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无电荷层InGaAs/Si雪崩光电探测器的优化设计

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光学学报 2024年第5期44卷 19-28页

作者：张娟姚儿柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室福建漳州363000

目前,在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD),但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题,而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层,在一定程度解决了上述问题,但其制造过程涉及Si电荷层的离子... 详细信息

目前,在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD),但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题,而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层,在一定程度解决了上述问题,但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活,该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此,本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环,并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控,构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明,在凹槽环内填充空气或SiO2可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。

关键词：探测器雪崩光电二极管增益带宽积电荷层凹槽环

苹果早期瘀伤的近红外光谱和多波段相机成像检测

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1364-1371页

作者：杨增荣王怀彬田密密李军会赵龙莲中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

苹果早期轻微瘀伤是影响苹果品质的重要因素。早期轻微瘀伤在可见光下肉眼无法识别,为寻找一种高效的苹果早期轻微瘀伤识别方法,以红富士苹果为研究对象,通过倒立摆装置人为制造不同程度的苹果瘀伤。首先采用傅里叶变换近红外光谱仪采... 详细信息

苹果早期轻微瘀伤是影响苹果品质的重要因素。早期轻微瘀伤在可见光下肉眼无法识别,为寻找一种高效的苹果早期轻微瘀伤识别方法,以红富士苹果为研究对象,通过倒立摆装置人为制造不同程度的苹果瘀伤。首先采用傅里叶变换近红外光谱仪采集80个无损样品、60个轻度损伤样品以及60个重度损伤样品各自在损伤后0、10、20和30 min的近红外漫反射光谱;采用SNV作为光谱数据预处理方法,谱区范围选择4000~9000 cm^(-1);主成分个数为9,采用偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)两种方法建立“无损-有损”二分类模型,预测集的平均识别率分别为85.00%和89.80%,模型识别效果有待提高。在以上实验结果的基础上,使用波段范围为1000~2350 nm的近红外相机采集无损、轻度瘀伤、中度瘀伤和重度瘀伤的100个苹果样品的近红外图像,相机加装1150和1400 nm的滤光片后分别再次采集这些苹果样品的近红外图像,所有图像均在瘀伤产生后立即采集。共采集3个波段、4种瘀伤程度的苹果样本图像共1200张。提取图像吸光度信息并分别建立KNN、SVM和DT分类模型,DT法“无损-损伤”二分类模型和“无损-轻度-重度”三分类模型的识别率最高,分别为99.00%和94.67%。相比基于近红外光谱的苹果早期外部瘀伤识别方法,近红外相机多波段成像法在苹果表面早期瘀伤和瘀伤程度分类的应用中都有更高的识别准确率。与此同时近红外相机成像方法方便确定瘀伤的位置,这为苹果表面瘀伤的实时在线检测与分类提供了一种快速高效的新思路。

关键词：近红外光谱近红外相机成像苹果早期瘀伤

基于poly-Si键合层的SACM型Ge/Si APD的优化设计研究

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中国激光 2024年第8期51卷 46-59页

作者：张娟苏小萍李嘉辉王战仁柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室福建漳州363000

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入... 详细信息

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化,导致APD内部的电场重新分布,极大地影响了器件性能。因此,重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控,探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响,最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。

关键词：材料 Ge/Si雪崩光电二极管晶格失配 poly-Si键合层掺杂浓度

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盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动设计研究

太阳能学报 2024年第3期45卷 565-570页

作者：张经炜杨姣高瑞光熊铖铖王濠君丁坤河海大学机电工程学院常州213022 常州市光伏系统集成及生产装备技术重点实验室常州213022

针对光伏电站中运维使用的清扫机器人轻量化设计问题,提出一种盘刷式光伏清扫机器人结构并设计驱动系统。首先,在现有轮式机器人基础上,将盘刷与机器人驱动轮集成为一体,设计紧凑型机器人结构,在机器人运动过程中同步实现组件表面清扫,... 详细信息

针对光伏电站中运维使用的清扫机器人轻量化设计问题,提出一种盘刷式光伏清扫机器人结构并设计驱动系统。首先,在现有轮式机器人基础上,将盘刷与机器人驱动轮集成为一体,设计紧凑型机器人结构,在机器人运动过程中同步实现组件表面清扫,并对电机支架进行优化设计。其次,采用四轮驱动方式,设计盘刷式光伏清扫机器人驱动系统软硬件。在屋顶光伏组件表面开展实验,实验结果表明所设计的盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动系统满足清扫需求,在夏季晴天天气清扫一块面积为2.44 m^(2)的光伏组件,对比清扫前后光伏组件标准化的电气特性,清扫后修正至标准测试条件(STC)下的最大功率提升约16.1%。

关键词：机器人光伏太阳能发电光伏清扫机器人驱动系统

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基于激光诱导荧光的土壤石油污染物荧光仿真研究

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中国激光 2024年第5期51卷 213-221页

作者：谢贝贝周炫宇赵佳伟王智翀燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室河北秦皇岛066004

激光诱导荧光(LIF)技术是一种主动式的遥感光学探测技术。土壤是常见的天然多孔介质,与石油混合后油滴会进入其孔隙内部,其独特的结构可以使光线发生多次反射和吸收,这种现象导致LIF探测土壤石油污染物获得的荧光分布具有差异性。笔者... 详细信息

激光诱导荧光(LIF)技术是一种主动式的遥感光学探测技术。土壤是常见的天然多孔介质,与石油混合后油滴会进入其孔隙内部,其独特的结构可以使光线发生多次反射和吸收,这种现象导致LIF探测土壤石油污染物获得的荧光分布具有差异性。笔者根据土壤含油量的多少以及分布特点,将土壤石油污染物分为油泥与含油土壤,基于蒙特卡罗方法和多孔介质的隐函数表示法,分别建立油泥和含油土壤的荧光仿真模型,采用荧光转换效率(接收荧光功率与发射激光功率的比值)表征荧光强度,从不同出射方向分析发射出土壤的荧光分布情况。通过模拟不同油品污染的油泥和含油土壤在不同入射天顶角、孔隙率、孔隙密度下的荧光转换效率,分析不同油品、LIF系统参数和土壤因素对荧光分布的影响。仿真结果表明:对于同种石油污染的油泥和含油土壤,油泥因较高的含油量导致荧光信号强于含油土壤;当激光垂直入射时,LIF系统收集的荧光信号强度最高,入射角度增大会导致荧光信号强度逐渐减弱;土壤石油污染物的荧光强度会随着孔隙率的增大而增大,随着孔隙密度的增大而减小;在激光照射下,轻质原油污染的土壤由于吸收系数较低,产生的荧光信号要弱于重质石油污染的土壤。本研究为LIF探测陆地溢油污染提供了理论和技术支持。

关键词：光谱学激光诱导荧光蒙特卡罗多孔介质土壤石油污染物荧光仿真

基于UVM的CAN收发器故障诊断模块的验证

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中国集成电路 2024年第1期33卷 82-86,93页

作者：杨澳军谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南师范大学物理与电子科学学院

本文介绍了基于UVM验证方法学对带有保护和诊断功能的车载CAN收发器中故障诊断模块的验证平台设计。该验证平台针对不同的故障事件产生对应的随机激励,来模拟实际应用场景中可能发生的故障事件,并且具有良好的复用性。验证结果覆盖了预... 详细信息

本文介绍了基于UVM验证方法学对带有保护和诊断功能的车载CAN收发器中故障诊断模块的验证平台设计。该验证平台针对不同的故障事件产生对应的随机激励,来模拟实际应用场景中可能发生的故障事件,并且具有良好的复用性。验证结果覆盖了预期的功能点,功能覆盖率达到100%,代码覆盖率达到98.55%,为带保护和诊断功能的CAN收发器的开发提供参考。

关键词： UVM 验证 CAN 故障诊断

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百兆车载以太网编码子层加扰电路设计

中国集成电路 2024年第5期33卷 34-39页

作者：李佩翰谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南师范大学物理与电子科学学院

为避免由于数据高速传输过程中所带来的频谱杂散,基于协议IEEE 802.3bw,本文提出了一种符合100BASE-T1以太网物理层(PHY)下编码子层(PCS)传输的侧流加扰及解扰电路的设计实现。文中阐述了侧流加解扰的原理细节,同时基于经典状态机结构,... 详细信息

为避免由于数据高速传输过程中所带来的频谱杂散,基于协议IEEE 802.3bw,本文提出了一种符合100BASE-T1以太网物理层(PHY)下编码子层(PCS)传输的侧流加扰及解扰电路的设计实现。文中阐述了侧流加解扰的原理细节,同时基于经典状态机结构,结合协议内部控制信号以及数据流要求,设计出了侧流加扰以及侧流解扰电路。通过对设计进行实现、仿真,仿真结果符合协议要求,加解扰电路与PCS系统控制信号相兼容,可应用于百兆车载以太网接口电路设计。

关键词：电路设计 IEEE 802.3bw 侧流加扰

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D类音频功放的双声道转单声道电路设计

中国集成电路 2024年第4期33卷 16-20,69页

作者：胡振宇杨红姣谢亮湘潭大学物理与光电工程学院微光电与系统集成湖南省工程实验室湘潭大学-芯力特研究生联合培养基地

本文设计了一种适用于D类音频功放的双声道转单声道电路,可有效将立体声放大器转换为单声放大器。该电路有效降低了功放的输出阻抗,减小了输出功率管的耗散功率,提升了效率;同时,因其并行工作的原理,单声道模式的总承载电流增大,相同总... 详细信息

本文设计了一种适用于D类音频功放的双声道转单声道电路,可有效将立体声放大器转换为单声放大器。该电路有效降低了功放的输出阻抗,减小了输出功率管的耗散功率,提升了效率;同时,因其并行工作的原理,单声道模式的总承载电流增大,相同总谐波失真下单声道模式的最大输出功率得到提升。

关键词： D类功放双声道转单声道效率最大输出功率

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基于数字散斑的轮轨垂向载荷识别方法研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 851-859页

作者：陈晶伟姜曼杨岳中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 株洲电力机车有限公司大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室湖南株洲412000

快捷有效地进行轮轨垂向载荷检测对保障轨道车辆的服役可靠性与运行安全具有重要意义。现有轮轨载荷检测方法尽管能实现轮轨垂向载荷的有效检测,但其测量精度受传感器布设方案、系统标定的限制,仅能实现定点检测。因此,引入数字散斑图... 详细信息

快捷有效地进行轮轨垂向载荷检测对保障轨道车辆的服役可靠性与运行安全具有重要意义。现有轮轨载荷检测方法尽管能实现轮轨垂向载荷的有效检测,但其测量精度受传感器布设方案、系统标定的限制,仅能实现定点检测。因此,引入数字散斑图像相关技术,为轮轨垂向载荷的快速、非定点检测提供新的技术方案。为了实现钢轨轨侧应力场的非接触、快速测量,通过左右相机同步采集垂向载荷作用下的钢轨散斑图像序列,并通过图像相关理论模型进行变形前后子区像素点的匹配和应力场计算。为了利用数字散斑检测获得的钢轨轨侧应力分布进行轮轨垂向载荷的识别,提出一种基于极限学习机(ELM)的轮轨垂向载荷识别方法。该方法采用Workbench有限元软件建立钢轨的数值模型,通过数值模拟结果选取应力变化相对敏感的区域作为轮轨垂向载荷检测的兴趣域,基于应力场数据集和对应的载荷数据集设计ELM网络参数,进而实现轮轨垂向载荷的自动识别。为了验证提出的轮轨垂向载荷识别模型的有效性,搭建基于XT-DIC的轮轨垂向载荷数字散斑检测实验平台。实验结果表明,用Y和Z方向模应力输入的方式构建的ELM模型有着最佳的识别性能,其垂向载荷预测误差仅有5.357%。研究结果为轮轨垂向载荷的非定点快速检测提供了新的可靠途径。

关键词：轮轨载荷数字散斑图像钢轨应力 ELM