华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心，湖北武汉 430223
半球谐振子的机械能量损耗包括材料本征损耗、空气阻尼损耗、支撑损耗、热弹性损耗和表面损耗等，直接影响了半球谐振子 Q值。通过分析这些能量损耗的数学模型，总结出半球谐振子的关键技术指标是材料性能、形位精度和表面粗糙度。综合考虑半球谐振子的精度和工程化应用，提出了一套高精度半球谐振子加工工艺，经过精密磨削、精密抛光和化学抛光后，加工得到的谐振子球面圆度小于 0.25μm，表面粗糙度小于 15nm，品质因数大于 5.2×107。对高精度半球谐振子加工和半球谐振陀螺制造工程化具有重要的指导意义。
半球谐振子 能量损耗 圆度 表面粗糙度 品质因数 hemispherical resonator energy loss roundness roughness quality factor
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
针对当前压电驱动悬臂梁谐振器存在加工工艺复杂、成本较高的问题，该文提出了一种基于氮化铝支撑层的新型压电驱动悬臂梁层叠结构，它不仅能有效降低加工难度，还能在实现器件小型化的同时保持较高的品质因数。该文通过理论分析研究了固定频率下谐振器品质因数与器件尺寸设计的关系，并对比了不同支撑层材料对谐振器品质因数的影响。通过实验研究了电极尺寸设计对谐振器在真空中性能的影响，从而确定了工作在面外弯曲振动模式的压电驱动氮化铝基悬臂梁谐振器的最优设计。测试结果表明，在电极宽度占比为1，长度占比为2/3时，该谐振器表现出最好的性能，其品质因数为7 786，谐振频率为63.44 kHz，运动阻抗为66.70 kΩ。
微机电系统 氮化铝 悬臂梁微谐振器 有限元仿真 品质因数 运动阻抗 microelectromechanical system aluminum nitride cantilever microresonator finite element simulation quality factor motion impedance
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种品质因数(Q)-频率(f)特性与电感值(L)-频率(f)特性增强的新型高线性有源电感, 主要由负跨导器、新型正跨导器、Q值增强调制模块、反馈电阻、两级电平转换电路和负跨导器分流支路组成。通过多个电路单元间的协同配合和所设置的三个外部偏置端电压的联合调谐, 该有源电感不但具有高Q值, Q值相对于电感值可独立调节, 而且高Q峰值及电感值在不同频率下能够基本保持不变, 同时也有高的线性度。验证结果表明, 在6 GHz下, Q值可在275~4 471之间变化, 调谐率为1768%, 而电感值的变化率仅为15%; 在48 GHz、52 GHz、56 GHz和6 GHz的4个频点下, 分别获得了4 480、4 469、4 473和4 471的高Q峰值, 变化率仅为024%, 且电感值分别为7532 nH、7467 nH、7909 nH、7977 nH, 变化率仅为63%; 电感值的-1 dB压缩点为-13 dBV。
有源电感 高Q值 独立调节 高线性度 active inductor high quality factor independent adjustment high linearity
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
在传统共源-共栅-共漏(CS-CG-CD)有源电感的基础上，提出一种改进型有源电感。在负跨导器的CG晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入带有并联电阻的第一反馈回路和具有小尺寸晶体管的第二反馈回路；另外，在负跨导器的CS晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入调控支路；最终，通过不同模块的相互配合及其他三个外部调控端电压的联合调节，实现了对电感性能的两种重构：1) 在同一频率下取得高的Q峰值且Q峰值相对L值可大范围独立调节；2) 在不同频率下取得高的Q峰值且Q峰值保持基本不变。验证结果表明，在频率5.81 GHz下，Q峰值可从1 132调谐到15 491，调谐范围高达1 268.5%，而电感值在7.65 ～ 7.67 nH之间变化，变化率仅为0.26%；在频率5.72 GHz、7.12 GHz和7.93 GHz下，分别取得了1 274、1 317和1 310的高Q峰值，Q峰值变化率仅为3.38%，同时分别取得了大的电感值7.62 nH、8.08 nH和8.81 nH；有源电感的直流功耗约为38.61 mW。
有源电感 反馈回路 独立调节 品质因子 active inductor feedback loop independent adjustment quality factor
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。
太赫兹 超表面 高灵敏度 高品质因子 非对称结构 Fano共振 结构优化 terahertz metasurface high sensitivity high quality factor asymmetric structure Fano resonance structure optimization
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 北京邮电大学 电子工程学院
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
微腔孤子光频梳在相干光通信、光学频率合成、激光雷达、微波光子学和量子光学等领域有着广阔的应用前景，高效棱镜耦合是晶体微腔孤子光频梳集成应用及系统封装的必然技术途径。文章研制开发了一种耦合效率和有载Q值分别达到71.56%和1.8×109的氟化镁微腔-棱镜耦合系统，并且基于该高效棱镜耦合系统实现了氟化镁微腔孤子光频梳和15.99 GHz低相噪微波信号产生，拍频信号相位噪声水平约为-117 dBc/Hz@10 kHz，极大推动了低相噪微型光电振荡器的实际应用发展。
高效棱镜耦合 孤子光频梳 氟化镁晶体微腔 品质因子 相位噪声 efficient prism coupling soliton optical frequency comb magnesium fluoride microresonator quality factor phase noise
Author Affiliations
Abstract
Centre for THz Research, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
We propose and experimentally demonstrate a high quality (Q)-factor all-silicon bound state in the continuum (BIC) metasurface with an imperforated air-hole array. The metasurface supports two polarization-insensitive BICs originated from guided mode resonances (GMRs) in the frequency range of 0.4 to 0.6 THz, and the measured Q-factors of the two GMRs are as high as 334 and 152, respectively. In addition, the influence of the thickness of the silicon substrate on the two resonances is analyzed in detail. The proposed all-silicon THz metasurface has great potential in the design and application of high-Q metasurfaces.
bound state in the continuum all-silicon metasurface high-quality factor terahertz Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113601
哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
首先，利用有限元分析方法，仿真模拟了石英音叉的应力和表面电荷分布，设计并加工了一种T字头石英音叉。经过实测，此T字头石英音叉的共振频率为8930.93 Hz，Q值为11164，叉指间距为1.73 mm，与目前广泛应用的商用石英音叉相比，T字头石英音叉的共振频率降低了73%，品质因数提高了22%。然后，通过测量水汽对其传感性能进行验证，发现相比于商用石英音叉，基于T字头石英音叉的石英增强光声光谱（QEPAS）系统信噪比提升了60.65%。最后，给出了石英音叉下一步优化的方向。
遥感 石英音叉 石英增强光声光谱 有限元分析 品质因数 信噪比 光学学报
2023, 43(18): 1899910
中国石油大学（华东）理学院，山东 青岛 266580
具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10-6（λ/n）3和108（λ/n）-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×108（λ/n）-3，优于其他类型的微腔。
光电子学 纳米光子学和光子晶体 光子晶体微腔 等离激元 纳米天线 品质因子 时域有限差分法 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525002
