1 1.中国科学院 微电子研究所, 微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
电解质栅控晶体管(Electrolyte-gated transistors, EGTs)的沟道电导连续可调特性使其在构建神经形态计算系统中具有巨大应用潜力。本工作以非晶态Nb2O5作为沟道材料, LixSiO2作为栅电解质材料, 制备了一种具备低沟道电导(~120 nS)的EGT器件。该器件利用Li+嵌入/脱出Nb2O5晶格导致的沟道电导连续可逆变化, 模拟了神经突触的短程可塑性(Short-term plasticity, STP)、长程可塑性(Long-term plasticity, LTP)以及STP向LTP的转变等功能。基于这种EGT突触特性, 本工作设计了关联学习电路, 实现了突触权重的负反馈调节, 并模拟了“巴普洛夫的狗”经典条件反射行为。这些结果展现出EGT作为神经突触器件的巨大潜力, 为实现神经形态计算硬件提供了器件参考。
电解质栅控晶体管 神经突触 突触可塑性 关联学习 electrolyte-gated transistor synapse synaptic plasticity associative learning
西安建筑科技大学 信息与控制工程学院，陕西西安710055
遥感目标具有较大的尺度差异性，针对其在复杂背景干扰下易导致细粒度级别多尺度特征提取困难、预测部分有效表征较弱的问题，本文基于无锚框思想，提出一种多元特征提取与表征优化的遥感多尺度目标检测方法（Multivariate Feature extraction and Characterization optimization，MFC）。在特征提取部分，设计多元特征提取模块（Multivariate Feature Extraction，MFE）挖掘细粒度级别的多尺度特征，通过分组操作及跨组连接的方式扩大感受野、增强多个特征尺度的组合效应，并联合上下文信息进一步加强对小目标的关注；采用深层聚合结构对深浅层特征进行充分融合，以获得更全面的特征表达。在预测部分，提出一种表征优化策略（Characterization Optimization Strategy，COS），利用椭圆型映射进行标签优化以适应具有较大纵横比的遥感目标，设计坐标像素注意力组合关注多尺度目标通道、位置及像素信息，减少复杂背景干扰，使有效信息得以突出表征。在DIOR，HRRSD，RSOD数据集上进行消融及对比实验，实验结果表明：MFC模型的mAP分别达到了70.9%，90.2%和96.9%，优于大多现有方法，有效改善了误检、漏检问题，适应性和鲁棒性较强。
遥感多尺度目标 无锚框 多元特征 表征优化 注意力 remote sensing of multi-scale targets anchor-free multivariate feature characterization optimization attention 光学 精密工程
2023, 31(16): 2465
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
3 西安航天复合材料研究所，陕西 西安 710065
为了阐明平顶激光辐照下碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）的熔凝特性，构建了方形平顶激光束的数学模型和CF/PEEK复合材料的几何模型，利用COMSOL有限元仿真软件，计算仿真了方形平顶激光辐照CF/PEEK的加热过程和停止加热后的冷却过程。其中，方形平顶激光功率密度为5 MW/m，平顶区域功率占比为94.37%，加热15 ms使CF/PEEK的表面温度达到370 ℃左右。在沿碳纤维轴向方向上，辐照区域内温差0.5 ℃以内，辐照区域边缘温差1 ℃左右；在沿碳纤维径向方向上，辐照区域内温度曲线呈现波浪状，波峰与波谷的温差为4 ℃，辐照区域边缘温差为5 ℃左右。在CF/PEEK凝固过程中，会有小型熔池区域出现，并且存在较大的固液共存区。
激光技术 激光原位成型 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料 温度场 相场 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316020
1 长春理工大学 生命科学技术学院, 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
3 西安康本材料有限公司, 西安 710089
为了满足薄膜激光损伤阈值客观、准确、高精度测量的要求, 提出了损伤阈值标定技术。通过互换两个能量探测器位置的试验标定方法, 消除分光镜的分光误差和能量探测器的测量误差, 获得准确的辐照能量。再通过调整两个CCD位置获得相同光斑尺寸的测量方法标定被测样品表面与光斑面积测量面的等效, 并剔除激光光斑中非平顶部分, 获得准确的辐照光斑面积。最后采用最小二乘法对计算得到的能量密度及其对应的损伤几率进行拟合, 获得损伤阈值。通过对TiO2/SiO2高反射膜1064nm激光辐照测量实验, 得到23.0164J/cm2的薄膜激光损伤阈值。结果表明, 采用标定技术使薄膜激光损伤阈值的测量精度提高了9.26%, 满足高精度的测量要求。此研究有助于薄膜激光损伤阈值的准确标定。
薄膜 损伤阈值 标定 激光 拟合 thin films damage threshold calibration laser fitting
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 浙江水晶光电科技股份有限公司 中央研究院, 浙江 台州 318015
提出了在波矢k空间中设计衍射光波导片的相关理论, 系统仿真并研究了光线波长、光栅周期、光栅时钟角、波导基底折射率以及波导基底折射率色散对衍射光波导视场角以及相关设计参数的影响。设计结果表明, 当使用宽光谱光源时, 光谱带边缘波长的视场存在切割, 对显示效果影响不大, 衍射光波导片适用于宽光谱光源。波导基底折射率色散对衍射光波导设计的影响可以忽略。时钟角为40-270-140时, 各个光栅区域位置及尺寸合适, 适合于实际加工。本工作对衍射光波导的设计提供了积极的指导和借鉴。
增强现实 衍射光波导 波矢空间 augmented reality diffraction waveguides wave-vector space
针对海水激光通信信道复杂多变的问题，利用蒙特卡洛法模拟了蓝绿激光在海水信道中的传输过程，得到了不同传输距离下接收功率的统计图。分别利用高斯函数和圆弧拟合算法对此统计结果进行了拟合，并计算出了激光在不同传输距离的高斯拟合误差和圆弧拟合误差，得出圆弧拟合算法拟合误差小于高斯函数拟合。在圆弧拟合算法的基础上建立了水下无线光通信信道模型,根据该传输模型可快速得到在一定海水水质参数下，海水中激光传输距离、任意接收位置和接收光功率之间的关系，为水下无线光通信系统的设计提供了参考价值。
蒙特卡洛 圆弧算法 激光通信 信道模型 Monte Carlo arc algorithm laser communication channel model
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
在大功率的光学切割系统中，激光经过光学系统聚焦会产生热量，造成光学系统元件发生热形变和折射率的改变，从而导致镜片焦距发生改变，影响加工效果。利用COMSOL软件对光学系统进行多物理场模型建模，仿真得到连续激光和准连续激光作用下的镜面形变量和折射率改变情况，将镜片受热后数据导入ZEMAX中进行光束追迹，仿真计算出光学系统焦点的轴向偏移量。功率越大，焦点偏移量越大；脉宽越大，焦点偏移量越小；重复频率越高，焦点偏离量越小。最后通过引入对流系数对焦点偏移进行补偿，同时改变对流系数可以控制焦点的位置。该研究解决了大功率激光加工过程中的轴向焦点偏移量测量难的问题，为大功率激光切割设备的焦点控制提供理论依据。
激光光学 大功率激光 焦点位移 COMSOL 光束追迹 焦移补偿 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1114011
南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 南京 210044
设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫曾德尔干涉仪，并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型，研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明，透射光谱随环境折射率的增加发生红移，灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品，搭建了实验系统，在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测，实验结果表明，折射率在1.3222~1.3538范围内，透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点，适用于生化和物理传感领域。
光子晶体光纤 马赫曾德尔干涉仪 光纤传感器 双锥形 折射率 photonic crystal fiber MachZehnder interferometer fiber optic sensor biconical refractive index
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 浙江水晶光电科技股份有限公司 中央研究院，浙江 台州 318015
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
体光栅波导作为实现增强现实显示的一种方案，其核心是体光栅的制备。本工作提出了一种简单，易于搭建的非对称曝光的光路，制备的倾斜体光栅衍射效率高达80%。使用632.8 nm He-Ne激光监测光栅的演化过程，结果表明光栅在25 s内反应结束，形成光栅。SEM图像证明了光栅的倾斜特性，并与理论计算结果一致。制备的倾斜体光栅的衍射效率失谐曲线与耦合波理论取得了良好的一致性，其半高宽为3.22°。倾斜体光栅可以被外界电场调谐，90%以及10%调谐场强分别为5.1 V/μm以及11.25 V/μm。本工作对倾斜/液晶聚合物体光栅的制备提供了积极的指导和借鉴。
液晶/聚合物光栅 倾斜体光栅 衍射效率失谐 电场调谐 liquid crystal/polymer grating slanted volume grating diffraction efficiency mismatch electrical switching
1 集成光电子学国家重点实验室, 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
设计并制备了一种基于非对称定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关。该器件由一个单模波导和一个双模波导组成。在双模波导上制作金属加热器,通过向加热器提供驱动电压,可以实现单模波导中的LP01模与双模波导中的LP11a模的转换。选用硅作为衬底,聚合物EpoClad和SU-8分别作为波导的包层与芯层材料,采用传统的半导体微加工工艺制备了热光模式开关器件。当工作波长为1550 nm时,热光模式开关的消光比可以达到14.6 dB,驱动功率为29.6 mW,模式开关的上升时间和下降时间分别为660 μs和480 μs。该器件在可重构模分复用系统中具有广阔的应用前景。
集成光学 模式开关 热光效应 聚合物波导 定向耦合器
