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Abstract
Nanophotonics Research Centre, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology & Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Data exchange between different mode channels is essential in the optical communication network with mode-division multiplexing (MDM). However, there are challenges in realizing mode exchange with low insert loss, low mode crosstalk, and high integration. Here, we designed and fabricated a mode exchange device based on multiplane light conversion (MPLC), which supports the transmission of LP01, LP11a, LP11b, and LP21 modes in the C-band and L-band. The simulated exchanged mode purities are greater than 85%. The phase masks were fabricated on a silicon substrate to facilitate the integration with optical systems, with an insert loss of less than 2.2 dB and mode crosstalk below -21 dB due primarily to machining inaccuracies and alignment errors. We carried out an optical communication experiment with 10 Gbit/s OOK and QPSK data transmission at the wavelength of 1550 nm and obtained excellent performance with the device. It paves the way for flexible data exchange as a building block in MDM optical communication networks.
mode exchange mode-division multiplexing multiplane light conversion Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 030602
韩世川 1,2,3林翠平 1,2,3陈婷婷 1,2,3雷霆 1,2,3卜继军 1,2,3
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
2 固态惯性技术重庆市工程实验室, 重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心, 重庆 401332
全角(WA)模式的半球谐振陀螺(HRG)进动因子只与球壳谐振子的物理尺寸有关, 但由于读出电极非正交耦合及间隙失配、检测电路增益误差等检测误差, 导致进动因子的周向一致性退化。该文首先对理想半球谐振陀螺的进动因子进行了理论推导, 然后针对检测误差对进动因子的影响进行了分析, 结合具体的全角模式控制电路与算法, 提出了检测误差的校正方法, 最后通过实验验证了该校正方法的有效性。实验结果表明,进动因子的周向一致性提升了2个数量级。
半球谐振陀螺(HRG) 全角(WA)模式 进动因子 检测误差 hemispherical resonator gyroscope (HRG) whole angle (WA) mode precession factor detection error 梅松 1,2,3杨峰 1,2,3文路 1,2,3卢昱瑾 1,2,3[ ... ]林丙涛 1,2,3
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心, 重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室, 重庆 401332
针对陀螺高精度小型化需求, 该文设计了一种微半球陀螺结构, 建立微半球陀螺三维有限元模型, 研究了微半球谐振子结构对称性对陀螺性能的影响规律。提出了谐振子圆度及1~4阶质量不对称误差的评价方法, 实现了谐振子制造工艺优化, 优化后的谐振子圆度误差≤2 μm, 在此基础上研制了微半球陀螺样机。结果表明, 封装后陀螺样机的周向品质因数(Q)值分布为(9.024~9.183)×105, 均匀性为±0.87%; 速率模式下, 陀螺量程为±20 (°)/s时, 陀螺零偏不稳定性为0.013 8 (°)/h, 角度随机游走为0.006 8 (°)/h, 展现了高结构对称性微半球陀螺的性能潜力。
微型半球陀螺 圆度误差 质量不对称 品质因数(Q)值均匀性 零偏不稳定性 micro shell resonator gyroscope error in roundness quality asymmetry uniformity of quality factor(Q) bias instability
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 固态惯性技术重庆市工程实验室, 重庆 400060
半球谐振陀螺是一种新型振动陀螺仪, 在装备领域有着广泛的应用前景。制造误差、干扰源及工作环境的变化影响了半球谐振陀螺的快速启动性能。该文分析了半球谐振陀螺输出的影响因素, 讨论了谐振子品质因数(Q)值特性、装配、温度及信号干扰对快速启动性能的影响, 并针对敏感器制造和信号处理进行了优化改进。结果表明, 优化改进后的半球谐振陀螺可在通电3 min内达到稳定, 相比改进前的大于1 h有显著提升。
半球谐振陀螺 误差源 快速启动 hemispherical resonator gyro error source fast start
杨峰 1,2,3梅松 1,2,3林丙涛 1,2,3肖凯 1,2,3[ ... ]方海斌 1,2,3
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所,重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心,重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室,重庆 401332
微型半球陀螺采用静电激励和电容检测技术实现陀螺的振型控制及信号读取, 电容间隙的装配工艺是陀螺的关键工艺之一。该文对采用平面电极的微型半球陀螺装配工艺进行了探索, 并根据谐振子的结构尺寸计算了装配误差的控制范围, 设计了一种采用精密垫片实现微小间隙的装配方法, 该方法通过垫片的厚度控制电容间隙。对采用此方法装配的陀螺电容间隙进行测量, 并测试了封装后的陀螺性能, 结果表明, 电容间隙可控制在(12±3) μm。在力平衡模式下, 陀螺样机的零偏稳定性达7.3 (°)/h, 量程为±300 (°)/s, 验证了装配方法的可行性。
微型半球陀螺 平面电极 装配方法 精密垫片 零偏稳定性 micro shell resonator gyroscope out-of-plane electrodes assembly method precision shims bias stability
1 中国电子科技集团 重庆声光电有限公司, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
曲面电极刻蚀技术是半球谐振陀螺的关键技术之一。为满足半球谐振陀螺高精度和高性能的要求, 针对激励罩和读出基座的电极刻蚀工艺, 该文提出了一种新的调整方法——三维平衡调整法。通过X、Y、Z方向的位移传感器检测器件与参考平台的间距, 根据间隙差距的大小进行相应的调整。试验验证表明, 该方法能有效减小半球谐振陀螺电极刻蚀的误差, 满足器件的各项性能参数。该方法原理简单, 具有定位精度高, 工艺易实现的优点, 对半球谐振陀螺电极刻蚀工艺具有较好的工程应用价值。
半球谐振陀螺 电极刻蚀 平衡调整 误差 激光位移传感器 hemispherical resonator gyro(HRG) electrode-etching balancing error laser displacement sensor
1 株洲时代新材料科技股份有限公司, 株洲 412007
2 中南大学 粉末冶金研究院, 长沙 410083
聚酰亚胺复合材料以其优异的性能以及在航空航天、轨道交通、微电子等领域广泛的应用前景引起越来越多的关注。在750 ℃条件下对SiC晶须进行表面氧化处理, 形成SiC@SiO2包覆结构晶须, 与BN颗粒构成复合填料, 分别采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂进行表面改性, 用原位聚合法制备了SiC@SiO2/BN/PI(PI:聚酰亚胺)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等进行结构和性能表征。结果表明: 晶须与颗粒质量比为4 : 1时, 复合填料在PI基体内形成了有效的导热网络, 且当填料含量为45wt%时, SiC@SiO2/BN/PI复合材料导热系数达到0.95 W/(m·K)。SiC@SiO2/BN/PI复合材料的力学性能随着复合填料的种类和数量的变化呈现规律性变化。SiO2氧化层阻断复合填料间自由电子的移动, SiC@SiO2/BN/PI复合材料的电气绝缘性能下降幅度减小。
聚酰亚胺 复合填料 导热性能 电气绝缘性能 polyimide mixed filler thermal conductivity electric insulation property
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 固态惯性技术重庆市工程实验室, 重庆 400060
半球谐振陀螺是一种高精度、长寿命的新型振动陀螺仪。为设计具备良好角速率测量精度和低噪声特性的半球陀螺及满足航天器精确定向和姿态控制需求, 该文分析了半球陀螺噪声产生的机理, 讨论了谐振子参数、控制系统参数及电子线路对半球陀螺噪声的影响, 并针对敏感器和电子线路进行了优化设计。结果表明, 优化设计后的半球陀螺噪声及角度随机游走显著降低, 约为改进前的50%, 与美国Northrop Grumman公司HRG130P半球谐振陀螺基本型的噪声水平基本相当。
精密定向 半球谐振陀螺 低噪声 precise orientation hemispherical resonator gyro low noise
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 固态惯性技术重庆市工程实验室, 重庆 400060
半球谐振陀螺是唯一能达到惯导级精度的振动陀螺, 其谐振子振动状态可能受外界环境条件影响而发生改变, 使陀螺信号输出不稳定。为研究半球谐振陀螺对不同方向重力场的敏感性, 分析了重力场引起半球谐振陀螺信号输出改变的机理, 使用有限元法(FEM)对谐振子进行了结构刚度及锚点损耗两个维度的动力学仿真分析, 并开展相应测试验证分析结论。结果表明, 不同方向的重力场对半球谐振陀螺的性能无明显影响。
半球谐振陀螺 重力场 动力学仿真 陀螺测试 hemispherical resonator gyro gravity field dynamics simulation gyro testing
Author Affiliations
Abstract
Nanophotonics Research Centre, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
The digital micro-mirror device (DMD)-based optical switch has the advantages of high-speed channels reallocation, miniaturization, stability, and large capacity for short reach optical communication in the datacenter. However, thermal turbulent atmosphere in the datacenter would cause perturbations and channel crosstalk for the optical switch. The self-healing optical beams such as the Bessel beams have the non-diffraction property to mitigate the turbulence issue. Here, we propose and demonstrate a Bessel beams enabled DMD-based optical switch to improve the stability and performance of optical communication in turbulent atmosphere. We statistically characterize the beam wanders of the Gaussian and Bessel beams in turbulent atmosphere at temperatures of 60°C and 80°C. We build the two-channel optical switch communication system and measure the bit error rate of the 15 Gbit/s on–off keying signals transmitted by the Gaussian and Bessel beams at temperatures of 60°C and 80°C, respectively. The optical switch using the Bessel beams shows lower bit error rates with weaker fluctuations compared with the Gaussian beams. The DMD-based optical switch using the Bessel beams has the potential for practical optical communication applications in the datacenter.
060.4510 Optical communications 130.4815 Optical switching devices 280.7060 Turbulence Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 090602
