1 中国海洋大学 信息科学与工程学部 海洋技术学院，山东 青岛 266100
2 中国海洋大学 海洋高等研究院，山东 青岛 266100
3 中国科学院上海光学精密机械研究所 中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
4 中国民用航空西北地区空中交通管理局甘肃分局，甘肃 兰州 730087
5 兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000
6 崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
基于多普勒效应的相干激光雷达广泛应用于测风等大气探测领域，实际应用于风场观测时，由于噪声杂波干扰、回波信号较弱和风场不均匀性等影响了多普勒频移估计的精度。为准确估计激光雷达弱回波信号中的多普勒频移，提升相干测风激光雷达的探测距离和探测精度，文中开展了基于激光雷达功率谱信号的多普勒频移估计算法以及探测性能提升的评估研究。在快速傅里叶变换的基础上，提出了一种结合线性预测频谱估计与导数增强方法的功率谱分析方法，通过与常用的最大似然离散谱峰值频移估计算法(ML DSP算法)进行比较，验证了文中方法在相干测风激光雷达微弱信号频移估计过程中的优势。风速数据的时间及空间相关性分析结果表明，功率谱分析方法具有更好的风速估计稳定性，有效风场探测距离相较ML DSP算法提升了73%。与超声风速计对比结果表明，文中提出的综合算法在弱信号情况下的风速测量精度高，风速结果与超声风速计的标准偏差相较ML DSP算法降低了0.23 m/s，偏离率BIAS降低了0.3 m/s，有效提高了低信噪比范围内多普勒频移估计的精度。
相干多普勒激光雷达 多普勒频移估计 弱信号识别 峰值检索 coherent Doppler lidar Doppler frequency estimation weak signal recognition peak retrieval 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230216
光子学报
2023, 52(10): 1052402
1 哈尔滨理工大学 测控技术与通信工程学院 大珩协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 南京大学 固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
3 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
光学干涉仪是现代精密测量技术的核心支撑，但其分辨率受到光源波长的限制，无法通过无限减小波长提高分辨率，而“相位超分辨”即是指设法解决光源波长限制的技术手段。目前“相位超分辨”研究主要通过调控 $ N $光子纠缠态的途径实现，但是由于 $ N $光子纠缠态制备与调控的极高难度和符合计数的极低效率使得该途径无法用于实际测量。针对这一瓶颈，笔者联合团队利用轨道角动量（OAM）相干态在光学超晶格中的级**量上转换过程高效构造、提取多光子复振幅信号。实现了 $ N=12 $倍的相位超分辨干涉信号的实时测量，为发展可实际应用的高倍率相位超分辨干涉测量技术提供了一条全新的物理途径。
相位超分辨 非线性光学 光场调控 phase superresolution nonlinear optics light field control 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230398
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
光声光谱技术作为一种超高灵敏度的气体检测技术，声波传感器作为核心部件直接影响着系统的体积和检测极限。传统光声光谱技术使用电容式麦克风作为声波探测单元，但该器件的电学特性易受到高温环境和电磁干扰影响。在全光学光声光谱系统中，利用光学声波传感器对光声信号进行探测，避免了电子探测元件的使用，具有环境适应性强、灵敏度高等优点，且系统中全光学的设计可以极大地减小光声传感单元的体积。综述了基于干涉型光学声波传感器的全光学光声光谱气体传感技术的研究进展，并展望了其未来的发展方向。
光谱学 光声光谱 全光学设计 气体检测 光纤声波传感 光学学报
2023, 43(18): 1899911
大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116024
针对压电叠堆作动器的率相关迟滞非线性特性, 该文提出了一种基于asymmetric unilateral backlash(aubacklash）算子的BP神经网络率相关迟滞建模方法。首先提出了改进的aubacklash算子, 改善了Prandtl-Ishlinskii(PI）模型backlash算子在原点处残余位移及严格中心对称的问题; 其次分析了压电叠堆作动器迟滞的率相关记忆特性, 提出了率相关BP神经网络迟滞模型; 最后搭建了迟滞建模精度评估系统, 采用Levenberg-Marquardt(L-M）算法辨识aubacklash算子模型参数, 确定了BP神经网络模型最优结构参数。实验结果表明, 在高、低单一频率及混合频率下, BP神经网络模型较PI模型均方误差降低了70.90%~89.98%, 相对误差降低了70.69%~89.84%, 验证了该模型的精度与频率适应性。
压电叠堆作动器 迟滞非线性 非对称单边backlash算子 BP神经网络 率相关建模 piezoelectric stack actuator hysteretic nonlinearity asymmetric unilateral backlash operator BP neural network rate-dependent modeling
1 中国科学院光电信息处理重点实验室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
为提升复杂场景下目标跟踪的鲁棒性，优化模型运行效率，提出一种基于自适应特征融合的相关滤波跟踪算法。该算法采用方向梯度直方图特征和卷积神经网络来对目标进行信息构建，利用特征响应的峰值旁瓣比和旁瓣值占比自适应地确定融合系数，根据融合响应来预测目标位置。为适应场景的变化，降低光照、背景和目标形变等对跟踪的影响，引入平均峰值相关能量来设计滤波器学习率调整机制，动态地进行模型更新。通过对深度特征提取网络进行轻量化设计，降低特征网络参数，提高跟踪速度。在OTB100通用数据集上进行测试，实验结果表明：文中所提算法有效降低了干扰对目标跟踪的影响，且跟踪精度、成功率和速度整体优于对比算法。
目标跟踪 融合响应 学习率调整 轻量化 target tracking fusion response learning rate regulation lightweight 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220013
青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266033
“零”水泥制备的碱激发混凝土(AAC)因其具有快硬高强、耐久性好等优异性能，已被认为是一种具有广泛应用潜力的新型绿色胶凝材料。氯盐侵蚀是引起钢筋锈蚀从而导致钢筋混凝土结构耐久性失效的主要原因之一，尤其是在海洋干湿循环区域。因此，开展干湿交替作用下AAC的氯盐侵蚀性能分析对其耐久性理论的发展具有重要意义。将AAC与C50混凝土进行对比，通过自设计的干湿循环全自动实验装置，研究了干湿循环时间比(3.0:1.0、11.0:1.0、85.4:1.0)和暴露时间(30、90、180 d)对AAC氯盐侵蚀性能的影响；基于此，建立了干湿循环作用下氯盐侵蚀理论模型，并进行数值计算与模型验证。结果表明：AAC氯离子含量明显少于C50混凝土，这是由于AAC具有较小的孔隙率和致密的孔隙结构，内部的孔径明显小于C50混凝土，从而表现出更好的抗氯盐侵蚀性能；随着干湿循环时间比的增加，混凝土表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数都呈现先增大后减小趋势；经验证，利用所建立的干湿循环作用下非饱和混凝土氯离子传输模型的数值计算结果与试验结果吻合较好。
碱激发混凝土 海洋环境 干湿循环 氯盐侵蚀 数值模型 alkali-activated concrete marine environment drying-wetting cycles chloride ingress numerical model
1 中国计量大学材料与化学学院，杭州 310018
2 晶科能源股份有限公司，上饶 333100
针对P型钝化发射极背面接触(PERC)太阳能电池在服役期间受到电势衰退和湿热诱导衰退影响而引起光电转换效率降低的问题，本文通过光电注入和热退火工艺对已衰退电池进行修复并研究其增效机制。实验结果表明：在光照强度为3倍标准太阳光、电注入电流为10 A、退火温度为150 ℃、工艺50 min实验条件下，对180片已衰退电池进行修复实验，其中94.32%的已衰退电池的光电转换效率得到修复，实验后电池光电转换效率平均提升8.96%。光致发光光谱和量子效率分析表明，光电注入和热退火工艺可有效减少电池因电势诱导衰退和湿热衰退形成的内部缺陷和背表面缺陷，提升衰退电池片的光电转换效率。
光电注入 P-PERC太阳能电池 氢钝化 转换效率 性能衰退 电势诱导衰退 湿热衰退 photo & electric injection P-PERC solar cell hydrogen passivation conversion efficiency performance degradation potential induced degradation damp-heat degradation
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Key Laboratory of Nano-photonics and Ultrafine Optoelectronic Systems, School of Physics, Beijing Institute of Technologyhttps://ror.org/01skt4w74, Beijing 100081, China
2 Yangtze Delta Region Academy of Beijing Institute of Technology, Jiaxing 314000, China
3 Jiangsu Key Laboratory for Carbon-Based Functional Materials & Devices, Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), Soochow University, Suzhou 215123, China
4 e-mail: litao@bit.edu.cn
The random lasing in quantum dot systems is in anticipation for widespread applications in biomedical therapy and image recognition, especially in random laser devices with high brightness and high monochromaticity. Herein, low-threshold, narrowband emission, and stable random lasing is realized in carbon quantum dot (CQD)/DCM nanowire composite-doped TiN nanoparticles, which are fabricated by the mixture of carbon quantum dots and self-assembly DCM dye molecules. The Förster resonance energy transfer process results in a high luminescence efficiency for the composite of carbon dots and DCM nanowires, allowing significant random lasing actions to emerge in CQD/DCM composite as TiN particles are doped that greatly enhance the emission efficiency through the plasmon resonance and random scattering. Thus, sharp and low-threshold random lasing is finally realized and even strong single-mode lasing occurs under higher pumping energy in the TiN-doped CQD/DCM composite. This work provides a promising way in high monochromaticity random laser applications.
Photonics Research
2022, 10(9): 2239
1 天津工业大学电子与信息工程学院，天津300384
2 天津环鑫科技发展有限公司，天津300384
垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件是一种以多子为载流子的器件，具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高、工作频率高以及热稳定性好等特点。提出一款60 V 平面栅VDMOS 器件的设计与制造方法，开发出一种新结构方案，通过减少一层终端层版图的光刻，将终端结构与有源区结构结合在一张光刻版上，并在终端工艺中设计了一种改善终端耐压的钝化结构，通过使用聚酰亚胺光刻胶(PI)钝化工艺代替传统的氮化硅钝化层。测试结果表明产品满足设计要求，以期为其他规格的芯片设计提供一种新的设计思路。
功率器件 垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS) 终端结构 击穿电压 钝化工艺 power device Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor terminal structure breakdown voltage passivation process 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(4): 402
