本振功率对空间平衡探测器相干探测灵敏度的影响

为了探寻空间相干光通信中本振功率与相干探测灵敏度间的关系,建立了本振光功率变化对相干探测灵敏度影响的数学模型,仿真分析了不同参数状态下本振功率对相干探测灵敏度的影响。采用自研开发的高速大面积空间耦合平衡探测器搭建了相干探测灵敏度测试实验系统,并就本振功率对探测灵敏度的影响进行了实验验证。实验结果表明:相干探测系统中,两光电管不可能完全匹配,探测灵敏度始终受到本振强度噪声的影响,在探测器环境参数一定时,存在最佳本振光功率值使得相干探测灵敏度取最大值。在误码率为10-12、通信速率为5Gb/s的条件下,相干探测灵敏度测试的最大值为-40.16dBm,此时对应的本振光功率为9dBm,与理论极限值基本一致。该模型对提高相干探测系统的探测灵敏度具有指导意义。     

基于BCD工艺的塑料光纤通信光接收机

研究了光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路,实现了塑料光纤通信的高速单片集成光接收芯片。首先,根据工艺流程和参数,采用器件模拟软件对PD结构进行了建模,并对其光谱响应度和结电容进行了理论推导及仿真。基于Cadence/spectre软件和仿真得到的PD参数对由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成的后续放大电路进行了协同设计。采用0.5μm BCD(Bipolar,CMOS and DMOS)工艺对单个PD以及PD和后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。结果表明:PD的光谱响应曲线的峰值波长和仿真结果较一致,约为700nm,PD结构更适合短波长探测;PD的结电容随着反向电压的增大而减小,结电容越大,光接收芯片的带宽越小;对于650nm的入射光,在小于10-9的误码率条件下,光接收机的灵敏度为-14dBm;最后得到了150Mb/s速率的清晰眼图。实验结果显示,设计的高速单片集成光接收机可以应用于百兆速率光纤入户通信系统。     

高速平衡零拍探测器的设计与实现

平衡零拍探测器存在共模抑制比小、响应带宽低等问题。针对以上问题,尝试从两方面进行改进：一方面,通过测试探测器中光电检测器（PIN光电二极管）的响应特性,选择性能相近的器件进行平衡探测,以提升共模抑制比;另一方面,采用跨阻放大与比例运放级联的方式对光电流信号进行提取,解决一级采样放大器增益带宽积局限的问题,在保障灵敏度的同时提升探测器的响应带宽。由此实现了300 MHz的平衡零拍探测,共模抑制比高达66 dB,并有效检测了光信号中的量子散粒噪声,为高速灵敏探测提供了一种有效技术方案。     

面向CPT铷原子钟频率合成器优化

采用锁相环频率合成技术产生3.417GHz微波频率并对其优化,相位噪声为-104.75dBc/Hz@100kHz,将优化后的锁相环频率合成器加载到VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser垂直腔面发射激光器)上对驱动电流进行幅度调制,使VCSEL产生具有特定光频差的高度相干双色光,测试原子对±1级边带的多普勒吸收峰,通过改变微波信号的功率从-10dBm到+8dBm,测试在不同温度下改变微波功率对多普勒吸收峰的影响,找到对应工作温度下最佳的微波功率使得铷原子对±1级边带吸收峰最大,测得温度在64℃、65℃、66℃时,最佳微波功率分别为-3dBm、-1dBm、3dBm,为后续CPT(Coherent Population Trapping相干布局囚禁)信号测试奠定基础。     

基于大气光通信偏振PPM的误码率研究

大气光通信误码特性的研究是激光通信系统开发和应用中的关键问题。为了减小在大气光通信PPM调制过程中引起的误码率,提出了一种基于空间光偏振的PPM调制方式。在该调制方式中,信道噪声和探测器噪声是影响误码率的主要因素。利用信道噪声和探测器噪声的特点,本文讨论了探测门限判决和信道偏振角度解调对自由空间光通信系统性能的影响,建立了系统误码率的数学模型,并进行数值仿真。仿真结果表明,当信噪比为0～20 dB时,探测门限判决引起的系统误码率随着信噪比的增大由10°下降到10~(-7),门限阈值为1/2时误码率最低;当探测器噪声功率为10～-20 dBm时,偏振角度解调引起的系统误码率随着探测器噪声功率的降低而降低;在相同噪声功率下,偏振角0°时误码率最高,偏振角90°时误码率最低。     

柔性光电器件光电特性分析

近年来,基于非晶铟镓锌氧化物的柔性光电薄膜晶体管在柔性显示、通信和探测等领域得到广泛应用。为提高柔性光电探测器的开关电流比和光谱灵敏度,文中基于SILVACO软件的ATLAS对柔性有源层非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管进行了模拟分析,研究在不同材料有源层厚度比情况下具有底栅电极结构的柔性光电器件的光电性能。分析结果表明,双有源层结构比单有源层结构薄膜晶体管有更好的电学性能,特别是在有源层结构厚度为40 nm的情况下,当铟锌氧(Indium-Zinc-Oxide,IZO)与铟镓锌氧(Indium-Gallium-Zinc-Oxide, IGZO)材料的厚度比为1:7 时,柔性光电器件具有最佳的开关电流比;在波长为300 nm的光照下入射光对光器件的关态电流增益影响最大,光电器件的积分灵敏度最高,说明其对紫外光较敏感,有望应用在军事通讯、空间科学、环境和生物细胞癌变监测等紫外光波段探测领域。     

空间光混频器分光性能的分析与优化

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时,可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%,通信探测灵敏度提高了3dB。利用VPI软件进行建模仿真,得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示,探测灵敏度提高了2.83dB。最后,搭建了零差相干光通信桌面实验系统,研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律,当分光比由0.5减小至0.2时,系统误码率由3.53×10~(-9)下降至4.25×10~(-10),当分光比为0.1时,锁相环失锁,误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果,所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。     

面向太赫兹应用的平面结构聚合物电光传感器

自由空间电光取样技术是太赫兹波(THz)相干探测的典型方法,电光传感器是其中的核心器件。传统的电光传感器多采用无机电光晶体材料,但是这种材料电光系数低并存在声子吸收性,致使太赫兹波的探测带宽受到限制。主-客体结构的电光聚合物材料具有较大的电光系数和较低的介电常数,近年来成为各国学者研究的热点。然而这种材料的主客体之间相容性差,极易产生相分离,导致电光性能降低,限制了材料的更广泛应用。采用一种化学与物理手段相结合的方法,将两种电光分子引入聚合物体系,制备了具有双电光分子的聚磷腈材料。这种材料不但具备良好的相稳定性,而且具有良好的电光性能,电光系数可达64.8 pm/V。基于双电光分子聚磷腈材料,设计并制作了具有平面结构的聚合物电光传感器。与传统的三明治结构电光传感器相比,平面结构传感器可以将探测幅度提升55%,光谱灵敏度提升35%,同时还可以避免入射角度对探测灵敏度的影响、降低噪声干扰、简化实验过程,是面向太赫兹应用的更适合器件。     

双E型弹性体六维力传感器矩形梁Kalman滤波研究

双E型弹性体六维力传感器采用组合梁结构对空间6个方向的力和力矩信息进行探测,但其输出信号中不可避免地混合了噪声信号,譬如:电阻应变片通过电流后产生的热噪声,放大电路中电磁元件干扰,高温下弹性体蠕变产生的干扰等,严重地影响传感器的测量精度。为了有效地滤除系统量测噪声,提高传感器分辨率,以六维力传感器矩形梁为研究对象,根据正弦激励力响应与应变之间的关系,构建了系统量测方程。基于时间序列分析法,设计了有色系统干扰白化滤波器,建立了有色噪声系统状态空间模型,推导出有色噪声Kalman滤波公式。实例表明:滤波效果明显,稳定性强,减小了实际的滤波误差,有效地提高滤波精度。     

基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法

空间固定图案噪声严重影响了红外探测器的成像质量,它主要是由于焦平面阵列上各探测单元对于同一辐照的光电响应不完全一致所造成。另外,多通道图像数据采集电路的非均匀性更加重了这种噪声。本文提出了一种基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法,它将校正过程分成两步。首先利用恒定统计方法滤除由通道放大器引起的固定图案噪声,然后再将处理结果通过改进的神经网络方法,进一步校正由探测器响应而产生的非均匀性。由于该算法是递推进行,并且具有收敛速度快、计算复杂度低等优点,因此易于工程实现。文中详细阐述了算法的基本原理及其流程,并用仿真数据和真实红外数据对算法性能进行验证,取得了较好的效果。     

超声探伤仪检波电路的新方案

该文提出了用宽带跨导放大器构成超声探伤仪检波电路的新方法，并将两种用ＭＡＸＩＭ宽带跨地放大器构成的检波器与运放构成的精密检波器和平衡调制／解调器的同步检皮器作了比较。给出了３种检波 ＰＳＰＩＣＥ仿真结果。     

基于Multisim的双支路红外探测器设计

为了实现导弹对目标的准确追击,时于导弹引信设计了双支路红外探测器,分析了双支路红外探测原理、探测器结构及作用过程.采用Muldsim仿真软件对双支路红外探测器进行电路设计、性能测试及改进完善电路,实现探测器的优化设计.     

基于旋叶式被动静电探测方法的研究

对于贴地飞行的空中目标,一般都处于雷达的盲区,且由于地面的其它干扰不利于对目标特性信号的提取。空中运动目标带电量高且难以去除,为静电探测系统提供了可靠性和实用性。介绍了旋叶式静电探测系统的基本工作原理,分析了探测装置屏蔽参数的影响并对探测装置的屏蔽单元做出仿真,利用目标在探测器位置的场强变化提出了旋叶式静电探测感应电流的近似公式,通过仿真模拟实验验证了近似公式的正确性和实用性,对探测装置进行实验,进而验证了探测装置的可行性。     

A general approach to low noise readout of terahertz imaging arrays

This article describes the theory and design of an ultra-low noise electronic readout circuit for use with room temperature video-rate terahertz imaging arrays. First, the noise characteristics of various imaging detectors, including low resistance bolometers and high resistance diodes are discussed. Theoretical approaches to white and 1/f noise mitigation are examined, and a corresponding low-noise readout circuit is designed, built, and tested. It is shown that the circuit is capable of achieving detector limited noise performance for use in room temperature terahertz imaging systems. A thorough noise analysis of the circuit provides the necessary information for applying the readout circuit to any type of imaging detector, and more generally, any measurement of small signals from various source impedances in the presence of white and 1/f noise. W-band measurements of an 8-element, high-resistance detector array, and a 32-element, low-resistance detector array demonstrate the usefulness of the readout circuit. Finally, recommended circuit configurations for various detectors in the literature are provided, with theoretical performance metrics summarized.     

利用异形像元探测器的超分辨成像方法

随着光学成像全面进入光电数字成像时代,大多数成像系统的空间分辨率受限于探测器,所以提高探测器分辨率成为高分辨光电成像系统中的核心问题。而探测器的低分辨率主要是由于低采样频率和像元感光区的孔径效应而造成。最直接的解决方法就是减小像元尺寸,但会降低其他性能参数;针对最主要的限制因素——采样频率不足,目前多采用基于过采样原理的超分辨重建技术,通过提高探测器采样的频率来提高探测器的空间分辨率,但是其提升效果受到像元孔径效应的制约。为了进一步提高探测器受限的成像系统的空间分辨率,提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法,将两列线阵异形像元探测器亚像元推扫实现像元细分,然后利用两列探测器所输出的灰度矩阵信息,重建出最终的高分辨图像。并分别通过理论评估和具体实验两方面验证该方法可以同时提高探测器的采样频率和截止频率,拓展带宽,从而实现高分辨率的目的。     

光纤数字通信探测电路的最佳参数分析

光纤通信技术在许多领域有广泛应用。本文介绍光纤通信系统的组成和原理,对光纤通信的光电信号、探测电路的噪声、信噪比、最小探测能力和幅度鉴别器的阈值等参数进行了系统分析,并对相关参数提供了可靠的设计依据。论文给出的实验结果证明,本文对激光单脉冲探测等应用技术有实用价值。     

Simultaneous Switching Noise Enabler in High-Speed Biomedical Systems by Integrated Plane Coupling

The performance of high-speed biomedical systems is adversely affected by switching noise caused by inductance in the power supply distribution network. In a high-speed medical system, signals are switched at rates up to 5 Gbps and discrete capacitors are ineffective in reducing the noise at this rate. The noise may affect patient care. Integrated plane coupling effectively minimized simultaneous switching noise by creating high capacitance between the planes. Although the suppression of electromagnetic interference due to switching noise on the component and printed circuit board is difficult, the integrated plane coupling at the front-end of the design cycle was shown to eliminate noise. The effect of switching noise coupling was investigated and a solution is reported. A test board was analyzed and the results were compared with simulations. This approach was shown to be effective in minimizing switching noise in high-speed biomedical systems.