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基于导星纳米对准的片上光子引线直写技术

光学学报 2024年第5期44卷 203-210页

作者：孙伯文周国尊杨振宇卞殷旭匡翠方刘旭浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州311215 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027

针对双光子激光直写片上光子引线波导的纳米级对准需求,提出了基于导星数字匹配与纳米智能对准的方法,实现了高精度、高密度片上光子引线互联纳米结构3D直写加工。面向片上光子引线波导的背景与需求,设计了双光子直写光刻系统的光学系... 详细信息

针对双光子激光直写片上光子引线波导的纳米级对准需求,提出了基于导星数字匹配与纳米智能对准的方法,实现了高精度、高密度片上光子引线互联纳米结构3D直写加工。面向片上光子引线波导的背景与需求,设计了双光子直写光刻系统的光学系统结构,在硬件上设计了独特的导星,在算法上利用机器视觉的智能识别方法,精确定位了片上光子引线波导连接结构。所刻写的光子引线与硅片波导的平均偏差角度为0.19°,绝对位置平均对准精度为29 nm,标准差为17 nm。所提方案为实现高精度、高密度的光学片上互联提供了一种可行的方法,在芯片封装、多材料功能结构制备、复杂结构修饰等高精度加工领域有着重要的科学和应用意义。

关键词：光学设计光刻机器视觉片上光子引线波导加工双光子激光直写

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环形光源斐索干涉系统光学设计

光学学报 2024年第13期44卷 249-259页

作者：文豪东刘东沈亦兵徐兆锐彭韶婧白剑浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310058 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州311215

针对斐索干涉系统抑制相干噪声和提高面形误差检测能力的需求,阐述环形光源抑制相干噪声的原理,介绍干涉仪的仪器传递函数(ITF)理论与台阶板检测ITF的方法,提出了被测面口径分别为Ф100 mm、Ф810 mm的两套环形光源斐索干涉系统的方案,... 详细信息

针对斐索干涉系统抑制相干噪声和提高面形误差检测能力的需求,阐述环形光源抑制相干噪声的原理,介绍干涉仪的仪器传递函数(ITF)理论与台阶板检测ITF的方法,提出了被测面口径分别为Ф100 mm、Ф810 mm的两套环形光源斐索干涉系统的方案,使用轴锥镜产生实环形光源,并采用了Ф100 mm、Ф810 mm系统复用部分镜组的设计思路,可有效降低?810 mm系统装调的难度。搭建实验系统时发现相干噪声得到了较好的抑制,但是用台阶板测得的系统的ITF较差。实验发现部分由台阶板反射回来的光无法进入成像镜组,更换为口径更大的成像镜组后,能使更多的光通过,且此时测得的ITF有了显著提高。分析了产生这一现象的原因,并采用了可以同时优化干涉系统的干涉光路与成像光路的方案,进而设计出了具有7.2 mm^(-1)面形误差检测能力的?100 mm系统以及0.4 mm^(-1)面形误差检测能力的?810 mm系统。

关键词：光学设计环形光源仪器传递函数复用镜组干涉光路与成像光路

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水合物开采模拟超重力试验装置的研发及应用

岩土工程学报 2024年第2期46卷 316-324页

作者：王路君王鹏朱斌王心博杨颂清陈云敏浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

天然气水合物是突破世界能源瓶颈的重要潜在能源,广泛分布于深海沉积物和陆域永冻土。水合物赋存在高压低温环境下,储层厚度达数十至百米,大尺度储层重力场显著影响其开采时的液气渗流、储层变形和传热过程,进而影响开采产气效率且可能... 详细信息

天然气水合物是突破世界能源瓶颈的重要潜在能源,广泛分布于深海沉积物和陆域永冻土。水合物赋存在高压低温环境下,储层厚度达数十至百米,大尺度储层重力场显著影响其开采时的液气渗流、储层变形和传热过程,进而影响开采产气效率且可能诱发工程灾变。研发了一套能够在超重力场下模拟大尺度水合物储层长历时开采演变过程的离心模型试验装置,主要由高压釜系统、水合物制备模块、水压力控制模块、水合物开采模块、监测与响应模块组成。该装置能够在100g超重力下伺服调控高压釜内气液压力和温度环境,在模型尺度上有效再现水合物储层应力、温度和荷载条件。在系统介绍装置研发思路和技术特色的基础上,通过100g下水合物储层模型降压分解试验探析了原位等效重力场下储层不同深度处孔压演化规律及开采产气特性,再现了Nankai海槽原位试采产气速率峰值模式,为揭示水合物储层开采相变多相多场耦合机制和灾变防控提供了新的研究手段。

关键词：水合物离心模型试验降压开采高压釜产气速率伺服控压

基于平面磁元件的LLC变换器相关参数的整体优化设计方法

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电工技术学报 2024年第15期39卷 4820-4829,4895页

作者：周子航高祎韩刘懿静张欣马皓浙江大学电气工程学院杭州310027 浙江大学杭州国际科创中心杭州310027 浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院海宁314400

平面磁心和印制电路板(PCB)绕组的可定制化设计和可重复性制造,为进一步提高LLC变换器的效率和功率密度提供条件。对于工作频率、谐振腔参数、平面磁元件尺寸等数量多、连续性强、对变换器整体效率影响存在耦合关系的设计参数,采用传统... 详细信息

平面磁心和印制电路板(PCB)绕组的可定制化设计和可重复性制造,为进一步提高LLC变换器的效率和功率密度提供条件。对于工作频率、谐振腔参数、平面磁元件尺寸等数量多、连续性强、对变换器整体效率影响存在耦合关系的设计参数,采用传统的分步优化设计方法难以实现变换器最高整体效率。为此该文提出一种基于平面磁元件的LLC变换器工作频率、谐振腔参数和平面磁元件尺寸的整体优化设计方法,在满足实际工程要求的前提下,以实现理论最高峰值效率为目标,可进一步得到全局最优的设计参数。基于此方法设计一台3 kW高效率、高密度LLC变换器,并进行了实验验证。实验结果表明:变换器功率密度510 W/in^(3)(1in3=1.63871×10^(-5) m^(3)),峰值效率99.0%,满载效率98.3%,与所提出的设计方法得到的理论结果接近,证明了该设计方法的正确性和有效性。

关键词： LLC变换器平面磁元件参数设计高效率

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大规模卫星星座组网的码分多址干扰分析

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2885-2892页

作者：徐可笛徐兆斌郭晓旭杨嘉成恒飞金仲和浙江大学微小卫星研究中心杭州310027 浙江大学浙江省微纳卫星研究重点实验室杭州310027

码分多址(CDMA)的通信体制是大规模卫星星座组网的主要部分,针对星间多通道通信存在多址干扰的情况,对其接收链路建立模型,描述灵敏度与比特能量噪声密度比(BENR)、设备采样信噪比(SNR)的关系,并分析多址干扰和加性白噪声对SNR的影响。... 详细信息

码分多址(CDMA)的通信体制是大规模卫星星座组网的主要部分,针对星间多通道通信存在多址干扰的情况,对其接收链路建立模型,描述灵敏度与比特能量噪声密度比(BENR)、设备采样信噪比(SNR)的关系,并分析多址干扰和加性白噪声对SNR的影响。在MATLAB仿真不同接收、干扰功率时的BENR与灵敏度,仿真结果表明,信干比(SIR)大于0 dB时,干扰信号对灵敏度影响较小,而维持高灵敏度时可抵抗−6 dB干扰。建立3个发射器和1个接收器的实验平台,由Chipscope、MATLAB软件处理数据,得到符合实际应用需求的接收灵敏度,实验结果表明,SIR大于0 dB时,接收灵敏度可达−107 dBm,高灵敏度下可抵抗−9 dB干扰,误差影响因素为电路噪声。理论分析与实测相符,为实际低轨卫星星座组网的设计奠定了基础。

关键词：星座卫星通信码分多址多址干扰灵敏度

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基于能量的振冲碎石桩加密效果评价方法

岩土工程学报 2024年第S2期46卷 16-20页

作者：周燕国王春庄端阳姚鹏飞张东超浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江大学岩土工程研究所浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

采用常规检测手段进行处理地基的工后质检存在时间滞后与空间局部的问题,不能及时反映处理地基的整体加固效果。提出了一种基于能量的碎石桩复合地基桩周土振动加密效果评价方法,为实现桩周土加密效果的准实时评价提供参考。首先,根据... 详细信息

采用常规检测手段进行处理地基的工后质检存在时间滞后与空间局部的问题,不能及时反映处理地基的整体加固效果。提出了一种基于能量的碎石桩复合地基桩周土振动加密效果评价方法,为实现桩周土加密效果的准实时评价提供参考。首先,根据地基弹性波传播理论建立振冲施工过程中桩周土吸收波动能量的计算方法,通过不排水动三轴试验建立典型饱和粉砂土基于吸收能量的超静孔压模型,为进一步根据固结理论预测处理后复合地基桩周土密实度提供依据;其次,依托某工程水电站深厚坝基碎石桩处理工程实例,采用桩周土超静孔压峰值和处理后孔隙比两个关键物理量对方法进行了检验,发现与施工现场实测超静孔压和工后质检得到的孔隙比相比,方法的预测精度达到90%左右,说明基于能量的振冲碎石桩加密效果评价方法具有可行性。

关键词：振冲碎石桩振动能量弹性波留振加密超静孔压

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3732-3745页

作者：陈润田李楚杉姚文熙李武华何湘宁浙江大学电气工程学院杭州310027 浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院海宁314400

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时... 详细信息

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

关键词：电力电子变压器双有源桥变换器 SiC MOSFET 串联器件软开关

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两种基于激光雷达的水云反演方法对比研究

光学学报 2024年第18期44卷 176-183页

作者：张凯刘东李蔚泽孙瑶胡先哲王帅博李晓涛浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室东海实验室浙江大学杭州国际科创中心浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心

介绍两种分别基于偏振米散射激光雷达（ML）与双视场高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的水云反演方法，通过4个典型水云案例的反演结果对比了两者的性能表现。结果表明，两种方法对于水云消光系数的反演精度相当，而双视场HSRL方法的有效... 详细信息

介绍两种分别基于偏振米散射激光雷达（ML）与双视场高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的水云反演方法，通过4个典型水云案例的反演结果对比了两者的性能表现。结果表明，两种方法对于水云消光系数的反演精度相当，而双视场HSRL方法的有效半径反演精度优于偏振ML方法。在牺牲一定算法效率的前提下，可以通过增大查找表格点分辨率以提高偏振ML方法的反演精度。因为HSRL分子通道信号强度较弱，双视场HSRL方法的反演稳定性更容易受到分子通道信号噪声干扰。这两种水云方法的评估将为后续基于激光雷达观测水云的仪器与算法发展提供重要参考。

关键词：大气光学激光雷达水云多次散射效应光学及微物理特性

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大气气溶胶粒径分布的多波长激光雷达反演

光学学报 2024年第6期44卷 157-164页

作者：李晓涛刘东肖达张凯胡先哲李蔚泽毕磊孙文波吴兰刘崇邓洁松浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 东海实验室浙江舟山316021 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心浙江嘉兴314000 浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州311200 浙江大学地球科学学院浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室浙江杭州310027

提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法,通过引入模式半径范围作为先验约束,并对差异最小值附近的解进行平均,以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真,测试了所提反演算法对气溶胶微物... 详细信息

提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法,通过引入模式半径范围作为先验约束,并对差异最小值附近的解进行平均,以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真,测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20%随机高斯噪声的影响下,90%以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33%、±45%和±50%范围内。误差统计结果表明,所提算法基于多波长的气溶胶光学特性,可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。

关键词：大气光学多波长激光雷达正则化方法气溶胶粒径分布微物理特性