1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号
1 华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
为研究Bulk FinFET工作时基本结构参数、器件温度和栅极材料对其性能的影响，建立了一个15 nm n型Bulk FinFET器件模型，仿真分析了不同栅长、鳍宽、鳍高、沟道掺杂浓度、器件工作温度、栅极材料对器件性能的影响，发现增长栅长、降低鳍宽和增加鳍高有助于抑制短沟道效应；1×1017 cm−3以下的低沟道掺杂浓度对器件特性影响不大，但高掺杂会使器件失效；器件工作温度的升高会导致器件性能的下降；采用高K介质材料作为栅极器件性能优于传统材料SiO2。
Bulk FinFET 短沟道效应 器件性能 参数优化 栅极材料 Bulk FinFET short channel effect device performance parameter optimization gate material 强激光与粒子束
2024, 36(3): 031003
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Solid-State Microwave Devices and Circuits, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
In this letter, high power density AlGaN/GaN high electron-mobility transistors (HEMTs) on a freestanding GaN substrate are reported. An asymmetric Γ-shaped 500-nm gate with a field plate of 650 nm is introduced to improve microwave power performance. The breakdown voltage (BV) is increased to more than 200 V for the fabricated device with gate-to-source and gate-to-drain distances of 1.08 and 2.92 μm. A record continuous-wave power density of 11.2 W/mm@10 GHz is realized with a drain bias of 70 V. The maximum oscillation frequency (fmax) and unity current gain cut-off frequency (ft) of the AlGaN/GaN HEMTs exceed 30 and 20 GHz, respectively. The results demonstrate the potential of AlGaN/GaN HEMTs on free-standing GaN substrates for microwave power applications.
freestanding GaN substrates AlGaN/GaN HEMTs continuous-wave power density breakdown voltage Γ-shaped gate Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012501
大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10-4和3.467×10-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。
水下无线光通信 现场可编程门阵列 LED阵列 高阶调制 小型化光端机
1 上海大学理学院物理系 上海 200444
2 苏州大学光电科学与工程学院 苏州纳米科技协同创新中心 江苏 苏州 215006
3 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室 江苏 苏州 215006
4 苏州大学数码激光成像与显示教育部工程研究中心 江苏 苏州 215006
5 上海市星系与宇宙学半解析研究重点实验室 上海 200234
量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。
量子比特 量子逻辑门 几何相位 几何量子计算 脉冲设计 qubit quantum gate geometric phase geometric quantum computation pulse designing 量子光学学报
2023, 29(2): 020401
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆装西安军代局驻西安地区第八军代室，陕西 西安 710065
损伤阈值测量装置是强激光技术的重要技术指标，主要用于强激光光学元件的研制和测试，而同步触发模块作为模块之间时序的控制器，是研制损伤阈值测量装置的关键技术之一。介绍了一种用于激光损伤阈值测量装置的同步触发模块及方法。设计了基于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）为主控芯片的硬件方案，通过上位机操控软件设置同步触发参数，来控制各路输出同步信号的宽度和各路信号之间的时序，可极大提高同步触发的精度和效率。通过实验验证，同步脉冲信号之间的调节精度为2 ns，同步脉冲信号的最小宽度为10 ns，满足激光损伤阈值测量装置的要求。
损伤阈值 同步触发 FPGA damage threshold synchronous trigger field programmable gate array 光子学报
2023, 52(12): 1206001
上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
针对传统固态激光雷达中光束快速扫描控制响应速度和电压控制精度较低的问题，提出了一种基于透镜辅助光束扫描(LABS)技术和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的固态激光雷达测距系统。该系统采用收发一体的结构，系统中的LABS器件由1×16光开关芯片、4×4光纤阵列和透镜组成。根据LABS方案每一级只有一个光开关处于工作状态的特点，通过选择不同的发射器，将光束照亮到透镜的不同位置来实现光束的转向。光束扫描采用FPGA结合外部选通电路进行控制的方式，通过输出电压控制4级马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光开关工作，实现光束的快速切换。实验结果表明，该系统光束转向角度步长为0.35°，最大测距范围可达200 m，9.2 m内的测距误差约为1 cm。
光束扫描 现场可编程逻辑门阵列 激光雷达 光开关 beam steering, field programmable gate array, lida
