随着科学技术的发展, 各个研究单位对编码器的精度要求越来越高, 因此, 在编码器研制生产过程中, 需要对其误差进行检测, 虽然现有检测装置能够完成编码器的误差检测, 但都存在着不足之处。文章在参考大量文献的基础上, 首先介绍了光电编码器的原理,其次介绍了国内外编码器检测装置的结构及原理, 并分析其优缺点, 最后对其发展方向进行了展望。

数值分析了大功率半导体激光器模块的散热特性及温度场, 以及焊料、热沉、导热胶和冷水板温度等参数对芯片内部最高温度的影响。结果表明, 焊料厚度小于 24μm 时, 其导热系数对芯片内部最高温度影响较弱, 无高阻层形成; 芯片内部最高温度随着热沉长或宽尺寸及导热系数的增大, 呈指数形式下降, 随着热沉厚度的增大呈对数形式升高; 当导热胶导热系数大于20W/(m·K)、厚度小于30μm时, 芯片温度趋于稳定; 冷水板温度与芯片内部最高温度呈比例系数为1的线性相关性。根据分析结果提出了激光器封装部件的尺寸、导热系数或材料的设计和选择原则。

基于一种光接收器件的电路结构, 利用硅基BJT工艺对光电二极管和接收电路进行了设计。通过引入辅助开关电路以及双结光电二极管, 提高了输出晶体管的关断速度。测试结果显示, 该光接收电路在870nm波长下的数据速率可达到10MBd。

采用有限时域差分(FDTD)法研究了内置金属/电介质同心圆柱结构的材料属性、半径及其相对高度对金属孔阵列强透射特性的影响。发现该结构与内置单一金属、单一电介质和电介质/金属三种不同的同心圆柱结构相比较, 光的透射性能得到显著的增强; 这种内置金属/电介质同心圆柱结构具有进一步增强表面等离激元与局域表面等离激元共振耦合作用。结果表明, 金属、电介质的材料属性对强透射特性影响明显, 当金属圆柱为Au、电介质圆柱折射率较小时, 其透射性能较好; 圆柱半径是影响透射率与共振峰位置的主要因素, 半径越大, 共振峰红移越明显, 但其透射率先增大而后持续减小。同时, 金属/电介质圆柱的相对高度也影响透射率大小, 当金属圆柱高度为60nm时, 其透射性能较好。

使用Silvaco软件建立了背照式CCD仿真模型, 利用该模型进行了工艺和器件仿真, 研究了背面减薄、背面掺杂、界面陷阱和增透膜对背照式CCD量子效率的影响。仿真结果表明: 界面陷阱和硅表面反射是量子效率损失的重要原因。在完全去除过渡区后, 利用峰值位于表面且具有高杂质浓度梯度的背面掺杂和适当的单层增透膜, 可获得峰值在90%以上的量子效率。

运用半导体二维数值模拟软件sentaurus TCAD, 对基于p型衬底制作的横向抗晕内线转移CCD的弥散特性进行了数值模拟研究, 建立了sentaurus TCAD软件模拟横向抗晕内线转移CCD器件仿真模型, 对影响器件弥散特性的光敏区n型区域、垂直CCD p阱进行了模拟分析。结果表明, 光敏区n型区域注入能量控制在450~550keV, 垂直CCD p阱注入能量控制在200~600keV, 剂量控制在4.0×1012~8.0×1012cm-2, 器件弥散特性最佳。

比较了蓝光LED和LD的辐射量子效率随电流密度变化的趋势。LED在低电流密度时具有很高的辐射量子效率, 并且在电流密度为24.4A/cm2时达到了峰值效率, 随着电流密度的增大, 其量子效率会急剧下降; LD在电流密度低于出光阈值时辐射量子效率为零, 待达到出光阈值后迅速上升并在电流密度为4.85×103A/cm2时超越LED。分析表明, LED效率骤减是由于自身的发光机理限制了辐射速率的提升; LD受激辐射发光机理恰好弥补了LED的不足, 其辐射量子效率受非辐射复合速率的影响较小。结果表明, LD具有高电流密度下高辐射量子效率的特性。

研究了低光强下CdTe太阳电池的性能变化。基于经典的CdS/CdTe结构, 建立了短路电流、开路电压、填充因子和转换效率等参数与光强之间的关系模型, 模拟了0.02~1kW/m2光强范围内的主要参数变化规律。结果表明, 随着光强的减小, CdTe电池短路电流呈线性减小, 开路电压呈指数下降, 填充因子先增大, 在0.3kW/m2附近达到最大值, 之后迅速降低; 转换效率逐渐恶化。研究结果为CdTe薄膜太阳电池在室外低光强下和室内应用提供了理论基础。

通过对化学腐蚀法制备的单晶硅表面微结构进行分析, 建立了一种金字塔微结构的数学模型, 采用时域有限差分法(FDTD)数值计算了波长在300~1000nm范围内微结构表面反射率随波长的变化规律, 并将计算结果与实验测量结果进行了比较、分析和解释。在此基础上, 针对不同实验条件下所形成的金字塔微结构差异, 数值计算了几种不同参数金字塔结构表面的反射率随波长的变化规律。研究表明, 反射率随金字塔的占空比和倾角的增大而减小, 而金字塔尺寸变化对反射率的影响较小。当金字塔的结构参数为底边长2μm、占空比1、倾角约60°时减反效果较好, 平均反射率仅为6.28%。

目前, SiC薄膜在极端苛刻环境下的力学性质尚不明确, 相关力学参数仍需进一步研究。文章采用模拟软件ANSYS对微尺寸的SiC薄膜在不同条件下的力学性能进行了理论分析。研究了SiC薄膜的面积和厚度对刚度的影响, 结果表明, 其刚度与薄膜面积成反比, 与薄膜厚度的三次方成正比。其次, 研究了材料中缺陷的尺寸及其位置对SiC薄膜力学性能的影响, 模拟结果表明, 缺陷的位置越接近薄膜中心, 对刚度的影响越大; 缺陷的尺寸越大, 密度越高, 薄膜的刚度越小。根据实验测得高温下杨氏模量数据, 模拟计算发现SiC薄膜的刚度在290~2500K范围内, 随温度升高呈准线性下降趋势。

着重分析了晶圆表面残留颗粒对晶圆键合的影响, 并从表面残留颗粒统计意义的角度, 得到了一个晶圆键合的判定标准。为了改善键合界面出现的气泡问题, 一种基于点压技术的新型点压键合法被应用到整片键合中, 并和传统的金金热压键合法进行了比较。实验表明, 采用点压键合法能够有效抑制晶圆表面残留颗粒对晶圆键合的影响。

分别利用Suhir双金属带热应力分布理论和有限元法研究了Si/GaAs晶圆片键合界面在退火过程中的热应力分布, 并将热应力分布理论计算结果与有限元分析结果进行了对比验证, 得到了一致的结论。根据计算分析结果, 对晶圆片进行了结构热变形分析, 并研究了不同因素对键合热应力的影响, 提出了减小键合热应力的有效措施。

以硅为衬底, 采用射频磁控溅射技术制备了TiO2薄膜, 利用扫描电子显微镜及拉曼光谱对退火前后的TiO2进行表征与结构分析。结果表明, 退火后的TiO2具有良好的结晶特性, 且呈锐钛矿结构。在此薄膜工艺条件下, 以TiO2为半导体层在玻璃基底上制备了Al/TiO2/Pt肖特基二极管, 并在153~433K温度范围内对其进行了I-V测试, 得到以下结果: 在整个温度范围内, Al/TiO2/Pt肖特基二极管均表现出良好的整流特性; 其理想因子随温度升高而降低, 势垒高度随温度升高而升高; 在433K下, 理想因子为1.31, 势垒高度为0.73, 表明此肖特基二极管已接近理想的肖特基二极管。

针对退火质子交换(APE)MgO∶PPLN波导在中红外差频转换过程中存在模场约束能力弱、模场重叠因子小等问题, 提出一种基于反质子交换(RPE)工艺的高效MgO∶PPLN脊波导的设计新方法。采用RPE工艺, 使波导区域折射率呈对称分布, 有效调控基频光和闲频光模场分布, 提高模场重叠因子。仿真结果显示, 相比于APE MgO∶PPLN脊波导, 该新型脊波导可将基频光和闲频光的基模模场调控至波导中部区域, 模场重叠因子由0.2714μm-1提高至0.4614μm-1, 相应的中红外差频转换效率提高了2.98倍。

尺寸小、均匀单分散的MnFe2O4在生物材料、隐身技术、磁流体和锂电池等领域具有巨大的应用潜力。文章采用多元醇混合水热法, 以氯化锰(MnCl2·6H2O)、硝酸铁[Fe(NO)3·6H2O]作为原料, 以氢氧化钠(NaOH)为矿化剂, TERG作为分散剂, 制备出了均匀单分散的MnFe2O4纳米磁性粉体。通过改变反应时间, 实现了纳米颗粒的尺寸可控制备。采用XRD、TEM和VSM等手段对制备的纳米磁性材料进行表征。实验结果表明, TREG对MnFe2O4纳米颗粒起到了分散作用, 随着MnFe2O4纳米磁性颗粒尺寸的减小, 其饱和磁化强度、矫顽力均减小, 禁带宽度变大, 光吸收能力增强, 而且当尺寸为5nm时, 出现特征吸收下降现象。

电子产品的大量报废使得废弃线路板大量增加, 从而使其作为整体丧失原有功能, 但其上的元器件特别是集成芯片重用价值高。在拆解重用过程中, 加热解焊是重要工艺, 它将对已在一定湿度中吸潮饱和的芯片产生热冲击, 进而使芯片中产生热应力及湿应力, 塑封芯片可能产生分层。为研究芯片界面强度对分层的影响, 首先在内聚力理论指导下, 对新旧芯片的铜衬底-模塑料间界面强度通过试验-仿真方法进行测量, 获取断裂能、最大张力位移及剪切强度等参数; 然后基于ANSYS软件的内聚力模型, 建立基于湿-热综合膨胀系数的仿真模型; 在此模型中, 研究实际中热、湿的极限工况分别对新、旧芯片的界面处切向变形的影响, 进而对拆解策略提供指导。

以钛酸丁酯为钛源, 氟化氢(HF)为形貌控制剂, 溶剂(乙酸乙酯、乙酸和异丙醇)为生长助剂, 通过溶剂热法合成了不同形貌的二氧化钛(TiO2)。利用X射线衍射谱(XRD)分析样品的物相, 扫描电子显微镜(SEM)表征TiO2颗粒的形貌, 氮气吸附-脱附实验测量样品的比表面积, 紫外可见吸收光谱测试样品的光吸收能力。结果表明: 乙酸乙酯、乙酸和异丙醇作为生长助剂时, 相应地得到球形、片状和比表面积高达155.58m2·g-1的花状结构。乙酸乙酯对样品形貌的影响大于HF。乙酸和异丙醇对HF具有协同作用, 不同形貌的TiO2颗粒的紫外光吸收的强弱顺序为醇-TiO2, 酸-TiO2, 酯-TiO2。

介绍了光纤光栅分布式传感原理, 推导了悬臂梁受载荷时的应变计算公式, 以金属悬臂梁为研究对象, 以光纤光栅应变传感阵列为传感工具, 实验研究了固定载荷下裂缝悬臂梁的光纤光栅检测的新方法。金属悬臂梁上光纤光栅应变传感阵列粘贴的位置和预制裂纹的位置由有限元模拟确定, 固定载荷的加载是在金属悬臂梁的自由端悬挂标准砝码。记录金属悬臂梁在无损伤、一条裂缝、两条裂缝和三条裂缝的光纤光栅应变传感阵列检测到的实验数据, 以无损伤的实验数据为初始数据, 分别与有损伤的实验数据进行比较, 得到悬臂梁在各个损伤情况下的应变变化量, 根据应变变化量的不同, 确定出悬臂梁上损伤的位置。

随着移动自组网络的快速发展, 对距离矢量按需路由协议(AODV)的服务质量提出了越来越高的要求。为了提升AODV在无线传感器网络通信中的表现, 文章提出了一种新型的基于AODV的多度量无线路由协议(MWR-AODV)。MWR-AODV综合考虑了对路由协议性能影响重大的最小跳数、剩余能量、能量流失率和网络节点密度这四个因素, 并且引入了一种低成本且高效的本地修复策略。通过Network Simulator-2仿真平台对MWR-AODV与标准AODV、DSDV协议的表现进行了仿真分析。结果表明, 所提出的MWR-AODV能为无线传感器网络提供更好的通信服务, 并且在均衡能量消耗延长网络寿命和平衡网络通信负载方面也有上佳表现。

CMOS图像传感器具有功耗低、尺寸小, 以及价格便宜等优点, 目前已被广泛应用于智能手机中。采用CMOS图像传感器作为可见光通信的接收装置, 有利于技术的推广和实用化。文章首先介绍了采用CMOS传感器作为可见光通信接收机的原理, 接着针对当前国内外研究中存在的问题提出了信号增强算法, 最后验证了算法的可行性和适用性, 并由此提出了一套光ID信息服务系统模型。

为解决光纤频率传输系统大规模组网带来的中心设备复杂、工作负荷大和可靠性低等问题, 提出了一种相位波动在远端自主补偿的频率传输新方法。该方法采用波分复用技术, 将信号通过双支路传输至远端, 通过鉴相、相关计算实现相位波动的高精度测量, 通过电学移相实现高精度补偿。理论仿真验证了该方法的有效性。在传输频率为10MHz、通信窗口分别为1310和1550nm、光纤链路长度为25km的仿真测试中, 远端信号的同步精度达到0.22mrad。

长距离无源光网络(Long-reach Passive Optical Networks, LR-PON)的覆盖范围超过100km, 光网络单元(Optical Network Units, ONU)在一个轮询周期中处于空闲状态的时间较长。如果使处于空闲状态的ONU进入低功耗(休眠或假寐)模式, 可以降低ONU的能耗。基于此, 文章提出一种改进的节能动态带宽分配算法。该算法通过改变ONU的调度顺序, 使得ONU在上下行传输结束后能够立刻进入休眠状态, 而无需等待授权帧的到达, 从而延长ONU的休眠时间。仿真结果表明: 所提出算法能够降低ONU能耗和下行数据包平均时延。

随着精确制导**向轻型化、小型化、低成本以及高机动性方向发展, 捷联式光学图像导引头应运而生。捷联式光学图像导引头去掉了结构复杂、价格昂贵的万向支架, 其体积大幅减小, 重量大幅减轻且成本大幅降低, 而可靠性却显著提高。文章深入研究了捷联式光学图像导引系统, 并对其工作原理以及导引头的工作原理进行了详细的阐述, 为捷联式光学图像导引头的研制以及其制导技术的研究奠定了理论基础, 具有重要的意义。

根据科学级CMOS(sCMOS)图像传感器开发的工程实际需求, 设计了基于FPGA的二阶多项式拟合的非均匀性校正算法。该非均匀性校正算法首先通过定标得出每个像素的响应曲线, 然后采用最小二乘法将sCMOS像素响应曲线参考平均响应曲线进行拟合, 得出校正系数并通过FPAG对像素值进行实时校正。通过处理后的图像非均匀性从17.1%降低到7.6%。该算法有效提高了sCMOS器件对高动态、非线性响应特性的适应能力, 并具备实时计算校正优点, 通过模块化设计可以方便移植和集成。

针对暗通道先验去雾算法在处理单幅图像去雾时计算复杂度高且对于天空等高亮区域有局限性而易产生失真的问题, 从暗通道模型出发, 提出首先利用双暗通道拟合进行透射图估计, 然后采用K均值聚类算法对有雾图像进行区域分类之后再针对天空区域估计出大气光强度的算法。该算法增强了图像的细节信息, 并大大降低了计算复杂度, 且提升了大气光强度估计值的准确性, 有效抑制了高亮区域的失真。主观和客观评价表明, 该算法能够取得比传统算法更好的去雾效果。

激光主动探测系统的探测效果受到众多因素的影响。针对激光主动探测的应用需求, 分析了激光主动探测效果的影响因素, 建立了猫眼目标发现距离的数学模型, 分析了探测系统参数和环境参数对发现距离的影响, 仿真研究了探测性能的制约因素。研究结果表明, 激光主动探测的发现距离受到激光发散角、入射角以及大气能见度等因素的影响。对于给定的探测范围, 较小的激光发散角、较小的入射角度可以增大猫眼目标的发现距离。因此, 针对特定的应用环境, 需要选取合适的激光探测系统参数来达到最优的探测效果。

在战场上, 相对于普通运动目标, 微动目标的威胁性越来越大。而采用传统的激光测速系统进行微动目标检测时, 系统精度低, 参数估计算法复杂。为此, 文章提出了一种基于分数阶傅里叶变换的激光微动目标运动参数测量方法。首先给出了激光信号的数学模型, 推导了微动目标运动参数测量算法, 分析了参数估计精度, 最后采用Matlab对算法进行仿真。数值分析表明, 此算法可以有效检测出微动目标的速度和加速度信息, 具有一定的工程应用价值。

提出了一种采用分数阶微分与尺度不变特征变换算法(SIFT)相结合的方式进行图像识别及匹配方法。该方法首先采用分数阶微分方法对图像的细节纹理部分进行加强, 从而提高图像的分辨率, 然后采用尺度不变特征变换算法对旋转缩放后的图像进行特征关键点提取和匹配, 从而提高图像识别的准确率。应用该方法对Lena图像进行图像处理实验, 结果表明: 采用阶次为0.6的分数阶微分算法与SIFT相结合可最大化地提取图像的关键点和提高图像匹配的准确率(94.59%)。

针对传统的医学图像分割算法存在组织边缘模糊、灰度不均匀和图像噪声高的问题, 将信息熵和改进的粒子群算法相结合, 提出了一种基于信息熵和改进的粒子群算法的医学图像分割方法, 在确保信息熵最大的条件下, 实现医学图像的最佳阈值分割。将信息熵最大化作为适应度函数, 通过改进的粒子群算法优化获得最佳分割门限, 实现医学图像的最佳阈值分割。选择不含噪声和含噪声的脑部图像为研究对象, 通过直观分析、客观分析和分割速度分析发现, 提出的新方法在很大程度上克服了传统医学图像分割算法存在的缺陷, 分割速度和精度得到显著提升; 与此同时, 新的算法具有很强的鲁棒性和抗噪声能力。

为了得到X射线条纹相机中CsI光阴极的高能电子份额数据, 通过蒙特卡罗方法建立模型来研究CsI光阴极在X射线照射下的光电发射特性。研究了CsI光阴极厚度为100~1000nm、入射X射线能量为1~30keV时的二次电子(SE)能量分布。模拟结果显示, 入射X射线的能量越高、CsI光阴极的厚度越大, 从CsI光阴极出射的二次电子中高能电子(大于50eV)的份额越高, 在入射X射线能量为30keV、CsI光阴极厚度为1000nm时, 出射电子中的高能电子份额可以达到10.8%。但是当CsI光阴极厚度保持为100nm、而入射X射线能量大于15keV时, 高能电子份额维持在3.4%左右而不再随入射X射线的能量增加而增加。

提出了一种间接检测聚光光伏发电系统中菲涅透镜聚焦光斑能流密度分布的方法, 搭建了检测实验装置, 通过标定相机像素灰度值与聚焦光斑能流密度值的比例因子k, 介绍了从聚焦光斑灰度图提取光斑能流密度分布的具体过程。对检测精度进行了验证, 结果表明: 采用该检测方法得到的光斑峰值能流密度相对误差小于2.1%。该方法具有操作简单、检测精度高的优点, 可广泛应用于聚光光伏发电聚焦光斑的能流密度分布的检测。

结合无源光学器件, 提出并设计了一种新型的高冗余光纤布拉格光栅(FBG)传感模块, 并将设计的FBG传感模块与波分复用技术相结合, 构建了高冗余FBG传感网络。以长方形铝合金板为研究对象, 对高冗余FBG传感网络的可靠性进行研究, 理论比较并实验分析了高冗余FBG传感阵列的适用性与可靠性。研究结果表明, 利用光开关在传感阵列支路之间的切换, 使得FBG传感网络更具有冗余性。这一方面能够解决使用过程中多个部位出现故障导致的某些FBG传感模块无法被计算机检测到的问题, 有效提高了传感系统的可靠性、容错性; 另一方面为工程应用中结构健康监测以及特殊部位监测提供了一种有效可行的监测手段。

激光器的相对强度噪声(RIN)在微波光子链路中转换为噪声功率, 进而影响链路的动态范围。文章建立了基本结构的非相干和相干微波光子链路的动态范围(SFDR)模型, 并通过仿真对比分析了激光器的RIN对这两种链路结构的影响。在光器件的性能水平较低时, 非相干微波光子链路能获得更大的SFDR; 随着光器件性能水平的提升, 相干微波光子链路的SFDR将超过非相干微波光子链路。而在目前典型的器件参数条件下, 两种链路的理论SFDR都能达到120dB·Hz2/3左右。