49 mA/W和6.65×10^(11)Jones.同时,由于结界面上的空间电荷区形成的光伏效应,该探测器在零偏压下表现出自供电性能,开路电压为0.2 V.此外,探测器有很好的灵敏度,无论是在电压恒定的条件下用不同光强的光照射探测器,还是在光强恒定条件下改变电压,器件都能快速响应.

关键词：光电探测器氧化镓硒化镓自供电

级联声光器件与回音壁模式微腔实现非对称传输

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物理学报 2024年第1期73卷 149-157页

作者：吕宇曦王晨段添期赵彤常朋发王安帮太原理工大学电子信息与光学工程学院新型传感器与智能控制教育部(山西省)重点实验室太原030024 广东工业大学信息工程学院广东省信息光子技术重点实验室广州510006

本文提出利用级联声光效应器和耦合回音壁模式微球腔的方案来实现非对称传输效果,并进行理论和实验验证.实验中利用加热拉锥的方式制备了两段式光纤,可同时实现声光效应的激发和回音壁模式的耦合.利用光纤中声光效应将纤芯基模中的矢量... 详细信息

本文提出利用级联声光效应器和耦合回音壁模式微球腔的方案来实现非对称传输效果,并进行理论和实验验证.实验中利用加热拉锥的方式制备了两段式光纤,可同时实现声光效应的激发和回音壁模式的耦合.利用光纤中声光效应将纤芯基模中的矢量模式转换到包层高阶模式,由于基模中不同矢量模式转换包层模式的矢量模式也不同,从而产生类似双折射效果,使输出的包层模式产生偏振变化.而后通过耦合回音壁模式微腔将包层模式转换回纤芯基模.由于回音壁模式的偏振选择效果,使得相反方向入射光能量具有不同的透射特性,其传输隔离度可达17 d B.此外,对两个方向传输的透射率随偏振角度变化进行测试,测得声光效应带来的偏振变化约为80°.本文的非对称传输方案继承了声光器件响应迅速、调谐性良好的优势,同时具有全光纤结构和无工作阈值的特点,在光开关、光隔离器等场景具有重要的应用潜力.

关键词：非对称传输声光效应回音壁模式微腔模式转换

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基于迭代算法的不同状态散射光场聚焦

物理学报 2024年第12期73卷 190-197页

作者：段美刚赵映左浩毅太原科技大学应用科学学院太原030024 四川大学物理学院成都610065

透过散射介质传递光学信息在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景.但是,当光通过散射介质后会引起波前畸变,导致光学信息失真.基于波前振幅调制技术是利用优化算法不断对入射光波前振幅进行调整,找到可使目标区域光强最大对应... 详细信息

透过散射介质传递光学信息在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景.但是,当光通过散射介质后会引起波前畸变,导致光学信息失真.基于波前振幅调制技术是利用优化算法不断对入射光波前振幅进行调整,找到可使目标区域光强最大对应的波前振幅分布.实验主要研究通过波前振幅调制使透过散射介质的空间光实现光聚焦,讨论在不同持续时间的散射光场中控球后卫算法与遗传算法对散射光场的调控能力.实验结果表明,在散射介质持续时间相同的情况下,控球后卫算法可以实现比遗传算法更高增强因子的聚焦点以及更均匀的多点聚焦.

关键词：散射介质波前整形聚焦振幅调制

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近存计算架构AI芯片中子单粒子效应

物理学报 2024年第13期73卷 378-385页

作者：杨卫涛胡志良何欢莫莉华赵小红宋伍庆易天成梁天骄贺朝会李永宏王斌吴龙胜刘欢时光西安电子科技大学微电子学院西安710071 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 散裂中子源科学中心东莞523803 空军工程大学航空工程学院西安710000 西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710071

利用中国散裂中子源大气中子辐照谱仪,对某款16 nm FinFET工艺制造的近存计算架构人工智能AI芯片进行了大气中子单粒子效应辐照测试研究.辐照测试中,在累积中子注量为1.51×10^(10)n/cm^(2)(1 MeV以上)情况下,共探测到5类共计35个软错误... 详细信息

利用中国散裂中子源大气中子辐照谱仪,对某款16 nm FinFET工艺制造的近存计算架构人工智能AI芯片进行了大气中子单粒子效应辐照测试研究.辐照测试中,在累积中子注量为1.51×10^(10)n/cm^(2)(1 MeV以上)情况下,共探测到5类共计35个软错误,尤其是探测到不同于传统冯诺伊曼架构芯片单粒子效应的计算与存储单元同时发生单粒子效应新现象.基于所探测到的两类功能单元同时单粒子效应新现象,结合蒙特卡罗仿真模拟,初步给出了近存计算架构AI芯片内物理布局上,核心功能单元间可降低同时发生单粒子效应的安全间距建议.该研究为进一步探究非传统冯诺伊曼架构芯片单粒子效应提供了参考与借鉴.

关键词：近存计算 AI芯片散裂中子源大气中子单粒子效应

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一种WC-Co/316Lγ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 881-897页

作者：乔春光王中华李博川姜潮湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此... 详细信息

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此,本文以316L不锈钢为基体,以WC-Co为功能-结构增强材料,采用定向能量沉积增材制造(DED-AM)技术提出了一种新的WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法.首先,研究了WC-Co/316L,316L两种粉末交替沉积工艺,通过优化调控激光功率、扫描速度、粉末配比等工艺参数,制备出WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料;其次,对制备出的复合材料进行微观结构与宏观力学性能表征;最后,采用蒙特卡罗粒子输运模拟方法对厚度、WC-Co含量及沉积方式不同的WC-Co/316L复合材料γ射线屏蔽性能进行分析.结果表明,该复合材料的低能γ射线屏蔽率明显提升,且在材料成型过程中增加了形核率并使晶粒细化,显著提高了材料的拉伸强度.本研究可为功能-结构一体化γ射线屏蔽材料制备提供指导.

关键词：增材制造多层交替沉积 γ射线屏蔽 WC-Co/316L

基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面的适应性加工

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中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 91-106页

作者：丁大伟傅玉灿徐韬锐徐丰羽南京邮电大学自动化学院、人工智能学院南京210023 南京航空航天大学机电学院南京210016

针对复杂舱体进气道曲面热成形铸造毛坯尺寸一致性差、轮廓度和壁厚成形精度低等问题,本文提出基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面适应性加工方法.首先搭建复合在机测量平台,为减少数据迟滞,开发同步数据采集系统,提出激光传感... 详细信息

针对复杂舱体进气道曲面热成形铸造毛坯尺寸一致性差、轮廓度和壁厚成形精度低等问题,本文提出基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面适应性加工方法.首先搭建复合在机测量平台,为减少数据迟滞,开发同步数据采集系统,提出激光传感器位姿迭代标定方法并分析测量误差;随后在曲面轮廓测量数据指导下,通过精确法矢解算实现壁厚的高精度超声在机测量.面向负余量曲面加工,建立轮廓度公差和壁厚公差双重约束下的数学模型,以公差占用度、不均匀度以及一致度为优化目标,在不同权重参数下实现数据驱动的新曲面重建;随后,针对复杂舱体进气道曲面制定了复合在机测量与适应性加工策略,并进行有效性验证.结果表明,轮廓度测量最大正负误差分别为+0.0083和-0.0073 mm,壁厚测量误差均在0.03 mm以内,表明在机测量系统有效.此外,该舱体进气道曲面存在负余量为-0.0524 mm区域,适应性加工后轮廓度最大正偏差和最小负偏差分别为+0.0538和-0.3655 mm,壁厚偏差最大值和最小值分别为+0.16和-0.22 mm,满足公差要求(轮廓度:-0.5~+1 mm,壁厚:-0.4~+0.2 mm)且可实现全曲面高精高效适应性加工.

关键词：复合在机测量公差约束负余量曲面适应性加工