二值噪声驱动下二阶线性系统的随机共振

研究了二值噪声驱动下二阶线性系统的随机共振问题. 采用平均法推导出系统输出幅值增益的表达式,考察了幅值增益与系统频率、输入信号频率、噪声强度和噪声相关时间的关系,发现系统输出幅值增益随这些参量呈单峰共振变化. 另外,二值噪声的非对称性对共振峰值具有很大影响. 关键词： 随机共振 幅值增益 二值噪声 二阶线性系统     

抽运-检测型原子磁力仪对电流源噪声的测量

用于在宽量程范围内标定原子磁力仪的灵敏度的复现磁场通常由精密电流源和标准线圈产生,电流源噪声将直接影响原子磁力仪在宽量程范围内标定的灵敏度.本文基于抽运-检测型原子磁力仪首先提出抑制复现磁场漂移的磁补偿方法,其次开展宽量程范围内电流源的噪声和原子磁力仪的灵敏度之间依赖关系的研究.研究结果表明,抽运-检测型原子磁力仪的灵敏度主要由电流源噪声决定,因此可用特定磁场下的灵敏度估算电流源在对应输出电流条件下的电流噪声.本文研究对弱磁传感器灵敏度指标的标定、高精度电流源的研制、磁感应强度计量和电流计量的协同发展都具有参考价值.     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管潜在缺陷退化模型

基于金属-氧化物-半导体-场效应管(MOSFET)辐射损伤的微观机理,推导出了MOSFET经历辐照之后氧化层空穴俘获与阈值电压漂移之间关系的表达式.又根据MOSFET中1/f噪声产生的微观机理,建立了辐照之前MOSFET的1/f噪声功率谱幅值与阈值电压漂移量之间的定量关系,并通过实验予以验证.结果表明,辐照之前的1/f噪声功率谱幅值与辐照之后的阈值电压漂移量存在正比例关系,阈值电压漂移量可以反映出MOSFET内部的潜在缺陷的退化程度,因此,该模型有助于利用1/f噪声参量来表征MOSFET内部潜在缺陷的数量和严重程度.     

Co基金属纤维不对称巨磁阻抗效应

以直径32 μm的熔体抽拉Co基非晶金属纤维为研究对象, 分析了该纤维不同激励条件下的巨磁阻抗(giant magneto impedance, GMI)效应. 实验结果表明: 这类纤维的GMI效应具有不对称性特点, 即 AGMI (asymmetric GMI)效应. 同时, 发现AGMI效应随激励条件不同而变化, 随交流频率或者激励幅值升高而逐渐增强; 当存在一定偏置电压时, AGMI效应大幅增强. 通过研究纤维的磁化过程, 分析了Co基金属纤维的AGMI效应. 由于Co基熔体抽拉纤维具有螺旋各向异性以及磁滞的存在使得GMI效应具有不对称性, 频率升高或者激励电流幅值增加有利于壳层畴环向磁化, AGMI增强. 当在纤维两端施加偏置电压时, 偏置电流诱发环向磁场增强了环向磁化, AGMI效应提高; 偏置电压较低时磁场响应灵敏度提高, 同时磁化翻转向高场移动, 阻抗线性变化对应的直流磁场区间增大. 这一方面拓宽了GMI传感器工作区间及灵敏度, 另一方面不利于获得更大的磁场响应灵敏度. 10 MHz (5 mA)激励时, 施加1 V强度的偏置电压后, 对应的磁场灵敏度从616 V/T 提高至5687 V/T; 偏置电压为2 V时, 灵敏度降低到4525 V/T. 因此, 可以通过适当提高环向磁场的方法获得大的磁场响应灵敏度及阻抗变化线性区域.     

渐变折射率传感气室中干涉噪声的数值模拟与分析

在直接红外吸收式光纤气体传感器中,由渐变折射率（Graduated Refractive Index,GRIN）棒透镜构成的微型传感气室有着广泛的应用。分析了GRIN气室中的干涉噪声信号和甲烷信号,并利用MATLAB对干涉噪声信号的幅值与分布反馈式半导体激光器（DFBLD）的频率调制幅度之间的关系以及干涉噪声对气体检测灵敏度的影响进行了数值模拟与分析。当前谐波检测技术是气体检测的一种非常重要的技术,这种技术需要检测气体吸收信号的一次、二次或更高次谐波。而GRIN气室的二次干涉噪声对浓度信号有很大的影响,研究发现当频率调制幅度达到某些特定频率值时,二次干涉噪声信号的幅值变为零,通过调整气室参数和DFBLD的调制频率可以削减干涉噪声的影响从而提高谐波检测技术的检测灵敏度。     

Logistic系统跃迁率的时间延迟效应

本文研究了时间延迟对Logistic系统从亚稳态跃迁到稳定态的跃迁率的影响. 假设在细胞演化过程中细胞衰减存在时间延迟,利用小延迟时间条件下一阶近似方法和最陡下降法导出了系统的跃迁率解析式. 数值计算结果表明,内噪声,外噪声和内外噪声之间的关联促使系统从亚稳态跃迁到稳定态, 而时间延迟阻碍了系统从亚稳态到稳定态的跃迁, 即时间延迟增强了系统亚稳态的稳定性. 关键词： Logistic模型 跃迁率 时间延迟 噪声     

隧穿磁电阻效应磁场传感器中低频噪声的测量与研究

基于隧穿磁电阻效应(TMR)的磁场传感器具有很高的磁场灵敏度, 但同时噪声也较大,有效抑制TMR磁场传感器的噪声, 尤其是低频噪声的抑制对于其在高灵敏度要求场合的应用具有重要的意义. 本文采用高精度数据采集卡搭建了噪声测量系统, 测量了全桥结构TMR磁场传感器的噪声频谱图, 发现TMR传感器的噪声在低频段表现为1/f特性, 同时噪声功率谱密度与工作电流平方成正比关系; 低频噪声在自由层翻转区间内噪声急剧增大, 证明了1/f噪声主要来源于磁噪声, 这一结果为TMR磁场传感器的噪声特性优化指明了方向.     

MOSFET辐照诱生界面陷阱形成过程的1/f噪声研究

基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设,推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系,建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式,并通过实验予以验证.研究结果表明,由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中,从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量,因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具,对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型.     

基于差分光声池结构的高灵敏度一氧化碳气体传感器(特邀)

搭建了一套高灵敏度的光声一氧化碳气体传感器。采用波长为1 566.3 nm的近红外分布式反馈激光器作为激励光源,并利用商用光纤放大器将激光功率泵浦到10 W量级,解决了由于近红外波长区域吸收线强较弱带来的探测灵敏度低等问题。设计了由两个结构完全相同的光声共振腔构成的双通道差分光声池,抑制了由高功率激光引入的窗口噪声。通过优化传感器的激励光功率和工作压强,在50 ppm的CO/N_2标准气中,获得的光声信号幅值为1.38 mV,1σ噪声为0.96μV,探测信噪比为1 437.5,探测灵敏度为34 ppb,归一化噪声等效系数为1.74×10~(-8)cm~(-1)W/Hz~(1/2)。     

MOSFET 辐照诱生界面陷阱形成过程的1/f噪声研究

基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式，并通过实验予以验证.研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型. 关键词： 辐照效应 界面陷阱 1/f噪声 氧化层空穴俘获     

Multi-core orthogonal fluxgate sensor

A multi-core orthogonal fluxgate sensor is presented, in which the sensing element is formed by multiple insulated thin-wires of a soft ferromagnetic material. Experiments were conducted to investigate the characteristics of the sensor. The results showed that the sensor sensitivity increased exponentially with increasing the number of cores in the sensing element. Such an increase was neither due to increase in the excitation current passing through the sensing element because the number of cores was increased, nor due to the increase of the ferromagnetic material in the sensing element. The results further showed that the sensitivity increases with increasing the number of cores exponentially only if the multiple cores of the sensing element are closely packed, and that there is a resonance in the sensing output corresponding to an external field, which becomes significant as the number of cores reaches a certain large value and varies in its corresponding external magnetic field with the frequency of the excitation current. All the results indicated that in multi-core orthogonal fluxgate sensor, driven by the high frequency of the excitation current passing through the multiple cores, there is a dynamic magnetic interaction between the cores in the sensing element, which increases the sensitivity.     

Dynamics of interphase domain walls during a Morin-type phase transition

The dynamics of 90-degree interphase domain walls during a first-order Morin-type spin-reorientation phase transition is studied theoretically. It is shown that an oscillatory motion of the walls with an amplitude that depends linearly on the field amplitude, as well as a drift motion of the wall at a velocity proportional to the square of the field amplitude, are driven by an external oscillating magnetic field. Drift of the entire domain structure as a whole is predicted to be possible. Fiz. Tverd. Tela (St. Petersburg) 41, 274–282 (February 1999)     

滤波器与随机共振结合检测微弱信号

基于双稳随机共振系统及滤波器的不同特性,本文提出了一种将两者结合起来检测微弱周期信号的方法,先用自适应前置滤波器对输入的弱周期信号及噪声进行滤波,再使其通过双稳随机共振系统,进而检测出弱信号。对比只有双稳随机共振的系统,仿真结果表明此时的输出信号中待测信号频谱幅度得到了很大的提高,且周围的干扰信号也得到了明显的削弱,即两者的结合使用可以更好的检测出微弱信号,这对强噪声背景下的信号检测有很强的实用性。     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

Fluctuations in optical bistable systems

The bistable behaviour of an ensemble of two level atoms driven by a coherent external light field is discussed in the adiabatic limit when the relaxation of the atoms is fast compared to the relaxation of the field. The influence of the different noise sources is discussed separately in a one-dimensional approximation by neglecting the phase fluctuations. In the case where the fluctuations of the driving field play the dominant role, an exact solution of the two-dimensional stationary Fokker-Planck equation is derived describing amplitude as well as phase fluctuations.     

Effect of the Excitation Radiation Coherence on Oscillations of the Photon Echo Intensity

The physical reasons for observing the splitting of optical lines several orders of magnitude smaller than the spectral width of a laser pulse are investigated. A theory of coherent and incoherent photon echo (PE) in an external static magnetic field and in the presence of a pulsed magnetic field, which causes oscillations of the PE intensity, is elaborated. It is shown that the periods of oscillations in the echo intensity, the echo duration, and the dimensions of the regions in the inhomogeneous line, where the excited ions are coherent, do not depend on the degree of coherence of the laser pulse and on the external static magnetic field. As follows from the theory, in the case of the coherent excitation of the echo, the amplitude of the intensity oscillations is independent of the external static magnetic field if the inhomogeneous line is symmetric. It is shown that the amplitude of the oscillations at the incoherent excitation of the echo is equal to the autocorrelation function of the distribution function of the transition frequency along the inhomogeneous line with the argument equal to the Zeeman splitting of the optical line in the external magnetic field. In this case, the experimental values of the oscillation amplitude are in good agreement with the calculated values of the autocorrelation function for the total inhomogeneous line in LuLiF₄:Er³⁺ (⁴I_15/2?F_9/2 transition). In the same way, the autocorrelation function has been obtained for YLiF₄:Er³⁺ on the same transition.     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性．本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量．将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.093 9μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性．     

Magnetooptical absorption of a molecular crystal in the exciton frequency range

Nonlinear absorption of a molecular crystal in an external magnetic field is considered. The exciton absorption shape functions under polarized laser radiation and a weak magnetic field, as well as the mechanisms responsible for the formation of a hysteresis loop in the dependence of the output light intensity on the applied magnetic field, were studied for the particular case of benzene. It was established that, for the magnetooptical response of the molecular crystal under study, the formation of bistable loops is inverse in character, which makes it possible to monitor and control the behavior of bistable elements in optical logics systems with an external magnetic field at a fixed illumination frequency.     

极化检测型铷原子磁力仪的研究

针对交变弱磁场的检测,研制了一种基于极化-检测双光束结构的激光抽运铷原子磁力仪.为了获得该磁力仪对磁场的响应特性,通过数值仿真分析了信号幅度随极化磁场强度、弛豫时间的变化关系,并进行了实验验证.最后通过选择合适的极化磁场使磁力仪对待测磁场的灵敏度最大.实验结果表明,优化后磁力仪灵敏度为0.2pT/(Hz)~(1/2),响应带宽3.5kHz,可用于弱磁场磁共振、高频异常物理现象等信号的检测.