光电可调控频率选择表面

为实现频率选择表面(FSS)谐振频率的光电可调控特性,提出一种光电可调控频率选择表面.利用光电导薄膜光照导电特性控制金属FSS结构尺寸变化,实现FSS的主动可调.理论阐述了光电导及FSS选频特性原理,采用CST软件分别仿真了"Y"形带通型、"圆"形带通型和"Y"形带阻型三种FSS在光照时的频选特性.结果表明:随着结构尺寸变化,FSS的中心谐振频率分别从18 GHz、25 GHz、20.5GHz变为20.5GHz、29GHz、16.5GHz.采用镀膜、刻蚀及电子束蒸发等技术分别制作了单元结构尺寸变化前的金属FSS,以及变化后的金属与光电导薄膜结合的FSS,并对样件进行测试,结果表明:中心谐振频率分别从18GHz、24GHz、20GHz变为20GHz、28GHz、17GHz,与仿真变化趋势基本一致.采用该方法既可实现FSS中心谐振频率的可调控,也可从结构上实现FSS带通型和带阻型的转变.     

透明衬底光致导电网栅的设计与制作

依据半导体光电导效应分析了光致导电复合网栅调控机理,阐明了光致导电复合网栅的设计思路与结构特点.结合透明衬底蓝宝石基片,选取雷达波2~18GHz,红外3~12μm波段为研究对象对复合网栅结构参数进行优化和仿真,当网栅参数周期由5mm变为2.5mm、边长由4.9mm变为2.4mm时,网栅的中心谐振频率从13.2GHz变为14GHz.采用衍射光栅同轴对准原理保证两次lift-off光刻工艺的对准精度,制备的网栅周期误差小于6μm,边长误差小于5μm,满足实验要求.复合网栅的光学和电学性能测试结果为:加载复合网栅的蓝宝石衬底样件与未加载的相比,红外透过率曲线整体走势未发生变化,透过率整体下降了7.8%左右,与单独金属网栅相比相差3.4%,符合红外透过损失规律.该复合网栅在敏感波长为600nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22GHz变为14.03GHz,与仿真结果基本一致,验证了光照对复合网栅电磁性能调控的可行性.     

ZnS光窗上增透与带通频率选择表面组合膜设计

为满足红外和雷达复合制导飞行器带外隐身的要求,设计了一种ZnS基底上的红外高通雷达带通的频率选择表面(FSS)组合膜。设计并分析了作为初始结构的电感性网栅薄膜,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法分析了网栅膜基底上的开孔十字FSS结构,该结构谐振频点为31.75GHz,透射率为-0.38dB,其对应的理想导体(PEC)表面FSS的谐振频点为33GHz;为提高此组合结构的红外透射率,运用薄膜光学理论设计了由YbF3与ZnSe两种膜料组成的红外增透膜,膜层厚度为1.085μm。结合光刻与镀膜工艺制作了实验件,测试表明,该组合薄膜在测试雷达频段平均传输系数小于-7.51dB(谐振频点外),在谐振频点31.5GHz的透射率达到了-0.63dB;在长波红外平均透射率达到了87.95%。     

多频段十字分形频率选择表面

利用分形单元的自相似性将分形结构应用于频率选择表面(FSS)领域使单屏FSS具有多频谐振的特性,在各波段实现简易、多频带通滤波器的设计.以易加工的十字单元为例,经过递归、迭代产生二阶十字分形单元,给出描述单元几何分布的公式;应用周期矩量法结合Floquet定理及阻抗边界条件得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程,对FSS传输特性规律进行数值分析,采用遗传算法对分形单元参数进行全局优化得到了在9.2 GHz和29.4 GHz谐振的单屏FSS设计;最后采用成熟的镀膜、光刻工艺制备十字分形FSS样件并在微波暗 关键词： 频率选择表面(FSS) 分形单元 多频段 周期矩量法(PMoM)     

双带频率选择表面设计

为了实现频率选择表面(FSS)的双带特性,设计了由矩形栅格和三圆环组合单元FSS。对FSS的谱域求解方法进行了详细的描述。采用谱域法分析了不同角度和极化入射波下FSS的频率响应性能。结果表明,所设计的FSS对于不同入射角度和极化电磁波具有稳定的双带、平顶传输及陡峭下降边缘特性。双带特性大致表现为1.8～5.4GHz的阻带和5.4～20.0GHz的通带。阻带谐振频率稳定在3.1GHz左右,而通带在-4dB的平顶传输带宽达14.3GHz以上。其陡峭下降边缘特性表现为S波段信号强烈反射,而其他波段信号通过,从而实现多波段通讯。该结构FSS可应用于卫星通信、雷达罩及其他相关领域。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

集成马赫-曾德尔热光耦合器的可调谐振环优化设计

根据耦合模理论,推导出可调谐光波导谐振环的光强和相位传递函数的表达式,并分析了可调谐谐振环的传输特性.结果表明,谐振环中集成的马赫-曾德尔耦合器的参量设定和调谐方式直接影响谐振环的谐振频率移动范围和调制功率.通过改变耦合器参量对谐振环进行优化设计,在中心波长为1550 am附近,谐振环半径2 cm,传输损耗0.08 dB/cm的情况下,实现了清晰度和最佳谐振深度的调谐,谐振频率的移动范围低于0.027 GHz,降低了谐振环对频率调制器的调频要求,同时降低了耦合器的调制功率.     

基于Nd∶YVO_4/Nd∶GdVO_4组合晶体的双波长激光器实验研究

设计了基于Nd∶YVO_4/Nd∶GdVO_4组合晶体的双波长激光器,研究了双波长激光器的热效应以及双波长信号的频率差调谐特性.实验中固定抽运功率,调节组合晶体的温控温度从5℃上升到40℃,测得双波长信号的频率差从351.11GHz下降到316.14GHz,频率差与温控温度呈负线性关系,斜率为-0.95GHz/℃.对于实验结果,从掺钕晶体发射谱的温度漂移特性角度进行了分析,发现激光波长漂移由晶体发射谱随温度的漂移引起,双波长信号的频率差变化则由不同晶体的温度漂移速率不同引起;分析结果与双波长激光器频率差实验结果符合较好.     

热处理温度对ZnO∶Al薄膜性能的影响

利用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO∶Al薄膜,表征了薄膜的结构、光透过和光致发光特性,探讨了热处理温度对薄膜晶体结构和光学性质的影响.结果表明,在热分解温度400 ℃和退火温度600 ℃时,ZnO∶Al薄膜的C轴择优取向明显,透过率较高.在热处理温度400 ℃情况下,激发波长340 nm的光致发光谱中有三个发光中心,紫外发光强度随退火温度的升高先升高后下降,500 ℃时发光强度最强.其它两个发光峰的强度随退火温度的升高而降低甚至消失.激发波长不同,ZnO∶Al薄膜的发光中心和强度均发生变化.     

大功率高温超导滤波器的设计与功率测试

本文在双面YBCO高温超导薄膜上设计并制备了两节大功率超导滤波器,根据滤波器功率承载能力与最大电流密度之间的关系,减小电流密度和分散电流密度的分布是提高功率承载能力的关键.本文采用增加超导谐振器尺寸、优化几何结构及改进馈线耦合方式的方法,设计了两节2 GHz频段梭型谐振器结构的滤波器.设计及测量结果显示了馈线结构及谐振器几何尺寸优化程度对超导滤波器功率承载能力有不同程度的影响,说明了在大功率超导滤波器设计中应选用无结点间隙耦合式馈线以抑制电流密度的聚集.采用优化后的谐振器结构制备的梭型两节超导滤波器经测试功率承载能力为2 W.超导滤波器的尺寸为25×12 mm LaAlO3基片,中心频率2.022 GHz,相对带宽为2.4%.同时给出了超导滤波器功率测试的结构和方法.     

基于PBDT-TT-F∶PCBM体异质结红光探测器的光电特性

采用旋涂工艺与蒸镀工艺结合的方法制备了PBDT-TT-F∶PCBM体异质结红光探测器,研究了活性层的混合比例和厚度、退火温度等因素对器件光电特性的影响。实验结果表明:活性层PBDT-TT-F∶PCBM的混合质量比为1∶1.5、厚度为150 nm、退火温度为100℃、时间为15 min时制备的器件性能最佳,在波长为650nm、功率为6.6 m W/cm~2的光照下,探测器光电流密度可达到0.85 m A/cm~2,光响应度达到128 m A/W。     

磁绝缘线振荡器谐振腔的高频特性研究

 利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布。结果表明：当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm，阴极半径为3 cm时，MILO工作在3.6~4.4 GHz频率范围，扼流片可以阻止微波功率向脉冲功率源泄漏，这有利于提高器件微波输出的功率；4.5~4.9GHz频段为慢波结构的阻带，微波在该频段截止。计算了C波段MILO开放腔的谐振频率，当模式分别为3π/8,π/2,5π/8,3π/4时，其谐振频率分别为3.18,3.76,4.00,4.11 GHz;并通过实验测出了开放腔的谐振频率,其相应的值分别为3.80,3.94,4.08.4.18 GHz, Q分别为194，143，231，468。数值计算的谐振频率与实验测出的频率基本一致。     

铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数随外加电场强度的增加而减小.依据铁电薄膜的这一特性,提出了一种新颖的基于共面传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器.为了减小传输损耗,滤波器的导体部分由超导薄膜构成.滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过输入输出端口直接施加到共面谐振器缝隙处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动.这种新型可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点.仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到150时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从10.283GHz增加到10.518GHz,其3dB带宽保持在0.150GHz左右,反射损耗始终小于-17dB.     

基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器

提出了一种基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器,该超材料传感器由刻蚀在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜表面的多方形谐振单元的平面阵列组成。拉伸柔性PDMS薄膜会改变谐振单元的结构参数,进而使传感器的谐振频率产生变化。该超材料传感器可以同时实现应变或拉力的高灵敏度检测。同时,谐振结构中央的方形连接环起到了不对称分裂间隙的作用,激发了具有更高Q值的高阶谐振模式,实现了更高的频谱分辨率。实验结果表明,施加拉力从0增大至1.2 N时,结构尺寸拉伸率达到初始状态的1.2倍,超材料的谐振峰频率从109.23 GHz红移到99.42 GHz。该传感器可以实现8.43 GHz/N的高灵敏度拉力传感。耐久性测试表明在该样品的使用中至少可以经历100次拉伸-松弛循环。所提出的传感器具有灵敏度高、加工方便、成本低和无线测量的优点,具有潜在的应用价值。     

电磁屏蔽用低频比小型化双频带频率选择表面

为满足敏感电子设备对频段密集相邻干扰信号的屏蔽需求,提出了一种低频比双频段带阻频率选择表面（FSS）结构。该结构由介质层和印刷在其两侧并谐振在不同频率的金属导带层构成。通过对两侧金属导带的互补型设计,削弱了两个谐振点间的耦合影响,使该FSS结构具有两个可以独立调节且紧密相邻的阻带,呈现出低频比特点。仿真结果表明,此结构可以实现低至1.16的谐振频率比。基于弯折结构的小型化设计使该FSS的单元尺寸仅为0.071λ,确保所提结构在TE和TM两种极化电磁波照射下,电磁屏蔽效能大于24 dB的入射角度稳定性高达60°。制作了实物并进行测试,实测结果与仿真结果吻合良好,验证了FSS结构设计的可靠性。     

基于互补屏的主动频率选择表面设计研究

将谐振型频率选择表面负载阻抗分离可形成基于耦合机制的互补频率选择表面(CFSS). 控制容性表面单元的旋转角α, 可调节CFSS谐振频点. 以“Y”形单元为例, 利用耦合积分方程法计算了CFSS的频响特性, 并通过自由空间法测试250 mm×250 mm样件. 计算与测试结果表明: 随着 α角变化, CFSS能够实现主动变频功能, 为主动FSS设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 主动频率选择表面 互补屏 耦合积分方程     

基于MgxZn1−xO薄膜固体装配型体声波谐振器

本文研制了一种基于磁控溅射掺镁氧化锌(Mg_xZn_(1-x)O)压电薄膜的S波段固体装配型体声波谐振器(SMR-FBAR)。相比传统的氧化锌(ZnO)薄膜,Mg_xZn_(1-x)O具有高纵波声速,高电阻率优点,而且Mg原子以替位或填隙的方式进入晶格,没有改变ZnO的铅锌矿结构。通过优化磁控溅射参数的方法,获得了c轴方向生长良好的Mg_xZn_(1-x)O薄膜,并成功制得了串联谐振频率以及并联谐振频率分别在2.416 GHz和2.456 GHz的谐振器,测得其有效机电耦合系数为4.081%,回波损耗(S11)为-23.89 d B。这种SMR机械强度高、可靠性高、尺寸小,具有可立体集成到CMOS芯片表面的优势。     

用H-W-ECR CVD系统实现氢化非晶硅薄膜在氢气环境下同时进行化学热退火和光诱导退火的研究

为了研究氢化非晶硅薄膜的稳定性，我们设计了一个在原子氢气氛中热退火的同时进行光诱导退火的实验(TLAH)。实验装置是由传统的微波电子回旋共振化学气相沉积系统改造而成为热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积系统。为了对这一退火方法进行比较，对样品还进行了热退火、热退火同时进行光诱导退火。同时，为了定量地分析光电导衰退，我们假设光电导衰退遵循扩展指数规律：1/σph=1/σs-(1/σs-1/σ0)exp[-(t/τ)β]，这里扩展指数参数β 和时间常数 τ 可从与 lnt 的线性关系中截距和斜率得到, 式中光电导饱和值σs可以通过在对数坐标系中表示的光电导和光照时间关系进行高斯拟合得到。实验结果显示：TLAH 方法可以提高氢化非晶硅薄膜的稳定性、改善其微结构和光电特性，同时还发现，光学带隙明显减小、荧光光谱显著地朝着低能方向移动。     

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.     

一种用于60 GHz通信的S型结构左手材料的设计

基于对S型结构的理论分析,将中心频率设置为60 GHz,通过合理的改变单元结构中相应的尺寸以实现所需电谐振和磁谐振频率,并且经过优化以实现负介电常量和负磁导率的重合频段尽可能理想.运用反演参量提取方法进行电磁参量提取,可以得到本设计在58.1～61.4 GHz频段内其ε和μ同时为负,即左手频段,分析散射参量的仿真结果,在58～62 GHz频段内S21大于-3 dB,在59.8～60.4 GHz频段内,S11小于-20 dB,因此该设计结果可以运用于60 GHz通信滤波器和天线等器件的研究与设计.