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宽光谱多参数激光告警探测研究

光谱学与光谱分析 2023年第8期43卷 2581-2587页

作者：张瑞杨雪梅石金张子暄丁鑫李晓王志斌李孟委中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

随着激光技术的发展,激光武器得到了快速发展,针对来袭激光的威胁,激光告警也成为目前各国发展的重点,不同的激光告警系统探测不同的参数,根据告警参数采取相应的躲避和反击措施;目前激光告警主要探测参数有来袭激光方位角、俯仰角、激... 详细信息

随着激光技术的发展,激光武器得到了快速发展,针对来袭激光的威胁,激光告警也成为目前各国发展的重点,不同的激光告警系统探测不同的参数,根据告警参数采取相应的躲避和反击措施;目前激光告警主要探测参数有来袭激光方位角、俯仰角、激光波长、激光脉冲宽度等,但现有激光告警系统无法实现多参数的同时探测,且光谱范围窄、视场小、探测俯仰角和方位角为相对角度、无法获得绝对来袭方向。为此本文提出宽光谱波段、大视场、多参数激光告警新方法,可实现450~1700 nm宽光谱来袭激光波长、绝对方位角、绝对俯仰角、脉冲宽度多参数的高精度综合测量,该方法主要由激光脉冲宽度测量、绝对角度及激光波长测量、控制及数据处理三大部分组成。其中脉冲宽度测量模块由光学镜头、多带通窄带滤光片、高速光电探测器组成,实现来袭脉冲激光的高速光电转换;绝对角度及激光波长测量模块由光栅、大视场宽波段消色差镜头、多带通窄带滤光片、宽波段面阵探测器、三维电子罗盘组成,通过一级和零级衍射光斑位置获得来袭激光波长、相对方位角和相对俯仰角信息,结合三维电子罗盘测得的方位角、俯仰角以及横滚角,进而获得来袭激光的三维绝对方位角和绝对俯仰角。多带通窄带滤光片主要是根据常用几个军用激光波长进行选通滤光,有效滤除背景光的影响,降低系统虚警、漏警。理论分析推导具体测量方法和参数,设计宽光谱多参数激光告警探测系统样机,并进行实验可行性验证。实验结果表明,该系统的方位角视场120°、俯仰角视场96°、角度测量精度优于1°、中心波长测量精度优于10 nm、脉宽测量精度优于3 ns。该技术将为海、陆、空、天领域对来袭激光的高精度多参数综合探测奠定基础,有望提高复杂战场的生存能力。

关键词：多参数激光告警宽光谱激光波长激光方向激光脉冲宽度电子罗盘

基于FPGA的激光告警高速信号采集系统设计

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激光杂志 2023年第4期44卷 47-51页

作者：魏默浓李孟委张瑞余甜张卓奇王志斌中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051

针对二维激光告警中对于实时采集高速军用目标图像以及处理的需求,设计了一种具有高速高精度的模数转换系统。该系统采用LTC2175-14模数转换芯片作为核心,设计了外围电路以及驱动控制电路将转换后的数字信号传输至FPGA(Field Programmab... 详细信息

针对二维激光告警中对于实时采集高速军用目标图像以及处理的需求,设计了一种具有高速高精度的模数转换系统。该系统采用LTC2175-14模数转换芯片作为核心,设计了外围电路以及驱动控制电路将转换后的数字信号传输至FPGA(Field Programmable Gate Array),最后在上位机实现图像显示。同时利用532 nm波长的激光模拟可见光,1064 nm波长的激光模拟近红外光验证该系统可靠性。经实验证明,该系统的图像读出时间达到ns级,完全满足激光告警图像高速实时传输处理的需求,并且在低功耗方面也具有优异的表现。

关键词：激光告警高速采集 ADC FPGA

太赫兹电场诱导金纳米狭缝中双链DNA的氢键断裂和振动(英文)

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生物化学与生物物理进展 2024年

作者：姜端杰武京治王艳红张瑞中北大学信息与通信工程学院中北大学前沿交叉科学技术研究院

目的本文探讨了太赫兹（THz）频率下的外电场对吸附在金（111）表面的水合双链脱氧核糖核酸（dsDNA）系统的影响。方法研究采用了GolDNA-Amber力场进行了分子动力学模拟。结果研究结果表明，DNA的碱基侧链比糖磷酸骨架更容易吸附在... 详细信息

目的本文探讨了太赫兹（THz）频率下的外电场对吸附在金（111）表面的水合双链脱氧核糖核酸（dsDNA）系统的影响。方法研究采用了GolDNA-Amber力场进行了分子动力学模拟。结果研究结果表明，DNA的碱基侧链比糖磷酸骨架更容易吸附在金层表面。当水合DNA分子置于频率高达10 THz的电场中时，振动态密度（VDoS）分别在五个不同频率下观察到峰值强度。此外，强电场会导致狭缝内DNA双链之间的氢键断裂。此现象在8.8THz和9.6THz的电场频率下尤为明显，并且在不同的电场强度下展示出不同的振动模式。结论这些发现有助于加深对镀金生物界面的分子组织的理解。

关键词：分子动力学电场太赫兹光谱金层低频运动

光栅制造与装配误差对双光栅泰伯像微位移检测的影响分析

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光电子·激光 2024年

作者：张晓玉王策金丽解琨阳张敏娟李孟委中北大学前沿交叉科学研究院中北大学仪器与电子学院中北大学创新与创业学院中北大学信息与通信工程学院

双光栅泰伯像微位移传感器具有分辨力高、抗电磁干扰能力强等优势，但其精度易受光栅加工和装配误差的影响。本文利用COMSOL仿真软件，对光栅加工过程中的栅线宽度、光栅厚度、占空比以及双光栅装配过程中的层夹角、栅线夹角和双光栅间... 详细信息

双光栅泰伯像微位移传感器具有分辨力高、抗电磁干扰能力强等优势，但其精度易受光栅加工和装配误差的影响。本文利用COMSOL仿真软件，对光栅加工过程中的栅线宽度、光栅厚度、占空比以及双光栅装配过程中的层夹角、栅线夹角和双光栅间距进行误差仿真分析。最终结果表明，光栅周期加工可允许误差范围小于±0.1μm，光栅厚度对光栅衍射效率影响可忽略不计，光栅占空比最优参数为0.5；双层光栅层间夹角与栅线夹角对光栅衍射效率影响较大，双层光栅层间夹角可允许误差小于1°，栅线夹角可允许误差小于0.1°，光栅间距可允许误差小于±0.1μm。上述分析将有助于后续对各类误差进行补偿，进而保证双光栅泰伯像系统的高精度微位移检测。

关键词：泰伯像光栅误差光栅工艺加工光栅装配光栅衍射效率

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纳米光栅三轴MOEMS陀螺设计与仿真分析

传感器与微系统 2023年第4期42卷 55-58页

作者：罗戴钟金丽李孟委中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

设计了一种基于纳米光栅泰伯效应的三轴微光机电系统(MOEMS)陀螺,详细阐述了纳米光栅三轴MOEMS陀螺的工作原理,建立了陀螺结构模型并分析其灵敏度。仿真结果表明:x,y,z轴陀螺结构灵敏度分别为42.76,43.63,76.79 nm/((°)·s^(-1))。对... 详细信息

设计了一种基于纳米光栅泰伯效应的三轴微光机电系统(MOEMS)陀螺,详细阐述了纳米光栅三轴MOEMS陀螺的工作原理,建立了陀螺结构模型并分析其灵敏度。仿真结果表明:x,y,z轴陀螺结构灵敏度分别为42.76,43.63,76.79 nm/((°)·s^(-1))。对双层光栅的衍射灵敏度仿真分析,得到双层光栅面内与离面模式下的衍射灵敏度分别为297.1,159.7 V/mm。最后,结合结构灵敏度与衍射灵敏度得到x,y,z轴陀螺的灵敏度大小分别为6.83,6.97,22.81 mV/((°)·s^(-1))。

关键词：纳米光栅微陀螺三轴单片集成

锯齿-扶手椅-锯齿型石墨烯纳米带电子输运特性研究

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电子元件与材料 2022年第4期41卷 362-368页

作者：齐越王俊强朱泽华李孟委中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

基于密度泛函理论和非平衡格林函数,研究了中心散射区长度对于锯齿-扶手椅-锯齿型石墨烯纳米带(Z-A-ZGNRs)的电子输运特性的影响。结果表明:中心散射区长度对导电性能有很大的影响。散射区长度较小时,在一定区间内具有明显的负微分电阻... 详细信息

基于密度泛函理论和非平衡格林函数,研究了中心散射区长度对于锯齿-扶手椅-锯齿型石墨烯纳米带(Z-A-ZGNRs)的电子输运特性的影响。结果表明:中心散射区长度对导电性能有很大的影响。散射区长度较小时,在一定区间内具有明显的负微分电阻现象,长度增加时,这种效应减弱。Z-A-ZGNRs在-2~2 V偏压下存在整流现象,散射区长度较小时,在负偏压下导电性能优于正偏压,存在反向整流现象,最大整流比为1.98;长度较大时在正偏压下导电性能优于负偏压,存在正向整流现象,最大整流比为2.54。在-1~1 eV内,散射区长度较长的能量窗内几乎无透射曲线,表明在该能量区间几乎没有电流,器件处于截止状态。该理论计算结果对石墨烯纳米器件的设计具有一定的参考价值。

关键词：石墨烯纳米带输运性质密度泛函理论非平衡格林函数中心散射区

石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装

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电子元件与材料 2022年第3期41卷 304-308页

作者：朱泽华王俊强陈绪文齐越中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后... 详细信息

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后使用倒装焊机在280℃以及8 kN的压力环境下保持6 min,完成芯片与基板的Au/Sn互溶扩散键合工艺,从而实现石墨烯压力传感器芯片的气密性封装。对键合指标进行测试,平均剪切力达20.88 MPa,平均漏率为4.91×10^(-4) Pa·cm^(3)/s,满足GJB548B-2005的要求。通过比较键合前后的芯片电学特性,石墨烯敏感结电阻平均值变化了1.1%,具有较高的稳定性。此外键合界面能谱测试结果符合Au/Sn键合金属合金元素组分,为石墨烯MEMS压力传感器低成本、高效率气密性封装奠定了基础。

关键词：石墨烯 MEMS压力传感器 Au/Sn键合气密封装

基于FPGA的PEM-FTS非线性干涉信号快速光谱反演算法

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激光与光电子学进展 2021年

作者：罗旭辉李晓王志斌任亦子中北大学电气与控制工程学院中北大学前沿交叉科学研究院

弹光调制傅里叶变换光谱仪（PEM-FTS）因其产生的干涉信号的相位差呈非线性变化，等时间间隔采样会造成相位差不均匀，无法直接利用快速傅里叶变换重建光谱，因此对其光谱快速复原算法的研究具有重要意义。为了快速、准确地重建等时间... 详细信息

弹光调制傅里叶变换光谱仪（PEM-FTS）因其产生的干涉信号的相位差呈非线性变化，等时间间隔采样会造成相位差不均匀，无法直接利用快速傅里叶变换重建光谱，因此对其光谱快速复原算法的研究具有重要意义。为了快速、准确地重建等时间采样干涉信号的光谱，并优化数据处理系统结构，论文研究了加速的非均匀快速傅里叶变换算法（NUFFT）基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的实现方法，通过存储并调用插值均匀光程差、并行累加运算的方法提高了算法的运行速度。Modelsim仿真结果表明，干涉信号处理点数为1024点时，对仿真产生的632.8nm激光干涉信号光谱复原效果较好，准确性方面峰值波长最大误差比例为0.017%，最大旁瓣峰值为相对最大值的0.024，基本满足光谱复原准确性的要求；运行速度方面在计算插值均匀光程差时反演算法运行时间67μs，调用插值均匀光程差时运行时间为27μs，最快运行速度为利用DSP运算时的7.48倍。

关键词：信号处理非均匀快速傅里叶变换(NUFFT) 可编程逻辑门阵列(FPGA) 重建光谱

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宽带微波取样器的信号调理电路设计

电子测量技术 2022年第24期45卷 48-53页

作者：杨坤张敏娟中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051

采样示波器在宽带测量领域被广泛应用,取样器作为采样示波器的关键器件,其是基于梳状波卷积理论将高频信号转换为低频信号,且取样器输出信号为瞬态值、两路输出信号对称性差等问题,本论文将在分析微波宽带取样器原理基础上,对取样器输... 详细信息

采样示波器在宽带测量领域被广泛应用,取样器作为采样示波器的关键器件,其是基于梳状波卷积理论将高频信号转换为低频信号,且取样器输出信号为瞬态值、两路输出信号对称性差等问题,本论文将在分析微波宽带取样器原理基础上,对取样器输出中频信号的阻抗积分电路、偏移调控电路进行设计。实验验证,基于所设计的取样器、阻抗积分放大电路可将20 GHz信号转换为50 kHz的中频信号,偏移调控电路可实现信号偏移的校准,可以用于采样示波器的模拟前端。

关键词：采样示波器微波宽带取样器阻抗积分放大电路偏移调控电路