双光子激发ZnSe自由载流子超快动力学研究

采用Z扫描和抽运一探测实验技术,在波长为532 nm、脉冲宽度为41 fs的条件下测得ZnSe晶体的双光子吸收系数,并获得了不同激发光强下的自由载流子吸收截面、电子一空穴带间复合时间和电子-声子耦合时间.研究发现,随着激发光强的增大,自由载流子吸收截面减小,复合时间变短.当激发光强增大导致载流子浓度大于10^(18)cm^(-3)时,抽运-探测信号出现明显改变,原因归结为强光场激发导致样品在短时间内带隙变窄和电子-空穴等离子体的形成.

基于纳米光子学的手性检测与表征技术(特邀)

作为生物体的本质属性,物质的手性表征在生理学和药理学领域有着重要的意义。当电磁波与手性材料作用时,会出现旋光效应、圆二色性和手性光力等特殊的光学活性现象,并成为材料手性检测的强大工具。由于手性分子的结构远小于激发光的波长,因此分子自身的手性光学效应通常很弱,极大限制了检测技术的精度。近年来,纳米光子技术的进步有望增强纳米尺度下光与物质之间原本很弱的手性光学效应,使得手性的高灵敏度、高分辨率检测成为可能。回顾了手性光学的发展及其在生物分子检测等方面的应用,讨论了基于等离子耦合圆二色性和超手性近场在圆二色性增强方面的策略,介绍了基于横向手性光力的物质构型分选和基于结构光场光力效应的手性结构表征方法,并对该领域未来进一步的发展进行了展望。

GaN晶体在飞秒紫外波段激发下的可变非线性吸收效应和光动力学过程研究

采用Z扫描和泵浦-探测技术研究了GaN薄膜在370nm时的非线性光学效应和非线性光动力学过程。首先,基于GaN薄膜的透射光谱,结合线性光学理论分析得到了其在370nm的线性折射率n_0、线性吸收系数α_0、光学带隙E_g等线性光学性质。采用飞秒激光Z扫描技术,得到了不同光强激发下的Z扫描实验响应结果,结合非线性光学理论提取出GaN薄膜可变的光学非线性吸收效应。在激发光子能量接近GaN带隙情况下,低光强时材料表现为饱和吸收而高光强时为反饱和吸收,这是因为低光强下单光子吸收占主导而高光强下以单光子感应自由载流子吸收为主。闭孔Z扫描测量得到了GaN薄膜的三阶非线性折射系数为n_2=-(1.0±0.1)×10^(-3) cm^2·GW-1,它几乎比传统非线性介质的高出一个数量级。为了探究上述非线性过程的动力学弛豫时间以及进一步探究GaN薄膜非线性光动力学过程的深层物理机制,采用了交叉偏振飞秒退相泵浦探测技术观察GaN薄膜的光激发载流子动力学弛豫过程。实验结果表明,在低光强下,饱和吸收效应来源于瞬态单光子吸收,高光强下单光子感应自由载流子吸收为非瞬态光动力学过程,其自由载流子弛豫时间约为17ps。该工作将为GaN薄膜在紫外非线性纳米器件应用以及GaN薄膜非线性过程的机制分析理解提供新的思路。

吡啶盐衍生物分子非线性光学性质的理论研究

采用从头算HF/6-31G(d)方法优化吡啶盐衍生物分子,在优化构型的基础上,采用耦合微扰Hartree-Fock(CPHF)方法研究体系的非线性光学性质。通过对体系的电荷分布、前线分子轨道以及吸收光谱等性质的分析,发现给体的给电子能力与跃迁偶极矩以及基态和激发态之间的偶极矩差成正比关系,由二能级公式得到给体的给电子能力与静态一阶超极化率成正比关系。采用单激发组态相互作用方法(CIS)方法研究体系的激发态情况,发现给体的给电子能力和分子平面性共同决定激发能的大小。

基于铅卤钙钛矿的大面积荧光/散射双模式太阳能集中器

可透光太阳能集中器(Luminescence solar concentrators,LSCs)具有重要的应用价值。该研究提出利用荧光和散射光双传输模式来提高基于CsPbBr_(3)的可透光LSCs的能量转换效率(power conversion efficiency,PCE),详细研究了散射及集光器受光面积对LSCs性能的影响。纳米TiO_(2)作为散射源,在MMA(Methyl methacrylate)溶液中分散性不佳,聚合过程中会在集光片内形成1μm左右尺寸的TiO_(2)团聚体,导致集光片透明度下降;当TiO_(2)掺杂浓度质量比为0.1%时,其对CsPbBr_(3)荧光性能的影响较小。散射能够提升LSCs性能,是因为TiO_(2)作散射中心提供了散射光传输模式,使CsPbBr_(3)&TiO_(2):PMMA集光片内传输的光子数增多,从而提高了LSCs的效率。最终实验得到双传输模式CsPbBr_(3)&TiO_(2):PMMA的LSCs,在TiO_(2)质量比为0.1%、尺寸为5 cm×5 cm的情况下,PCE达2.62%,相比单模式的1.94%提高了35%,Jsc提高到0.83 mA/cm^(2),V^(oc)为4.5 V,FF为70.2%。受光面积对双传输模式LSCs的性能也有影响,结果显示,由于LSCs内的传输损耗和纳米晶的重吸收,传输距离会增长,到达LSCs集光片边缘的强度则变低。根据LSCs不同受光面积与输出功率的测试和拟合结果,得到LSCs的最佳尺寸为20 cm×20 cm。

光开关切换延时线自动标定与控制系统

光开关切换延时线芯片中各光开关的驱动电压标定和控制需使用多通道光功率计、可编程多通道电压源阵列等分立仪器,存在成本高、扩展困难的问题。设计并制作了一套低成本、易扩展的光开关切换延时线自动标定与控制系统,其中多通道光功率计模块可探测-53~-7.7 dBm内的光功率,误差小于0.5 dB;多通道电压输出模块可高精度稳定输出0~10 V的直流电压,输出电压波动小于±0.5 mV;使用单片机控制各模块协同工作并连接上位机实现人机交互。使用本系统对5-bit光开关切换延时线进行了自动标定和控制,结果显示,在32级延时状态下,延时线芯片输出端的透射光谱在1560 nm波长附近的波动均小于1 dB,对应的延时步进为3.1109 ps/state。该结果与商用仪器标定电压下测得的3.0620 ps/state的延时步进高度吻合。本文设计制作的标定与控制系统精度高、成本低、扩展性强,具有很高的应用价值。

宽度与曲率双渐变型低损耗硅基弯曲光波导设计

采用内、外曲线分别为圆形弯曲和欧拉-圆形弯曲曲线,以及内、外曲线分别为欧拉-圆形弯曲和欧拉弯曲曲线,提出并优化了两种曲率与宽度双渐变的硅基单模弯曲光波导结构。采用有限时域差分对提出的两种弯曲光波导结构进行了仿真优化,并与圆形弯曲、欧拉弯曲、欧拉-圆形弯曲和贝塞尔弯曲光波导的性能进行了比较。结果表明在等效弯曲半径为2μm时,内、外曲线分别为圆形弯曲和欧拉-圆形弯曲的弯曲光波导损耗值仅为0.0056 dB/90°,且具有低的损耗波长相关性。

可调反射器辅助的可重构微环光滤波器

为了适应光学滤波、微波信号处理等各种应用场景的需求,集成硅基光子滤波器需要具备多功能可重构和灵活可调谐特性.本文提出了一种可调反射器辅助的微环光滤波器芯片设计.通过传输矩阵模型,仿真结果表明,该器件可实现4种自由光谱范围的切换、100 dB消光比滤波、带通与带阻切换、Fano共振、类似电磁感应透明和类似电磁感应吸收等谱型的重构,且每种谱型均可以实现滤波中心频率的大范围调谐.本技术在集成光子模拟信号处理和微波光子学等领域具有广阔的应用前景.

气相沉积法制备多孔ZnO薄膜及其光伏特性

通过气相沉积法,在大气环境下退火,制备了多孔ZnO薄膜.这种多孔ZnO薄膜的制备方法具有成膜过程简单且工艺可精确控制等特点.将多孔ZnO薄膜用胶体CdSe量子点来敏化获得太阳能电池,具有1.01%的能量转换效率.

有机吡啶盐的电致发光

有机盐是一种离子化合物,其分子间依靠比范德瓦尔斯力大得多的离子键结合,这有利于器件稳定性的提高。主要研究一种以新型有机吡啶盐ASPT (trans-4-[P-(N-ethyl-N-(hydroxylethyl)-amino) styryl]-N-methylpyridinium tetraphenyl-borate)作发光层的有机电致发光特性。实验发现有机盐ASPT是一种性能较好的红光发射材料。利用ASPT作发光层的单层电致发光器件,可获得稳定的红色电致发光。通过对外场界面势垒影响分析,我们讨论了这种单层器件的发光机理。为了探索ASPT中载流子传输与复合过程,并提高器件性能,设计了ASPT/Alq3双层和TPD/ASPT/Alq3三层结构的器件,进一步研究了它们的光电特性。实验结果表明,利用双层器件可获得亮度较高的红色发光。而在三层器件中,由于不同功能层的载流子传输特性的差别,激发复合区域受到驱动电压的显著影响,因此电致发光光谱随电压的变化而变化。通过对光谱结构、能级位置的分析,讨论了相关的发光机理。

基于FPGA的高速CCD工业相机系统设计

针对CCD传感器IL-P3-B具有高实时性、高分辨率及低噪声的优点,设计了一款基于FPGA的工业检测相机。分析了一种基于FPGA的CCD驱动电路结构,给出了驱动时序的QuartusⅡ仿真及其实测波形图。研究了基于FPGA的图像并行校正算法与处理方法。实验结果表明,以FPGA为核心的驱动电路能够产生符合CCD要求的驱动信号;图像经FPGA校正算法处理后,可以提高图像质量。

激光分拣系统的设计和改进(英文)

相机分拣机常用于食品和非食品分拣,如炸薯条、虾、蔬菜、小吃、棉花、塑料等。但有些看不见的异物(如玻璃)或与产品颜色相同的异物是无法由相机检测到的。而激光扫描系统则可用于检测与产品颜色相同的异物。设计和改进了基于选择性吸收原理的激光分选系统,并对系统进行了高速信号采样实验以及成像实验。在信号采样实验中,系统可以通过选择性吸收分选技术有效识别产品和异物。在成像实验中,选择报纸的标题作为成像样图,调整扫描光斑直径接近0.35 mm,扫描后的数据经由计算机程序转码并成像。实验成像的分辨率为180×43 pixel。成像结果表明,系统可以有效地识别1.5 mm的异物。最后对光学扫描系统进行了分析,发现部分的光信号损失于扫描光的非垂直入射,于是提出了曲线扫描分拣结构用以改进传统分拣系统。

622 Mbit/s大气激光通信机与10/100Mb·s^(-1)自适应收发器的设计及集成

研制了一款用于622Mbit/s大气激光通信机的10/100Mb·s-1自适应以太网光纤收发器并将其集成到通信终端机模块中.该收发器以高性能的光电介质转换芯片ML6652为核心,配以必要的光收发模块和网络接口等外围器件,实现了以太网光电转换设计.从收发器主要元器件的选择、系统设计和印刷电路板设计电磁屏蔽几个方面介绍了光纤收发器的设计.整个系统具有速率高、耗能小、结构紧凑、人眼安全的特点.

聚合物光波导的反应离子刻蚀工艺研究

实验研究了表面粗糙度、侧壁垂直度与各刻蚀参量之间的关系,通过对刻蚀效果的分析,发现在低功率、高CHF3含量、低压强的情况下能获得最小的表面粗糙度;在高功率、50%CHF3含量、低压强的情况下能获得较陡直的波导侧壁。利用优化的刻蚀条件,对PMMA进行刻蚀,得到了均方根粗糙度小、侧壁陡直的波导。实验发现,该刻蚀条件对其他聚合物光波导材料的刻蚀也具有一定的指导意义。

基于ZnO纳米线的酪胺酸霉生物传感器研究

用简单的气相传输法制备了尺度均匀的ZnO纳米线,它具有高等电点、优良的生物兼容性、良好的电子传输特性等优点。基于这些优良特性,酪胺酸霉被稳定的固定于这种纳米材料的表面,进而构建了用于苯酚类物质探测的生物传感器。电化学测试表明这种生物传感器具有高灵敏度、快速响应等优点,可用于环境监测、人体健康等领域。

硅衬底上ZnO纳米线的制备及其导电性能(英文)

采用无催化剂的气相输运方法在n-Si衬底上制备了ZnO纳米线.其直径约100nm至200nm,长度约几微米,X射线衍射图谱的所有峰位与典型的六角纤锌矿ZnO相匹配.霍尔效应测量表明纳米结构ZnO具有良好的导电性.纳米ZnO/n-Si的电压电流关系显示其具有整流特性.基于纳米ZnO/n-Si界面的能带结构对其导电特性进行了分析讨论。

半导体量子点在白光LED器件上的应用研究

以CdSe,CuInS2和CdS:Mn量子点为例,本文基于量子点白光LED器件的电光转换过程,引入量子点的"类"光谱光效率函数,给出了该器件的色坐标、光效和量子点配比等计算公式,理论计算结果和实验结果基本一致.研究结果表明量子点的荧光峰位和峰宽对白光器件的显色指数有显著影响.

CdS∶Mn/ZnS核壳结构纳米晶体的场致发光性质

锰掺杂的核壳结构Cd S∶Mn/Zn S纳米晶体由胶体化学方法制备,并将该纳米晶体所形成的薄膜夹在两层Ta2O5薄膜中间,形成交流薄膜电致发光器件。该器件的电致发光强度随着环境温度的升高呈现先增强后减小的变化规律,并且Mn杂质的位置会影响其电致发光谱。

采用ALD方法制备TiO_2/Al_2O_3布拉格反射镜并配合金属反射镜来增强背镀结构的反射效率(英文)

首次采用原子层沉积法制备TiO2/Al2O3布拉格反射镜并配合金属反射镜来制备了高反射率的背反射镜。制备的多层布拉格反射镜加Al镜和多层布拉格反射镜加Ag镜有很好的平整度和厚度的精确性,并且反射率高于96%。此外,TiO2/Al2O3布拉格反射镜和Al与蓝宝石衬底都有良好的粘合性,这样可以节省制备步骤并且可以得到高质量的背反射镜。利用原子层沉积技术和TiO2/Al2O3布拉格反射镜,我们得到了高反射率,角度依赖性小,更加稳定以及均一性更好的背反射镜,可以满足高亮度LED的需求。

对染料掺液晶随机激光电控特性的研究

实验研究了液晶盒盒厚及摩擦方式对随机激光电控特性的影响,并分析了其物理机制。实验制备了3种盒厚的液晶盒,每种盒厚的盒都采取了3种摩擦取向方式(双面平行、双面反向、双面垂直)。不同盒厚的样品随机激光消失的关断电压Vdis分别在2.4 V(100μm)、2.8 V(188μm)、3.3 V(300μm)左右,基本不受摩擦方式影响。该实验通过减小盒厚降低了随机激光的关断电压,为电控随机激光低功耗应用提供了一种可行的方法。