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低信噪比下基于多元变分模态分解的水下蛙人特征提取

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声学学报 2024年第2期49卷 318-326页

作者：王仪许枫杨娟中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组... 详细信息

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组互谱后的加权排列熵。最后提取加权排列熵频谱的蛙人特征量。海试结果表明,本方法可在无需先验信息情况下,提取由矢量水听器采集的蛙人信号特征,在检测率为80%的情况下抗噪能力较传统算法提升了10 dB。

关键词：蛙人特征提取多元变分模态分解加权排列熵低信噪比

低远场发散角976 nm基横模脊形半导体激光器

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光学学报 2024年第8期44卷 132-138页

作者：王振诺仲莉张德帅刘素平潘智鹏常津源何天将马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在2... 详细信息

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在25℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽(FWHM)为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角(FWHM)分别为24.15°和3.90°。在15~35℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。

关键词：激光器 976 nm半导体激光器基横模脊形波导低远场发散角非对称大光腔结构

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宽波段响应硅雪崩光电探测器研究

红外与毫米波学报 2024年第4期43卷 464-471页

作者：彭红玲卫家奇宋春旭王天财曹澎陈剑邓杰 ZHUANG Qian-Dong 郑婉华中国科学院半导体研究所固态光电信息技术实验室北京100083 中国科学院大学电子与通信工程学院北京101408 西南技术物理研究所四川成都610041 Physics Department Lancaster UniversityLancaster LA14YBU.K.

本文基于目前对宽波段探测器的应用需求,设计了一种在250~1100 nm范围有较高响应的硅雪崩光电探测器(Si APD),不需要拼接即可实现紫外-可见-近红外波段光的高效探测。分别对硅的紫外增强和(近)红外增强进行了分析,在此基础上,为获得宽... 详细信息

本文基于目前对宽波段探测器的应用需求,设计了一种在250~1100 nm范围有较高响应的硅雪崩光电探测器(Si APD),不需要拼接即可实现紫外-可见-近红外波段光的高效探测。分别对硅的紫外增强和(近)红外增强进行了分析,在此基础上,为获得宽波段响应Si APD,对器件结构进行模拟设计,采用光背入射等方式,提高短波吸收,同时保证近红外吸收。模拟优化的Si APD器件峰值波长940 nm左右,在250 nm和1100 nm处响应光电流均超过峰值的15%,这种结构的器件适用于多光谱及未来高精度探测等应用领域。

关键词：硅雪崩光电探测器宽波段响应探测器紫外增强近红外增强

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基于频率滤波张量鲁棒主成分分析的混响抑制

声学学报 2024年第4期49卷 743-752页

作者：肖雄蔚许枫杨娟中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

提出了一种混响抑制方法用于提高有源声呐对水下运动小目标的探测能力。根据固定部署的有源声呐多帧波束形成数据之间相关性强的特点,使用频率滤波张量核范数对混响的低秩性进行建模,并使用交替方向乘子法将声呐数据分解为包含稳态混响... 详细信息

提出了一种混响抑制方法用于提高有源声呐对水下运动小目标的探测能力。根据固定部署的有源声呐多帧波束形成数据之间相关性强的特点,使用频率滤波张量核范数对混响的低秩性进行建模,并使用交替方向乘子法将声呐数据分解为包含稳态混响的低秩张量和包含动目标的稀疏张量。对于稀疏张量中存在的混响起伏干扰,进一步提出利用动目标回波与混响起伏在加权时空密度上的差异抑制混响。通过实测浅海混响数据验证了所提方法的有效性,结果表明该方法能够有效抑制稳态混响和混响起伏,提高有源声呐的小目标探测能力。

关键词：混响抑制张量分解低秩稀疏分解目标探测频率滤波

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氧化限制型795 nm垂直腔面发射激光器

中国激光 2024年第6期51卷 20-29页

作者：聂语葳李伟吕家纲潘智鹏刘素平马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电... 详细信息

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9μm时,在3~7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。

关键词：激光器垂直腔面发射激光器铷原子钟单模氧化限制层

低信噪比下无线声传感网络采样率偏移估计方法

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电子学报 2024年第6期52卷 2131-2140页

作者：石擎杨飞然陈先梅杨军中国科学院噪声与振动重点实验室(声学研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

现有的采样率偏移(Sampling Rate Offset,SRO)估计算法在低信噪比条件下性能严重下降.为了解决这个问题,本文提出一种基于子带二次互相关函数的频率滑动窗二次互相关(Frequency Sliding Double-Cross Correlation Processing,FS-DXCP)算... 详细信息

现有的采样率偏移(Sampling Rate Offset,SRO)估计算法在低信噪比条件下性能严重下降.为了解决这个问题,本文提出一种基于子带二次互相关函数的频率滑动窗二次互相关(Frequency Sliding Double-Cross Correlation Processing,FS-DXCP)算法.该方法使用频域滑动窗口构建无线节点观测信号间的子带二次互相关函数矩阵,进而利用奇异值分解来自适应地消除低信噪比频段对二次互相关函数估计的影响,最后搜寻二次互相关函数的极大值点获得SRO的估计.计算机仿真实验表明:在信噪比为-5 dB时,所提方法的采样率频偏平均估计误差为4.21百万分率(part per million,ppm),这比现有的DXCP-PHAT算法的估计误差降低了约8.17 ppm.所提算法有效提升了低信噪比条件下采样率频偏的估计精度.

关键词：无线声传感网络采样率偏移估计子带处理

SnCl_(2)促进的Pt1/PS-PPh_(2)催化剂高选择性催化高碳烯烃氢甲酰化反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 316-326页

作者：虞周楠张磊磊谈源龙井日峥曹宏晨楼才溢格日乐王军虎王爱琴张涛中国科学院大连化学物理研究所中国科学院应用催化科学技术重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049 中国科学院大连化学物理研究所低碳催化技术国家工程研究中心辽宁大连116023 中国科学院大连化学物理研究所穆斯堡尔谱数据中心辽宁大连116023

氢甲酰化作为工业上制备醛、醇等含氧化合物的重要反应,广泛应用于制备洗涤剂、增塑剂、表面活性剂和香料等.目前,氢甲酰化反应主要使用HCo(CO)_(4),HCo(CO)_(3)(PR_(3))和HRh(CO)(PPh_(3))_(2)等配合物作为催化剂.尽管Co基催化剂可以... 详细信息

氢甲酰化作为工业上制备醛、醇等含氧化合物的重要反应,广泛应用于制备洗涤剂、增塑剂、表面活性剂和香料等.目前,氢甲酰化反应主要使用HCo(CO)_(4),HCo(CO)_(3)(PR_(3))和HRh(CO)(PPh_(3))_(2)等配合物作为催化剂.尽管Co基催化剂可以将高碳烯烃、内烯烃以及支链烯烃高选择性地转化为直链醛,但其反应条件(5-30 MPa,140-200℃)较苛刻,且容易发生烯烃加氢等副反应.相比之下,Rh催化剂的活性比Co基催化剂高1-2个数量级,且反应条件较为温和.但Rh储量稀少,价格昂贵,而且对于高碳烯烃氢甲酰化反应,Rh催化剂难以分离和循环使用.因此,研究者开展了其他金属催化剂的研究,其中Pt-Sn催化剂因其出色的区域选择性而备受关注.但目前Pt-Sn催化剂多局限于均相催化体系,而且Sn助剂的作用尚不明确.本文采用商业化三苯基膦嫁接的聚苯乙烯小球为载体,通过浸渍法制备了SnCl_(2)-Pt_(1)/PS-PPh_(2)单原子催化剂,考察了其在长链-烯烃氢甲酰化反应中的催化性能,并研究了Sn的促进作用.首先,以1-己烯氢甲酰化为探针反应,对催化剂的组成以及反应条件进行了优化.当Pt/P/Sn=1/2/5时,催化剂表现出最高的催化活性,在90-120℃和4-6 MPa合成气条件下,催化剂转化频率(TOF)为40 h^(-1),产物醛的正异比>42.随后,考察了催化剂的底物适用性.结果表明,C6-C12的高碳烯烃均可被高选择性地转化为相应的醛(正异比>20).然而,在循环使用实验中,由于SnCl_(2)不能稳定锚定在载体上,第二次循环时催化活性降低.但通过补加SnCl_(2),催化活性可以完全恢复.高压热过滤实验及元素检测结果表明,反应过程中Pt没有流失.X射线吸收光谱(XAFS)表征结果表明,反应后Pt仍以单原子形式存在,说明Pt1/PS-PPh_(2)具有良好的稳定性.通过准原位X-射线吸收谱、Mössbauer谱和红外光谱表征对反应过程中Pt和Sn的电子性质和配位结构进行了研究.结果表明,SnCl_(2)在反应过程中逐渐转化为Sn(dioxane)Cl3-物种(1,4-二氧六环为反应溶剂),并与Pt原子形成Pt-Sn键.当反应体系中没有Sn时,Pt(II)会被合成气过度还原并发生团聚.当没有膦配体时,Pt原子也会发生聚集,而且SnCl_(2)会在Pt(II)的催化作用下发生水解生成SnO.因此Sn(dioxane)Cl3-与膦配体共同抑制了Pt(I)在反应过程中的还原与聚集.最后,通过XAFS表征深入研究了反应机理.分析结果表明,CO在催化剂上具有较强的吸附作用,而H_(2)则可能以异裂的方式在催化剂上被活化.据此提出可能的反应机理:首先,H_(2)在催化剂上活化先形成Pt-H物种;随后,烯烃插入Pt-H,形成Pt-烷基物种;接着,CO迁移并插入,生成Pt-酰基物种;最后,经过还原消除步骤,得到最终的产物醛.综上,本文制备了一种对高碳烯烃氢甲酰化反应具有良好催化性能的SnCl_(2)-Pt1/PS-PPh_(2)单原子催化剂,为低成本非Rh基催化剂的开发提供借鉴.同时,揭示了催化体系中Sn的促进作用,为通过Lewis酸来调控催化剂的性能提供了参考.

关键词：氢甲酰化反应铂-锡催化剂高碳烯烃区域选择性单原子催化剂

新一代帕洛马天文台光谱仪的虚拟刀口欠采样像质测量方法

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光子学报 2024年第4期53卷 11-19页

作者：汤丽峰胡中文陈儒周楠季杭馨中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135

天文光谱仪的成像质量可用点扩散函数或线扩散函数来表征,但其相对于光谱仪探测器通常为欠采样,很难直接测量。在新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测试中引入虚拟刀口法进行光源物面扫描,并应用虚拟刀口法开展欠采样光谱仪像质及光源尺... 详细信息

天文光谱仪的成像质量可用点扩散函数或线扩散函数来表征,但其相对于光谱仪探测器通常为欠采样,很难直接测量。在新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测试中引入虚拟刀口法进行光源物面扫描,并应用虚拟刀口法开展欠采样光谱仪像质及光源尺度测量,通过模拟和实验研究,对比分析过采样经典直边刀口法和过采样直接测量方法,验证了虚拟刀口法具有良好的测量精度。在693 nm处,直边刀口法测得光谱仪过采样线扩散函数的半高全宽为7.05μm,虚拟刀口法测量欠采样线扩散函数的半高全宽为7.14μm,测量误差为1.3%。在0.3"视场的光源尺度下,虚拟刀口法测得689、693、701 nm欠采样线扩散函数的半高全宽分别为24.2、27.7、30.8μm,以过采样直接测量结果为参考,其测量准确度分别为98.3%,93.9%和88.8%。实验结果表明,探测器成像严重欠采样时,采用光源物面扫描的虚拟刀口法可准确测量光谱仪的成像质量,该方法结合色散系数还可实现光谱仪分辨率的测量,相关研究工作可为天文光谱仪像质的直接测量提供借鉴。

关键词：点扩散函数线扩散函数虚拟刀口欠采样成像像质测量

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高速光电探测器的研究进展(特邀)

光学学报 2024年第15期44卷 111-122页

作者：刘志鹏刘智成步文中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易... 详细信息

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易与其他光电子器件进行片上集成,是高速光电探测的研究重点。传统高性能的InGaAs光电探测器和发展迅速的Ge/Si光电探测器各具特色,是最具代表性的近红外光通信波段光电探测器。主要介绍了这两类波导耦合光电探测器的研究进展,包括典型的器件结构和性能,以及优化带宽等性能的主要途径。

关键词：光电探测器波导耦合铟镓砷硅基锗