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过渡金属掺杂的g-GaN吸附Cl_(2)和CO气体分子的第一性原理研究

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无机化学学报 2024年第6期40卷 1189-1200页

作者：田双林高廷红刘玉涛陈茜谢泉肖清泉梁永超贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了类石墨烯氮化镓(g-GaN)和掺杂过渡金属原子(TM)的g-GaN对Cl_(2)和CO气体分子的吸附行为。结果表明,Cl_(2)和CO在本征g-GaN上的吸附均为物理吸附,2个体系的吸附能均为正值,表明体系不稳定。... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了类石墨烯氮化镓(g-GaN)和掺杂过渡金属原子(TM)的g-GaN对Cl_(2)和CO气体分子的吸附行为。结果表明,Cl_(2)和CO在本征g-GaN上的吸附均为物理吸附,2个体系的吸附能均为正值,表明体系不稳定。相反,Cl_(2)和CO在Fe和Co掺杂的g-GaN上吸附时的吸附能为负值,且吸附能较小,表明吸附体系稳定。通过分析态密度、电荷密度差和能带结构等性质,可以得出结论:过渡金属原子的引入能有效增强气体分子与g-GaN之间的相互作用。

关键词：气体传感类石墨烯GaN 吸附过渡金属掺杂

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三热源热布朗热变换器的生态学最优性能

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2599-2604页

作者：齐丛正陈林根戈延林冯辉君武汉工程大学热科学与动力工程研究所武汉430205 湖北省绿色化工装备工程技术研究中心武汉430205 武汉工程大学机电工程学院武汉430205

建立了考虑传热损失的三热源热布朗热变换器的有限时间热力学模型,导出了热流平衡方程、供热率、供热系数(COP)和生态学函数的解析式。通过数值计算,研究了循环的生态学性能特性,说明了生态学函数作为优化目标时的优势。结果显示:外部... 详细信息

建立了考虑传热损失的三热源热布朗热变换器的有限时间热力学模型,导出了热流平衡方程、供热率、供热系数(COP)和生态学函数的解析式。通过数值计算,研究了循环的生态学性能特性,说明了生态学函数作为优化目标时的优势。结果显示:外部传热仅会定量地降低循环的性能,而不会定性地改变循环的性能。增加换热器的总热导率可有效提升系统的性能。通过适当地调整热导率分配和内部参数,可以使三热源热布朗热变换器工作在最大生态学函数目标下。当以生态学函数代替供热率作为优化目标时,供热率减少较小,对应的COP提升较大。

关键词：三热源热布朗热变换器生态学函数供热率 COP 性能优化有限时间热力学

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圆柱发热体内圆截面液冷通道的构形优化

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1908-1916页

作者：李云峰谢志辉陈林根冯辉君海军工程大学动力工程学院武汉430033 武汉工程大学热科学与动力工程研究所武汉430205 武汉工程大学机电工程学院武汉430205 湖北省绿色化工装备工程技术研究中心武汉430205

建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源-热沉集成模型,基于构形理论,给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件,以液冷通道数及其半径为设计变量,研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响,获得了... 详细信息

建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源-热沉集成模型,基于构形理论,给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件,以液冷通道数及其半径为设计变量,研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响,获得了不同液冷通道截面积占比下的最优构形。当通道截面积占比和通道数给定时,均存在最优的圆心距使得热源-热沉整体的散热性能最优,但对应两个指标的最优圆心距不同。给定通道截面积占比时,无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道数的增加而降低;给定通道数时,无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道截面积占比的增加而降低。本文所得研究结果可对圆柱器件高效冷却的热设计提供理论指导。

关键词：构形理论理论电子器件散热热设计广义热力学优化

基于TOPSIS-MOPSO的侦察星座优化设计

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电讯技术 2024年第6期64卷 893-901页

作者：刘亚丽熊伟韩驰熊明晖刘正航天工程大学复杂电子系统仿真实验室北京101416

侦察星座优化是天基信息体系建设的关键问题。为弥补以往研究大多只采用少量性能指标进行侦察星座优化的不足,提出了一种综合考虑5项性能指标的侦察星座优化模型。在解算优化模型过程中,为解决传统基于Pareto支配的进化算法出现的选择... 详细信息

侦察星座优化是天基信息体系建设的关键问题。为弥补以往研究大多只采用少量性能指标进行侦察星座优化的不足,提出了一种综合考虑5项性能指标的侦察星座优化模型。在解算优化模型过程中,为解决传统基于Pareto支配的进化算法出现的选择压力与多样性不足的问题,提出了TOPSIS-MOPSO(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution-Multi-Objective Particle Swarm Optimization)算法,将多属性决策领域的TOPSIS引入进化算法中,并与SPD(Strengthened Pareto Dominate)相结合,得到一种能够同时增强种群收敛性与多样性的环境选择策略。提出了基于Harmonic距离的全局最优粒子选择策略,加快种群收敛速度,保护种群多样性;提出了自适应进化算子选择策略,帮助算法摆脱局部最优解。将TOPSIS-MOPSO算法应用在侦察星座优化问题上,并与MOPSO、DGEA、AR-MOEA 3种经典方法进行实验对比分析,实验结果显示,所提算法比其他3种算法在Δ*、IGD和HV上的最优指标值分别提升了19.76%、89.07%和28.2%。

关键词：天基侦察系统侦察星座优化高维多目标优化 TOPSIS MOPSO

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脉冲放电驱动磨料流辅助磨削单晶碳化硅研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 383-392页

作者：陈钊杰谢晋刘军汉熊长新李迪帆华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心武汉430223

单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此... 详细信息

单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此,在单晶碳化硅的金刚石磨削中,利用砂轮与工件间的脉冲放电驱动游离磨料流动,抵消机械作用对其表面及亚表面的影响,探究机械加工、磨料流抛光和热化学去除的复合加工对表面完整性的作用机制。首先建立复合加工表面成型与脉冲放电和流体动压的关系模型,然后分析脉冲放电对材料去除率以及磨粒损耗率的影响,最后讨论去毛刺效果、表面残余应力及亚表面损伤等。结果表明:在固结磨粒切削与轮廓复制过程中工件与磨粒界面形成了复合加工链,脉冲放电可驱动游离磨粒并对表面进行热化学改性,游离磨粒获得去除力去消除表面二氧化硅并重新暴露出Si-C键。降低脉冲放电能量和流体动压会促进脆性破坏转变为高表面质量的塑性去除。即使较大切深和较大主轴端跳产生的机械振动,脉冲放电驱动的热化学改性及游离磨粒抛光与金刚石磨削复合可以将残余压应力、表面微毛刺和亚表面损伤层厚度分别减少93%、73%和50%。

关键词：亚表面损伤残余应力单晶碳化硅脉冲放电磨料流加工

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

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供电461 W激光无线传能系统研制

光子学报 2024年第8期53卷 170-179页

作者：于方磊邹朝冉孟祥翔彭越张金刚山东航天电子技术研究所烟台264000 烟台大学物理与电子信息学院烟台264000 北京宇航系统工程研究所北京100071

为了满足特定场景下激光无线传能的大功率应用需求,提升系统接收效率,研制了一套方形均匀光斑照明、高接收占空比的大功率激光无线传能系统。发射端采用两台高功率808 nm半导体激光器,实现1700 W激光输出并耦合进入方芯光纤,利用方芯光... 详细信息

为了满足特定场景下激光无线传能的大功率应用需求,提升系统接收效率,研制了一套方形均匀光斑照明、高接收占空比的大功率激光无线传能系统。发射端采用两台高功率808 nm半导体激光器,实现1700 W激光输出并耦合进入方芯光纤,利用方芯光纤对激光进行匀化,在其输出端面形成均匀光斑,设计了投影光学系统将方芯光纤出射端面放大并照射在形状匹配的420 mm×420 mm光电池板上;接收端将1020片GaAs光电池分别与聚焦透镜集成封装以提升光敏面占空比。经试验测试,当入射激光功率1700 W时,电子负载端接收电功率461 W,接收端整体光电转换效率27.1%。结果表明:该激光无线传能系统为特定环境下大功率负载无线供电提供了解决方案。

关键词：激光无线传能方芯光纤均匀光斑光电池光电转换效率

基于虚像相位阵列的光谱检测中角色散均匀性的研究

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1827-1834页

作者：纪文杰谭中伟北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所北京100044

随着光谱学的不断发展,光谱检测作为一种快速无损的检测手段逐渐被应用于越来越多的领域中。而随着对信息精度要求的不断提高,如何得到高分辨率和低波长误差的光谱信息,是设计光谱检测系统时必须解决的问题。传统的色散元件如衍射光栅,... 详细信息

随着光谱学的不断发展,光谱检测作为一种快速无损的检测手段逐渐被应用于越来越多的领域中。而随着对信息精度要求的不断提高,如何得到高分辨率和低波长误差的光谱信息,是设计光谱检测系统时必须解决的问题。传统的色散元件如衍射光栅,虽然有较大的波长响应范围,但是通常只能提供nm量级的分辨率而无法满足当下的高光谱分辨率的要求。虚像相位阵列(VIPA)具有大角度色散特性,可以有效提高系统的光谱分辨率,因而近年来不断被用于精细光谱检测的研究。但其波长和色散角度对应关系存在非线性,而且同一波长易产生多个衍射级次的光斑,从而造成额外的光能损失。因此,本文主要基于VIPA的交叉色散光路就如何降低VIPA色散的非均匀性的问题进行了理论分析和实验验证。首先基于傍轴理论的色散定律展开理论分析探讨了入射光腰尺寸、入射角度等参数对于VIPA色散的非线性程度和衍射级次数量的影响。然后通过进行仿真记录了宽光谱光源在不同VIPA倾斜角度条件下各波长衍射级次的数量,以及各波长对应的光斑质心的坐标值。计算各情况下的质心坐标与拟合曲线之间的距离均差,比较了不同角度条件下线性度的好坏。最后根据理论分析和仿真实验的结果进行实验。实验中记录了VIPA的交叉色散光路在不同的VIPA倾斜条件下出现的衍射级次数量,并利用一个波长可变的激光器得到了不同波长的光源在VIPA倾斜2°的实验条件下各衍射级次光斑的质心坐标。同样通过计算不同衍射级次光斑的质心与拟合曲线之间的距离均差分析不同衍射级次的线性度好坏。实验证明通过控制入射光束参数,可以一定程度上降低VIPA色散的非均匀性。VIPA倾斜角度越大且越靠近探测器中央位置的衍射级次线性度越好。

关键词：虚像相位阵列光谱检测线性度衍射级次

基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

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物理学报 2024年第13期73卷 367-377页

作者：陈志刚张伟君张兴雨王钰泽熊佳敏洪逸裕原蒲升吴玲王镇尤立星中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海市超导集成电路技术重点实验室上海200050 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个... 详细信息

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路.本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路,系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数.通过提升OPA855的工作电压,解决了电路在低温下带宽损失的问题.进一步,将OPA855放大电路安装在40 K温区,使用其实现了SNSPD探测性能的实验评估.相对于常规室温交流耦合电路,SNSPD的最大计数率约提升了1.3倍.本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息.

关键词：运算放大器低温读出电路直流耦合超导纳米线单光子探测器

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