辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010301
半球谐振陀螺具有结构简单、抗辐射与冲击、寿命长、可靠性高等优点，其中驱动电路是获取高精度陀螺信号的关键。对影响半球谐振陀螺性能指标的单元电路展开了研究及优化设计，基于微弱信号处理、滤波等技术研究了提高检测电压稳定的方法。采用 Tina-TI软件对设计电路的性能进行了仿真，实现了增益 40dB、噪声 4.81μV/Hz的整体电路设计。搭建陀螺样机测试了电路，根据实验结果给出了 HRG不同叠加激励信号的作用下其输出信号的演变趋势。结果表明：随着直流、交流电压的增加，均会增大半球谐振陀螺输出信号的幅值；当激励信号电压不变时，交流信号的频率改变也会影响半球谐振陀螺输出信号的幅值。因此，研究半球谐振陀螺的激励信号对输出信号的影响，为设计半球谐振陀螺的驱动电路提供了参考。
半球谐振陀螺 读出电路 仿真 信号检测 激励信号 hemispherical resonant gyro readout circuit simulation signal detection drive signal
西安工业大学 光电工程学院， 陕西 西安 710021
针对快照式多光谱系统存在体积大、光路复杂的问题，从孔径分割多光谱成像系统模型出发，设计出由复合前置光学元件、阵列孔径光阑、微透镜阵列、阵列滤光片和图像传感器组成的紧凑式多光谱成像系统，总体尺寸优于12.4×8×8(mm)3。利用阵列孔径光阑克服了垂轴色差大、视场小和光能利用率低的问题。系统在480~650nm波长范围内视场角20°、F/#0.4、焦距2.5mm、总长12.4mm、单通道MTF在153lp/mm大于0.35、畸变小于0.23%。与现有技术对比，该系统兼顾了像素分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，实现了单通道500×400的像素分辨率和6.8nm的光谱分辨率。与计算重构成像系统相比，其直接成像的方式确保了系统的高时间分辨率；且具备小型化、轻量化和低成本的特点。
快照式 微透镜阵列 阵列滤光片 手机光谱仪 snapshot type Micro-lens array array filter MTF MTF mobile spectrometer
1 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面，但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能，需要精确控制其车削误差。基于此，分析了影响衍射元件加工质量的因素，建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型，揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数，指导车削刀具半径的选取。最后，基于仿真结果，选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工，最终加工的衍射元件面形误差为292 nm，衍射环带位置误差最大为55 nm，高度误差最大为16 nm，粗糙度为5.6 nm。实验结果表明，该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取，有利于提高光学系统的成像质量，为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。
衍射光学元件 环带位置误差 刀具半径 单点金刚石车削 diffractive optical elements band position accuracy tool radius single point diamond turning 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220504
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安工业大学兵器科学与技术学院, 陕西 西安 710021
随着身管射击类**发射速率及弹药量的增大, 对内膛镀层的机械特性提出了更高的要求, 使得传统的电镀铬工艺已逐渐无法满足其需求。因此采用真空电弧离子镀技术在PCrNi3MoV合金钢(特种钢)基体表面以相同工艺分别制备了厚度为20 μm和50 μm的金属铬镀层, 并对其表面形貌、力学和摩擦学相关性能进行检测。通过研究镀层厚度对形貌的影响, 发现沉积较厚的镀层对减少表面缺陷、提高表面质量有着积极作用; 通过测试基体表面镀膜前后的力学和摩擦学相关性能参数, 得出镀层摩擦系数在0.32~0.42之间, 比目前国内使用电弧离子镀技术制备的Cr镀层摩擦系数(0.35~0.45)降低了0.02, 与基体结合强度为45.3 N, 显微硬度达到15.01 GPa。在对比镀层厚度对表面耐磨性的研究过程中发现, 沉积较厚的镀层有利于耐磨性的提升, 其中50 μm厚Cr镀层经过1 800次摩擦后表面仅有轻微磨损, 其磨损率为0.000 13 mm3/(N·m), 耐磨性较之未镀膜的基体提高了75.93% , 这将对延长射击类**的身管服役时效及推进防护涂层事业的发展有着重要意义。
电弧离子镀 Cr镀层 表面形貌 机械特性 耐磨性 arc ion plating Cr plating surface morphology mechanical properties wear resistance
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
传统的光学诱饵构成复杂，装载要求较高，为此设计了具有较高反射性能的简单微结构的光学诱饵。首先，通过TracePro光学仿真软件，对玻璃微珠结构、截角角锥结构和立方角锥结构三种不同结构进行反射率的仿真，筛选出最符合光学诱饵高反射率要求的结构。然后，通过对不同尺寸单元微结构的反射仿真，确定光学诱饵的单元微结构尺寸。最后，通过对入射角度偏转对反射率影响的仿真，验证反射结构是否满足光学诱饵的要求。结果表明，立方角锥反射结构更符合光学诱饵的设计要求。
光学器件 光学诱饵 原向反射 立方角锥 仿真研究 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0523002
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710021
2 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
采用水基溶液法制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT), 研究了在有无紫外光辅助退火条件下, 不同后退火温度(270, 300, 330, 360和400℃)对IGZO-TFT器件电学性能的影响。研究发现, IGZO-TFT在后退火温度为360℃时器件电学性能最佳, 从而证明了水基溶液法在小于400℃的低温下可以制备IGZO-TFT。同时, 研究表明, 在后退火温度为360℃时, 与无紫外光辅助退火IGZO-TFT相比, 经紫外光辅助退火IGZO-TFT的饱和迁移率从1.19cm2/Vs增加到1.62cm2/Vs, 正栅偏压偏移量从8.7V降低至4.6V, 负栅偏压偏移量从-9.7V降低至-4.4V, 从而证明了紫外光辅助退火对IGZO薄膜具有激活与钝化作用, 可以优化IGZO-TFT器件的电学性能。
水基溶液法 紫外光辅助退火 偏压稳定性 IGZO-TFT IGZO-TFT aqueous solution method UV-assisted annealing bias stability
1 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
Ge基光电探测器具有独特的通信带宽响应特性和良好的CMOS工艺兼容性，在光电探测方面具有广阔的应用前景。但目前商用探测器的响应波段普遍局限在某一波段，难以满足多波段融合、小型化的探测需求。因此，通过在多层石墨烯和N型Ge之间引入薄的SiO2界面层，制备了基于石墨烯金属-绝缘层-半导体（MIS）结的光电探测器，分析了SiO2的厚度以及石墨烯层数对MIS结器件性能的影响，并测试了器件的光谱响应范围、电流-电压曲线、响应度、开关比等光电特性。结果表明，该器件在254~2200 nm波段内均有响应，在980 nm处的响应度和开关比达到峰值，分别为78.36 mA/W和1.74103，上升时间和下降时间分别为1 ms和3 ms。
探测器 石墨烯 Ge基光电探测器 宽波段 红外光电探测器 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1904001
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题, 文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法。论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理, 进行初始结构建立; 分析了系统杂散光产生的原因, 进行杂散光抑制设计; 采用XY多项式自由曲面替换传统非球面, 进行系统像差校正; 采用柱面波导模拟波导弯曲, 进行柔性波导弯曲优化分析,设计出一款兼备柔性弯曲能力、大视场和高成像质量的近眼显示光学系统。设计的近眼显示系统工作波段为400~700nm, 出瞳直径为8mm, 视场角为30°, 厚度为1.5mm。在截止频率71lp/mm处, 全视场的调制传递函数值均大于0.1, 畸变小于5%, 在波导变形弯曲半径大于500mm情况下, 全视场的调制传递函数值在截止频率15lp/mm处均大于0.1, 系统重量约为22.8g。设计结果表明实现了近眼显示光学系统小型化、轻量化和柔性化, 可应用于新一代的头盔显示系统中。
近眼显示 光学设计 自由曲面 near-eye display optical design PDMS PDMS free-form surface
