随着半导体太阳电池制备工艺的发展, 基于GaAs的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体电池光电转换效率不断提高, 是目前世界上最具竞争力的新一代太阳电池, 成为空间太阳电池领域的研究热点。文章详细评述了GaAs基系双结、三结及三结以上太阳电池的研究历程与最新技术发展现状, 并对它的发展前景进行了展望。

介绍了细线拖曳声纳的基本原理和系统组成, 概括了其关键技术和结构特点。针对不同原理和类型的水听器, 分别介绍了基于压电水听器、光纤水听器的细线拖曳声纳的最新研究成果。在此基础上, 讨论了目前存在的主要问题和发展方向。

TDI CCD 主要应用于空间遥感和科学实验中, 为了解决 TDI CCD 性能检测过程中精度不够高、检测方法不够准确等问题, 提出了一套更为科学而准确的高精度 TDI CCD 性能检测方法。首先, 增加TDI CCD视频信号的增益可调范围和视频AD的量化位数, 尽可能高地提取出TDI CCD的噪声; 其次, 改变TDI CCD接收的辐照度, 制定TDI CCD各项视频响应性能的检测方法; 最后, 提出TDI CCD各项视频响应的准确计算方法, 确定测量不确定度。实验结果表明: 和以前测量方法相比, 暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度减小了10倍, 其他视频响应性能的不确定度也减小了5倍多, 因此, 现有测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。

讨论了近室温工作的HgCdTe中波光导探测器组件的可靠性问题, 包括组件封装失效、引线键合失效和探测器的性能衰减等。通过收集探测器组件的失效信息, 对其失效物理化学机制、制造工艺和探测器参数进行了分析, 建立了组件的故障树(FTA), 为探测器组件的失效分析提供了理论依据。由FTA定性分析得出探测器组件FTA的最小割集; 计算了顶事件的失效几率。通过计算底事件概率重要度, 得出组件封装失效是探测器组件失效的主要故障途径; 同时实验发现, 失效组件探测器的少子寿命值有较大的衰减, 这可能起源于失效探测器的表面钝化层退化。

制备了一种多层有机电致发光器件, 其结构为ITO/m-MTDATA (45nm)/NPB (10nm)/DPVBi (15nm)/C545T (Xnm)/DCM2 (Ynm)/Bhen (20nm)/Alq3(15nm)/LiF (1.0nm)/Al (200nm)。荧光材料C545T和DCM2以亚单层的方式插入蓝光发光层DPVBi后, 通过改变双亚单层的厚度, 观察器件性能的变化。当X/Y=0.05nm/0.05nm时, 器件在8V的电压下最大发光效率是5.50cd/A, 在13V的电压下最大的亮度是12980cd/m2。研究了亚单层厚度的变化对器件的发光亮度、效率和光谱的影响。从实验结果中对比分析了三种器件的电流密度-电压曲线、亮度-电压曲线、电致发光光谱图和色坐标。从其中总结规律, 对有机发光器件制作有一定的指导作用。

基于研制的1.5mm腔长InAs/InP共面条状量子点激光器, 搭建了其镜面外腔结构, 并对其光谱特性进行了测试, 获得了镜面外腔周期性调制光谱, 并在周期性的产生、多模激射和模式随电流的变化等方面对其光谱特性进行了分析研究。相比以前为获得单模使用的超短腔长超短外腔量子阱激光器, 长腔长InAs/InP量子点激光器表现出较小的模式压缩比, 更容易发生多模激射。

利用变注入强度的电致发光(EL)测试和数值模拟方法研究了微米LED大注入条件下的发光特性。EL测试结果显示, 微米LED (10μm)在工作电流密度高达16kA/cm2时光功率密度输出未饱和, 同时不存在明显的由于自热效应引起的发光波长红移。和300μm LED相比, 相同注入水平下, 10μm LED 的EL峰值波长相对蓝移, 表明微米LED中存在应力弛豫, 10μm LED 相对 300μm LED 应力弛豫大了约23%。APYSY 模拟发现, 由于应力弛豫和良好的电流扩展, 微米LED中电流分布和载流子浓度更加均匀, 这种均匀的分布使得微米LED具有高的发光效率, 同时能够承受高的电流密度。

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法, 通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性, 同时在光纤入射角度为1°~5°、运动状态为静止及甩动的条件下, 对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明, 光纤导光锥在入射角为1°~5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%, 入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光, 对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。

利用两步阳极氧化法, 在钛片上成功制备了高质量的二氧化钛纳米管阵列薄膜。利用场发射扫描电子显微镜, 对二氧化钛纳米管阵列薄膜进行了形貌表征。之后, 将不同厚度的薄膜组装成背光式染料敏化太阳电池, 并测量了它们的光电转化性能。发现, 随着薄膜层厚度的增加太阳电池的转化效率也逐渐提高。当薄膜厚度为15μm时, 电池的转化效率达到3.04%。

荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对白光LED色温角空间分布具有直接影响。通过Mie散射理论对不同形状的荧光粉涂层进行了光学计算仿真, 研究了荧光粉涂层形状对白光LED空间色温分布的影响规律, 以及不同形状的荧光粉涂层效率, 并从中找出色温均匀性最佳的荧光粉涂层形状。根据仿真结果, 采用具有精确控制喷胶量和喷涂位置功能的高速喷胶技术对1mm2大功率芯片的荧光粉涂层的涂敷工艺进行实验制作, 控制器件的平均色温在5000K, 获得荧光粉涂层形状对白光LED色温角空间分布影响的测量结果与计算仿真结果相吻合。通过该方法制作的荧光粉涂层使白光LED的最小色温差异达到537K, 远优于目前一般采用的荧光粉涂敷技术。

设计并论证了一种小型化偏振保持型(PM)1×4磁光光开关。阐述并分析了器件结构及开关原理, 对器件的接入损耗、通道串扰、偏振消光比等参数进行了仿真, 论证了设计的可行性。

提出了采用二元光栅结构提高太阳能薄膜衍射效率的技术方法。利用对透射率函数的傅里叶变换计算出垂直入射时二元光栅的衍射光场分布。研究了不同阶次二元光栅在可见和近红外波段的衍射零级光强和总衍射效率随波长变化的规律。以硅基太阳能薄膜为例, 分别计算了普通相位光栅和二阶、三阶二元光栅随波长零级光强的变化规律和衍射效率。结果表明, 与普通相位光栅结构相比, 二元光栅结构能够在较宽波段提高光衍射效率。

提出了一种新型预条件算法, 用于对有限元法离散Helmholtz方程所产生的大型稀疏复对称且高度不定的线性系统进行高效迭代求解。该新型预条件子是在复拉普拉斯偏移算子的基础上结合改进的稀疏近似逆算法来得到。通过改善矢量有限元线性系统自身的谱特性, 该预条件算法既可避免迭代中的不稳定情况, 同时也能较大提高迭代求解效率。数值结果表明, 与若干常用预条件算法相比, 所提出的预条件算法更加有效。

运用基于蒙特卡罗的光线追迹方法, 对采用“光转换”兼“多色混合”技术的白光LED的显色指数、相关色温、光通量、光辐射功率、荧光粉颗粒密度和色坐标进行了仿真计算和优化选择。通过改变红、绿、蓝三种LED芯片的组合方式和红、绿、黄三种荧光粉的混合方式及各色荧光粉的密度, 在保证有合理的光通量输出的条件下, 得到了不同色温区的高显色指数白光LED。从显色指数角度看, 冷白、正白和暖白光应分别选择BBB芯片+绿、红色荧光粉、BBB芯片+黄、红色荧光粉和RBB芯片+黄色荧光粉组合。实验上测试了采用这几种组合方式的白光LED光谱、显色指数、色温、光通量和色坐标, 实验数据与仿真结果基本吻合。

在沉积肖特基金属之前, 对非掺的Al0.45Ga0.55N采用了不同时间的氟基等离子体处理, 其中Al组分对应日盲波段。与未做氟基等离子体处理的样品相比, 经过处理的Al0.45Ga0.55N肖特基二极管在反向-10V的漏电流密度随处理时间的增加而减少, 其中处理1min的样品的漏电流密度减少了5个数量级。X射线光电子谱分析证明了处理过的样品表面Ga-F和Al-F键的形成。反向漏电的减少可能是由氟基等离子体处理耗尽了电子和有效钝化了表面态导致的。

室温下, 通过采用直流反应磁控溅射法在覆盖有氮化硅薄膜的单晶硅衬底上生长了厚度约为100nm的氧化钛薄膜。掠入射X射线衍射分析结果表明在室温下, 不同氧分压下生长的氧化钛薄膜均具有非晶结构。分别采用场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对薄膜的表面和断面形貌以及薄膜的组分进行了分析和表征。对薄膜的电学特性测试发现非晶氧化钛薄膜在293~373K的温度范围内主要依靠热激发至扩展态中的电子导电。

以Si(100)为衬底, 采用磁控溅射和射频等离子体增强化学气相沉积系统制备了Si(100)/Al膜/非晶Si膜结构的样品。对该样品进行Al诱导真空退火以制备多晶硅薄膜, 采用X射线衍射仪(XRD) 和AFM分析薄膜微结构及表面形貌。实验结果表明, 在经过500℃、550℃ Al诱导退火后, 形成了择优取向为〈111〉晶向的多晶硅薄膜。AFM给出了550℃退火后薄膜表面形貌, 为100～200nm大小的圆丘状硅晶粒, 密集排列在薄膜表面; 并对Al诱导真空退火晶化的机理进行了分析。

碲镉汞(HgCdTe)红外探测器制备中的化学-机械抛光工艺会在碲镉汞材料表面形成一定深度的损伤层。用溴-甲醇化学机械抛光取代溴腐蚀工艺, 有效地降低了抛光过程所产生的表面损伤。在溴-甲醇抛光工艺中, 可变参数有溶液的浓度比、抛光时间、转盘转速等, 不同的参数组合对于抛光效果有不同的影响, 经过正交试验可以以较少的试验次数高效经济地得到最佳的溴-甲醇抛光工艺参数组合。以该优化参数进行抛光所得到的碲镉汞材料通过XRD测试以及Ar+刻蚀后表面形貌的测试表明, HgCdTe晶片表面剩余损伤大大减小。

采用高能球磨法及脉冲激光沉积法(PLD)分别制备了不同浓度的Ho3+∶Al2O3纳米粉体及薄膜, 利用X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、荧光光谱仪等分析手段研究了Ho3+离子掺杂对Al2O3结构及发光性能的影响。XRD图谱显示粉体样品为六方α-Al2O3结构, 薄膜样品为体立方γ-Al2O3结构。1wt% Ho3+掺杂的Al2O3纳米粉体在454nm、540nm附近出现由Ho3+离子能级跃迁引起的吸收峰。采用579nm的激发光源对样品进行荧光光谱检测, 发现两种样品在466~492nm波段均出现F+心所引起的缺陷发光峰, 且发光峰的强度随Ho3+浓度的增加而增强。

通过改变氢氟酸和硝酸的比列, 进行了多晶硅表面腐蚀实验, 实验研究发现不同配比酸液能刻蚀形貌不同的陷阱坑, 消除深沟槽, 但陷阱坑开口大, 反射率比较高; 在优化氢氟酸和硝酸配比的基础上加入阴离子活性剂, 然后腐蚀多晶硅表面。实验样品的SEM显示, 多晶硅表面能形成比较均匀开口小的陷阱坑, 其表面反射率也比较低, 而且能有效消除长而深的腐蚀沟槽, 这对多晶硅太阳电池的研究具有一定的意义。

通过对10号优质碳素结构钢、玻璃熔封件的热应力计算, 阐明了10号优质碳素结构钢、玻璃熔封结构的可行性。通过采取控制玻璃用量、合理设计孔口、烧结模具、优化工艺过程等手段, 解决了熔封件玻璃开裂、漏气和管壳的抗蚀性等问题。机械和温度应力试验表明, 采用该材料的金属电子封装外壳漏气速率不超过1×10-3Pa·cm3/s, 并能承受24h盐雾试验。

用Varian Cary 5000紫外-可见-近红外分光光度计对几种碱土金属锡酸盐薄膜的光学透射谱进行了测量; 用改进的包络线法对所得透射谱进行了相关计算, 得到了碱土金属锡酸盐薄膜的折射率、吸收系数、厚度以及光学带隙等光学参数; 对所得结果进行了理论分析, 结果显示: 锡酸盐薄膜在可见光波段满足经典的Sellmeier色散关系。用外推法计算了光学带隙并对光吸收过程进行了分析。

采用球磨法制备了Zn1-xCoxO(x=0, 0.004, 0.008)纳米粉体, 分别利用XRD, PL光谱和紫外-可见吸收光谱对样品进行了表征。XRD图谱显示样品呈六方纤锌矿结构, 随着Co2+离子掺杂量的增加, 晶格常数和平均晶粒尺寸略有减小。在PL光谱上观察到三个发光带: 370nm处的本征发光峰、468nm附近的强蓝光发光峰, 以及533nm附近的绿光发光峰。和球磨样品相比, 1200℃退火的样品的发光强度明显增强, 这归因于退火使样品晶粒长大。在紫外-可见吸收谱上可以观察到两个吸收带: 由ZnO的带隙吸收引起的360~388nm的强紫外吸收带和由Co2+离子的d-d跃迁引起的565nm附近的可见光吸收带。因此通过调节Co2+掺杂量和选择适当的退火温度可制备高质量的发光材料。

为了对紫外光通信系统的传输性能进行定量分析, 设计了基于FPGA的误码序列发送和接收系统, 并在上位机利用labVIEW程序实现了对误码的分析和计算。该系统发射端测试序列采用9阶伪随机m序列, 并按照一定的速率传送给LED驱动电路, 接收端完成光电信号处理、脉冲序列同步和数据提取, 格式化后通过串口发送至上位机进行误码分析。室内测试结果表明, 该设计适于完成紫外光通信系统误码率的分析和计算, 可以为紫外光通信系统最佳链路的选择提供依据。

基于AlGaInAs多量子阱高速电吸收调制器(EAM)集成光源, 构建了微波光纤传输链路, 并研究了掺铒光纤放大器(EDFA)对其链路特性的影响, 实现了40GHz频段97.4dB·Hz2/3的无失真动态范围。

提出了一种采用相位调制器产生六倍频光载毫米波的RoF系统。该系统使用一个双平行相位调制器实现六倍频的调制, 通过调节相位调制器的相位偏移量, 产生出抑制一阶边带的光谱, 耦合相减后得到三阶边带信号, 在光电检测器中拍频, 产生六倍于射频信号的光载毫米波。仿真结果表明, 10GHz射频信号可以产生60GHz光载毫米波信号, 5Gb/s的数据信号可在单模光纤中传输10km以上。

对空间相干光通信系统进行了简单描述, 对相干光锁相环(OPLL)技术进行了详细的分析, 提出了一种基于激光器温度控制和PZT腔长控制的激光锁相技术。该技术集双重控制体系于一体, 和传统OPLL相比, 具有更快的频率扫描速度、更高的相位灵敏度。实验证明, 该技术在空间相干光通信解调中大大地提高了系统效率。

针对IP over WDM网络, 建立了整数线性规划(ILP)最小功耗模型, 计算了满足峰值业务需要开启的设备数目; 对于低峰业务提出休眠机制, 分别利用最小光路数算法与最小跳数算法, 在保证连接无阻塞的情况下找出空闲设备, 对比峰值业务得到不同算法下的设备使用率, 确定IP over WDM网络的节能潜力。结果表明, ILP优化模型的网络功耗最小, 最小光路数算法次之; 低峰业务下利用休眠机制可以关闭设备的比例占40%~60%; 采用最小光路数算法的休眠机制节能效果较优。

基于光正交码, 研究了WDM+OCDMA系统的性能。采用4个波长信道和3个码字的光正交码OOC(37, 4, 1), 对12个用户的WDMA+OCDMA 进行了系统仿真,用户数据速率为1Gbit/s, 单模光纤长为50km, 色散补偿光纤长为5km。如需增加WDMA+OCDMA的用户数, 可以通过增加波长信道数或码字容量来实现。分析了色散效应对WDMA+OCDMA 系统性能的影响, 研究了用户之间相对延时对多址干扰和系统性能的影响。

像素单元电路是读出电路的核心单元电路, 其性能直接关系到整个焦平面成像的性能。文章从电路结构设计、注入效率的分析、电荷存储能力的分析、非线性的优化设计对直接注入型像素单元电路进行了研究。通过仿真, 主要分析了像素单元电路中器件参数对注入效率的影响, 以及积分电容对读出电路的电荷存储能力及非线性的影响。基于研究结果设计的读出电路采用了CSMC 0.5μm工艺进行流片验证, 实测结果表明, 电路具有较好的特性, 芯片已成功应用于国内某研究所致冷型探测器组件中。

介绍了合成全息图拍摄过程中图像的滤波处理过程, 并分析了利用透镜对图像信息进行会聚时光场的不均匀性问题。为改善会聚光场的均匀性, 通常需在透镜前设置弱散射片, 从理论上分析了相位散射片改善光场均匀性的原理, 基于该原理利用傅里叶迭代算法(G-S算法)对相位散射片的相位分布进行了设计, 并将所设计的相位片应用于实际图像进行了仿真分析。结果表明, 通过精确设计相位片的相位分布能极大地改善光场的均匀性, 且能在一定范围调整光斑尺寸的大小。最后针对相位片实际制作中相位的量化问题分析了量化误差的影响, 仿真结果表明, 当量化阶数达到8阶时量化误差的影响可以忽略。

针对传统滤波算法在滤除红外图像噪声时会损失部分有用信息的问题, 提出一种基于自适应过完备稀疏表示的红外图像滤波方法。该方法采用K-SVD算法以待滤波的红外图像为样本训练出自适应过完备原子库; 采用正交匹配跟踪算法将红外图像信号在该过完备原子库上稀疏分解为稀疏成分和其他成分, 稀疏成分对应红外图像中的有用信息, 其他成分对应红外图像中的噪声, 由稀疏成分重建图像, 从而达到消除噪声的目的。实验结果表明: 该方法相比传统方法具有更好的滤波效果, 重建图像质量较高。

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理, 搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统, 并进行了初步的实验研究。实验结果表明, 在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。

CCSDS空间图像压缩标准(CCSDS 122.0-B-1)的核心算法之一是三级二维小波变换, 此变换适合用可编程逻辑电路实现。文章介绍了整数9/7小波变换的特点, 提出了一种基于FPGA的二维变换快速实现结构, 该方法利用FPGA内部Block RAM进行行暂存, 实现了行列同时变换的效果, 节省了内部寄存器资源, 并获得了较高的数据吞吐率。在此基础上, 文章还给出了两种适用于不同需求的多级变换架构, 并通过仿真验证了其合理性。

空间目标的光度特性能够反映其在轨的运动状态和姿态, 通过对空间目标光度的测量, 可以确定其状态和姿态。首先分析了传统光度计光度测量方法, 然后给出了用CCD进行光度测量的方法, 该方法通过测量多颗星等已知恒星的灰度值, 通过光度的定义公式推导出“0”等星的灰度值。进行光度测量时, 得到待测星的灰度值之后再与“0”星等灰度值比较, 计算出待测星的星等。在计算“0”星等灰度值与反算待测星星等时充分考虑了大气消光对测量结果的影响, 并按照消光公式对测量结果进行了修正。试验结果表明, 基于CCD的光度测量方法精度优于0.2星等。

为解决姿态剧烈变化的火箭目标跟踪问题, 提出了一种新的基于纹理特征的跟踪方法。相对于传统的模板匹配方法, 这种方法能对助推器和子级分离的捆绑式运载火箭进行跟踪。在对火箭目标特性进行分析的基础上, 采用局部二值化模式(LBP)纹理特征结合Hu不变矩特征描述进行跟踪。跟踪过程中特征匹配采用简单的相似性度量准则, 实时模板更新算法为加权更新。测试结果表明, 这种方法对发生位移、旋转和尺度变化的火箭目标同样具有比较好的跟踪效果。