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[硕士论文] 林恩
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着空天技术的发展,卫星小型化已经成为当代卫星的重要趋势。在小型化过程中,推进系统是设计的关键点。基于表面等离子体技术的光推进,能够为皮纳卫星提供卫星所需的非常小的力来保持姿态稳定、定向以及轨道修正。因其质量轻,零功耗,制造成本低等优势,成为国内外研究的热点。
  本论文由以下几个部分组成:
  首先介绍了光推进器的研究背景,意义。从光能对粒子作用力的角度出发,引出本文要研究的基于表面等离子体的光推进器,阐述了目前该推进器研究现状、存在问题以及应用前景。其次描述了基于表面等离子体的光推进器的基本原理,对比分析两种不同纳米结构(等腰梯形结构,阶梯梯形结构)光场能量耦合强弱,模拟二者的场梯度分布情况,并通过仿真得到结构尺寸,狭缝宽度的变化与光场耦合增强的关系。
  接着从理论推导、公式计算角度给出设计得到的光推进纳米结构阵列的两个重要参数,比冲和推力。并和发展比较成熟的电推进器和化学推进器做了对比,说明光推进器具有零功耗、轻品质、小体积、高比冲等优点,但同时也指出光推进器实现技术难度大,推力比较小,且仍处于方案讨论和原理试验阶段。
  最后详细的介绍了光推进纳米阵列结构的制备工艺,制作出了目前为止尺寸最小的光推进阵列结构,对该推进器阵列结构的暗场能量分布、光耦合特性做了表征。并给出光推进纳米结构阵列样品的整体实验测试方案。最后对本论文的主要工作做了小结,针对光推进器研究过程中出现的问题展望了纳米等离子体推进器课题的下一步研究工作。
[硕士论文] 王重阳
等离子体物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:科学研究中,当面对一个复杂行为的物理系统时,在通过理论或实验手段探究系统物理行为之外,通过计算机利用数值模拟方法来模拟计算复杂的物理问题,逐渐成为研究和解决这类问题的有效方法。自20世纪70年代以来,计算机技术以及粒子模拟方法的日益成熟,使得在面对理论或者实验难以解决的物理问题时,计算机模拟发挥越来越重要的作用。尤其是在缩短科研周期、减少验证性实验、降低经费开销等方面,粒子模拟方法贡献巨大。在对电真空器件的模拟研究中,常需要做出有限的封闭的计算空间来模拟器件的腔体结构,这就要求考虑各种各样的边界条件。其中,吸收边界使得电磁波向外传播时被吸收而无反射,在模拟过程中扮演了重要角色。因此,在具有自主知识产权的电磁粒子模拟软件CHIPIC中实现吸收边界模块就具有很重要的现实意义。本文主要工作如下:
  首先,对粒子模拟软件CHIPIC做了简单介绍,并针对其吸收边界算法进行了理论上的分析。根据程序流程图在三维建模平台上实现吸收边界模块,并建立电偶极子、磁绝缘线振荡器两个实例对吸收边界模块进行验证,最后的模拟结果表明了吸收边界模块的正确性。
  其次,根据对高功率电真空器件的研究模拟需要,改善基于中心差分的吸收边界算法,推导吸收边界算法在时偏算法、HIGH-Q算法下吸收边界区域中的场更新迭代公式,并在CHIPIC软件中实现。最后模拟计算返波管模型,计算结果与中心差分算法下的仿真数据相对比,结果表明CHIPIC软件吸收边界模块在这两种算法具有良好的实用性。
  最后,详细研究了在粒子入射到吸收边界中产生的回流现象,从数值计算模拟的网格层面出发,得出回流现象的原因是由于在算法上对粒子和电磁场的差别性处理,导致粒子所带的电荷在为后一层网格处堆积产生反向场,最终引发了回流现象。为解决这一问题,根据电流连续性方程,对粒子进入吸收边界后的迭代方程进行推导,确定电导率参数,对吸收边界算法进行了修正。采用修正的吸收边界模块,建立二极管、140GHz回旋管等实例进行模拟验证,与MAGIC的对比结果表明该方法的实用性。
[博士论文] 舒国响
物理电子学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:毫米波技术在5G通信、安检成像、雷达探测、电子对抗以及材料检测等军民领域具有巨大的应用前景。毫米波放大器/振荡器是毫米波技术的重要组成部分,具有重大的研究价值。作为毫米波源的解决方案之一,毫米波真空电子器件近年来获得了较为广泛的关注。国内外研究人员在毫米波低频段(30-100GHz)对真空电子器件展开了深入的研究,取得了较大的进展,初步具备了一些比较成熟的解决方案。为了进一步提高工作在毫米波低频段真空电子器件的整管性能,需要对一些新型的真空电子器件展开深入研究,比如带状注器件。在毫米波高频段(100-300GHz),毫米波源仍然处于探索阶段,大功率小型化毫米波源目前比较匮乏,需要世界各国科研工作者的努力探索。基于真空电子器件在毫米波低频段和高频段的研究现状,本论文做了以下两个方面的工作:(1)在毫米波低频段,对Q波段(30-50GHz)带状注行波管的高频系统进行了深入研究,致力于整管性能的提升,以获取大功率紧凑型的毫米波放大器。(2)在毫米波高频段,对0.2THz的带状注扩展互作用振荡管进行了研究,提出利用赝火花带状电子注进行驱动,致力于为大功率小型化的毫米波太赫兹振荡源提供可能的解决方案。
  和传统圆形注行波管相比,带状注行波管具有大功率输出的特点;和回旋行波管相比,带状注行波管具有小型化的优点。因此,带状注行波管是一个具有巨大发展潜力的毫米波放大器。然而带状注行波管的研制目前尚未成熟,存在诸多的研制挑战和困难。对于带状注行波管的研究,本论文主要集中在高频系统方面,由本论文的第2-4章构成。第2章对带状注行波管的输入输出结构进行了研究,为带状注行波管提出了四种新型的输入输出耦合器:(1)L形分支波导耦合器及其变形结构;(2)Y形分支波导耦合器及其变形结构;(3)多分支波导耦合器;(4)单分支波导耦合器。以上结构主要是通过以下两种创新思路获得的:(a)将其它领域广泛应用的耦合器引入到带状注行波管中;(b)在传统结构的基础上,通过引入反射腔、对称谐振腔以及介质吸波材料等方式进行性能的改进。利用理论分析、模拟仿真和毫米波冷测等手段对以上几种结构进行了分析。和发表文献中的耦合器相比,以上几种耦合器不仅在电性能上得到了较大提升,比如超宽频带,而且在结构性能方面也得到了很大提高,比如大的电子注通道以及紧凑的结构。所提出的几种输入输出耦合器均能很好地用于带状注行波管的注波分离/汇合。
  第3章对带状注行波管慢波结构的带宽提升、效率提高以及稳定性进行了专题研究。对慢波结构的工作特性进行了深入的理论分析。提出采用双模工作的思路来提升工作带宽。PIC模拟结果表明:双模工作将工作带宽由9GHz扩展至15GHz。对高频系统进行了冷测实验,模拟结果和实验结果在趋势上吻合。对整管进行了热测实验,在两个模式对应的频点上均测到了输出功率,证实了双模工作的可行性。在传统交错栅慢波结构的基础上,提出了电子注通道曲线轮廓的改进结构。PIC模拟结果表明:输出功率、增益和效率分别提高了1kW、3dB和2%。另外,还对提升效率和增益的其它方法进行了研究,包括窄带高效和相位重匹配等方法。研究表明:这几种方法均能够很好地提高整管的效率和增益。对注波互作用的反射振荡和返波振荡进行了研究,并提出了相应的振荡抑制方案。提出了一种新型的介质衰减器,该衰减器能够有效抑制振荡的同时也大大降低了工程实现难度。
  低损介质材料,比如氧化铍、Al2O3陶瓷和蓝宝石,被广泛应用于带状注行波管的高频系统中。介质材料复介电常数的精确测量对于带状注行波管高频系统的设计具有很好的指导意义。在介质材料的测试中,低损介质材料的测试难度非常大,具有重大的研究价值。本论文研制了一套低损材料准光腔复介电常数测试系统。传统准光腔复介电常数测试系统,通常利用双孔耦合测传输的方法获取S21曲线。本论文提出利用单孔耦合测反射的方法获取S11曲线,从而简化了准光腔的耦合结构,利于加工和装配。为了验证该方案的可行性,对准光腔进行了深入的理论分析以及模拟仿真,设计了一个W波段的准光腔。基于研制的准光腔,搭建了一套复介电常数测试系统,对蓝宝石窗片材料进行了测试。本文测试结果和发表文献测试结果相吻合。
  对于0.2THz带状注扩展互作用振荡管的研究,主要是提出了一种新的创新思路,并对该思路进行了初步的探索研究。当工作频率提升至毫米波高频段乃至太赫兹波段时,电子注电流小、铜损大、加工装配难度大、电子注聚焦难度大等一系列问题将会变得更加严重。为了减小这些问题所带来的不利影响,本学位论文提出结合等离子体阴极电子枪(超高电流密度、离子通道聚焦)、带状电子注(大的电子注面积)以及扩展互作用振荡管(单位长度增益很大、注波互作用长度短、结构紧凑)的各自优势,形成优势互补,以期获得一个大功率小型化的毫米波太赫兹脉冲源。为了验证这个构思,本学位论文做了以下几个工作:(1)对等离子体阴极电子枪进行了实验研究,并对赝火花带状电子注的特性进行了初步研究;(2)优化设计了一个高频系统,并进行了加工和冷测,测试结果在趋势上和模拟结果基本吻合;(3)对整管进行了装配以及初步的热测实验,在热测实验时探测到了毫米波信号。
[博士论文] 杨有维
物理电子学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹科学技术具有重大的应用前景,是当今科学研究领域的重大热点。而太赫兹源又是太赫兹科学技术研究的关键,在众多的太赫兹源中,电子回旋脉塞具有高功率、高效率的特点,是一种重要的太赫兹源。目前在国际上,美国、俄罗斯、欧洲、日本等国家在电子回旋脉塞的研究方面理论和技术都较为成熟,而我国与之相比还有比较大的差距。
  回旋行波管作为一种特殊的电子回旋脉塞原理器件,在高功率雷达、微波毫米波通讯、精确武器制导、粒子加速器等领域具有广阔的应用潜力。但是,回旋行波管很容易受到各种不稳定性寄生振荡的干扰,故相对于回旋振荡管和回旋速调管而言,回旋行波管的发展相对滞后。特别是当工作频率进一步提高至太赫兹频段时,往往需要采用更高阶的模式来维持回旋行波管的功率容量,但是工作在高阶模式也意味着模式竞争更为严重。因此,能够有效抑制寄生振荡的高频结构一直都是回旋行波管研究的重要方向之一。
  从回旋行波管的物理本质出发,本文总结了回旋行波管设计中的关键问题和回旋行波管高频结构的发展。采用了具有模式选择特性的高频结构,即准光波导结构,并研究了其场分布及衍射损耗的特点,分析了其中比较特殊的高频结构,即共焦波导结构,并将其色散关系与圆波导进行了对比,阐述了准光波导模式密度较圆波导更稀疏的特点。
  随后,本文基于单粒子理论建立了准光回旋行波管的线性理论,获得了其初步的工作参数,计算得到了其线性增益及带宽。介绍了回旋行波管中的不稳定性,包括绝对不稳定性、回旋返波振荡、反射振荡以及起始损耗等物理概念。详细研究了准光回旋行波管中主要竞争模式的返波振荡,计算了准光回旋行波管中可能出现的起振电流,并与圆波导的情况进行了对比。结果表明:由于准光波导衍射损耗的存在,其模式密度较圆波导稀疏,故模式竞争较圆波导得到很大缓解;与此同时,准光波导回旋行波管相关模式的起振电流较圆波导中有关模式高的多,这意味着,相较于传统的圆波导回旋行波管,准光回旋行波管具有更大的稳定工作在高阶模式的潜力,从而大大提高了准光回旋行波管的功率容量。
  之后,本文中推导了直角坐标系中的非线性注波互作用理论,包括具有相对论效应的电子运动方程和高频场方程。推导的方程为稳态多模非线性方程组,并根据具体的互作用模拟对其进行数值处理。在本文的数值计算中,我们仅采用了单个模式,结合具体的边界条件、初始条件并考虑一定的速度零散,编制了0.34THz准光回旋行波管的互作用程序。在注波互作用的数值计算中,我们考虑了准光波导中的衍射损耗和欧姆损耗,并采用了能量守恒定律验证数值计算的准确性。针对准光波导的特点,探讨了采用特殊电子枪的可能性,并将之与传统电子枪的数值计算结果进行了对比,结果显示采用扇形电子枪具有提高效率、缩短互作用长度等特点。
  最后,鉴于现有的实验条件,对0.17THz准光回旋行波管进行了理论和仿真研究,仿真研究包括输入耦合器、输出耦合器以及扇形电子枪,探讨发射带的变化对电子枪性能的影响。仿真结果表明,0.17THz准光回旋行波管的输入耦合器、输出耦合器设计均具有较好的工作性能。而在电子枪的仿真研究中,发现发射带的变化对电子枪工作性能的影响非常小,扇形电子枪在准光回旋行波管的设计中具有一定的实用潜力。
[硕士论文] 霍泽娟
无机化学 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:近年来有机光电探测(PD)器具有柔性、低功率、大面积探测、响应速度快、可室温下进行探测工作等优点,已成为科学家研究的热点。异靛蓝在聚合物中是常用的受体单元,将异靛蓝中的苯环用噻吩取代得噻吩-异靛蓝,该分子中噻吩的S原子与内酰胺基中羰基的O原子通过非键相互作用可提高单体的共面性使光谱红移和电子迁移率提高。因此,本论文设计和合成一系列窄带隙噻吩-异靛蓝基的聚合物和有机小分子,有利于制备出宽光谱响应高灵敏度的光探测器。
  本论文第二章我们通过Stille偶联反应得到六种噻吩-异靛蓝基的聚合物。(1)聚合物PTIIG-T(光学带隙(Eg)=0.91 eV)、PTIIG-TT(Eg=0.92 eV)、PTIIG-DT(Eg=1.00 eV)、PTIIG-DT24(Eg=1.06 eV)、PTIIG-BDT(Eg=1.01 eV)和PTIIG-IDT(Eg=1.11 eV)的光谱响应范围分别为300~1360、300~1300、300~1100、300~1100、300~1200和300~1100nm。(2) PTIIG-TT/PC61BM在零偏压下,以PFN和CdS做阴极传输层测得暗电流密度分别为5.0×10-9和1.3×10-9 A/cm2,当活性层为PTIIG-TT/PC61BM(1∶1),PFN(CdS)做阴极传输层在波长800 nm处EQE为1.6(1.0)%,探测率为2.6×1011(3.1×1011) Jones。PTIIG-DT/PC61BM在零偏压下,暗电流密度为2.4×10-8 A/cm2,在波长800 nm处EQE为9.6%,探测率为7.9×1011 Jones。PTIIG-DT24/PC61BM在零偏压下,以PFN和CdS做阴极传输层暗电流密度分别为4.1×10-8和1.3×10-8 A/cm2,当活性层为PTIIG-DT24/PC61BM(1∶2),PFN(CdS)做阴极传输层在波长800nm处EQE为0.5(0.1)%,探测率为2.7×1010(9.6×109) Jones。PTIIG-BDT/PC61BM在零偏压下,暗电流密度为3.1×10-9 A/cm2,在波长800nm处EQE为0.8%,探测率为1.9×1011 Jones。
  论文第三章我们通过Suzuki反应合成两种溶解性较好的有机小分子TIIG-2Py和TIIG-2PCN。(1)化合物TIIG-2Py(Eg=1.57 eV)和TIIG-2PCN(Eg=1.62 eV)的光谱响应范围均为300~800 nm;(2)当光学活性层为TIIG-2Py/PC61BM且以PFN做阴极传输层测试光伏性能时,器件的PCE最高为1.88%,以CdS做阴极传输层时测得PCE为1.39%。(3) TIIG-2Py/PC61BM和TIIG-2PCN/PC61BM在零偏压下,以PFN(CdS)做阴极传输层暗电流密度分别为9.1×10-9(2.5×10-8)和2.1×10-8(1.4×10-9) A/cm2。当活性层为PTIIG-2Py/PC61BM(1∶1),PFN(CdS)做阴极传输层在波长600nm处EQE为33.0(28.4)%,探测率为3.0×1012(1.5×1012) Jones,当活性层为PTIIG-2PCN/PC61BM(1∶2),PFN(CdS)做阴极传输层在波长600nm处EQE为4.6(4.9)%,探测率为2.7×1011(1.1×1012) Jones。
  论文第四章我们通过Stille偶联反应合成2种溶解性较好的三元共聚物PTIIG-T-ID和PTIIG-IDT-ID。(1)聚合物PTIIG-T-ID(Eg=0.95 eV)和PTIIG-IDT-ID(Eg=1.11 eV)的光谱响应范围分别为300~1300和300~1100 nm;(2)材料PTIIG-IDT-ID/PC61BM在室温和零偏压下,暗电流密度分别为1.4×10-9 A/cm2,在波长800 nm处EQE为0.8%,探测率为2.5×1011 Jones。
[硕士论文] 闫从祥
材料工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:二硫化钼(MoS2)是具有类石墨烯结构的二维(2D)层状材料,属于过渡金属硫化物MX2范畴,其中M和X分别对应于过渡金属和硫属元素。它们之间以共价键的方式结合,各分子层之间存在范德华力。因其特殊的层状结构,在催化、电学、光学等领域表现出不同于块体材料的优异性能,引起了研究人员的关注。本文针对类石墨烯结构MoS2纳米片的制备以及其催化性能进行了研究。
  以商业MoS2为原料,采用低能球磨和超声联用的方法,成功剥离出MoS2纳米片。通过XRD、SEM、HRTEM和AFM等一系列表征方法,对其晶体结构和形貌进行了分析,并讨论了不同制备工艺参数对实验结果的影响。结果表明:通过上述方法制备的MoS2纳米片厚度为1-3层,且形貌均一,稳定性好。其最佳制备条件为:以NMP为溶剂,球磨时间为24 h,超声时间为6 h。
  采用球磨法制备了 Ag3PO4/MoS2纳米片复合催化剂,并对制备的样品的结构和相关性能进行了测试分析。结果显示:以亚甲基蓝作为污染物,在可见光照射25 min后, Ag3PO4/MoS2纳米片复合材料对其降解率最高可达到93%,而纯Ag3PO4对其降解率仅为80.55%。由重复试验可知,MoS2纳米片的加入有效改善了Ag3PO4的稳定性。
  采用高温热解三聚氰胺制得g-C3N4粉体,通过球磨法将g-C3N4与MoS2纳米片成功复合。通过对样品的结构和光催化性能表征后得知,g-C3N4和MoS2纳米片形成异质结构,有效提高了g-C3N4的光催化性能。其中,以罗丹明B作为污染物,在可见光照射120 min后,MoS2纳米片的掺量为g-C3N4质量的2%的样品对其降解率最高,降解率为97%。同时,光生空穴在该光催化反应过程中起主要作用。
  通过球磨法制备了g-C3N4/MoS2纳米片/GO三元复合材料,并对其结构和相关性能进行了测试分析。加入MoS2纳米片和GO后,使得g-C3N4的颗粒尺寸减小,块层变薄。同时,GO作为载体,为g-C3N4/MoS2纳米片异质结构提供更多光子能量和光催化反应活性位点,从而提高了g-C3N4的光催化性能。相比于单一的MoS2纳米片和GO,两者的协同作用能更显著的改善g-C3N4的光催化性能。其中,80/20MG样品在可见光下降解Rhb的速率分别是g-C3N4、0.3%MN和0.3%NG的2.9倍、1.7倍和1.6倍。
[硕士论文] 姚乐琪
材料工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:稀土离子掺杂荧光材料凭借其优异的发光性能在白光 LED、显示器件、太阳能电池、激光和光学温度传感器等诸多领域有着广泛的潜在应用价值,引起了社会各界的关注。荧光玻璃及玻璃陶瓷具有其他荧光材料不可比拟的优势,例如透明、均匀、成本低廉和易加工等,同时也是一种优异的稀土离子基质材料。因此,开展稀土掺杂荧光玻璃及玻璃陶瓷的研究有重要的科学意义和应用价值。
  本文通过高温熔融-淬冷法制备了Eu3+、Tm3+、Tb3+和Sm3+离子单掺和共掺Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2磷硼酸盐玻璃,并通过可控析晶法制备了Tb3+和Eu3+离子单掺和共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷。利用XRD、红外光谱、TEM和密度测量对磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷进行了结构分析;采用吸收光谱、激发光谱、发射光谱和色坐标研究了荧光磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷的光学性能;利用荧光衰减结并合相关的理论及公式计算对稀土离子在磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷中的能量传递进行了研究;对Tb3+/Eu3+共掺磷硼酸盐玻璃及玻璃陶瓷进行变温发射光谱测试,并基于荧光强度比技术研究了其荧光温敏特性。得到如下的研究结果:
  1.Eu3+离子掺杂磷硼酸盐玻璃:XRD图谱表明,样品中没有任何析晶,呈典型的非晶态玻璃结构。红外光谱分析结果表明,玻璃的网络结构中主要有[BO3]、[BO4]和[PO4]三种基团,并通过P-O-P,P-O-B,B-O和P=O键互相连接。在393nm激发下,Eu3+离子单掺磷硼酸盐玻璃的发射光谱及荧光衰减显示,Eu3+离子掺杂浓度达到2.5mol%时样品中发生稀土离子的浓度猝灭现象。通过对Eu3+离子单掺磷硼酸盐玻璃的色坐标进行计算发现其色坐标为(0.65,0.34)接近于标准红光的色坐标(0.67,033)。
  2.Tb3+/Sm3+离子共掺磷硼酸盐玻璃:在374nm激发下玻璃样品表现出黄色的发射光,通过改变Sm3+离子浓度可调控发光性能。发射光谱与荧光衰减结果证实存在Tb3+→Sm3+的能量传递过程,能量传递过程主要是以无辐射跃迁的共振传递形式进行,相应的传递机理为电四极子-电四极子相互作用。
  3.Tm3+/Tb3+/Sm3+离子共掺磷硼酸盐玻璃:在358nm激发下玻璃样品发射光进入了白光区域,符合白光LED色坐标的基本要求。随着Sm3+离子浓度的增加,玻璃样品的发射光逐渐由冷色调向暖色调移动。当Tm3+、Tb3+和Sm3+离子的掺杂浓度分别为0.4、1.0和0.8mol%时,玻璃样品的色坐标为(0.3339,0.3241),这与标准白光的色坐标(0.3333,0.3333)非常接近。发射光谱与荧光衰减结果证实存在Tm3+→Sm3+和Tb3+→Sm3+的能量传递,能量传递主要以无辐射跃迁的共振传递形式进行。
  4.Tb3+/Eu3+离子共掺磷硼酸盐玻璃:在378nm激发下玻璃样品的发射光主要在黄光区,通过改变Eu3+离子浓度可调控发光性能。发射光谱与荧光衰减结果证实存在Tb3+→Eu3+的能量传递过程,能量传递过程主要是以无辐射跃迁的共振传递和交叉驰豫传递的形式进行。353K-573K温度范围内的变温发射光谱表明,Tb3+/Eu3+离子共掺磷硼酸盐玻璃具备优良的荧光温敏特性,其绝对灵敏度为0.0036K-1。
  5.Tb3+/Eu3+离子共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷:XRD图谱表明,玻璃陶瓷中的纳米晶体为NaCaPO4,根据谢乐公式以及TEM分析估算出晶体的尺寸大约13nm。在378nm激发下,Tb3+/Eu3+离子共掺磷硼酸盐玻璃陶瓷的发射光处于黄光区,通过改变Eu3+离子浓度可调控发光性能。发射光谱与荧光衰减结果证实存在Tb3+→Eu3+的能量传递过程,能量传递过程主要是以无辐射跃迁的共振传递和交叉驰豫传递的形式进行。293-573K温度范围内的变温发射光谱表明,相对于Tb3+/Eu3+离子共掺磷硼酸盐玻璃,玻璃陶瓷具备更加优异的荧光温敏特性,其最大绝对灵敏度为0.0066K-1,最大相对灵敏度为4.55%K-1。
[硕士论文] 张丹丹
材料学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,稀土掺杂的上转换及量子剪裁发光材料涉及到了固体激光器、三维显示、生物荧光探针及太阳能电池等诸多领域,也因此使它们成为了目前人们研究的热点。对于发光材料来说,基质的选择起了至关重要的作用,钨酸盐是一种无机基质材料,有声子能量较低、反射率较高、稳定性能好及合成工艺简单等优点,因此本文选择钨酸盐作为研究上转换和量子剪裁的基质材料,主要研究内容如下:
  采用高温固相法制备了Ca0.5Gd(WO4)2:Er3+/Yb3+、Ca0.5Gd(WO4)2:Ho3+/Yb3+两个系列荧光粉,XRD数据表明样品为纯相,SEM测试发现样品为类球状,尺寸大约1μm。光谱研究表明,在980nm的光激发下,Ca0.5Gd(WO4)2:Er3+/Yb3+的上转换和近红外发光强度均随Yb3+掺杂浓度增加先上升后下降,发生浓度淬灭。Ca0.5Gd(WO4)2:Ho3+/Yb3+随着Yb3+的掺杂浓度的增加,可见光中绿光、红光呈上升趋势,弱蓝光则呈平稳的趋势。在377nm的光激发下,Ca0.5Gd(WO4)2:Er3+/Yb3+在可见光区和近红外区的发光强度随Yb3+掺杂浓度增大先升高后降低。Ca0.5Gd(WO4)2:Ho3+/Yb3+在可见光区,随Yb3+掺杂浓度增大先上升后下降,在近红外区随Yb3+掺杂浓度增加而下降。通过荧光衰减曲线计算得到了 Ca0.5Gd(WO4)2:Er3+/Yb3+和 Ca0.5Gd(WO4)2:Ho3+/Yb3+的最大能量传递效率分别为50.42%和42.47%,最大量子效率分别达到了150.42%和142.47%。
  采用水热法制备了样品NaGd(WO4)2:Er3+/Yb3+,XRD数据表明样品为纯相,SEM测试表明络合剂用乙二醇时,样品为纺锤状,表面光滑,缺陷较少。光谱研究表明,在980nm的光激发下,NaGd(WO4)2:Er3+/Yb3+的可见光和近红外光的发光强度均随Er3+掺杂浓度增加先上升后下降,且发生浓度淬灭。在377nm的光激发下,样品在可见光区的发光强度随Yb3+掺杂浓度增加而下降。在900-1200nm的近红外光区,随Yb3+掺杂浓度增加先上升后下降,在1400-1700nm的近红外光区,发光强度随Yb3+掺杂浓度增加而下降。通过荧光衰减曲线计算得到NaGd(WO4)2:Er3+/Yb3+在552nm处的最大能量传递效率为47.40%,最大量子效率达到了147.40%。
  通过测试980nm激发下,NaGd(WO4)2:2Er3+,5Yb3+在313K-573K温度范围内上转换荧光光谱,计算分析了样品的绿光荧光强度比,得到样品的荧光强度比公式为FIR?21.18 exp(?996.28/T),据此可得到温度的变化规律。通过计算样品的相对灵敏度得出,当温度为498K时,相对灵敏度达到最大值0.01145K-1。其次,我们也分析了样品的近红外发光强度随温度的升高呈下降趋势,表明了样品NaGd(WO4)2:Er3+,Yb3+在上转换绿光测温领域的巨大潜力,也对于近红外光激发的温度传感做了相应展望。
[硕士论文] 郑龙
集成电路工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons, SPP)是一种存在于金属/电介质界面的特殊电磁模(表面波);由于SPP具有表面局域、近场增强、亚波长控制光能量等多种特性,使其在生物、化学、光学等众多前沿领域都具有重要的研究价值;对于SPP的研究是当前纳米光电子学的主要学科之一,称之为表面等离子学(Plasmonics)。而SPP光电器件具备纳米级器件尺寸、超高频等优点,有望成为继传统电子器件、光子器件后的新一代微纳米光电器件,是集成电路工程领域解决现阶段器件尺寸与工作频率受限的基础;同时,SPP光电器件可突破衍射极限,因而可实现光子-电子集成一体化的新型芯片。
  本文基于SPP亚波长阵列结构强透射(Extraordinary Optical Transmission, EOT)特性的研究为核心,主要设计并研究两种阵列结构:①内嵌镜像对称矩形腔楔形金属狭缝阵列,②内嵌金属/电介质同心圆柱金属孔阵列;采用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)数值分析方法优化其结构、材料、阵列结构和晶格类型等参数,并探究其EOT特性。主要研究内容及研究成果如下:
  1.深入调研表面等离子学学科的历史研究过程、研究背景及研究现状,学习并研究SPP的基本物理特性,包括其电磁特性、色散关系、激发原理及方式,综述SPP的应用领域和前景。
  2.设计并研究一种内嵌镜像对称矩形腔楔形金属狭缝阵列的 EOT特性,结果表明该阵列结构内嵌腔体可进一步破坏类法布里-伯罗腔共振条件,有利于短波长范围SPP能量局域,同时提高长波长范围的透射率;形成的光子晶体结构所产生的能带可调控禁带,短波长范围存在明显的传输禁带,长波长范围具有较好的增强透射。这些结果对设计具有更强透射能量的近场光学器件具有一定的指导意义。
  3.设计并研究一种内置金属/电介质同心圆柱金属孔阵列的EOT特性,结果表明内置的金属/电介质同心圆柱结构进一步增强SPP与LSP共振耦合作用,使得光的透射特性显著增强;其次,金属、电介质材料属性是影响其透射特性的主要因素,柱体半径主要影响其透射率与共振峰位置;对比研究表明,Au是较为合适的金属材料,其透射性能较好;同时,其共振峰随柱体半径增大而红移,透射率先增后减。这些结果可为EOT特性的SPP光电子功能器件的设计提供理论参考。
[硕士论文] 赵景川
材料化学工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:白光LED由于具有能耗低绿色环保等优势被称为第四代光源,其在照明领域的持续发展吸引了广大科研工作者,并且在市场上的潜力不断扩大。在LED用三基色荧光粉中,红色荧光粉用量最多,但是红色荧光粉的稳定性以及效率等方面亟需改善,所以,研究高性能红色荧光粉,是目前白光LED荧光粉研究中的重点。
  在本文中,我们采用溶胶-凝胶法首先制备了ZnTiO3基质和Zn1-xTiO3∶xEu3+荧光粉,通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等分析研究了样品的物相结构和微观形貌。结果表明,ZnTiO3基质和Zn1-xTiO3∶xEu3+样品都是偏六方相结构。荧光光谱表明Zn1-xTiO3∶xEu3+荧光粉的激发峰峰位分别在393nm和464nm处,发射峰在615nm处。研究表明,当Eu3+掺杂浓度为2 mol%,煅烧温度为700℃,保温时间为4h时,样品的发光强度最大。样品Zn0.98TiO3∶0.02Eu3+的色坐标为(x=0.673,y=0.327),十分接近于国际照明协会NTSC规定的纯红色坐标(x=0.670,y=0.330),具有较高的色纯度。
  通过在Zn0.98TiO3∶0.02Eu3+荧光粉中添加不同浓度的碱金属离子A+(A=Li、Na、K),研究其荧光增强效应。荧光光谱表明添加碱金属离子Li+、Na+、K+的掺杂对ZnTiO3∶Eu3+荧光粉的发光强度均有不同程度的提高,其中添加Li+对Zn0.98TiO3∶0.02Eu3+荧光粉的发光强度提高最为明显,约是没掺杂碱金属离子样品发光强度的2.14倍。Na+和K+的掺杂分别提高了1.55倍和1.45倍。
  采用溶胶-凝胶法制备了Sr1-xTiO3∶ xEu3+以及Sr1-xTiO3∶ xEu3+,yA+荧光粉。XRD和TEM图表明样品SrTiO3基质和Sr1-xTiO3∶xEu3+都呈现立方相结构。激发光谱表明Sr1-xTiO3∶xEu3+荧光粉在465nm波长的光激发下,可以发射出峰值在580nm,591nm和617nm波长的光,在Eu3+和碱金属离子掺杂浓度为4 mol%时,样品的发光效果最好。其中K+的引入对SrTiO3∶ Eu3+样品发光性能提高幅度最大。
  用第一性原理模拟计算了Eu3+掺杂、和Eu3+/Li+共掺杂的ZnTiO3和SrTiO3电子结构及光学性质.计算结果表明:Eu3+掺杂和Eu3+/Li+共掺杂的带隙有所降低,这大概是因为有一些Eu4f的杂质态出现在禁带。Eu3+/Li+共掺杂的协同效应增强了各电子之间的耦合作用,促进了体系间能量的传递,从而增强发光强度。另外,光学吸收谱表明了Eu3+/Li+共掺杂的ZnTiO3和SrTiO3出现了明显的光吸收红移现象,并在低能区显示出更强的光吸收能力,这些结果均表明Eu3+/Li+共掺杂的协同效应能很好的增强在可见光区域的发光强度,与实验结果相吻合。
[硕士论文] 杨抒臻
集成电路工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:光电器件是当代光电信息系统的核心,器件性能的优劣是决定光电系统能否高效、快速和准确地进行信息处理的关键因素之一。以不同的光吸收材料为基础,通过结构设计、制备优化和应用拓展等研究来探索具有更高性能的新型光电子器件,是光电信息系统的重要研究内容。2009年,研究报道有机/无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性,如直接带隙、光吸收系数高、可溶液加工且缺陷态密度低、载流子迁移率高和扩散长度长等,在接下来的几年间,作为核心的光吸收层材料,在太阳能电池领域进行了广泛而深入的研究。与此同时,人们开始探索钙钛矿材料在其他光电器件中的应用,包括发光二极管、光探测器、激光器等。本论文以钙钛矿光探测器作为研究对象,通过探索在不同衬底上的钙钛矿薄膜制备方法,分析器件物理机制、优化器件结构,得到了高性能的钙钛矿光探测器件,为其在光通信系统中的应用奠定了一定的研究基础。
  首先,采用溶剂诱导快速结晶法在玻璃衬底上制备钙钛矿薄膜,通过对材料表征发现,制备得到的钙钛矿薄膜具有无空隙、致密度高、晶粒尺寸大等优点。为了进一步表征钙钛矿薄膜质量,我们制备了相应的钙钛矿光探测器。结果发现,相较于一步溶液法,基于这一薄膜制备技术得到的光探测器性能明显提升,其灵敏度最高为3.7A/W,外量子效率最高为806%,响应时间分别为770μs和7ms。为解决钙钛矿在空气中稳定性差的问题,我们利用PMMA对器件进行封装覆盖,发现在大气环境下存放15天,器件的响应度下降约7%左右,具有较好的稳定特性。其次,基于柔性可穿戴电子设备的发展需要以及柔性衬底上钙钛矿薄膜制备质量较差的现状,我们开发了一种新型的基于柔性衬底的钙钛矿薄膜制备技术──蒸气辅助溶液法,成功地在柔性PET衬底上制备了高质量高致密的钙钛矿薄膜,柔性光探测器的响应度最高为3.3 A/W,外量子效率最高为600%,响应时间分别为900μs和995μs,性能良好。蒸气辅助溶液法具有普适性,能够在多种衬底上制备高质量薄膜,在光电器件制备和开发中具有有重要的应用价值。
[硕士论文] 叶冲
材料工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:在自然界和工业产品中,经常碰到各种碟状胶体悬浮液体系,例如粘土、沥青、红细胞以及碟状液晶太阳能电池。他们在自然界中含量丰富,并且在工业上已经得到广泛地应用。作为软物质,碟状胶体对外界的影响非常敏感,施加一点电场或者磁场就能改变其物理化学性质。本研究以厚度均一,直径大小可控的单层磷酸锆(ZrP)碟片为模板碟状胶体体系,研究外加磁场对碟状胶体产生的影响。对于较大粒径的(500nm~2000nm)磷酸锆晶体,其制备方法已经非常成熟,制备出来的晶体形貌规整粒径可控。但对于小粒径(<500nm)的磷酸锆晶体,目前使用的回流法还存在一定缺陷,用微波辅助加热对小粒径的晶体制备进行了研究。具体工作如下:
  (1)研究了微波水热法制备磷酸锆晶体。通过控制反应物配比、反应温度以及反应时间,制备了不同形貌和粒径大小的颗粒,利用红外、XRD、SEM、DLS以及 TEM对其进行表征,获得了适宜的反应物配比和温度,并通过温度改变其粒径大小。将制备的颗粒与传统的回流法以及水热法产物进行了比较。得出的结论如下:使用微波水热法制备小粒径(<500nm)的磷酸锆晶体,温度200℃时氧氯化锆为2g与20mL磷酸(浓度15M)反应制备的磷酸锆形貌最好。在反应时间在3~12分钟之间,反应时间增长,获得的磷酸锆晶体粒径变大,时间超过12min以后,粒径变化不明显。与其他的制备方法相比较,微波水热法反应时间更短,且相同粒径大小下制备成的晶体的形貌规则程度以及结晶度要稍好于回流法。
  (2)利用 TBAOH将磷酸锆晶体剥离成单层磷酸锆碟状胶体液晶,研究了外磁场对碟状液晶的影响。结果过表明:外加磁场能使磷酸锆碟状液晶向列相(N相)由多畴结构变为单畴结构,干涉色由多种颜色变为一种均一的颜色。通过对参照Michel-Levy表,能够知道 N相磁场下干涉色的相位差,并进一步计算出双折射率。选用体积分数为2.8%时悬浮液作为研究模板,测出的双折射率为绝对值为0.00110±0.00005。通过理论计算绘制出,双折射率与np–n(np、n分别表示溶质与溶剂的折射率)的函数关系式。结果表明,实验结果与计算相吻合。N相由多畴结构变为单畴结构,是因为磁场改变了磷酸锆碟片的取向,这是因为碟片具有磁各向异性(Δχ)。通过实验发现磷酸锆碟片对磁场具有正响应(Δχ>0),在磁场中碟片法线方向平行于磁场方向。通过进一步计算,得出磷酸锆碟片的磁各向异性Δχ≈1.23±0.25×10-20J/T2。盐的加入可以抑制碟片间的电荷相互作用,使其重力场下的浓度梯度更加明显。和理论预测一样,磷酸锆单片悬浮液N相中可以形成 Michel-Levy色带,但与预测不同之处发现除了重力以外还需要额外的磁场。
[硕士论文] 刘万慧
化学 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:有机电致发光二极管因具有制备简单、成本低廉、低的驱动电压、高效率发光、重量轻等优点而受到了广泛的关注。在过去的三十多年中,有机电致发光材料及其器件获得了飞速发展。但是,与红光和绿光有机电致发光材料相比,蓝光材料仍存在稳定性差、器件效率不高等关键科学问题。
  为了进一步探讨蓝色有机电致发光材料的结构-性能关系,本论文围绕给体-受体(D-A)型分子,设计合成了三种D-π-A型以及四种D-A型蓝色有机小分子发光材料;通过核磁共振氢谱、碳谱和时间飞行质谱确证了分子的结构;利用紫外吸收光谱、稳态瞬态荧光光谱、循环伏安法、热失重分析等手段详细研究了它们的光物理性能、电化学性能以及热力学性能;以这类D-A材料为发光层掺杂剂,制备了蓝色有机电致发光二极管,研究了材料结构与器件性能的关系。本论文的主要研究内容如下:
  1.设计合成了三种基于1,3,5-三嗪单元的D-π-A蓝光小分子材料(p-TFTPA, mp-TFTPA和m-TFTPA),详细研究了分子内各单元(给体、受体或π桥)连接位置的变化对分子光物理性能的影响。研究结果表明:这类D-π-A分子都具有很好的热稳定性;它们在250-450 nm之间有较强的分子内电荷转移吸收峰(从给体单元到受体单元);通过稳态荧光光谱获得它们在二氯甲烷溶液中的最大发射峰在406~474 nm之间;并且,它们的发光寿命为纳秒级,这表明它们的发射源于单重态辐射。以这类D-π-A分子为发光层掺杂剂,制备有机电致发光二极管,获得了最大亮度为10150 cd·m-2,最大外量子效率为2.3%,最大电流效率为6.2 cd A-1的蓝绿光器件。
  2.为了进一步提高蓝光材料在固体薄膜中的发光效率,我们在D-A分子中引入聚集诱导发光概念。因此,在本章中,我们设计合成了两种基于1,3,5-三嗪单元的D-A型聚集诱导蓝光小分子材料(p-TPA-TPE和m-TPA-TPE)和两种D-A型蓝光小分子材料(p-TPA和m-TPA),并对它们的分子结构进行了表征;对比研究了聚集诱导发光基团对材料光物理性能的影响;研究结果表明:这四种D-A分子都具有很好的热稳定性,其失重5%的热分解温度都超过350℃;它们在250-500 nm之间都呈现出较强的紫外吸收峰;p-TPA、m-TPA、p-TPA-TPE和m-TPA-TPE在甲苯溶液中的最大发射峰分别为454 nm,458 nm,443 nm和485 nm;p-TPA-TPE和m-TPA-TPE在H2O/THF混合体系中呈现出强烈的聚集诱导发光现象,并且,他们在固体薄膜中的荧光量子效率分别为60%和24%,这表明在分子中引入聚集诱导发光基团有利于提高蓝光材料在固体薄膜中的发光效率;以m-TPA和m-TPA-TPE为发光层材料,制备了掺杂及非掺杂两种器件,初步研究了它们的电致发光性能,并获得了最大亮度为3629 cd·m-2,最大电流效率为4.2 cd A-1,最大EQE值为1.8%的非掺杂蓝绿光电致发光器件。
[硕士论文] 高尚政
电子科学与技术;物理电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:行波管(TWT,Traveling Wave Tube)是一种重要的微波真空功率放大器件,具有宽带宽、高增益、大功率和长寿命等特点,广泛应用于雷达、通讯、导航系统和电子对抗等国防工程和军用电子装备中,被称为武器装备的“心脏”。行波管噪声特性是行波管在卫星通信、雷达通信等高通信质量要求场合的重要考虑因素。随着计算机仿真计算能力的提高,通过仿真来进行行波管结构和功能设计已成为重要的行波管设计手段。目前但仍未见有具备噪声性能仿真能力的商用软件。
  针对上述问题,本文提出并建立了行波管电子枪噪声特性时域仿真模型、研究了基于仿真的电子枪噪声性能分析方法及其应用,主要内容包括:
  在课题组已有的非时域电子枪噪声性能仿真软件模块(EGunNoiseSim1.0)的基础上,提出并建立了具有时域仿真能力的电子枪区噪声性能仿真软件模块(EGunNoiseSim2.0),其由增加了发射电子初始角速度随机性仿真能力的噪声源模块、电子枪建模模块、初始电磁场求解模块、基于时域有限差分法的电磁场更新模块、边界处理模块、粒子轨迹求解模块和空间电流密度场更新模块组成;编写了电子枪噪声参数求解模块,可基于仿真结果对噪声电流、电压的噪声功率谱密度、噪声功率及噪声波阻抗等噪声特性参数进行求解,以方便对电子枪噪声特性的研究。
  使用EGunNoiseSim2.0对前人文献中给出的电子枪实例进行了电子注轨迹仿真,并与文献中给出的仿真与试验结果及CST仿真结果进行了对比,初步验证了本文编写程序的功能和正确性。
  此外,使用本文编写的程序初步探究了电子枪工作参数和电子枪结构参数对电子枪噪声性能的影响。仿真分析表明:噪声电流功率/功率谱密度随着温度的增大而增大,噪声电压功率/功率谱密度随温度的变化关系不明显;噪声电压功率/功率谱密度随着聚焦角度的增大而增大,噪声电流功率/功率谱密度随着聚焦极角度的增大先减小后增大;噪声电压功率/功率谱密度和噪声电流功率/功率谱密度都随阴极曲率半径的增大先减小后增大;噪声电流功率/功率谱密度随着阳极孔径半径的增大而增大;噪声电压功率/功率谱密度随着阳极孔径半径的增大而减小。
  本文工作为行波管电子枪噪声性能分析与设计提供了一种比较有效的仿真分析手段。
[硕士论文] 刘绍配
物理学 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,迫于环境污染和能源短缺的双重压力,大量的科研人员着手开发清洁高效的太阳能光电转化器件,其中光电阳极的性能直接决定着转换器件效率的高低。TiO2是较为常见的光电阳极材料,且在光伏器件制备过程中通常采用的是纳米线和纳米管结构,正是基于此理想的几何结构,光伏器件中电子的直接快速输运才得以实现。现阶段,TiO2光电极材料因其简便的制作工艺以及低廉的成本优势被大量用于光电器件。然而,由于它的带隙比较大(室温下为3.2eV),不能够实现对太阳光可见光区域能量的利用。为了解决这个难题,围绕其展开了大量研究探索,通过将窄带隙的材料负载在 TiO2纳米线阵列上,构成核结壳构便是其中的手段之一,窄带光敏半导体材料中又以 CdS和ZnSe最为常见。这种方法在很大程度上提升了对可见光的利用效率,然而却存在一个致命的缺陷,由于在光电化学制氢过程中存在由自身氧化分解导致的光腐蚀,壳层材料(CdS和ZnSe)极易失去光催化活性。受此启发,我们在壳层的基础上复合无定形态的磷酸钴(Co-Pi)和镍铁—双层氢氧化物(NiFe-LDH)析氧催化剂,构造三元复合光电极,加快了空穴转移并参与水氧化反应的进程,从而减缓了壳层被氧化的程度。在本文中,我们构筑的TiO2/ZnSe/Co-Pi和TiO2/CdS/NiFe-LDH三元复合光电极,较大程度的减缓了光电极由自身氧化分解导致的光腐蚀作用,从而使光催化活性得到进一步提升,最终达到提升其光电化学性能的目的。本论文主要内容如下:
  1.首先,我们通过一系列的制作工艺和方法成功的合成制备出了TiO2/ZnSe/Co-Pi三元电极。通过改变水热法的条件能够很好的控制TiO2纳米线的尺寸和结构,这将直接影响到光电极电子输运的效率,物理气相沉积以及电化学沉积法能够精确的控制壳层的厚度和所负载析氧催化剂的量,其将直接决定光电极对可见光的吸收能力以及抗光腐蚀能力。实验发现,我们制备出来的TiO2/ZnSe/Co-Pi三元复合电极的光电化学制氢性能相对纯TiO2和TiO2/ZnSe光电极均有不同程度的提高,尤其是光电化学稳定性得到了极大的增强。当测试偏压为0.6V时(vs.Ag/AlCl),在经过4000秒的持续光照射后,依然保持了56%的初始光电流值,远大于TiO2/ZnSe复合光电极在持续照射后保持在25%的初始光电流值。
  2.另外,在FTO导电玻璃上合成TiO2/CdS/NiFe-LDH三元复合光电极,并经过一系列的光电化学测试来研究其光电化学性能。具体的步骤是,先在 FTO上通过水热法生长TiO2纳米线阵列,然后通过物理气相沉积法的方法在TiO2纳米线阵列沉积厚度合适的CdS,之后再利用水热法在TiO2/CdS核壳结构纳米线阵列生长适量的NiFe-LDH析氧催化剂。交流阻抗和Mott-Schottky曲线分析表明,
  NiFe-LDH的引入加快了空穴转移并参与水氧化反应的进程,从而减缓了壳层被氧化的程度。光电化学稳定性测试结果发现,当测试电压取0.6V(vs.Ag/AgCl)时,在经过1500秒的持续光照射后,依然保持了约为80%的初始光电流值,远超TiO2/CdS光电极在持续照射后保持在约为35%的初始光电流值。
[硕士论文] 刘宇
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:自从1943年第一支螺旋线行波管诞生之日起,行波管领域的各个方面已经历了70多年的发展。现今行波管仍在国防、通信等领域有不可替代的地位。随着不断的理论研究和工业制造水平的提升,各种新型管型不断涌现,与之相应的对行波管的测试要求也在不断提高。由于测试过程中涉及到对高频电磁信号进行放大与采集以及精密微波测量仪器的使用,如何高效而精确地测量行波管的各个参数成为该领域急需解决的问题。目前在出厂测试环节中已有自动测试系统的投入使用,通过测试仪器直接采样,人们实现了对某些行波管参数的快速批量测量。但针对一部分行波管主特性参数,目前由于没有高效可靠的测试控制与测试数据分析算法,大量的测试流程控制与测试数据分析仍然依靠人工完成,测试效率低下,并且测试标准无法统一。
  本文针对国内外行波管测试研究的现状,在前人基础上,研究并改善行波管主特性参数的自动测试控制与数据处理分析方法。主要实现行波管饱和特性、增益压缩和增益线性度等几个目前在测试中仍需较多人工参与的参数自动测试。将具体参数的测试流程控制和参数提取算法分别封装到各对应函数库中,使得包括本课题组研发的基于LabVIEW平台在内的各测试平台均可方便调用,移植性高。本文主要工作包括以下几个方面:
  1.对行波管和自动测试系统进行介绍,阐述了行波管测量目前发展情况。
  2.研究了行波管基本特性的测量方法,在比对不同方法的基础上,给出了本文所选测试方案。
  3.给出了自动测试系统的设计与具体组建方案,在硬件和软件两个层面分别给出了具体的实现途径。
  4.讨论了基于自动测试平台的对行波管主特性的测试流程算法以及数据处理分析模块的建模与实现过程。
  5.在自动化测试系统上调用测试流程控制与数据分析算法对样品行波管进行了实际测试,并对测试结果进行比较分析。
[硕士论文] 任绪迅
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:小型化的大功率、高效率毫米波器件,在国防装备中能够满足机载、星载的需求,其功率量级是其他器件不可替代的。带状束扩展互作用振荡管(SBEIO)的大功率、高效率、小型化、高可靠性使之在星载、机载毫米波器件方面有着优良的表现。
  本文针对受均匀高频场调制的电子注,在腔体主要互作用区域经过换能后,注波同步条件被破坏,影响注波互作用效率的问题进行研究。在Ka波段设计一种高效率的9个互作用间隙的梯形高频结构。对这种Ka波段高频结构进行冷场仿真、粒子模拟仿真和冷腔测试。均匀高频场调制下,在34 kV,3.5A电子注尺寸8 mm×0.6 mm的直流输入下, SBEIO的输出功率为21.6 kW,效率18.1%。
  本文提出了一种逐渐增强的纵向电场分布来提升注波互作用效率,功率从均匀场仿真的21.6 kW增加到28.1 kW,电子效率从18.1%上升到23.6%。采用相位重匹配技术对该结构进一步优化,使互作用效率得到进一步提升功率从28.5 kW增加到36 kW,电子效率从23.6%上升到30%。对优化过程中出现的模式竞争问题进行处理,优化谐振腔结构,将竞争模式π/8模引出谐振腔,成功抑制了模式竞争。
  根据实际需求和加工水准,对所设计的Ka波段SBEIO的高频结构进行加工,并采用矢量网络分析仪进行冷腔测试,仿真和冷测取得较好的一致性,为进一步的热测实验奠定基础。探究更高频段、更多互作用间隙、更高横纵比的带状电子束高频结构。
  具体在W波段设计了一种15个互作用间隙,带状束横纵比15:1的梯形高频结构,直流电子注电压为44.4 kV,电流2 A,电子注尺寸为6 mm×0.4 mm下可得到功率6.7 kW,效率7.5%。对W波段的设计的高频结构进行加工,对加工模型使用矢量网络分析仪进行冷测和整管热测,电子流通率高达99.5%,最终,在输出48kV,1.8A时,95.09 GHz的电磁波输出功率可以达到2.1 kW。
  本文探究了提高梯形高频结构的互作用效率的方法,是大功率、小型化的毫米波源实现的至关重要的一步,可以为星载、机载应用场合提供可靠的大功率毫米波辐射源。
[硕士论文] 江翠玲
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:高功率回旋管因其具有高功率和宽带宽的优势,在毫米波雷达和通讯等领域有着广泛的应用前景,得到国内外研究人员的重视。随着应用系统的不断发展,与回旋行波管配套的高功率传输器件,也成为了国内外众多科研人员积极研究的热点。
  波导弯头是微波传输系统中的重要器件之一。在高功率传输的情况下,圆波导弯头中工作模式与寄生模式之间极易出现相互耦合的现象,而且这种耦合很难通过变曲率的方式去消除,势必会极大的影响弯头工作性能。与圆波导相比,在过模情况下,弯曲矩形波导中的模式之间的耦合更加容易控制,能否利用矩形波导的这一特性实现波导转弯的宽频带和高效率是本论文关注的重点技术问题。本论文的主要工作和贡献如下:
  1、研究了过模弯曲矩形波导中的模式耦合问题,建立了相应的数学模型,并对矩形波导中各模式之间的耦合系数进行了详细的推导和归纳总结。
  2、在理论推导的基础之上,编写了弯曲矩形波导耦合波方程组的数值求解程序。并在仿真软件HFSS中建立了仿真模型,将仿真计算结果与数值计算结果进行了对比,验证了数值计算程序的正确性,但在分析速度方面,数值计算程序的速度约为仿真软件计算速度200倍,这样大大缩短了分析所需的时间,为后续电大尺寸弯头的优化计算提供了必要的工具。
  3、利用数值计算工具和仿真软件,优化设计了具有矩形结构,口径为50mm,工作在Ku波段的 TE01弯头。计算结果如下:传输效率在96%以上的带宽可达到13.9%,最高传输效率为99.97%。
  4、利用数值计算工具和仿真软件,对一种极化可控的 TE11弯头进行了分析和优化设计,该弯头工作于Ku波段,口径为32mm。提出的结构可以保证在引导TE11模式高效率转弯的同时,既能够实现 TE11模式线、圆极化之间相互转变也可以实现 TE11模式极化不变的传输。为了验证方案的可行性,对第二种情况的弯头进行了加工测试,S-参数的测试结果表明:在13GHz-15GHz的频率范围内,TE11弯头的传输效率高于97%;空间辐射场测试表明:线极化 TE11模式在经过该弯头之后能够保持极化方向不变的输出,功率容量测试结果表明:在频率13GHz~15GHz、峰值功率120kW、平均功率10.4kW的情况下,研制的弯头未发生击穿现象。
  5、鉴于矩形弯曲波导在弯头中的成功应用,本章节还尝试将矩形弯曲波导应用到了TE01-TE11蛇形弯曲模式变换器中的设计中,期望能够探索出一种宽频带的模式变换器设计方案。结合数值计算工具和仿真软件,对一种工作在Ka波段,口径为23mm,改进型的TE01-TE11蛇形弯曲模式变换器进行了优化设计。计算结果表明:最高转化效率为98.5%,相对带宽为11.5%。
[硕士论文] 刘加东
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着显示器件技术不断发展,液晶显示器件(LCD)作为一种主流显示类型,市场份额逐年增加,特别是薄膜晶体管液晶显示器件(TFT-LCD),以其独特的性能优势和极具竞争力的价格优势,占据显示器件的龙头地位。与此同时,对TFT-LCD检测技术的要求也越来越严格,逐渐成为了液晶生产厂商的研究重点之一。
  本文基于TFT-LCD,介绍了驱动显示原理和缺陷检测系统中的图像采集处理,并对常用的图像采集去噪方法提出优化方案,同时设计开发出一种适用于高分辨率TFT-LCD检测的信号发生器,主要应用于2560x1600分辨率及以下的液晶显示屏的生产检测,以及向客户演示产品的显示效果,主要工作如下:
  (1)深入了解 TFT-LCD缺陷检测技术以及国内外研究现状。针对检测中的图像采集,分析和研究了常用的去噪算法,主要包括标准中值滤波、开关中值滤波、模糊滤波等。针对脉冲噪声抑制,提出了一种基于自适应阈值的开关中值滤波优化算法,以滤波窗口内的中心点为待测像素点,其余像素点进行比较排序选出最值并作为阈值参考值,减少了比较个数的同时提高了算法的性能。
  (2)针对高斯噪声抑制,提出了一种基于模糊滤波的优化隶属函数,降低了硬件复杂度,并使用中值滤波和模糊滤波组合结构进行高斯噪声抑制。使用Verilog HDL进行编写实现,经实验表明,本文设计的基于FPGA图像去噪算法能够满足系统实时性要求,能较好的完成图像采集工作。
  (3)深入了解TFT-LCD的显示驱动原理,设计了以FPGA为系统的控制核心,使用Verilog HDL语言设计完成了LCM信号发生器,包括USB指令译码模块、本地寄存器模块、SPI通信接口模块、NAND FLSAH控制模块、SDRAM控制模块、可编程时钟控制模块、RGB时序信号模块、PWM控制模块等。
  (4)对设计的 TFT-LCD测试系统进行了整机调试评估,最终实现各功能模块协调工作成功驱动液晶屏显示,并达到了液晶屏的测试要求。
  本文设计的基于 FPGA的图像去噪算法能够满足系统实时性要求,能较好的完成图像采集工作;LCM信号发生器可以实现同时驱动两块MIPI4 lane的液晶显示模组,最高可驱动一块MIPI8lane分辨率为2560x1600的LCM显示。经过实验研究分析,本设计最高可实现3840x2160@30Hz的4K屏的RGB信号输出。
[硕士论文] 赵利蕊
等离子体物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:传统的电真空微波器件利用热阴极作为电子发射源,结构复杂,且需要高温加热,因此使器件的应用受到许多制约。冷阴极场致发射无需高温加热,在室温环境下便可以工作,启动快,且结构简单。通过设计特定电子枪结构,可使得发射体表面发射出来的电流得到预调制。碳纳米管具有优异的场致发射性能,可以用作场致发射冷阴极材料,因此,本文采用碳纳米管材料作为场致发射电子源,并提出了一种8mm微型辐射源的理论模型。本论文的主要研究工作如下:
  1.根据碳纳米管场致发射机理,结合场致发射经典F-N公式得到场致发射冷阴极电子枪的电子注调制原理,据此构建用于8mm碳纳米管微型辐射源的电子枪模型。在电磁仿真软件CST中计算得到该电子枪的调制电流大小和深度。改变阴极电压以观察电压变化对电流大小和电流调制深度的影响。
  2.构建盘荷波导单周期模型,利用周期边界法在电磁仿真软件CST中计算该盘荷波导周期结构的色散特性、特性阻抗、品质因数以及谐振频率,并分析研究盘荷波导不同结构参数对色散特性、特性阻抗、品质因数以及谐振频率的影响。计算盘荷波导多个模式,得到各个模式的电场分布和场强大小变化,以及各模式的谐振频率、品质因数和特性阻抗。找出合适的工作模式。
  3.首先通过计算得到盘荷波导的单周期长度,并得到对应的相速。根据前面的结构参数对高频特性的影响从而确定盘荷波导的结构参数值。在相同高频结构条件下分别采用直流电子注与预调制电子注对其激励,对这两种情况进行热腔仿真,得到其输出功率。通过对两者进行比较发现,采用预调制电子注的激励方式,该辐射源不仅起振快,而且起振电流也比直流电子注激励条件下的起振电流小。
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