基于SOI微环谐振腔的表面光滑化研究

针对硅波导粗糙侧壁引起的散射损耗是影响SOI微环谐振腔传输性能主要因素的问题,采用热氧化对MEMS工艺制备的微环谐振腔粗糙侧壁进行表面光滑化修饰。利用耦合实验测试其传输性能,同时分析了热氧化温度与微环谐振腔传输特性之间的关系。实验结果表明,氧化温度在1 000℃时,硅波导粗糙侧壁改善效果明显,此时微环谐振腔具有较好的耦合效率和较高的Q值,Q值高达1.2×104。实验结果为硅波导传感器表面光滑化研究提供了重要的参考依据。     

基于拓扑单向波导的电磁诱导透明效应研究

为了研究电磁诱导透明效应在拓扑单向波导中的表现，设计了一种基于磁性光子晶体的耦合谐振腔波导。通过对谐振腔位置的调控实现了具有单向性质的电磁诱导透明效应，并利用有限时域差分仿真证明了电磁诱导透明效应在单向拓扑波导中的相关特性。该研究可为拓扑波导中实现光延迟、光开关等提供参考。     

面向声压传感的硅基槽式谐振腔设计及研究

针对硅基波导腔在折射率传感领域的应用，提出了一种使用低杨氏模量的聚合物SU8作为上包层的硅基槽式微环谐振腔结构。基于耦合模理论优化了硅基槽式微环谐振腔的传输特性和特征参量，并分析了声压传感机理；采用MEMS工艺进行了器件的加工制备，并利用高温氮退火的方式对波导表面进行了光滑化处理；搭建了测试平台，对制备得到的谐振腔进行测试。测试结果表明：品质因数(Q值)可达2.76×10⁴,声压灵敏度可达2.19×10³ mV/kPa。相较于传统的全通型硅基波导微环谐振腔，文中设计的使用SU8封装的硅基槽式微环腔对光场的局域能力更强，在声压传感领域有着更好的应用潜力。     

基于空间光耦合系统的芯片温度传感器

研究了一种硅光子芯片空间光耦合系统,简化了集成光子芯片用光纤阵列耦合的方式,通过将1 550 nm附近波段的光通过空间光学系统,经光栅耦合器垂直耦合进入集成光子芯片,经过波导与微环谐振腔实现光学传感,采用多模光纤收集出射能量,并进行温度传感测试。实验结果表明,用波长探测方式,得到自由光谱范围（FSR）为0.85 nm,Q值为16 321的环形谐振腔直通端透射谱线。在温度传感测试中,其灵敏度达到127 pm/℃。通过进一步对比测试表明,空间光耦合与光纤阵列光耦合只在插入损耗方面有所差距,耦合系统可得到较好的温度传感测试结果。空间光耦合具有更换传感器芯片便捷,容易实现多通道测试等优点。     

多信道二维光子晶体滤波器

根据光波模在光子晶体线缺陷波导和环形谐振腔之间的耦合原理,在二维三角晶格光子晶体中设计了一款由线缺陷主波导、环形谐振腔、60°弯下载波导组成的多信道下载滤波器。利用平面波展开方法计算了完整光子晶体及线缺陷波导的能带结构;基于时域有限差分方法计算了各目标频率光信号在器件中的传输特性,分析了影响器件耦合效率的因素并对其进行了改进。分析表明:通过改变环形谐振腔内介质柱的半径可以调节光子晶体环形谐振腔的谐振频率,而改变线缺陷主波导与环形谐振腔之间耦合区域中介质柱的形状以及将直下载波导改换成60°弯下载波导可以提高线缺陷主波导、60°弯波导与环形谐振腔之间的耦合效率。计算结果显示:优化后的多信道二维光子晶体滤波器具备优良的选频功能,各目标频率光信号的透射率均达90%以上。与传统半导体介质材料器件相比,该器件体积较小,结构简单,易于大规模集成,很有应用前景。     

异质微环谐振腔双稳态及全光存储器应用

提出了一种基于异质集成波导的微环谐振腔,对其双稳态现象进行了研究分析,并将其应用于全光存储功能的实现。异质集成波导具有超高的克尔非线性效应,不受热光效应和载流子响应的限制,在超快克尔非线性效应的支持下,该结构具有快速全光切换的能力。设计了一个高品质因子Q = 77565的微环谐振腔,用耦合模式理论模拟了其双稳态现象。在峰值功率为474 fJ,宽度为20 ps的脉冲激励下,该微环谐振腔很好地实现了全光存储功能,并通过波分复用的串联微环结构展示了波长可寻址的四位光存储器。研究了基于超高克尔非线性效应的双稳态现象,为实现超快切换速度提供了可能性,在光存储、光开关、人工智能研究等方面具有一定的参考价值。     

串联双微环谐振腔系统的相干特性研究

为研究硅基光波导中耦合诱导透明和光学Fano共振效应,设计并加工了一种串联双环谐振腔结构。通过高温退火表面光滑化处理,使得波导粗糙度降低为0.545 nm,实验中利用垂直光栅耦合法对结构进行测试,测试结果表明:当两环半径相等时,由于相消干涉,产生CRIT效应;当两环半径不相等时,产生谐振分离现象。同时与传统的单环谐振腔结构相比,串联双环谐振腔结构半高全宽(FWHM)增强了3倍,并且降落端口消光比增加了20 dB。     

基于谐振腔理论的加速度传感器设计

为了实现新型的可集成微纳加速度传感器,文中采用微纳光纤设计了环形谐振腔的加速度传感器。通过电场的传数矩阵推导了谐振腔中的速度变化与光强变化间的关系,得到了加速度作用下微环谐振腔的谐振波长、周长、有效折射率的变化值间的函数关系。结果表明:设计的微环波导电场波动明显,耦合效率较好;光谱强度和3 d B带宽变化较小,Q值达到105;在质量块每增加10 g时,输出光谱图约向右漂移3 nm;加速度与谐振波长漂移量基本成线性关系,可以通过谐振波长的漂移量来实现对加速度的测量。     

悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的研究

针对传统微压传感器灵敏度低、体积大的问题,提出了一种新型悬臂梁式环形谐振腔微压传感器。首先理论分析了悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的工作原理,然后对悬臂梁结构进行了建模仿真,同时也确定了悬臂梁和环形谐振腔的最佳结构参数,最后利用MEMS工艺在SOI材料上制备了该新型传感器。利用光学耦合测试平台,对所加工的环形谐振腔进行性能测试,实验测得环形谐振腔的Q值为7.75×10~4,传感器的灵敏度为31 pm/k Pa,可以满足微压传感器高灵敏度的要求。     

扩展BANYAN网络的可重构 无阻塞8×8矩阵光开关

在分析CROSSBAR网络(CN)和BANYAN网络(BN)结构的基础上,提出了一种新的扩展BANYAN网络(EBN)可重构无阻塞结构。以8×8矩阵光开关为例,分析了EBN结构的两种形式及其可重构无阻塞特性,给出了开关单元驱动逻辑。从理论上计算了SiO₂波导EBN结构矩阵光开关的光学损耗和功耗。对于8×8开关,插入损耗为3.3 dB。按理论计算设计制作了8×8矩阵光开关,测得波导传输损耗为0.1 dB/cm,光纤-波导耦合损耗为0.5 dB/point。光开关插入损耗为4.6 dB,平均串扰为-38 dB,平均偏振相关损耗为0.4 dB,开关平均功率为1.6 W,响应时间约为1 ms。实验结果与理论计算基本符合。     

基于结构的变流器母排杂散电感优化方法研究

针对大功率变流器功率开关关断时,由叠层母排杂散电感引起的瞬时高压问题,对叠层母排的杂散电感与其结构之间的关系进行了研究。利用Q3D软件对不同尺寸、开孔、开槽等母排常见的结构进行了建模与杂散电感提取,结合对母排中电流流通路径的分析,建立了不同母排结构与杂散电感大小之间的关系,提出了一种基于改善电流流通通道的低感母排结构优化方法。利用该方法对现有的一台有源电力滤波器母排进行了优化设计,采用双脉冲法实验对优化前后母排杂散电感进行了测量。研究结果表明,该优化方法可明显降低母排的杂散电感,并能有效地抑制功率开关关断瞬间所产生的电压冲击。     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

混合动力城市客车串联式制动能量回馈技术

设计出一种新型的制动能量回馈系统及相应控制策略从而显著降低混合动力城市客车的油耗并保证车辆的制动安全。以某型混合动力城市客车为研究对象,基于开关阀和制动防抱系统(Anti-lock braking system,ABS)、驱动电动机以及蓄电池储能装置设计出一种新型串联式制动能量回馈系统,实现气压制动力和回馈制动力的协调控制、ABS系统与回馈制动系统的协调控制;基于Matlab/Simulink软件建立制动能量回馈系统的仿真模型,对制动能量回收系统在不同控制策略下进行中国典型城市公交循环的仿真分析;在基于dSPACE实时硬件平台及制动系统硬件组成的制动能量回馈试验台架上,测试分析回馈制动力与气压制动力以及ABS系统的协调控制关系。结果表明,所研发的制动能量回馈系统安全可靠,ABS系统能够独立工作而不受新增系统的影响;回馈制动力与摩擦制动力能很好地调节,最大限度地发挥能量回馈能力;能量回馈效果显著,中国典型城市公交循环的制动能量回收率在50%以上。     

轮式移动机器人轨迹跟踪的最优控制

深入分析了轮式移动机器人的运动状态,建立了WMR路径偏差系统的非线性数学模型。应用小偏差线性化理论,将该多输入多输出非线性系统简化成一个单输入单输出线性系统。然后基于线性二次型调节器理论进行了系统最优控制器的设计,并针对该理论中加权矩阵Q与R难以确定的问题,从控制效果出发,采用自适应遗传算法对其进行了优化。实现了移动机器人对预定轨迹的满意鲁棒跟踪,同时满足了实时性要求。实验结果证明了该方法的正确性与实用性。     

基于uPD780822单片机的客车CAN总线灯光节点设计

运用uPD780822单片机和BTS442、BTS740智能开关,进行了客车CAN总线灯光节点的设计。介绍了CAN总线和智能开关在客车车灯控制系统中的应用。给出了灯光节点的硬件设计方案及灯光节点的软件设计及实现过程。试验结果表明所提出的设计方案具有较高的可靠性。     

基于电力载波的远程开关设计

为解决网络总线技术在控制远程开关时必须架设专用物理网络通道的问题,在分析了电力载波通讯技术特点的基础上,将电力载波技术应用到了远程开关的集中控制中。利用电力载波技术无需架设专用网线的特点,设计了基于电力载波的远程开关控制系统,解决了其他总线技术必须要架设网线的问题;以STM32系列处理器作为系统主站和从站的处理器,根据所用到的功能设计了处理器部分的电路,以ST7540作为调制解调器,根据所选定的工作频率设计了专用滤波器,对通讯周期所需的时间进行了估算。研究结果表明,采用电力载波通讯技术的远程开关控制系统能满足大部分对实时性要求不高的应用要求。     

数控剪切中心自动控制系统设计

通过介绍数控剪切中心的功能、自动控制总体设计原则,系统组成及特点,给出了数控剪切中心的总线拓扑框图及系统流程图。最终解决了我国汽车制造行业,超宽板料下料的技术及工艺难题。     

VPX 总线技术及其实现

VPX总线规范将高速串行总线兼容到系统架构中来,在嵌入式领域有着广泛的应用前景。文中对VPX总线3U、6U模块和背板的基本规范进行说明和分析,并在此基础上给出一种基于VPX总线的嵌入式系统的实现方案。模块设计采用PowerPC MPC8641D与RapidIO交换器Tsi577的结合,背板设计采用全网状拓扑结构,支持模块之间高速点对点通讯。强大的数据处理和数据交换能力是新一代雷达军用综合信息处理系统的发展趋势。     

基于CAN总线与射频技术的高压开关柜温度监测系统

为方便、可靠、实时地对变电站高压开关柜内温度进行监测,研制了一种基于CAN总线及射频技术的温度监测系统.利用nRF2402及DS18B20作为无线温度传感器的主要器件实现开关柜内节点温度的采集、传输,以基于nRF2401射频芯片及独立CAN控制器芯片MCP2510的无线温度采集器完成对各温度传感器数据的接收及其与上位机的通讯,从而实现对高压开关柜内各节点温度的监测及报警.此系统在某110 kV变电站实际运行证明:系统抗干扰能力强、温度监测准确、可靠,满足高压开关柜温度监测要求.     

平行分度凸轮机构刚柔耦合动力学仿真

针对平行分度凸轮机构的特点,提出了基于刚柔耦合理论的动力学建模方法.利用Pro/E,Adams和Ansys软件建立了平行分度凸轮机构的动力学模型,针对不同传动函数对应的凸轮机构进行了仿真和分析.得出结论:变余弦传动函数适合于低速和对传动精度要求不高的场合,盖特曼传动函数和复合传动函数适合于高速、重载、精密传动的场合.复合传动函数是适合高速分度凸轮机构的动力学特性较好的传动函数.