氮化镓基IMPATT二极管电学特性模拟研究

基于宽禁带半导体氮化镓材料,设计了传统的高-低结构的碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管,并对其直流特性和高频特性进行了模拟研究。模拟结果显示该IMPATT二极管工作频率达到300GHz,输出功率为1.94W,直流-射频转换效率达到17.2%,结果表明氮化镓材料在太赫兹器件制造领域应用潜力巨大。     

鳍线铁氧体隔离器的理论和实验研究

基于综合理论,对鳍线铁氧体隔离器进行进一步的理论分析和实验研究。为了改善器件的理论设计和实验调试,在X波段对波导隔离器移植为鳍线隔离器、阻抗匹配方法以及器件结构对性能影响等问题进行了系统的研究。理论设计与实验结果有良好的一致。X波段鳍线隔离器的性能为:插入损耗A_+<2dB,反向隔离A_->22dB,VSWR<1.20,频宽10％。所用偏磁场(约为1000Oe)比已经发表的其它X波段鳍线隔离器的偏磁场(约为3500Oe)低得多。     

一种折射率近零超材料的设计、制作和表征

利用人工结构制成的超材料能够实现天然材料所不具备的特性,电磁超材料作为一个新兴、多学科交叉领域,在理论探究和实验证明上都已成为近年来科学研究的热点之一,除单负和双负材料之外,电磁参数近零的超材料因其在光学隐身、天线雷达、军事等方面的应用也受到科学家的广泛关注。本文利用共振的H分形结构设计制作了在微波频段下折射率分布在[0,1]之间的微波超材料,而且利用微波波导传输线对多种变化尺度的晶胞结构进行电磁参数的测量,得到了每种晶胞结构对应的X波段折射率频谱,通过研究晶胞结构单元的等效电磁参数实现了一种折射率近零超材料,从而为实现近零折射率分布的变换光学器件如Inside-out Eaton Lens的实验研制提供了材料选择。     

常用材料的COM理论参数

材料的COM (耦合模 )理论参数是用COM理论研究、设计纵向耦合谐振器、横向耦合谐振器以及其他SAW (表面波 )器件的基础 .从理论出发给出了常用压电材料 (如 12 8°YZLiNbO3,4 1°LiNbO3,112°LiTaO3,34°ST石英等 )的COM理论参数 .并利用这些参数设计了谐振器与双工器 ,得到了与实验符合得非常好的结果 .     

波导铁氧体移相器和鳍线铁氧体隔离器的匹配设计和实验研究(英文)

E面电介质片或铁氧体片加载结构是波导铁氧体器件(例如移相器和鳍线隔离器)的一种常见结构。本文发展了E面部分加载器件的一种等效理论。E面加载结构可等效成充满均匀等效电介质的波导管。给出有关填充因子、有效介电常数、约化波阻抗和约化波导波长的理论公式。进行了波导铁氧体移相器和鳍线铁氧体隔离器的匹配设计。X波段的实验研究表明,在10％频宽内,VSWR<1.25(波导移相器)和1.5(鳍线隔离器)是能够实现的。设计与实验有良好一致。     

人工电磁超材料的电磁波调控特性

人工电磁超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,并且拥有可设计性和可灵活调节性质,可实现对电磁波传播性能进行新的调控,是近年来的研究热点.本文介绍了一系列运用人工电磁超材料调控电磁波传播的功能器件,包括非对称电磁波传输器件、可调节电磁波吸波结构、电磁波极化调制器件,磁性光子晶体、磁性左手材料和基于超导薄膜的太赫兹人工电磁超材料,这些器件运用人工超材料的特殊物理特性和参数可设计性,具有全新的功能和优势,有效提高了对电磁波的调控能力.     

基于超材料的X波段双频吸波体设计研究

文章设计了一种基于超材料的X波段双频吸波体,其结构单元由2个同心圆环的谐振结构、介质基板和金属基底组成。利用3D有限时域差分(finite difference time domain,FDTD)算法对吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟,该吸波体在X波段有8.842、11.86GHz 2个吸收频点,吸收率分别为98.86%、94.09%,基板的厚度是其中心频率工作波长的1/57。同时计算分析了不同极化角吸收率,结果表明该吸波体具有极化不敏感特性。对吸波体的结构参数(如基板厚度、介电常数和损耗角正切)对吸波性能的影响也进行了分析研究。     

基于相变材料GST的红外隐身多层膜设计与光谱性能研究

为了实现在不同背景温度条件下的红外隐身, 需要研究具有可调发射率的红外隐身材料. 此外, 多波段兼容隐身技术在现代军事和科技中具有重要的研究价值. 本文设计了一种利用单一多层膜结构实现多光谱可调谐的超材料吸收器. 利用Ge2Sb2Te5 (GST)相变材料的晶态和非晶态不同属性, 该结构实现了在大气窗口8~13 μm波长范围内最大吸收率吸收从94.93%到9.19%的可控变化. 而且通过控制中间态, 结构对电磁波的吸收率可以实现连续变化. 同时, 该结构具有基于干涉效应的可调结构色, 通过改变顶层薄膜的厚度, 器件的颜色可以发生变化. 因而同时实现了在红外及可见光两个波段对电磁波的独立调控功能. 该超材料吸收器具有红外-可见光兼容隐身的潜在应用.     

多层电磁超材料在太赫兹技术中的应用研究进展

基于电磁超材料的电磁谐振通过合理设计可以实现太赫兹波段的频率响应,为太赫兹波调控开辟了新的道路,特别是利用多层电磁超材料设计的太赫兹功能器件.本文综述了当前国内外基于多层电磁超材料在太赫兹波段技术的应用研究进展,分类介绍了其在太赫兹滤波器、吸收器、偏振器等方面的应用,最后对多层超材料在太赫兹技术应用的发展趋势作了探讨.     

2μm波段锁模固体激光研究进展

中红外2 μm波段锁模超快激光在工业、军事、环境、医疗和科研等领域有着广泛的应用.随着中红外波段固体激光材料和锁模器件的不断发展,利用锁模技术直接产生2 μm波段固体超短脉冲激光成为有效的技术途径之一.本文综述了近十年来2 μm波段主动和被动锁模固体激光的研究进展,针对激光材料、锁模器件等方面的进展情况进行了回顾,并对未来2 μm波段锁模固体激光的发展前景进行了展望.     

半导体光电化学法测定半导体材料的物理参数

光电化学技术以它许多独特的优点为半导体性能测试提供了一种灵敏、方便,有时是其它方法也难以达到的综合性测试方法,尤其是对多层及异质结构材料多数的剖面分布测量.因此,它已广泛应用于材料性能测试和器件工艺.本文总结了半导体材料特性参数的光电化学测试技术,包括导电类型、p-n结位置、载流子浓度、少子扩散长度、深能级、禁带宽度、材料组份,以及部分参数的剖面分布的测定.介绍了国内外的研究进展.     

HgCdTe材料的制备及其红外器件综述

近年来，HgCdTe材料在红外领域的应用得到了长足的发展，并成为继Si和GaAs以后最为重要的半导体材料之一。在发展过程中，由最初的采用体材料直接制作器件，发展到目前利用薄膜技术来制作器件，并通过灵活运用各种薄膜的制备和掺杂技术，采用不同的器件结构，使器件的性能取得了极大的提高。由单元到多元到焦平面，由单色到双色，由低温到高温，由短波波段到长波波段，HgCdTe红外探测器已发展成为了种类最齐全，应用最广泛的一类红外探测器。     

亚毫米波对角喇叭天线的GA优化设计及其性能测试

应用遗传算法(GA)对工作于150 GHz的亚毫米波对角喇叭天线的辐射特性进行优化,并对优化结果进行了实验测试.针对亚毫米波波段的特点,采用口径积分法(AI)分析天线特性并由此构成GA的适应度函数,通过与Johnsson测量值和Virginia Diodes Inc公司实际产品的增益参数相对比,检验了适应度函数的正确性.根据GA优化后的对角喇叭天线结构,制作了实验样品,利用俄制返波管(BWO)和热膨胀式太赫兹波功率探测器,在准光实验平台上测试了该优化结构的增益范围和E面方向图.实验结果与GA优化所期望的目标相符合,证实了该优化软件在准光辐射器设计与研制中的可靠性.实验方案为亚毫米波乃至太赫兹波段电磁器件的参数测试、性能评估提供了一种便捷、有效的途径.     

超导纳米线单光子探测器研究新进展

现代科学技术已经发展到利用单个光子的量子态载运信息和进行计算.因此,高效、灵敏地探测单个光子是量子计量、量子通信、非线性光学等量子信息科学研究中最基础的技术之一.超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种新型单光子检测器,具有暗计数低、探测速率高、检测频谱宽等优点,在众多领域存在潜在应用.本文概述了超导单光子探测器的工作机制和理论模型,重点介绍了兼容4inch硅工艺的SNSPD器件的关键技术工艺,如器件设计、材料结构、制备工艺和封装技术等.研制的超导单光子探测器,在1550nm波段,系统的单光子检测效率最高达到75%,暗计数小于100cps,与国际最好水平相当.在不断提高SNSPD性能研究的同时,还开展了利用SNSPD进行光子数分辨的研究,以及将其应用于光时域反射仪(OTDR)中,进行长距离光纤状态的分析和检测研究.     

平面非周期聚焦光栅的模拟设计

使用严格耦合波分析和有限元模拟方法,设计了一种新颖的亚波长非周期高对比折射率光栅(HCG).该HCG的结构参数在1.55μm波长能同时满足在Si材料上制作聚焦反射镜和在Ga N材料上制作聚焦透镜,且具有符合微电子工艺的平面结构.模拟结果显示,2种HCG都具有大的数值孔径、很高的衍射系数和优秀的聚焦能力.由于具有相同的HCG结构参数,聚焦透镜和反射镜可以在制作工艺上使用同一光刻掩模版,这对需要聚焦功能的器件,尤其是Si和III族氮化物集成器件的设计制作,提供了极大的方便.     

Ka波段相对论契仑柯夫器件研究

在采用通用线性理论分析的基础上,提出采用具有大口径、浅褶皱及短周期分段式慢波结构的绕射辐射振荡器来产生8mm波段的电磁辐射。在PIC模拟基础上,完成器件的设计加工,成功地对器件进行了实验研究,检测到8毫米波段的高功率微波输出。     

悬空型、半透明面电极热电探测器的分析

本文在考虑表面和体内共同吸收的情况下,用一维热扩散模型推出了悬空型、半透明面电极热电探测器响应率(?)的表达式,并计算了TGS热电探测器的?和NEP的数值。本文指出: (1)悬空型、半透明面电极热电探测器具有最佳响应率厚度,对较高工作频率,器件还具有最佳NEP厚度。两种最佳厚度可根据本文导出的响应率公式和已知的噪声公式计算出来。(2)在某些波段,如果能把材料的吸收系数提高到5×10~4cm~(-1)以上,就可研制性能优良的半透明面电极薄膜器件。     

电真空用无磁蒙耐尔合金质量联合攻关

镍基无磁蒙耐尔合金,有较好的加工性能、电真空性能及焊接性能,所以是制造行波管及其它电子管的重要结构材料。这些器件内部大多保持高真空(约10~(-9)托)。为保证这些器件使用安全、可靠,对该合金气密性要求甚高,即在使用中一定不能漏气。我国目前生产的材料质量较差,存在着严重的漏气现象,从而影响这些器件的生产和使用。因而提出了研究产生漏气的原因及改进措施的生产课题。 经分析该合金之所以漏气,只可能是由于有足够长的(0.3～0.5mm)气体运输“短路途径”,这种短路途径可能是和合金中某种组织结构不均匀,特别是条带结构分     

含负折射率材料的一维光子晶体中的全向缺陷模

发现由正、负折射率材料交替堆叠构成的一维光子晶体中的零平均折射率(zero-n)带隙中的缺陷模具有3种类型的角度色散,分别为正色散、负色散和近零色散。利用近零色散特性可实现全向缺陷模,此缺陷模的频率在任意角度下均保持不变。研究了具有近零色散的缺陷模与光子晶体的结构参数之间的关系。通过改变光子晶体的结构参数,对缺陷模的近零色散进行优化,实现了分别对应TE波或TM波的单偏振全向缺陷模。此外,发现全向缺陷模的频率不对应光子晶体平均折射率为零的频率,全向缺陷模为光子晶体器件(如全向滤光片)的设计提供了新的思路。     

UHF低噪声双栅GaAs MESFET放大器

本文介绍新颖的L波段双栅GaAs MESFET(砷化镓金属半导体场效应管)器件的特性及等效电路,给出了正确选择其工作状态的原则,着重讨论UHF低噪声双栅GaAs MESFET放大器的设计方法。根据设计制成的放大器具有增益高、噪声系数小、工作稳定、体积小等优点。