Vernier阳极设计与成像模拟

光子计数成像探测器作为探测微弱光的重要手段,由微通道板,解码阳极以及后续的读出电路组成,其中解码阳极的性能直接影响着探测器的成像质量。作为一种电荷分割型阳极,Vernier阳极利用周期性的正弦电极区域替代了楔条形阳极(WSA)的线性电极,可获得高的成像分辨率和大的电极活动区域。根据Vernier阳极的设计原理对Vernier阳极进行了仿真和设计,首先,介绍了矢量形式的阳极解码,确定了阳极设计参量为阳极周期长度,电极振幅及电极波长;其次,分析了各阳极设计参量对探测器成像的影响,利用Labview软件分别模拟了电子云,Vernier阳极板以及其相互作用成像情况,确定了Vernier阳极周期长度与粗调波长之间的关系以及设计参数一定时,成像达到最佳的电子云大小,依照模拟结果和实际的加工条件,设计和制备了周期为891 μm,绝缘沟道为25 μm,振幅为50 μm,粗调数为5的九路Vernier阳极。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

双条形电极结构AlGaInP-LED微阵列器件的设计和实验研究

设计了一种基于AlGaInP发光材料的像素为320×240、单元像素面积为100 μm×100 μm 微型LED阵列。通过仿真和分析,设计了一种双条形电极结构。考虑到不同电极宽度下的电流分布情况以及电极的遮光效应,设计了电极宽度为13 μm 的优化电极结构,使得每个发光像素的表面出光面积比为50.15%,并分析了电极对有源层出射的光的反射影响。制定了基于MOEMS工艺的微型LED器件的制作流程并进行了基本实验研究,最终给出了制作出的上电极的单个单元照片。     

聚合物定向耦合电光开关的模拟和优化

阐述了定向耦合电光开关的基本结构及工作原理,利用耦合模理论和电光调制理论,在1 550 nm波长下,对器件的结构参量进行了优化,并对其传输光谱、开关电压、插入损耗、串扰等特性进行了分析.模拟过程中,考虑了因金属电极和聚合物材料引起的模式损耗.器件的结构参量优化值为：波导芯截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.5 μm、电极厚度为0.15 μm,波导间的耦合间距为2.0 μm,相应的耦合长度为2 926 μm.模拟结果表明,本文所设计的器件在开关转换电压0和17.4 V下,在1 534到1 565 nm的波长范围内,器件的插入损耗小于0.16 dB,串扰小于－20 dB,耦合区在2 734~3 120 μm范围内,器件的插入损耗小于0.22 dB,串扰小于－20 dB.     

聚合物阵列波导光栅复用器关键技术的研究

介绍了阵列波导光栅(AWG)复用器的工作原理;运用光栅衍射理论和马卡提里近似法,对中心波长为1.55 μm,波长间隔为1.6 nm的聚合物AWG进行参量设计,通过数值模拟验证了设计的正确性.用甲基丙烯酸甲酯类聚合物对AWG的制备工艺进行了研究,用铝作掩模制作了聚合物光波导,测试结果表明在1.55 μm处波导实现单模传输.     

小孔径微通道板

从空间分辨能力、时间分辨能力和动态范围方面介绍了通道小型化发展的趋势,根据微通道板性能和结构的关系分析了这种小型化带来的微通道板变形、破裂、结构错位等生产难题和解决方法.分析表明:美国MCP的孔径发展依次是12 μm,10 μm,9 μm,8 μm,6 μm和5 μm,先进国家微通道板孔径已经能够做到4 μm～5 μm,夜视仪的分辨能力已超过100 lp/mm;通道直径降至5 μm、4 μm甚至更低,通过改进材料成分和拉丝、排丝、压屏、酸溶工艺及设备可以实现5 μm以下小通道微通道板的制造.     

超细低水峰抗弯损光纤的设计及制作

采用全合成预制棒制造法（VAD＋OVD）和改进的G.652.D光纤拉制法制造光纤.研究了工艺中光纤芯径的大小、第一包层的厚度、芯包折射率差、芯包比等参量与光纤弯曲性能的关系,并据此制作了几种超细低水峰抗弯损光纤.该光纤的裸光纤直径约80 μm,涂覆后成品光纤直径约140 μm,当弯曲半径不小于7.5 mm时,能够在1 260～1 625 nm整个波段内满足DWMD的传输要求.     

电子束刻蚀法制作微米/亚微米云纹光栅技术

本文应用电子束刻蚀技术并结合真空镀膜技术提出了制作电子束云纹光栅的新方法。首次提出三镀层制作双频电子束云纹光栅的新工艺。所制得的光栅可在两频率下应用电子束云纹法测量物体的变形。同一般光栅相比 ,这种双频光栅变形量程范围更大。在本研究中 ,运用电子束刻蚀法并结合真空镀膜技术制作出 0 .1μm间距 ( 10 0 0 0线 /mm光栅 )的电子束云纹光栅。应用所制作的 10 μm/1μm双频光栅与相对应的电子束参考栅干涉 ,分别得到对应的电子束云纹场。文中对制栅工艺及方法进行了详细的讨论。     

用按需滴定技术制备聚合物微透镜阵列

采用高分子聚合物-单体混合溶液按需滴定-原位热聚合的新方法制作折射微透镜及其阵列.制备透镜的主要材料是甲基丙烯酸甲酯及其聚合物.制备的微透镜直径在1 mm～3 mm范围内,矢高为100 μm～400 μm,透镜焦距在1 mm～4 mm之间.所得微透镜在波长λ=1.55 μm处有很好的光学透过率(90%),适于作光通信耦合器件.用AFM-Ⅱ型原子力显微镜测得微透镜阵列的表面粗糙度Ra约等于0.9 nm,并通过液体的表面张力理论分析了微透镜的形成机理.     

改进碳纳米管电接触及粘贴性能的一体式冷阴极制作

在阴极玻璃面板上研发了一种新型的一体式冷阴极.印刷的银浆被烧结后用于形成银底电极.制备了薄层底电极浆料,其中含有大量碳纳米管.将薄层底电极浆料印刷在银底电极表面,然后再将普通碳纳米管浆料制作在烘烤的薄层底电极浆料上.利用高纯度氩气作为保护气体,在烧结炉中对这两种浆料同时进行烧结.烧结后的薄层底电极将和银底电极相互融合在一起,碳纳米管层则覆盖于薄层底电极的表面.同一阴极像素中制作了两个碳纳米管发射极.备用碳纳米管发射极的存在,有利于延长整体显示器的使用寿命.利用薄层底电极作为碳纳米管层和银底电极之间的中间层,能够有效改善碳纳米管的粘贴性能,同时增强二者之间的可靠欧姆接触.利用碳纳米管作为阴极制作了一体式冷阴极场发射显示器.该显示器具有良好的发光图像质量以及更好的场发射特性.与普通碳纳米管阴极场发射显示器相比,一体式冷阴极场发射显示器能够将开启场强从2.11 V/μm减小到1.68 V/μm;将最大场发射电流从905 μA提高到1 866.2 μA;数值为367 μA场发射电流的电流波动不超过4.5％.该一体式冷阴极场发射显示器已经以稳定的发光亮度而连续运行10余天.     

An Optical Particle Counting System for Testing Industrial Pulse-Cleaned Cartridge Dust Collectors

An optical particle counting system has been developed for testing industrial pulse-cleaned cartridge dust collectors. The system is applied to measure fractional penetration of a full scale dust collector and to study its short term and long term dynamic behavior. Results show collector efficiencies for dust loadings of 23 g/m³ exceeding 99.999% over the particle size range from 0.5 μm to 10 μm, with a minimum fractional penetration occurring at approximately 2 μm.     

Self-extraction of negatively charged carriers from anodic vacuumarcs

Measurement and magnetic analysis of self-extracted negatively charged carriers (NCCs) from anodic vacuum arcs are presented. They flow to charge collectors made of stainless steel, which are electrically connected to a cathode. When a 60-Hz sinusoidal arc current of 40 kA is burned on 20-mm-diameter copper electrodes spaced 4 mm apart, a negative current of approximately 900 A flows to a cylindrical collector surrounding the arc. The floating collector potential relative to the cathode is measured, and the mean energy of the NCCs is estimated to be greater than 40 eV. It is difficult for the NCCs to flow from anodic vacuum arcs when an anode is made of zinc or cadmium, the atoms of which have electron affinities of less than 0 eV. A magnetic filter of about 500 G, which is placed between the arc and a 30-mm-diameter circular collector, does not affect the NCC's flow from a 4-kA arc burned on copper electrodes. It is possible to extract a large amount of negative copper ions from the anodic copper vacuum arcs     

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法.采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕.当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置...     

波长扫描法布里-珀罗干涉仪的优化设计

分析了可用于绝对距离测量的波长扫描法布里－珀罗干涉仪腔内多光束干涉对输出信号的影响, 及由此产生的相位测量误差。研究表明, 通过选择合适的腔端面反射率和参考腔长度可以减小相位测量误差。优化选择的腔面反射率为０．１０～０．１５, 参考腔长为０．９５ ｍ ｍ , 在１ ｍ ｍ 范围内系统可达到０．０５ μｍ 的测距精度。     

全景环形成像傅里叶变换光谱仪光学系统设计

提出了一种可以实现红外全景环形光谱成像的新型傅里叶变换成像光谱仪结构,该成像光谱仪以共焦双曲反射镜组作为全景环形集光器,利用Schwarzchild物镜进行准直,结合弹光调制干涉仪,成像透镜组以及HgCdTe红外焦平面阵列构成。介绍了全景环形成像傅里叶变换光谱仪基本工作原理及成像特性,讨论了双曲面反射全景环形集光器和Schwarzchild物镜准直器等各光学结构的设计方法,并给出了设计结果及优化方案。最后,采用Zemax光学设计软件对系统进行了光线追迹和优化,结果表明,成像光谱仪工作在8 ｍ~12 ｍ波段,有效焦距为-0.67 mm,侧向视场为40~80,F#0.9,像点弥散斑RMS半径为20.116 m,在一个像元直径内,MTF在16 lp/mm处均高于0.5,且各视场一致性较好,OPD像差在0.4范围内,成像质量良好。     

Sizing of Submicron Aerosol Particles by the Whisker Particle Collector Method

Samples of an alumina powder aerosol were collected on whisker particle collectors and analysed following an improved evaluation scheme which allows the empirical size distribution to be corrected for the effect of a non-uniform collection efficiency. The measurement results are given in terms of log-normal distribution functions. Some ambiguity was encountered in interpreting particle aggregates that were found on the whisker collectors. By including the results of laser light-scattering experiments in the size analysis, this ambiguity was removed. Advantages and disadvantages of the whisker collector concept compared with light-scattering methods are discussed.     

电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响, 用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布, 分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响, 并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明：激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制;电子的能量越高, 在材料中的穿透能力越强, 收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响, 可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力：一是通过结构设计增大电子束的收集面积, 减小收集极上被收集电子束的束流密度;二是设计高阻抗器件, 增大被收集电子束的电子能量, 减小收集极上被收集电子束的束流密度。     

电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响北大核心CSCD

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响,用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布,分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响,并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明:激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制;电子的能量越高,在材料中的穿透能力越强,收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响,可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力:一是通过结构设计增大电子束的收集面积,减小收集极上被收集电子束的束流密度;二是设计高阻抗器件,增大被收集电子束的电子能量,减小收集极上被收集电子束的束流密度。     

可见光/长波红外共聚焦窗口望远物镜设计

双波段/多波段融合成像技术受到普遍重视,使得双波段光学系统尤其是可见光/长波红外(VIS/LWIR)成像系统成为研究的重要方向之一。在分析反射式、折反式和折射式双波段成像系统的结构形式以及常用的折射共窗口系统的组成和特点的基础上,针对双波段系统在应用中的欠缺,设计了一款可用于手持式设备的VIS/LWIR共窗口折射望远系统,系统的主要技术指标为:0.6～0.8μm(VIS),8～12μm(LWIR),f′VIS=47 mm,f′IR=58mm,2ω=9.8°,FVIS=2,FIR=1.3。设计结果符合各项指标,像质在两个波段均满足使用要求。整个光学系统尺寸为51mm×93mm×136mm,结构紧凑,实用性强。     

干涉仪胶合和准确度分析

介绍了Sagnac型干涉仪错位量与成像光谱仪极限光谱分辨率的数学关系.在干涉仪胶合过程中,以波长为543.5 nm的激光器做为单色光源,利用带有十字丝目标的平行光管、标准镜头(焦距为50.1 mm)、CCD(像元大小为9 μm)探测器组成测试系统,来确定两块半五角棱镜胶合时的错位量.利用波长为632.8 nm的激光器做为单色光源,对整个成像光谱仪的分辨率进行检测,证明采用的干涉仪胶合方法可以保证胶合产生的剪切量满足光谱分辨率的要求.对于影响胶合错位量的因素进行了分析,计算了干涉仪的胶合准确度,得出影响干涉仪胶合错位量的主要因素是读数准确度.