介绍了基于反向平衡式二极管和石英基片完成, 而非集成电路的0.68 THz和1.00 THz频段平衡式三倍频.此项工作提高了二极管等效电路模型, 该二极管模型不仅包括I/V和C/V, 同时还加入了等离子体共振和趋肤效应, 将薄膜电路减薄至15 μm, 机械加工精度提高至3 μm内, 使工作频率提高至1.2 THz.通过场路协同仿真, 利用高精度太赫兹装配工艺, 最终实现工作频率为0.68 THz和倍频效率为1 %的三倍频器, 工作频率为1.00 THz和倍频效率为0.6 %的三倍频器, 输出相对带宽均大于10 %.

研究了一种基于石英基片的0.1 THz频段的鳍线单平衡混频电路, 混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入, 中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式, 与传统的W波段混频器相比, 混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器, 具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75 μm的石英基片上, 石英基片相对传统基板, 可以极大提高电路加工精度。在固定50 MHz中频信号时, 射频90~110 GHz范围内, 0.1 THz混频器单边带变频损耗小于9 dB。

为了在亚毫米波波段进行遥感探测, 研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管, 长度为74μm, 截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路, 并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗, 然后考虑二极管的封装、匹配电路, 仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB, 所需本振功率为4mW.测试表明, 本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB, 433~451GHz之间的损耗小于17.0dB, 3dB带宽为18GHz, 所需的本振功率为5mW.

设计了一款D频段基于商用平面肖特基二极管DBES105a以及石英基片的二倍频器.通过对传统的用于平衡式混频器及倍频器的鳍线/悬置微带线巴伦耦合器进行改进, 提出了一种方便为肖特基二极管外加偏置的平衡式倍频结构.首先, 提出了一种适用于石英基片的波导/鳍线过渡结构, 并且通过仿真及实验对该结构进行了验证, 测试结果表明, 这种过渡结构的损耗只有0.15 dB.在驱动功率为26.3 mW、外加反偏电压为0.4 V时, 倍频器的测试最大输出功率为3.39 mW, 对应倍频效率为12.9%.在外加偏置电压偏离最佳偏置点时, 倍频器的输出功率从3.1mW降低到2.0 mW.这也说明：为了达到最大倍频输出功率, 也需要为肖特基变阻二极管倍频器提供外加直流偏置.

研究了散射测量在激光陀螺用石英基片表面检测中的应用.比较发现，收集物镜比积分球更有利于体散射的消除，更适用于直接检测超光滑石英基片表面的散射测试系统.用ZEMAX设计了散射光收集物镜，使其数值孔径达到了0.4，并完全消除了轴上距离大于1.5 mm的散射点的体散射；为了消除光电倍增管输出本身随时间长漂的问题，设计了特定的散射光收集系统的结构，将散射光和反射光分时打在同一个光电倍增管上.分析发现，这种设置能有效消除光电倍增管输出随时间趋势性漂移的问题，增强了系统长时间的稳定性，有效保障了其工程实用性.

搭建了紫外激光预处理平台, 实验研究了紫外激光对熔石英基片的预处理效果。通过对比不同样片可以看出：熔石英的表面质量对预处理效果影响明显; 表面原生缺陷和初始损伤的数量越多, 尺度越大, 辐照后的预处理效果越明显; 预处理时, 能量增幅采用零损伤阈值的20%为宜, 预处理能量的最高值一般应达到样片零损伤阈值的80%左右。实验发现, 损伤后的损伤扩展阈值一般为初始损伤阈值的1/3左右。

利用SAGA-S激光器输出的355 nm波长激光, 研究了熔石英表面铜颗粒污染的激光损伤规律。采用磁控溅射的方式在洁净熔石英表面制备不同尺寸的颗粒状污染物, 用1-on-1, 10-on-1,20-on-1的方式测试经污染后的熔石英基底的损伤阈值, 并采用光学显微镜观察损伤形貌、CCD在线测量损伤斑尺寸。结果表明：污染后的熔石英基底的损伤主要发生在后表面, 而且以热烧蚀和热应力为主, 基底的损伤阈值与熔石英前表面污染颗粒尺寸呈负指数关系, 随后表面污染物颗粒尺寸的增大呈略微下降。前表面颗粒污染物诱导损伤斑尺寸为颗粒污染物尺寸的4倍, 后表面颗粒污染物引起的损伤斑尺寸约为颗粒污染物尺寸的2倍。并绘出损伤斑尺寸与颗粒尺寸、辐照方式之间的关系。

利用SAGA激光器,输出脉宽为7.2ns、波长分别为1 064 nm、532 nm、355 nm的基频光和倍频光,对相同类型的5块石英基片用R∶1的方法分别测量了其损伤阈值,对比不同波长激光对石英材料的损伤行为差异.得出其损伤阈值在三种不同波长激光作用下分别为:46.78J/cm2、13.4 J/cm2、9.28 J/cm2;并利用尼康E600W光学显微镜对三种不同波长激光造成的损伤形貌进行了观察,结合当前光学材料的损伤机理,对比得出倍频激光对石英基片的损伤破坏能力远大于基频光,且对石英材料的损伤机理主要表现为多光子吸收导致的雪崩电离破坏,而基频光的损伤多为表面缺陷及杂质引起的热破坏的结论.Action of Fused Silica at Different Laser Wavelength

采用连续CO2激光和真空等离子体相结合的方法对石英基片进行清洗.通过光学显微图、水接触角、透过率和损伤阈值测量分别表征了CO2激光和等离子体对真空硅脂蒸发物污染过的石英基片的清洗效果.研究表明:对于真空硅脂蒸发物污染后的石英基片,可以先采用低能量的CO2激光进行大面积清洗,再用真空等离子体进行精细清洗.光学显微图像表明:清洗后的基片表面的油珠被清除干净;水滴接触角由63°下降到4°;在400nm附近,基片透过率由92.3%上升到93.3%;损伤阈值由3.77 J/cm2上升到5.09J/cm2.

为了提高熔石英基片对351 nm短波长激光的损伤阈值,采用光栅式扫描方式,利用CO2激光器输出10.6 μm波长的激光,对氢氟酸蚀刻后的小口径熔石英基片表面进行功率周期递增的辐照扫描。结果表明,经过CO2激光预处理后的熔石英基片,表面微观形貌得到了有效改善; 利用S:1的方法测量熔石英基片损伤阈值。结果发现,在中度激光抛光的程度下,其零概率损伤阈值提高了30%左右,且对透射波前没有造成不利影响,从而证明了CO2激光预处理提高熔石英基片抗激光损伤能力的有效性。