一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

单轴应变Si NMOSFET热载流子栅电流模型

热载流子效应产生的栅电流是影响器件功耗及可靠性的重要因素之一,本文基于热载流子形成的物理过程,建立了单轴应变硅NMOSFET热载流子栅电流模型,并对热载流子栅电流与应力强度、沟道掺杂浓度、栅源电压、漏源电压等的关系,以及TDDB(经时击穿)寿命与栅源电压的关系进行了分析研究.结果表明,与体硅器件相比,单轴应变硅MOS器件不仅具有较小的热载流子栅电流,而且可靠性也获得提高.同时模型仿真结果与单轴应变硅NMOSFET的实验结果符合较好,验证了该模型的可行性.     

基于偏振旋转光反馈下的外光注入VCSEL产生高性能毫米波

本文提出一种基于偏振旋转光反馈下的外光注入垂直腔 表面发射激光器(VCSEL)产生高性能毫米波的方案, 并利用描述外部扰动下VCSEL动态特性的自旋反转模型(SFM), 对所产生的毫米波的特性进行了数值研究. 研究结果表明: 一个受到主VCSEL(M-VCSEL)光注入的副VCSEL(S-VCSEL)在一定条件下可以产生单周期(P1)振荡, 即在光波上调制了一个微波信号. 通过调节外光注入强度ξ_i以及S-VCSEL与M-VCSEL之间频率失谐Δν, 可以获得频率在30---60 GHz范围内连续可调的毫米波信号. 在外光注入VCSEL中引入偏振旋转光反馈, 通过选取合适的反馈强度ξ_f以及反馈延迟时间τ, 产生的毫米波信号的线宽可以得到明显窄化. 对于光注入S-VCSEL所产生的线宽为5.509 MHz的毫米波, 在引入偏振旋转光反馈后, 毫米波线宽可以降低到230.2 kHz. 本文的研究对高速光载无线(RoF)系统中优质毫米波信号的获取具有一定的参考意义.     

基于热质理论的广义热弹性动力学模型

具有微尺度传热特征的超常传热过程中,热流矢与温度梯度之间存在延迟效应,且热流的运动受到空间效应的影响.基于热质概念的普适导热定律,结合Clausius不等式和Helmholtz自由能公式,构建了计及热流矢和温度对时间和空间惯性效应的广义热弹性动力学模型,推导了各向同性材料超常传热行为的热弹性控制方程组.通过与已有广义热弹性动力学模型进行对比分析可得,当热流密度不大的条件下,热流矢与温度对空间的惯性效应可忽略时,基于热质概念的广义热弹性模型可分别退化为L-S,G-L和G-N的模型;对于尺度微观、稳态导热条件时,热流矢与温度对空间的惯性效应不可忽略,此时导热系数将受到热质运动惯性效应的影响,利用所建模型可揭示稳态导热时呈现的非傅里叶现象,并可避免基于已有广义模型得到的导热系数随结构特征尺寸变化的非物理现象.     

霍尔推力器热模型研究

为了对霍尔推力器的热分析研究提供准确的能耗加载条件,开展了霍尔推力器稳态工况下的热模型研究。基于等离子体理论,分析放电室内各项能量损耗机理,并建立各能量损耗与推力器工作参数、性能参数和结构参数的相关函数,系统地得到了霍尔推力器的完整热模型。以LHT100推力器为研究对象,热模型计算结果显示：额定工况下束流能量损耗约889 W,壁面能量损耗约300 W,阳极能量损耗约44 W,电离能量损耗约43 W,辐射能量损耗约34 W等。以此能量损耗作为热边界条件进行有限元分析,并开展热平衡试验进行验证,计算结果与试验结果吻合较好,最大误差小于5%。     

一种能克服两方程湍流模型刚性的流热一体化算法

使用流热一体化算法解决传统耦合算法难于处理的流场与固体温度场耦合计算问题.为保证其计算效率,提出一个简单有效的方法用以克服两方程湍流模型刚性.给出该方法的理论证明,并验证其配合多重网格提高LUSGS隐式时间推进法的计算效率.     

基于热子气模型分析纳米梯形板的热整流机理

本文基于热质概念和热-流比拟将固体导热问题转化为热子气的流动问题,研究了纳米梯形板导热的热整流现象。采用Monte Carlo数值模拟揭示了梯形微通道内气流的整流比随通道夹角的变化规律,并以此分析了纳米梯形板导热的热整流规律,与文献中的分子动力学模拟结果符合较好,从而验证了热子气模型的有效性。通过分析压差驱动力与壁面摩擦阻力随梯形通道夹角的变化关系初步揭示了纳米梯形板热整流效应的机制。     

高温超导热激活模型新论

本理论考虑了Ａｎｄｅｒｓｏｎ热激活模型中磁通涡旋线的反向跃迁，即从低势能向高势能的跃迁，解出高温超导磁通动力学的Ｍ￣ｌｎｔ关系，Ｅ（ｊ）￣ｊ关系，不仅使经典的Ａｎｄｅｒｓｏｎ热激活理论碰到的困难全部得到解决，而且解释了以前诸理论不能解释的实验现象。理论首次得到：在给定温度下Ｅ（ｊ）￣ｊ的正、负曲率，并给出正、负曲率的判据；严格的解出当ｊ→０时，Ｅ→０和ρ趋向常数。理论解释了到目前为止高温超导磁通     

热声现象的一种非线性模型的研究

本文对一种准一维非线性热声模型进行研究,利用该模型初步预测了一种热声驱动器的工作特性,并采用一种更简便的差分格式对系统中发生的非线性现象进行了数值模拟。结果表明,在频域内和线性条件下,该模型简化为经典的线性热声模型,可以预测热声驱动器的起振温度梯度;在时域内和非线性条件下,该模型可以模拟热声系统内的瞬态压力波由初始增长,经过非线性演化,最终达到饱和的全过程;最后,还讨论了板叠上的温度差对饱和压力波的影响。     

大功率VCSEL三角列阵的空间相干性

由厄米-高斯光束理论和空间相干性定理出发,研究了大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)三角形列阵器件的光束质量和空间相干特性.采用二阶距法和空间相干度积分法得到980 nm波段VCSEL三角列阵器件的远场发散角和空间相干度,并讨论了列阵器件单元间距对其远场特性和空间相干特性的影响.实验结果表明:当三角列阵单元孔径为150 μm时,随着列阵单元间距由200 μm增大到300 μm,列阵器件的远场发散角由9.5°增加到12.5°,而其空间相干度由0.719减小到0.526.在相同注入电流条件下,3种列阵器件的出光功率基本相同.     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

高功率垂直腔面发射激光器的湿法腐蚀工艺

为提高高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)光电性能,对氧化限制型高功率VCSEL湿法腐蚀工艺进行了实验研究。实验中采用H₃PO₄系溶液替代以往制备此类器件常用的H₂SO₄系溶液作为高功率VCSEL外延片的腐蚀液,利用扫描电镜(SEM)研究了腐蚀后外延片氧化窗口的腐蚀形貌变化与腐蚀液浓度的关系,消除了以往采用H₂SO₄系溶液腐蚀时,高功率VCSEL氧化层侧壁出现的"燕尾"结构;通过改变湿法腐蚀工艺的外部温度条件和腐蚀液的浓度配比,实验研究了高功率VCSEL湿法腐蚀速率规律,最后得出了制备高功率VCSEL时湿法腐蚀工艺的最佳外部温度条件与腐蚀液的最佳浓度配比。     

Enhanced thermal stability of VCSEL array by thermoelectric analysis-based optimization of mesas distribution

The thermal stability of a vertical-cavity surface-emitting laser(VCSEL) array is enhanced by redesigning the mesa arrangement. Based on a thermoelectric coupling three-dimensional(3D) finite-element model, an optimized VCSEL array is designed. The effects of this optimization are studied experimentally. Power density characteristics of VCSEL arrays with different mesa configuration are obtained under different thermal stress in which the optimized device shows improved performance. Optimized device also shows better stability from measured spectra and calculated thermal resistances. The experimental results prove that our simulation model and optimization is instructive for VCSEL array design.     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制,提高其光电特性,对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下,对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪,对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化,对氧化过程进行了分析与讨论,推导出在一定的温度下,氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中,适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.     

Spatiotemporal and Thermal Analysis of VCSEL for Short-range Gigabit Optical Links

High-speed Optoelectronic Modules using Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL) coupled to Multi Mode Fibers (MMF) are a performing and low-cost solution for 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) in short-distance optical links. A complete model of the spatiotemporal behavior of multimode VCSELs, through static and dynamic response, noise, thermal effects, and its coupling to MMF has been investigated. Relative Intensity Noise shows modal dependence and can be affected by spatial filtering due to coupling and fiber propagation. Simulations permit to evaluate critical parameters, such as modulation formats, launching conditions, and operating temperature for global bandwidth and eye diagram optimization up to 10 Gb/s. Simulation results are compared to measurements on prototype optoelectronic modules.     

GaN基蓝光VCSEL的制备及光学特性

利用金属有机物气相沉积技术(MOCVD)在(0001)蓝宝石衬底上生长了Ga N基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的多量子阱腔层结构。X射线衍射测量显示该多量子阱具有良好周期结构和平整界面。运用键合及激光剥离技术将该外延片制作成VCSEL,顶部和底部反射镜为极高反射率的介质膜分布布拉格反射镜(DBR)。在室温、紫外脉冲激光的泵浦条件下,观察到了VCSEL明显的激射现象,峰值波长位于447.7 nm,半高宽为0.11 nm,自发辐射因子约为6.0×10-2,阈值能量密度约为8.8 m J/cm2。在大幅度降低制作难度的情况下,得到目前国际最好结果同样数量级的激射阈值。降低器件制作难度有利于制备的重复性,有利于器件的产品化。     

外包壳对具有氧化孔径层的圆柱形VCSEL阈值增益的影响

采用矢量场模型,对具有诱人应用前景的圆柱形垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）的模式阈值增益进行了数值模拟;为减弱金属圆柱的反射以使理论计算更接近实际,采用两种方案,将外加金属包壳视为非理想导体,或在此基础上,将金属包壳与激光器主体结构隔开. 从模式的阈值增益与顶Bragg反射镜层周期数的关系方面,与理想金属外包壳情况进行了比较. 结果表明,高阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律基本相同,而0阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律相差较大.     

面向系统仿真的垂直腔表面发射半导体激光器模型

建立了一个基于速率方程,考虑了热效应、空间烧孔效应的垂直腔表面发射半导体激光器的模型,并根据其物理和几何特性,通过正交变换简化了速率方程的计算,从而得到一个新的高效的面向系统连接的仿真模型,并将此模型用于激光器和光纤之间的耦合。实验结果表明,此模型可以广泛地应用于面向系统连接的光学仿真。