位错型微机械可变光衰减器的研究

介绍了一种基于微机械技术实现的可变光衰减器,通过微电磁驱动器改变输入输出光纤之间的径向偏移量来调整衰减量。基于波导传输理论分析确定了器件的结构参量,并通过集成电路微细加工工艺实现了器件的制作和封装。测试结果表明,该可变光衰减器的插入损耗小于1dB,动态范围约35dB,工作电压小于5V,偏振相关损耗小于0.1dB,体积为20mm×15mm×8mm,有望为全光网提供一种低成本,高性能的光通信器件。     

高温超导宽带连续通道低差损小型化双工器的仿真研究

利用全波电磁仿真软件IE3D,研究并设计了高温超导宽带低插损小型化的微波双工器,使用的导体材料是双面氧化物高温超导薄膜YBCO,基片是厚度为0.5mm介电常数为23.5的LaAlO3.双工器的工作频段为2-2.5GHz和2.5-3 GHz,在液氮温区77 K时,带内插损小于O.3 dB,通带问带外抑制大于30dB@中心频率.对将来高温超导信道化接收机系统的研究和设计具有重要的意义.     

高灵敏度高温超导接收机前端

概述了高温超导接收机前端在地面移动通信、为卫星有效载荷星上通信机和其它电子系统方面的应用.介绍了超导接收机中决定灵敏度最关键的器件高温超导带通滤波器和低噪声放大器的近年发展情况,进而介绍了高温超导接收机前端的技术发展开发.电子科技大学应用高温超导薄膜研制了X波段低插损(L=0.3dB)窄带通滤波器(BPF)和中频带通滤波器(IFBPF),同时研制了X波段工作于77K液氮温区的NF为0.36dB的低噪声放大器(LNA).引进了工作于77K液氮温区的插损为6dB的混频器(MIX)和中频放大器(IFA).从而研制成功国内第一台高温超导高灵敏度接受机前端系统.为尽可能提高接收机灵敏度,采用低插损、低导热的薄壁不锈钢电缆为输入端电路,组建了用液氮制冷的BPF-LNA-MIX-IFBPF-IFA电路型式的接收机前端电路.获得的主要指标为:工作频率:f=9500MHz;中频带宽:BIF=5MHz;工作温度:T=77K;灵敏度:S=-106.18dBm(24.1μμW);噪声温度:Te=58K.     

氮氧化硅/聚合物混合集成低功耗可变光衰减器

利用具有相反热光特性的氮氧化硅与聚合物材料,采用混合集成波导结构设计了一种低功耗S型可变光衰减器.该衰减器以聚合物为芯层材料,氮氧化硅为包层材料,在弯曲波导上方制作加热电极从而通过热光效应来实现可调谐的衰减功能.理论分析表明,对于1.55μm的工作波长,衰减器实现50dB的衰减仅需要3.6mW的功率.实验结果可实现0~40dB的衰减范围,相应的最大温度变化为70.4℃,器件插入损耗为5.4dB.     

常用微波衰减器脉冲功率容量测试

提出了一种微波衰减器脉冲功率容量的测试方法,该方法可概括为利用定向耦合器组测试比对法,测试系统主要由微波源、定向耦合器组、衰减器、检波器及示波器等器件及设备组成。选取了广泛应用于高功率微波测试系统的波导衰减器及同轴衰减器进行了功率容量测试。初步测试结果表明:在X波段,对于μs量级脉冲宽度的单脉冲,衰减材料为羟基铁的BJ-100矩形波导式衰减器的脉冲功率容量可达50 kW,厚膜电阻为衰减材料的N型接头的同轴式衰减器的功率容量可达10 kW以上。     

窄带大功率高温超导滤波器的研制

本文中,我们介绍一个中心频率大约为2.015GHz,相对带宽小于0.35%,通带内回波损耗大于20dB,带外零点高度大约为-45dB,通带内插损小于0.2dB的窄带四阶双模片型高温超导滤波器.我们对该滤波器在不同输入功率下的传输特性曲线进行了测试,测试结果表明,在输入微波信号功率值为11.7W的情况下,该器件的传输特性曲线没有发生显著退化.     

高温超导窄带低插损小型化双工器的仿真研究

采用IE3D软件,利用全波电磁仿真方法设计研究了高温超导窄带低插损小型化微波双工器,采用的材料是在厚度为0.5mm介电常数为23.5的LaALO3衬底上用磁控溅射法制备而成的双面氧化物高温超导薄膜Y B C O.利用在微波范围内,高温超导薄膜的Q值比常规导体高1～3个数量级的特点和其高介电常数的特点,实现了器件的低插损和小型化.     

调节精度可配置的可变光衰减器研究

设计了一种调节精度可配置的可变光衰减器结构,通过流体恒压泵驱动薄膜弹起,将流体压力/压强调节转化为光纤微位移控制,实现对接光纤横向位错及光学衰减。使用多物理场耦合与三维时域有限差分的方法对结构模型进行分析,并利用精细加工技术实现了器件的制作。通过对薄膜厚度的选配,实现了光强耦合效率的精度可调配置。理论分析和实验结果表明,选用合适的膜厚得到本衰减器的插入损耗为1.24 dB,可变衰减范围大于60 dB,波长相关损耗小于1 dB。当设定可变光衰减器的光衰减动态范围分别为10 dB和40 dB时,配置0.5 mm薄膜厚度的调节精度分别优于0.04 dB和0.11 dB;当膜的厚度增加时,调节精度会更高。     

硅微机械F-腔可变衰减器光学特性分析

一种新型的硅微机械F P腔可变衰减器 ,具有体积小、插入损耗低、调节精度高等优点 ,介绍了其基本结构、基本原理。分析了F P腔两个反射镜的光学特性对F P腔性能的影响 ,包括两反射镜反射率对插入损耗、最大衰减量、工作范围的影响 ,以及F P腔腔长与衰减量之间的关系 ,分析了这种衰减器的带宽响应。衰减器体积只有 2 0 0× 2 0 0× 30 0 μm左右 ,插入损耗小于 2dB ,最大衰减量为 44dB左右。     

一种新型微机电系统可调光衰减器

一种新型的低成本、小体积的电磁驱动微机电系统可调光衰减器,可用于密集波分复用系统中各信道的动态增益平衡。该器件采用电磁线圈驱动绕100微轴转动的微反射镜,运动部件行程极小。驱动电压为0～8V,工作范围0～35dB,动态响应时间小于2ms,插入损耗小于0．8dB,回波损耗小于-50．5dB。器件采用微细电火花加工技术制作,加工精度为微米量级。技术成熟,工艺简单,易于批量生产。采用有限元分析软件ANSYS对器件的结构建模,对电磁场及衰减曲线进行了理论分析,并与实测数据进行了比较,得出了相当满意的结果。     

准分子激光扫描消融淀积大尺寸超导薄膜

利用我们设计的一套光学变换传输系统实现了激光束在超导靶上一定范围内扫描消融来淀积高T_c超导薄膜。实验表明用这种激光扫描消融方法可使大尺寸超导薄膜的厚度均匀性得到较大的改善。我们采用激光扫描半径为9mm在12mm×33mm的Y-ZrO₂基片上淀积出零电阻温度T_c≥90K,临界电流密度J_c(零磁场,77K)≥1×10⁶A/cm²,薄膜c轴择优取向,厚度均匀性较好的YBa _关键词：     

Electro-mechanical behavior of single twisted high-temperature superconducting tape under transverse Lorentz force

In recent years, several cabling methods of high temperature superconducting (HTS) cable have been proposed; e.g., the conductor on a round core cable (CORC), the Roebel assembled coated conductor cable, the helical twisted stacking-tape cable (TSTC) and the twisted-stack slotted core HTS cable (TSSC). These cabling methods allow the high temperature superconducting tapes widely used in the high-field magnets. The single superconducting tape performance under applied loads directly relates to the transport performance of the cable and the choice of the cabling method. In this paper, we investigate the effect of twisting morphology on the electro-mechanical properties of HTS tapes. Particular attention is given to the transverse Lorentz force of a pre-twisted HTS tape. The analytical solution of the deflection of the HTS tape under transverse Lorentz force is derived. Then, the current distribution and AC loss of the tape are calculated by using H-formulation. The effects of twist angle and loading conditions are examined for different HTS tape lengths. The results show that the stiffness resistance ability to Lorentz force of the HTS tape can be increased in several ranges by increasing the twist angle. The twisting structure can also reduce current degradation and AC loss, and thus enhance the transport capacity of HTS tape. This study helps understand the electro-mechanical properties of pre-twisted HTS tapes and provides theoretical reference for the design of novel HTS cable structures.     

场效应器件低温特性与低噪声放大器

高温超导滤波器与低噪声放大器(LNA)组成的射频接收机前端设备具有高选择性、高灵敏度和极低的噪声,因而展现出广阔的应用前景.本文研究了场效应器件的低温物理特性和电学参数,研制了一种适用于高温超导微波接收系统的低温低噪声放大器,在60K工作温度下,具有很好的噪声特性.包括高电子迁移率场效应晶体管在内的元件参数均在60K温度下进行了实际测量.放大器的各项指标与设计值吻合,工作频段为800MHz～850MHz,增益大于18dB,输入输出驻波比小于1.2,噪声系数小于0.22dB.     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.     

Induced current of high temperature superconducting loops by combination of exciting coil and thermal switch

With its commercialization, the second-generation (2G) high temperature superconducting (HTS) RE—Ba—Cu—O (REBCO, RE is rare earth) tape is extensively applied to the superconducting magnets in the high magnetic fields. However, unlike low temperature superconducting (LTS) magnets, the HTS magnet cannot operate in the persistent current mode (PCM) due to the immature superconducting soldering technique. In this paper, an exciting method for two HTS sub-loops, so-called charging and load loops, is proposed by flux pump consisting of exciting coil and controllable thermal switch. Two HTS sub-loops are made of an REBCO tape with two slits. An exciting coil with iron core is located in one sub-loop and is supplied with a triangular waveform current so that magnetic field is generated in another sub-loop. The influence of magnetic flux on induced current in load loop is presented and verified in experiment at 77 K. The relationship between the induced magnetic flux density and the current on the sub-loops having been calibrated, magnetic flux density, and induced current are obtained. The results show that the HTS sub-loops can be excited by a coil with thermal switch and the induced current increases with magnetic flux of exciting coil increasing, which is promising for persistent current operation mode of HTS magnets.     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.     

高时间分辨辐射温度测量技术

 通过对影响测量辐射温度时间分辨因素的研究,得出影响测量时间分辨的主要因素是系统的偏压、电缆的长度与带宽、衰减头的带宽和示波器的带宽与采样率。通过提高系统的偏压（3 kV）、缩短电缆的长度（2 m）、使用高带宽的衰减头（18 GHz）和高带宽（6 GHz）和2×10¹⁰／s采样率的示波器,在Silex-Ⅰ激光装置上进行系统的时间分辨测量,系统的上升时间为130 ps,时间分辨为215 ps。利用该系统,在上海神光Ⅱ装置开展的实验中,时间分辨好于215 ps,观测到了激光脉冲调整后辐射温度随时间的变化。     

超导滤波器、超导卫星接收机和超导气象雷达的研究进展

近年来，国际上高温超导微波器件的应用取得了重大突破，国内的高温超导微波应用也取得了重要进展．文章回顾了中国科学院物理研究所在探索具有高性能的高温超导滤波器以及同一芯片上不同类型超导滤波器的集成等方面的一些进展，其中部分滤波器分别在相对带宽（优于0．25％）、返回损耗（优于-22．5dB）、带边陡度（例如大于140dB／MHz）、指定频段的抑制（超过110dB）等方面显示了优异的性能．对于在国内进行的首次高温超导滤波器空间环境模拟试验、首次使用高温超导滤波器子系统的卫星接收机前端地面试验和首次使用高温超导微波子系统的气象雷达的现场试验，文章也做了介绍．