在异质外延β-Ga_(2)O_(3)单晶薄膜上实现快速响应日盲光电探测器

通过等离子体辅助分子束外延(PA-MBE),在双抛蓝宝石衬底上生长出两英寸的高质量β-Ga_(2)O_(3)单晶薄膜。利用光刻技术和电子束蒸镀金叉指电极,在薄膜上成功地制备了金属-半导体-金属结构(M-S-M)型日盲光电探测器。结果表明:日盲光电探测器的暗电流低至130 pA(20 V),对紫外波段的光响应度达到229 mA∙W^(-1);此外,器件对光信号表现出超快的瞬态特性,衰减时间为1.31 ms,器件的优异性能可归因于β-Ga_(2)O_(3)的高结晶质量和肖特基结的巨大场迁移率。该研究为未来基于更大规模的β-Ga203异质外延薄膜的深紫外(DUV)光电探测器的应用迈出了重要一步。

一种光谱拟合系统的设计与实现

为提高光谱数据分析效率,利用多个不同波段LED对目标光谱进行快速合成,提出一种光谱拟合系统,通过建立光谱数据库并使用上位机对目标光谱曲线进行数据提取,采用优化算法求解驱动电流最优参数,并由下位机实现对目标光谱的实际拟合。光谱采集结果分析表明,实际输出光谱曲线对AM1.5光谱以及随机绘制光谱曲线的拟合优度分别为0.69和0.77,能够较好地体现目标光谱的变化趋势。

双钙钛矿反铁磁体Mn_(2)FeOsO_(6)的合成条件和磁性性质的理论预测

提出了一种理论方法,用于预测复杂磁性双钙钛矿化合物的电子构型、多晶体形态、合成条件和物理性质。该方法对于双钙钛矿化合物的预测准确且高效。确定了一种反铁磁金属材料Mn_(2)FeOsO_(6),它具有极高的反铁磁Néel相变温度(TN)。大量分析表明Mn_(2)FeOsO_(6)在费米能级附近具有很高的态密度和反铁磁构型,总磁矩为零。本研究结果表明,Mn_(2)FeOsO_(6)的TN高达680 K,代表自旋电子学领域的一个潜在突破。构建了Mn_(2)FeOsO_(6)的TN的复杂磁性模型,获得了相对可靠的磁激发谱,可与潜在的中子散射谱进行比较。这一理论方法得到的合成条件符合许多已合成的双钙钛矿化合物的实验合成条件,且该方法具有预测其他复杂磁性构型的潜力。研究成果有望在新型双钙钛矿材料的大数据预测中发挥关键作用。

光电耦合对InGaN/GaN量子阱光学性能的影响

围绕高性能GaN基垂直腔面发射激光器(VCSELs),设计了两种具有不同光电耦合强度的InGaN/GaN量子阱(QWs)样品,研究了它们的光学性质。样品A在腔模的两个波腹处各放置两个InGaN耦合量子阱,而样品B在腔模的一个波腹处放置5个InGaN耦合量子阱。计算表明样品A具有较大的相对光限制因子1.79,而样品B为1.47。光学测试发现样品A有着更高的内量子效率(IQE)和更高的辐射复合效率。使用两种样品制作了光泵VCSEL结构,在光激发下实现激射,其中基于样品A的VCSEL有着更低的激射阈值。结果表明有源区结构会显著影响量子阱与光场的耦合作用、外延片的内量子效率、辐射复合寿命和VCSEL激射阈值,同时也说明样品A的有源区结构更有利于制作低阈值的VCSEL器件。

三维摄像与显示综合实验

以双目视觉为基础设计了三维摄像与显示的综合实验,包括演示型和研究型的两层次实验内容,涵盖低年级演示物理和高年级专业物理的实验教学.学生通过自行搭建双摄像头的拍摄平台进行实验,了解立体视觉生理与心理原理,学会不同场景对应的最佳拍摄参量组合.

基于光学纳米结构的物理型信息安全技术

信息安全对人类社会极为重要,关系到个人和各类组织的财产与安全,因此一直以来受到人们的极大关注。其中,物理型信息安全技术因其物理载体和实现原理的多样性和隐匿性而具有极高的安全性。当前,通过引入特征尺寸小、功能丰富的光学纳米结构,物理型信息安全技术借助纳米尺度光场调控的新方法和新实践,在信息容量、安全性和功能性等方面都得到了极大提升。为厘清该领域的发展脉络与方向,本文将回顾近年来基于光学纳米结构的物理型信息安全技术的新发展,介绍该技术的基本原理、实现方法与优势特点,重点阐述其中的基于表面结构色图像、全息和轨道角动量的信息安全技术。此类信息安全技术不仅对于军用、民用机密信息防护具有重要意义,而且在商标防伪和身份认证等领域也有着巨大的应用潜能。

基于薄膜铌酸锂的模式色散相位匹配单光子源

薄膜铌酸锂光学芯片因低损耗、高非线性系数及高电光调制带宽等特性,有望成为开展集成光学量子信息研究的理想实验平台.然而,到目前为止,基于薄膜铌酸锂的单光子源普遍采用周期性极化准相位匹配技术,该技术要求精确地制备电极并对铌酸锂波导进行周期性极化,工艺复杂且对加工精度要求较高.本文提出了一种基于模式色散相位匹配的薄膜铌酸锂单光子源器件.该器件无需制作电极,具备加工简便和集成度更高的优势,同时单光子产率可达3.8×10^(7)/(s·mW),能够满足光学量子信息处理的需求.此器件有望替代传统准相位匹配单光子源,进一步推动基于薄膜铌酸锂芯片的光学量子信息研究的发展.

拓扑光子晶体与超构光子学(特邀)

拓扑光子学逐步成为重要的物理光学原理和方法,其光场调控的新颖方式引起了人们极大的兴趣。近年来人们借助拓扑光子学理论,采用光子晶体、超构表面等一类人工亚波长光学超结构,提出并实现了微波波段或光波段的宽带单向传输、抗散射传输等新奇光学现象。根据拓扑光子学的发展历程,简要回顾了基于类量子霍尔、类量子自旋霍尔、类量子能谷霍尔等类量子效应光子晶体的拓扑物理特性和设计方法。进一步,分析了拓扑光子晶体在微纳集成光子与光量子器件方面的潜在应用。未来,随着人们对超结构的物理原理、光电设计、制备工艺、封装测试等研究的不断深入,超构光子学将成为新一代信息技术领域的重要组成部分,并有望在硅光电子学、集成电路、微光学技术、显微成像、光量子计算、量子精密测量等基础与应用领域,产生积极深远的影响。

基于冗余图态的多人协作量子计算

量子计算是一种基于量子力学基本原理设计的新型计算模型,在某些特定问题上表现出了远超经典计算机的处理能力.随着量子计算任务复杂度的提高,如何分配量子计算资源,实现多方协作的量子计算,将成为量子计算领域待解决的一个重要问题.本文在一次性量子计算的基础上,提出了基于冗余图态的多人协作量子计算方案.不同于传统图态中每个节点仅对应一个粒子,冗余图态中每个节点都对应若干粒子.参与量子计算的每一方都将分配到一组完整涵盖各节点的粒子,各方将自行协商完成图态的分割以及后续的测量,从而实现多人协作的量子计算.在本方案中,参与量子计算的各方可以根据自身任务的需要来确定量子计算的合作方式并进行资源分配,使量子计算具备更高的灵活性与开放性.此外,本文还提出了一个两方协作制备任意单比特量子态的光学实验方案.

硅超构表面上强烈增强的三次谐波

利用超构表面结构实现硅介质内局域电磁场的极大增强,进而实现强烈增强的三次谐波激发(THG).该超构表面结构由L形的单晶硅共振子组成,通过调节抽运波长与超构表面共振波长重合,可以实现最高220倍的THG增强,THG的转化效率提升至~3×10^–7.数值模拟和THG信号的空间扫描结果表明,场增强主要源于超构表面结构中心区域处的共振模式耦合效应.此外,实验结果表明该结构的共振模式具有明显的偏振选择性,且THG信号同样为线偏振光,消光比为15 dB.

基于自发参量下转换的量子光源综述

自发参量下转换在制备量子光源等领域具有重要的研究价值。归纳了自发参量下转换的主要技术方案,讨论了不同类型(type-0,type-Ⅰ,type-Ⅱ)自发参量下转换量子光源的研究进展及其在多光子量子纠缠态和高维量子纠缠态制备等方面的应用,介绍了腔增强自发参量下转换窄线宽量子纠缠态的制备及应用,最后对各种方案所存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。

金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的研究(特邀)

选用金属陶瓷作为吸收材料,基于多层薄膜的光学干涉理论,设计了Cu/Zr-ZrO_(2)(HMVF)/Zr-ZrO_(2)(LMVF)/Al_(2)O_(3)四层结构的太阳能选择性吸收涂层。采用磁控溅射法,在4英寸Si基片上制备出与设计参数相符的样品,其在太阳辐射主要波段(300~1500 nm)具有高于96%的平均吸收率,58°大角度入射情况下在该波段仍能保持92%以上的平均吸收率。经过300℃高温退火6 h后,该吸收涂层仍然保持了预期的选择性吸收特性。

不同调制码型在高速长距光传输系统的仿真研究

阐述了光传输调制格式中NRZ、RZ、CSRZ、NRZ-DPSK、RZ-DPSK、CSRZ-DPSK6种码型产生的原理,建立了6种码型在高速长距光传输系统的仿真模型。利用Optisystem软件,仿真对比分析了6种码型在高速长距离传输系统中抗色散能力和非线性效应的影响。仿真结果表明,在高速长距离传输系统中,CSRZ-DPSK的抗色散能力最佳,RZ码型受非线性影响最低,RZ-DPSK非线性容限最优,综合考虑传输系统的色度色散、PMD和非线性效应的影响,在高速长距离传输系统中CSRZ-DPSK码型较合适。

WDM-PON系统调制码型传输性能仿真分析

高速长距离大容量光纤传输系统中,调制码型的选择直接影响了对光纤色度色散容限、偏振膜色散容限以及抗非线性效应的能力。高速长距离WDM-PON系统中,针对NRZ、RZ、CSRZ、NRZ-DPSK、RZ-DPSK、CSRZ-DPSK 6种码型的下行传输性能以及上行信号利用MZM再调制的ONU无色化技术的传输性能进行仿真分析,得出了采用SMF+EDFA+DCF+EDFA的"背靠背"后置色散补偿方法,系统的抗色散性能提升了2倍以上,由非线性效应引起的信道干扰得到了抑制。下行采用CSRZ-DPSK码型时,上行采用NRZ码型再调制无色化,系统的色散容限达到最好,B-B传输线路抑制了非线性效应,适用于高速长距离光传输系统。

光量子芯片中级联移相器的快速标定方法

集成光学技术在光量子信息处理等新兴技术有着重要的应用.相比于分立光学,集成光学技术具有体积小、成本低、稳定性好以及易操控的优势.然而,随着集成光量子芯片线路的复杂程度和规模的增加,对芯片上的移相器,比如级联马赫-曾德尔干涉仪中的相移器的标定,将会成为一个棘手的问题.传统的级联马赫-曾德尔干涉仪的移相器标定时间是随着级联个数的增加而指数增加的,目前所报道实现的最大级联个数仅为5个移相器.本文针对上述问题,提出了一种高效的标定方法.使用该方法对级联马赫-曾德尔干涉仪移相器的标定时间只随移相器数量线性增长,相比于传统方法实现了指数级的加速.本文在计算机上模拟了20个级联马赫-曾德尔干涉仪移相器的标定,结果显示保真度都大于99.8%,从而验证了该标定方法的有效性.本工作有望应用于光量子信息处理与光计算等方面.

超常规光学透视成像研究进展——散射光成像技术介绍

光学成像是人类获取信息的最重要手段,传统成像方法难以克服光在传播过程中遇到的散射干扰,当天文望远、生物显微、医学成像甚至日常生活观察等众多场合遇到散射影响时无法获得高质量的图像。如何在存在散射影响的情况下实现光学成像是人们长久以来渴望解决的基本光学问题之一。随着科技的发展,对这一问题的研究取得了不少突破。文章对这些突破和进展进行了讨论,并重点介绍了利用光场调控和解卷积成像技术实现透过散射体成像恢复的研究进展。

能谷光子晶体与拓扑光传输

在传统光学原理框架下,高效光传输问题在集成光电子领域的发展受到了制约。人们希望从物理源头出发,提出新型原理机制或设计方法,来获得整体上的高保真光传输性能。这正好与近年兴起的拓扑光子学内涵相吻合。近年来,光子晶体和超构材料等多种电磁系统都被用于拓扑光子学的研究中,并受到了广泛关注。文章简要回顾拓扑光子学的发展历程,重点介绍能谷光子晶体的物理特性和最新研究进展,集中论述了电磁对偶能谷光子晶体的理论提出、能谷光子晶体分类与微波实验观测、硅基能谷光子晶体与光波段传输实现等方面。最后,将讨论该领域的未来,并展望其在微纳集成光子学领域的可能发展方向。

铜冶炼转炉在线造铜期终点智能判断

铜冶转炉吹炼是一个复杂的过程,具有多变量、非线性、强耦合、大惯性和不确定性,机理复杂、物料变化范围大、影响因素多,给吹炼终点预报带来了极大困难。目前国内外铜锍吹炼过程终点判断仍以人工经验判断为主,此方式不仅增加工作强度,且吹炼终点判断严重依赖经验和工作态度,易导致欠吹或过吹等现象,影响正常生产,造成铜损失,严重时甚至发生喷炉事故。为此,利用转炉吹炼的终点与炉内烟气SO_(2)、O_(2)含量存在精确对应关系,结合人工经验和转炉工艺原理,在线对造铜期终点实现准确判断。利用SO_(2)浓度与烟气温度、送风量、送风压力、富氧量、内在因素(原料含硫比、原料重量、原料质量等)的关系实现动态补偿,采用Elman递归神经网络模型实现过程自调整、自学习,使判断准确率达到98%以上,对指导实际生产具有重大意义。

拓扑多谐振腔级联耦合系统:时域耦合模式理论解析

近年来,人们发现拓扑光子学可以保护多种光学器件的光学行为不受缺陷和其他微扰的影响.因此,拓扑光子学与滤波器设计的结合正被提上日程.最近的研究结合时域耦合模式理论,导出了四端子的多谐振腔级联耦合系统中的传输效率方程,并基于此设计了一种通用型高阶非互易性上/下载滤波器结构,获得了与理论预测相匹配的仿真结果.