1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，教育部光电信息技术重点实验室，天津 300072
提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态，实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明：当二氧化钒处于绝缘态时，在频率f1=0.6 THz的左旋圆极化波（LCP）垂直入射下，设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry（PB）几何相位编码超表面，产生透射的拓扑荷数为1的涡旋波；当二氧化钒处于金属态时，设计的编码超表面可以视为双频点独立可调的1-bit各向异性反射型编码超表面。频率f2=0.5 THz的正交线极化波（x与y极化波）垂直入射时，该编码超表面可以产生两种不同形式的对称波束；频率f3=0.85 THz的正交线极化波垂直入射时，可以实现雷达散射缩减和对称波束。这对设计多功能的太赫兹波束调控器件有一定的借鉴意义。
表面光学 太赫兹 全空间 可调 编码超表面 多波束
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室，天津 300072
依据Pancharatnam-Berry（PB）相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面，其顶层是金属-二氧化钒（VO2）复合结构层，中间是聚酰亚胺介质层，底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面，可以产生多种太赫兹波束形式，并且随着VO2的相变，可以在不改变原波束形式的情况下实现从单频段到双频段的切换功能。通过设计不同的编码序列，令编码超表面分别产生了涡旋波和散射波，对于垂直入射的右旋圆极化波（左旋圆极化波类似）：当VO2处于绝缘态时，在频段1.17~1.37 THz处可以产生与编码序列所对应的波束形式；当VO2相变为金属态时，在0.87~0.92 THz和1.4~1.6 THz两个不同频段处分别获得与VO2处于绝缘态时相同的波束形式，进一步拓宽波束产生的频段。所提出的编码超表面利用了VO2的相变特性增加了太赫兹工作的频段，为实现频段可切换的太赫兹编码超表面提供了思路，在太赫兹波束调控中的调频方面有一定参考意义。
光学器件 太赫兹 编码超表面 二氧化钒 可切换 频段
1 上海科技大学上海 200120
2 中国科学院上海高等研究院上海 201210
上海硬X射线自由激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）整体采用基于白兔协议（White Rabbit，WR）技术的定时系统。束线站定时系统接收外部参考信号，并通过定时主节点、WR交换机和从节点等WR设备将定时信号分发到各光束线和实验站。定时设备控制系统基于简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）与实验物理与工业控制系统（Experiment Physics and Industrial Control System，EPICS）开发，可远程监测和控制分布式定时设备。该系统获取定时设备硬件相关参数，通过EPICS IOC（Input/Output Controller）保存至内存数据库。定时系统参数可以通过PyDM（Python Display Manager）编写的用户界面查看，并可在Archiver Appliance中存档与检索。通过测试证明此控制系统能够实时监测设备参数，并能远程控制信号时延及脉宽等，满足SHINE光束线与实验站的定时需求。
SHINE 定时系统 白兔协议 EPICS SNMP SHINE Timing system White Rabbit EPICS SNMP
1 上海科技大学 上海 200120
2 中国科学院上海高等研究院 上海 201210
上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL (X-ray Free Electron Laser) and Extreme light facility，SHINE）是一个高重频XFEL装置，束线站定时系统需要为设备提供基于硬件的精确的X射线束团编号和定时触发。对于SHINE束线站单脉冲工作模式的设备，采集数据包以及对应时刻的束团编号信息，便于后续实验数据分析。设计了一个束团编号采集的测试系统，它基于Zynq-UltraScale+型片上系统（System-On-Chip，SOC）搭建，采用了白兔协议（White Rabbit）协议的定时系统环境。该测试系统通过FPGA夹层卡（FPGA Mezzanine Card，FMC）获取嵌入型从节点的束团编号，使用LwIP（Light weight Internet Protocol）协议搭建的TCP协议栈实现束团编号的采集。采用Basler相机对该系统进行了实验测试，并使用pypylon库来采集相机的数据。实验测试结果表明：该束团采集测试系统获得的束团编号数量和图像帧数相同，可以满足SHINE束线站对于束团编号采集的需求。
定时 上海硬X射线自由电子激光装置 白兔协议 束团编号 Timing SHINE White Rabbit protocol Bunch ID
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，教育部光电信息技术重点实验室，天津 300072
本文设计了一种编码相位梯度超表面，用于实现太赫兹频段的雷达散射截面（RCS）缩减。依据Pancharatnam-Berry（PB）几何相位原理在超表面单元中引入相位梯度，设计出1 bit编码的两个元素“0”和“1”，使得两者的反射相位差接近180°。通过遗传算法得到编码相位梯度超表面中编码元素的最佳排列，实现了太赫兹波宽带RCS缩减。对编码相位梯度超表面进行建模分析，结果表明，在0.87~1.725 THz的宽频段内，设计的1 bit编码相位梯度超表面能实现大于10 dB的RCS缩减，最大缩减值达到31.26 dB。此外，分析了x和y极化波的入射角度变化对编码相位梯度超表面性能的影响，在0°~30°范围内，其性能稳定。以上结果表明，该类超表面在雷达隐身等方面具有潜在的应用价值。
太赫兹 雷达散射截面 编码相位梯度超表面 编码元素 排列方式 光学学报
2023, 43(11): 1124001
1 上海航天设备制造总厂, 上海 200245
2 哈尔滨工业大学MEMS中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能, 设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先, 完成了整体电路的系统级设计, 实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测, 将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后, 对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后, 采用0.5 μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片, 并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示, 芯片电容检测非线性为0.005%, 输出噪声密度3.7 aF/Hz(待测电容40 pF), 电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40 pF, 待测电容40 pF, 1 σ, 1 h), 输出零位温度系数4.5 μV/℃。测试结果证明, 该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准, 可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。
电容式液位传感器 微弱电容检测 接口ASIC芯片 开关电容电路 capacitive liquid level sensor weak-capacitance detection interface Application Specitic Integrated Circuit( switched-capacitor circuits
哈尔滨工业大学MEMS中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
本文通过分析石英陀螺的工作原理, 设计了闭环自激驱动、低噪声相敏解调原理的接口电路, 并研究了驱动力耦合对零位输出造成的影响, 以提高石英陀螺的环境适应性。通过研究传感器敏感表头的空气阻尼和谐振频率等方面的温度特性, 得出温度对驱动力幅值的影响。进而提出通过驱动力幅值进行温度补偿的方法。对接口电路温度特性以及对陀螺零位输出的影响进行了分析, 设计了全温区带宽恒定的运算放大器单元, 抑制由于检测信号中高次谐波分量比例变化产生的温度漂移, 并在高压N阱CMOS工艺下流片, 实现低温漂接口ASIC。在-45 ℃~85 ℃的温度范围内对石英陀螺整机进行零位温度循环测试, 利用驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿, 补偿后全温零位温度漂移小于20°/hr(1σ), 短期稳定性为5°/hr, 输出噪声为0.001°/s/√Hz。
石英陀螺 温度补偿 接口ASIC 温度漂移 quartz gyro temperature compensation interface ASIC temperature drift
1 北京化工大学 理学院, 北京 100029
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
为了优化表面等离子体共振传感器的灵敏度, 基于薄膜光学理论, 分析了银-金双金属层表面等离子体共振传感器的反射率和灵敏度随金属薄膜厚度变化的规律。发现在满足共振角反射率小于1%的条件下, 银膜和金膜厚度存在一定的取值范围; 在此厚度范围内, 传感器的灵敏度随着金属薄膜(银膜与金膜)厚度的增大而提高, 灵敏度增量最大可达5°/RIU。结果表明, 在保证一定共振角反射率的前提下, 可通过增加双金属层中金属薄膜的厚度提高双金属层表面等离子体共振传感器的灵敏度。
传感器技术 表面等离子体共振 双金属层 灵敏度 sensor technique surface plasmon resonance bimetallic film sensitivity
哈尔滨工业大学 微电子技术与科学系，黑龙江 哈尔滨150001
提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路。基于开关电容检测技术，该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度，并采用2 μm n阱CMOS工艺完成芯片设计。仿真结果证明，电路中采用的双路反馈和全差分检测结构使系统的线性度达到0.01%。加入经过优化设计的比例-微分-积分控制器后，有效减小了系统稳态误差，系统响应速度提高了31%，系统线性度提高了66.7%。在±5 V工作电压下，选取64 kHz作为电路采样频率时，其电路等效输入噪声为8 μg·Hz-12，系统灵敏度为1.22 V/g，线性度为0.03%，测量范围为±2 g。测试结果显示，提出的电路达到高精度微加速度计系统设计要求，可以应用到地震监测、石油勘探等领域中。
闭环电容式微加速度计 全差分接口电路 比例-微分-积分控制器 低噪声 高线性度 closed-loop capacitive micro-accelerometer full differential interface circuit PID controller low noise high linearity
中国科学院 上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
报道了一种传导冷却、双侧面反弹抽运的脉冲运转Nd:YAG两级板条激光放大器。在重复频率条件下,通过实验测试其放大输入输出关系曲线、光束质量、热效应等特性,证明此种类型的放大器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、热效应低和功率可定标放大等特性。实验对由单频激光振荡器输出的平均功率1.1 W,脉宽11.3 ns,光束质量因子(M2x ,M2y)为1.2的激光脉冲序列进行放大,当重复频率为125 Hz时,得到平均功率24.1 W,脉宽8.9 ns,光束质量因子M2x=1.53,M2y=1.27的高光束质量放大激光脉冲序列输出。实验结果表明,此种类型的激光放大器在空间探测应用上具有潜力。
激光器 板条激光放大器 光束质量 反弹抽运 传导冷却
