太赫兹片上系统中低温砷化镓薄膜光电导天线的研究

太赫兹时域光谱技术是一种在太赫兹频段内，广泛应用的光谱测量技术。这种技术可以用于许多物质的频谱分析，对于研究化学、半导体与生物分子等领域有着无可比拟的作用。然而用该系统进行样品探测时，受回波的影响频谱分辨率较低；受太赫兹波光斑大小以及待测样品与电磁波相互作用距离长短的影响，样品消耗量较多，并且整个系统的占用空间较大，这些局限性都限制了太赫兹时域光谱系统的进一步发展。为了突破太赫兹时域光谱系统的局限性，设计了一种将太赫兹泵浦区、探测区和传输波导集成到一个硅片上的太赫兹片上系统，该系统不仅能够解决上述系统的局限性，还能够省去样品测量前的光路准直环节，使样品的测量过程更加简便，同时集成化的系统也很大程度上提高了太赫兹波传输的稳定性。在太赫兹片上系统中，泵浦区和探测区的光电导天线是由低温砷化镓和金属电极制成，由于受到太赫兹片上系统的高度集成化和低温砷化镓晶体生长条件的限制，如何制备出低温砷化镓半导体薄膜衬底，并将其转移与键合，是太赫兹片上系统研制过程中的关键环节。首先利用分子束外延（MBE）技术制备出由半绝缘砷化镓、砷化镓缓冲层、砷化铝牺牲层和低温砷化镓层构成的外延片，然后利用盐酸溶液与砷化铝和低温砷化镓反应速度差别较大的原理，将200 nm厚的AlAs牺牲层腐蚀掉，从而得到2 μm厚的低温砷化镓薄膜。为了更加高效并且完整地得到低温砷化镓薄膜，研究了盐酸溶液在不同温度和不同浓度下与AlAs牺牲层的选择性腐蚀速率的关系。给出了低温砷化镓薄膜制备过程中盐酸的最佳体积比浓度和最佳温度，即在73 ℃下13.57%的盐酸溶液中进行砷化铝牺牲层的腐蚀。相比于已有工艺，这种腐蚀方法对实验设备的要求较低并且具有较高的安全性。最后，将单层低温砷化镓薄膜转移键合至硅片上，并制成光电导天线的结构。利用飞秒激光脉冲进行激发探测到太赫兹信号。由此说明，低温砷化镓薄膜的获取、转移与键合工艺能够满足芯片级太赫兹系统的制作要求，这为太赫兹片上系统的进一步研制打下了坚实的基础。     

多极化MIMO信道特性与天线设计*

多极化MIMO技术在高频谱效率和紧凑型MIMO通信系统中具有较大的应用潜力,其信道特性与天线辐射特性和环境散射特性以及它们之间的相互作用密切相关,目前紧凑型、低耦合的多极化MIMO天线设计仍存在很大挑战。本文简要介绍和总结了多极化MIMO信道建模理论、多极化天线实现方式和信道特性测量实验等,并指出存在的一些问题和未来的研究方向。     

基于随机场照射的最优微波成像

近年来,电磁计算成像的理论和技术得到了广泛的研究和发展,其中基于随机场照射的微波成像引起了诸多关注.与传统成像方法的连续波照射不同,基于随机场照射的成像方法以随机照射的方式获取多组非相关的目标散射测量值,经过反演计算就能提取散射目标体的轮廓和形状等信息.基于阵列天线理论,本文理论分析并实验验证了一种最优的二维微波成像系统,能够使用最少的天线单元实现随机照射,通过最少的测量次数完成矩阵求逆并得到重建图像.该系统主要有以下两个创新点:完全随机照射的获取和成像系统最优参数的选取.与基于超材料的成像系统相比,本文通过对1 bit相位调制器随机相位调制的方式获取随机场照射,使得每个天线单元都处于工作状态,因此整个系统的能量效率更高.此外,所述单频成像系统还具有频谱效率高、结构简单、成本低等优点,在安检、室内定位等不同场景中具有潜在的应用价值.     

值得怀念的合作经历

<正>1969年6月,我被派到湖北潜江"五七"干校接受"再教育",1971年7月回到中国科学院物理研究所(以下简称物理所)。当时的"军代表"已解散了物理所的理论室,我被分到超导实验室的超导天线组向实验同行学做实验,1972年,我参加了郝柏林在磁学室重新组织的理论与计算组。当时成立这个组有两方面的原因:一是郝柏林、蒲富恪等同事已经有相当长一段时间从事天线研究,大量使用计     

基于渐进圆锥天线的ns前沿电磁脉冲电场传感器

为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量,研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线,并通过建模仿真验证了该天线的性能;通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输;利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理;通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明,所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5ns的脉冲电场,具有体积小、线性度高的优点。     

超宽带折线型TEM喇叭天线实验研究

基于功率容量和口径匹配的考虑,设计了一种超宽带折线型TEM喇叭天线。相比传统恒阻抗TEM喇叭,主要改进在于采用了同轴到平板过渡的馈入结构,辐射极板改为两段折线形式。通过理论模拟和实验研究对两种天线的输入、辐射特性进行了比较和分析。结果表明:采用960ps宽度的高斯脉冲激励,同轴平板过渡峰值功率传输效率达到85%;相比于恒阻抗喇叭,折线TEM喇叭辐射峰值电场提高30%,H面方向图主瓣宽度由80°压缩至60°,同时改善了700 MHz频带内的传输辐射特性,瞬态脉冲峰值功率容量达到15GW。     

基于双天线的高精度GPS定位测向系统及其在无人水面艇上的应用

介绍了一种基于双天线的高精度GPS定位测向系统,该系统可以实现精确定位、测向。分别从硬件和软件两个方面详细介绍了双天线GPS定位测向系统,双天线GPS系统的硬件部分主要由GPS接收机、主天线和从天线组成,GPS接收机内置OEM板和底层通信板,软件部分主要解析GPS数据处理模块的软件工作流程。通过静态实验和动态实验分析系统定位、测向的精度,实验数据表明静态实验的经度的标准偏差为0.3155米,纬度的标准偏差为0.1962米,第一次静态实验的测向标准偏差为0.0981°,第二次静态实验的测向标准偏差为0.0926°。最后,将此系统应用到无人水面艇,进行直线路径跟踪水上试验。     

前沿动态CSCD

对比激光辐射：纳米光学天线新进展
　　美国伯克利实验室的研究人员研发出一种纳米光学天线,可极大增强原子、分子和半导体量子点的自发辐射。该进展为发光二极管在短距光通信,包括光学互连芯片和其他潜在应用方面取代激光器开启了大门。伯克利实验室材料科学分部的电气工程师 Eli Yablonovi 说：“与受激光辐射相比,自发光辐射一直不被重视”。“但是,利用恰当的光学天线,自发光辐射实际上可以比受激光辐射更快。”Yablonovitch任教于加州大学伯克利分校,指导美国国家科学基金会中心从事节能电子科学（E3S）的研究,同时他也是伯克利Kavli 能源纳米科学研究所（ Kavli ENSI ）的成员之一。他率领的团队,使用金制成的外部天线,使铟镓砷磷制成的纳米棒的自发光辐射有效增强了115倍。这个接近200倍的增加,在减小受激光辐射和自发光辐射速度差方面,具有里程碑意义。当增加到200倍时,自发辐射率会超过受激辐射率。 Yablono-vitch说,“我们相信利用光学天线,自发辐射率增强有可能超过2500倍,同时保持50％以上的发光效率,”采用光学天线增强型发光二级管替换微芯片上导线,将实现更快的光互连和更强的计算能力。该项研究成果发
　　表在美国国家科学院学报（ PNAS）中,论文题为“光学天线增强型自发光辐射”。在高科技的世界,激光无处不在,已经成为高速光通信的主力。然而,激光在诸如1m或更小的短距光通信方面也存在弊端--他们消耗过多电能,通常会占用太多空间。发管二极管将成为更有效的替代选择,但却受限于它们的自发辐射率。     

强爆炸冲击波作用下天线结构的离散变量优化设计

首先建立了强爆炸冲击波作用下天线结构受精度和应力约束的连续变量优化设计数学模型 ;其次 ,根据材料特点 ,将设计变量取为离散变量 ,提出了天线结构在强爆炸冲击波作用下受精度和应力约束的离散变量优化设计数学模型。采用离散变量优化算法离散复合形法 ,对强爆炸冲击波作用下的 8m天线进行了优化计算。结果表明 ,经优化设计后 ,天线重量仅为初始重量的 4 0 %。     

星载张力索网天线结构混合变量的多目标优化

以纵向拉索调整力大小和可调整的纵向拉索数目为设计变量,可调整的纵向拉索数目最少和网状反射面的均方根误差最小为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了大型空间网状可展开天线的形面调整的多目标优化数学模型,并用遗传算法进行了优化求解。优化结果表明:该方法在提高天线表面精度的同时,能有效地减少可调整的纵向拉索数目,降低了工程人员在网面调整中的繁杂劳动。并且,网面调整的总次数也远少于实际工程中的调整,对工程应用具有一定的指导意义。