光电集成加速度地震检波器及其信号处理系统

研制出光电集成加速度地震检波器及其数字信号处理系统。该检波器将光波导M-Z干涉仪、十字横梁硅质量块简谐振子、光波导偏振器单片集成在同一硅基底上,并与光源、光电探测器、信号处理电路混合集成。数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理（DSP）芯片为核心,辅以必要的电路,实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。完成了实验样机的研制,测试结果表明主要性能指标达到设计要求。     

硅基集成光波导放大器的最新研究进展

在信息化进程中,随着摩尔定律越来越接近极限,将微电子和光电子结合起来,开发硅基大规模光电子集成技术已经成为技术发展的必然和业界的普遍共识.在硅基光电子集成器件中,硅基光源是重中之重.虽然硅是间接带隙半导体材料,发光效率很低,但人们一直没有放弃制备硅基光源.硅基光源包括硅基光波导放大器、发光二极管、激光器等,其中硅基光波导放大器又是激光器的基础,是硅基光电子集成回路中不可或缺的器件,如果光波导放大器有足够高的净增益,在光波导放大器的两端设计合适的谐振腔就可以获得光泵的激光.本文着眼于硅基光波导放大器,介绍了目前硅基光波导放大器最主要的两个研究方向,即硅基混合集成Ⅲ- Ⅴ族半导体光波导放大器和硅基掺稀土离子光波导放大器.并分别讨论了这两个研究方向的原理、制备方法、发展过程等,列举了相关的典型研究成果,最后简单介绍了其他光放大技术,并做了相应的分析、总结和展望.     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.     

零偏压下近红外集成单波长波导光探测器

提出了一种基于InGaAsP材料的零偏压单片集成波导光探测器。该器件单片集成了光子晶体(Photonic Crystals, PC)滤波器、锥形耦合器、零偏压波导光探测器(Wave-Guide Photodetector, WGPD)以及直波导,形成了一个平面微纳光信号接收子系统。集成的波导光探测器吸收峰值波长位于1.55μm处,光谱线宽仅1.6 nm。设计的波导光探测器在无外加偏压时具有良好性能,经优化,当其面积为4μm×15μm时其3 dB带宽达78 GHz@0 V,响应度为0.78 A/W。整个器件基于组分可调的InGaAsP材料,实现多功能器件的单片集成,具有高性能、小体积、低功耗、窄线宽等特性。     

基于光电集成芯片的塑料光纤通信系统研究

为提高塑料光纤(POF)通信系统的输出光功率及信号完整性,对包括光发射机、POF、光接收机以及相关的耦合透镜的POF通信系统进行设计,光收发芯片均为自主研发的硅基光电集成芯片。首先,从理论上对整个通信系统的光路进行了设计;其次,采用TracePro软件对系统光路过程进行了模拟和分析,优化设计了系统及封装参数;最后,对系统光功率和眼图进行了测试。结果表明,采用设计的光路和透镜参数,可以将耦合进POF的光功率提高大约5.5μW;获得了在125 Mbps输入速率下的眼图,眼图线迹清晰,噪声较小,测试结果满足百兆速率的通信要求。     

偏置介质销钉基片集成波导带通滤波器的设计

滤波器是微波毫米波电路与系统中的一个重要部件.基片集成波导技术使得包括平面电路、接头和矩形波导在内的完整电路可以平面的形式集成在标准印刷电路板上.本文将偏置介质销钉带通滤波器的设计方法引入基片集成波导中,实现了一个中心频率为28GHz,相对带宽为3.57%的基片集成波导带通滤波器,Ansoft HFSS的数值计算结果显示该途径是成功的.     

用于光学频率转换防伪检测的光电接发集成器件研究

以光学频率上转换检测理论为基础,设计产生特定波长的光发射芯片,用来激发转换材料的表面产生另一个特定波长的光学信号,通过设计专用光接收芯片接收进行检测判决。采用混合集成技术,将光发射芯片、光接收芯片、光滤波片、弱光信号处理系统集成到微型化系统模块中,解决了原有分离器件检测的问题,提高了检测准确度和集成度,可以运用到综合防伪检测系统中。     

近红外波段硅基石墨烯电光调制器研究进展

 近红外波段的电光调制器是未来光信号处理和计算系统中的关键功能元器件,硅基石墨烯电光调制器在结构尺寸、调制速率、调制带宽及大规模片上集成等方面具有诸多潜在优点而引起人们的广泛关注和重视。本文介绍了石墨烯的光电特性及光调制机理,结合石墨烯在近红外波段电光调制器中的研究及应用,综述了国内外近红外波段硅基石墨烯电光调制器的研究进展,重点叙述了条形波导结构、谐振结构、纳米梁结构的电光调制器的工作原理及各器件的特性,展望了硅基石墨烯电光调制器的研究方向。     

基于“天地图”地震信息集成的设计与实现

传统的地震信息服务模式存在数据来源的多样性、数据交互的高耦合性、表现形式的单一性等特点,难以满足多源异构地震信息快速、准确、综合发布的要求.为了有效、及时地管理地震信息,在“天地图”地理信息服务的基础上,提出了一种多源异构信息在线集成服务的方法,将“天地图”的地理信息与地震信息进行了有效的集成服务,基于此方法,开发了原型系统,并实时集成了地震空间统计与分析服务,有利于地震信息的快捷发布与辅助决策.     

GeSi／Si集成光对称定向耦合器

研究了一种适用于光纤通信的Ｓｉ基ＧｅＳｉ集成光波导定向耦合器,基于耦合模理论,对其功率传输特性进行了分析,得到了定向耦合器的耦合间距和耦合长度。其结果表明,在所得到的最佳耦合长度处,这种耦合器可将光从其输入波导一端１００％地耦合至另一波导并输出。     

以环形振荡器作为敏感单元的加速度传感器

为了解决传感器的数字化,提出了一种新的数字加速度传感器。它是由两个环形振荡器和一个混频器组成的频率输出型加速度传感器,其敏感元件是做在硅梁上的MOS环形振荡器。该传感器具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点,其灵敏度可达到6.91kHz/g。分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器谐振频率和加速度的关系,设计并分析了加速度传感器的电路及物理结构,最后给出了试验结果。这种加速度传感器在军事和民用领域有广阔的应用前景。     

激励电压对梳齿式加速度计系统的影响

为优化梳齿式微硅加速度计的系统设计,研究了激励电压对加速度计性能和电路参数选择的影响。推导出的系统静电力方程说明,激励电压对静电力的影响相当于在预载电压上叠加了微幅高频干扰,该干扰决定了加速度计的标度因数稳定性。由闭环传递函数得出了标度因数稳定性与电路参数间的关系。实验结果表明,根据标度因数稳定性指标选取了合适的电路参数后,可以忽略激励电压对静电力的影响。在实际应用中,利用该结论可以减小加速度计尺寸并降低功耗。     

硅微型加速度计有限元模型与动态分析研究

由于硅微型加速度计高动态性能和特殊的制造工艺,在设计阶段必须对其进行详细的结构动态分析。本文建立了微加速度计三维有限元模型,分析计算了其基本模态,研究了其瞬间响应和响应谱等动态特性。     

挠性摆式微硅加速度计的模态分析

近年来,在很多应用中,对加速度计动态性能提出较高的要求,故在结构设计阶段必须对其进行动态力学分析,以期使摆片模态满足使用要求。有限元分析是分析复杂结构的一种较新的高精度的分析工具。本文利用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行模态分析。文中按照设计加速度计的尺寸给出仿真的振型图、各模态的谐振频率、加速度作用时模态参与因素、振动响应谱以及各模态产生的位移和应力比较等。得出该加速度计共有六种模态,而第一模态（工作模态）比其它模态作用强很多,是主要模态。     

基于M-Z电光调制的人体通信温度与频率特性分析

为实现人体通信的高速、抗干扰信号检测,提出了基于Mach-Zehnder（M-Z）电光调制的人体通信信号检测方法. 对基于M-Z电光调制的人体通信的温度与频率特性进行了分析. 通过理论分析与实验对该类型人体通信的温度特性进行了量化分析,基于所推导的信号衰减-频率函数及参数计算分析了其频率特性. 结果表明:M-Z电光调制的人体通信在283.15～305.15 K温度变化范围内衰减小于0.43 dB. 同时,其在1～40 MHz范围内的信号衰减变化小于7.16 dB,相对于常规的人体通信具有稳定的频率特性.      

级联微环辅助M-Z型带通切比雪夫光学滤波器的设计

为得到所给具体参数的光学滤波器,本文将数字滤波器的设计方法引入到级联微环辅助M-Z干涉仪光学滤波器的设计中.以带通切比雪夫滤波器为例,给出了光学滤波器的设计过程,利用数字滤波器的设计方法计算出带通切比雪夫光学滤波器的具体传输函数,通过级联微环辅助M-Z干涉仪来实现滤波器的传输函数,根据传输函数的零、极点计算出了各微环辅助M-Z干涉仪的耦合系数、臂长差和环长,根据上述结构参数对其进行计算机仿真验证,所得结果与利用数字滤波器方法设计的带通切比雪夫滤波器相一致.同时对微环辅助M-Z干涉仪型光学滤波器的特性进行了分析.     

一种新型的微机械电子隧穿加速度计

介绍了一种新型的微机械电子隧穿加速度计,利用体硅微机械加工工艺和硅／玻璃静电键合技术成功研制出了一种三明治结构的隧穿加速度计。为了有效减小低频噪声,在反馈回路里加入了振荡器和解调器。测试结果表明,目前样品的分辨率约为10^-6g/-√Hz,抗冲击能力达到50g。     

基于改进遗传神经网络的微硅加速度传感器动态补偿研究

比较遗传算法与神经网络的特点, 并对将遗传算法用于函数连接型神经网络(FLNN)的优点进行了研究.对遗传算法的编码方法、交换和变异操作做了改进,提出了一种融合改进遗传算法的FLNN用于微硅加速度传感器动态性能补偿的新方法.该方法不依赖于传感器的动态模型, 可根据传感器的动态响应数据, 建立补偿模型,采用改进遗传神经网络搜索和优化补偿模型参数,既保留了遗传算法的全局搜索能力,又具有神经网络的鲁棒性和自学习能力.介绍补偿原理及算法, 给出动态补偿网络的数学模型.结果表明, 该补偿方法能克服FLNN收敛速度慢、容易陷入局部极小的缺陷,具有网络训练速度快、实时性好、良好的全局搜索能力、精度高、鲁棒性好及动态补偿器实现简单等优点.     

基于光纤干涉器的带通巴特沃斯光学滤波器的设计

光学滤波器在光信号处理和通信系统中有着重要的作用。研究带通巴特沃斯光学滤波器的设计过程,这种滤波器的实现以级联结构形式给出,利用一臂上附有光纤环的Mach-Zehnde(rM-Z)光纤干涉器来实现传输函数的零点和极点,光纤环上加有掺铒光纤放大器(EDFA)来放大光信号。通过级联一臂上附有光纤环的M-Z光纤干涉器来实现滤波器的传输函数。根据传输函数的零极点计算出了M-Z光纤干涉器的各个耦合器的耦合系数、臂长差和环长,并对其进行了计算机仿真,验证了光学滤波器的频谱特性。