5G商用将大力推动泛在电力物联网建设,是一个在深紫外非线性光学的理论性能上略优于KBBF晶体的材料

深紫外非线性光学材料在全固态激光技术的实际应用中扮演着十分重要的角色。但是由于严苛的性能指标,深紫外非线性光学材料十分罕见。KBe2BO3F2晶体是迄今为止唯一实用的深紫外非线性光学晶体材料,在诸多高新技术中具有非常重要的应用价值。按照阴离子基团理论,深紫外非线性光学性能之所以罕有,是因为大部分阴离子基团的光学带隙和双折射率不能同时满足充分大的条件。因此,大部分非线性光学结构要么带隙较小(比如β-BaB2O4晶体)而无法有效透过深紫外激光,要么双折射过低(比如LiB3O5晶体)而不能实现倍频过程所必须的相位匹配。所以,为了获得优良的深紫外非线性光学材料,研究者们一直想获得既具有超大带隙,又拥有充分双折射,同时还能呈现足够非线性光学效应的晶体结构。
近日,中科院理化所林哲帅研究员与北京计算科学研究中心康雷博士、黄
冰研究员合作,通过将具有一维链状特征的极性基团整合到准一维的极性聚合物长链结构中,从而既有效地扩展了非线性光学体系的结构各向异性,又较大地饱和了结构中的非键轨道。在此设计策略的指导下,研究者系统地聚焦到了具有极性链状排列的磷腈聚合物体系,并成功地在晶体数据库中找到了一种已被实验报到的无机晶型聚合物结构——双氟磷腈PNF2——其结构非常符合本工作的研究者关于深紫外非线性光学聚合物材料的理论构想。而且系统的理论计算显示,双氟磷腈呈现了较大的晶体带隙(7.8~8.7电子伏),较大的倍频效应(1.2~1.9倍KBBF),较大的双折射率(0.10~0.16在400纳米),以及较短的深紫外倍频输出波长(142~158纳米),是一个在深紫外非线性光学的理论性能上略优于KBBF晶体的材料。值得注意的是,双氟磷腈是第一个具有深紫外非线性光学性能的非氧化物材料和聚合物材料。作为一个前瞻性的理论工作,其为深紫外非线性光学材料的研究提供了一个新的研究思路和策略参考。

电科院信息通信研究所总工程师汪洋 以5G助推泛在电力物联网建设

近期,固体所在银/氧化钛肖特基二极管等离热电子光电探测器研究方面取得进展。相关研究结果发表在Nanophotonics
(Nanophotonics, 8, 1247-1254上。
光可以在金属表面激发出等离基元,等离基元可以进一步激发出高能热电子,这些热电子可以越过金属/半导体肖特基结形成电流,进而实现光向电的转变,并实现光电探测。由此,人们近期发展了一种新的由金属/半导体肖特基结组成的等离热电子光探测器。相对于传统的半导体探测器,这种探测器具有特殊的优点:它能够探测能量小于半导体带隙的光子,并且其响应波长可以通过控制金属纳米结构实现可控连续调节。近年来,针对等离热电子光探测器的研究大多数集中在热电子探测器的响应度提升方面,而对探测率和响应速度这两个在光成像和光通信领域至关重要的性能欠缺相应的研究。
银/氧化钛肖特基结被认为是一种理想的热电子探测器构建材料。一方面,银具有高的等离局域场和窄的热电子能量分布,能够产生高的光电转换效率。另一方面,氧化钛具有高的导带态密度,方便电子的快速转移。因此,基于银/氧化钛肖特基结的热电子探测器预期会有高的探测率和快的响应速度。
固体所科研人员基于孔阵列银/氧化钛肖特基结制备了等离热电子光探测器。该探测器表现出快的响应速度和高的探测率,在波长为450
nm的光照和零偏压条件下,其光响应上升和下降时间分别为112 μs和24
μs,探测率为9.8 × 1010
cmHz1/2/W,这两个性能指标均高于之前文献的报道。进一步,他们通过降低肖特基势垒高度使器件的光响应度从3.4
mA/W提升到7.4
mA/W。相关研究为等离热电子光探测器的研制和性能提升提供了参考和指导。
本项研究工作得到了国家自然科学基金和CAS/SAFEA国际创新研究团队合作计划的支持。
孔阵列银/氧化钛复合膜在真空条件下的肖特基型电流-电压曲线。
银/氧化钛复合膜的SEM照片。 孔阵列银/氧化钛探测器的光谱响应。
等离热电子参与光电流响应的能带示意图。 2.png 图2. 波长450
nm的光照射下的光电流响应。
器件在零偏压条件下,对不同功率的脉冲入射光的响应。 光电流-光强的关系。
归一化的单脉冲光电流响应。

2019年7月10日

标签: 探测器

今年无疑是5G商用元年。6月6日,工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G牌照。这意味着中国成为继美国、韩国、英国后第四个5G商用国。

根据中国信息通信研究院发布的《5G产业经济贡献》预测,2020至2025年,我国5G商用直接带动的经济总产出可达10.6万亿元,5G将直接创造超过300万个就业岗位。

今年无疑也是泛在电力物联网建设元年。年初,国家电网有限公司创造性提出“三型两网、世界一流”的战略目标。其后不久,公司又召开会议进一步部署,强调当前最紧迫、最重要的任务是加快泛在电力物联网建设。

5G商用将大力推动泛在电力物联网建设,全面提升电网的全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的能力。5G在推进泛在电力物联网建设方面具体有哪些应用?未来电网运营管理将会出现哪些新变化?本刊专访了中国电力科学研究院有限公司信息通信研究所总工程师汪洋。

《国家电网》:5G 技术在泛在电力物联网领域有哪些典型的应用?

汪洋:4G时代推动人与人的连接,5G时代将实现人与物、物与物的连接,一个真正的万物互联时代即将到来。

目前,5G技术在泛在电力物联网中的应用处于探索及试点验证阶段,尚无大规模商用。从应用场景来说,主要有三大方面:超大带宽类应用,如4K高清视频监控及无人机巡检;高可靠低时延类应用,适用于对通信时延及可靠性要求较高的控制类电力业务,如配网差动保护;海量连接类应用,适用于电网中传感器数据采集等物联网数据采集类应用,如用电信息采集、移动信息采集等。根据泛在电力物联网建设的要求和不同电力业务的通信需求,我们围绕5G在电力的三大应用场景,开展了有关业务应用5G网络承载的实验及外场测试工作。此外,中国电科院与中国移动成立了无线移动通信与能源互联网联合创新实验室。同时,与中国移动组成5G网络切片工作组,在2018年世界移动大会上发布了5G网络切片白皮书。目前已申请相关专利10项,行业及企业标准2项。

《国家电网》:公司5G电力切片技术研发进展情况怎么样?

汪洋:公司在5G电力切片相关技术的研究上处于世界领先水平。去年年底,公司联合中国电信、华为公司发布了国内首个5G切片应用场景白皮书《5G网络切片使能智能电网》,提出了面向行业应用的差异化、自动按需构建、相互隔离的5G定制切片需求。今年4月,全球首个基于最新3GPP标准5G
SA网络的电力切片已经在南京完成测试。依托5G网络的毫秒级低时延能力,5G电力切片将增强电网与电力用户之间的双向互动,有效提升对于电网末端的精准管理能力,从而在突发电网负荷超载的情况下,做到优先保障最敏感负荷单元的不间断持续供电,提升电网安全性,以及电网实时管控与应急抢修能力。

《国家电网》:5G电力切片技术还有哪些亟待解决的难题?

汪洋:相对于5G网络切片技术,5G电力切片应具备特定行业应用的特殊性,需满足不同电力业务的多种通信需求,同时,还要确保信息安全及运行稳定。5G电力切片对于隔离性、安全性和稳定性的要求更加苛刻。

以电网对切片业务的隔离性要求为例。电网对业务隔离要求非常高,既要有接入侧和传输侧的隔离方案,还要在核心网侧构建基于全虚拟化的架构,实现基于虚机与容器等不同层级和颗粒的隔离方式。

当前研发的难点主要集中在三方面:采用什么样的模式与电信运营商开展5G电力切片合作;如何分配网络资源以确保切片资源分配,并保证电力业务对通信性能、安全以及稳定性的更高要求;如何保证5G切片能够提供接入网、传输网、核心网的端到端质量协同和保障方案。目前,中国电科院已经开展了5G电力切片技术适配和应用研究,重点对5G电力切片承载多种类电力业务时的隔离性及安全性开展测试验证。此外,我们与国内三大电信运营商和华为、中兴、大唐等设备企业开展合作,创新研究5G电力切片的资源动态分配技术,从而保证端到端的业务服务质量及不同业务的隔离性。

《国家电网》:5G技术对电力系统未来的发展有哪些影响?

汪洋:5G与大数据、人工智能等新一代信息通信技术的深度结合将从更深层次改变电网的形态甚至是生产服务的理念,促进电网从生产端到用户端单向流动的传统电网,向电力企业与用户双向互动的能源互联网加速升级。因此,可以预见,5G技术将推动电网从传统的能源供应商向基于大数据的综合能源服务商转变成为可能。

相信,5G技术的应用和公司泛在电力物联网建设不断加快,将大大推动电网传统业务形态和服务模式的转型升级,特别是在工业互联网和车联网等新兴领域的带动下,将为公司发展带来新的机遇。来源:《国家电网》杂志

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