云南省光电信息技术重点实验室多项科研成果取得重大进展

云南省光电信息技术重点实验室依托于云南师范大学2016年11月经云南省科技厅批准立项,2018年12月正式验收成为省级重点实验室。实验室起步于20世纪80年代后期开始的颜色科学与技术、生物光谱学研究,90年代初期开展了光功能材料方面的研究。目前,实验室形成了“颜色与图像信息处理技术”“新型光电子材料与器件”和“先进光谱技术及应用”3个较为稳定、具有特色和优势的研究方向。

宽波段响应硅雪崩光电探测器研究

本文基于目前对宽波段探测器的应用需求,设计了一种在250~1100 nm范围有较高响应的硅雪崩光电探测器(Si APD),不需要拼接即可实现紫外-可见-近红外波段光的高效探测。分别对硅的紫外增强和(近)红外增强进行了分析,在此基础上,为获得宽波段响应Si APD,对器件结构进行模拟设计,采用光背入射等方式,提高短波吸收,同时保证近红外吸收。模拟优化的Si APD器件峰值波长940 nm左右,在250 nm和1100 nm处响应光电流均超过峰值的15%,这种结构的器件适用于多光谱及未来高精度探测等应用领域。

基于多尺度融合技术的低光照图像增强技术研究

针对低光照图像亮度不均衡、细节表现不明显等问题,提出了一种亮度调整、锐化和多尺度融合相结合的算法进行增强.首先将原图像分解出光照图,基于Retinex模型进行估计,并进行伽马矫正,得到亮度均衡的图像;为补偿伽马矫正导致的过曝区域细节丢失,对原图像进行锐化处理,以提升图像细节;最后在多尺度融合金字塔模型下,根据两个输入图像的权重进行多尺度融合得到增强图像.

基于Au纳米岛修饰的CdSSe纳米带光电探测器

三元合金CdS_(x)Se_(1-x)兼具CdS和CdSe的物理性质,其带隙可以通过改变元素的组分来调节.该合金具有优异的光电性能,在光电器件方面具有潜在的应用价值.本文首先通过热蒸发法制备了单晶CdS_(0.42)Se_(0.58)纳米带器件,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光电流与暗电流之比为1.24×10^(3),光响应度达60.1 A/W,外量子效率达1.36×10^(4)%,探测率达2.16×10^(11)Jones,其上升/下降时间约为41.1/41.5 ms.其次,通过Au纳米岛修饰该CdS_(0.42)Se_(0.58)纳米带后,器件的光电性能显著提升,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光开关比、响应度、外量子效率及探测率分别提高了5.4倍、11.8倍、11.8倍和10.6倍,并且上升/下降时间均缩短了近一半.最后基于Au纳米岛的局域表面等离子共振解释了器件光电性能增强的微观物理机制,为在不增大器件面积的前提下,制备高性能光电探测器提供了一种有效策略.

界面特性对InAs/GaSb Ⅱ型超晶格光学性质影响理论研究

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格是中红外谱段光电子器件的核心结构,其Ⅱ型能带排列特点使电子、空穴在实空间分离而跨过界面,其非公共原子构型使得界面态丰富。我们在Burt-Foreman包络函数理论的基础上,讨论了不同界面态对超晶格电子能态和波函数的调控作用。理论计算表明,超晶格缓变界面和界面势两种不对称界面态分布,都会导致重空穴带的自旋劈裂,而只有施加界面势时才会使得轻空穴带发生自旋劈裂。此外,研究了改变阱宽和改变势垒时超晶格体系带隙的变化趋势。结果表明,随着势垒厚度增大,陡峭界面和缓变界面两种界面态下的带隙计算结果逐渐降低,并且随着厚度增加带隙趋于收敛,而界面势下的带隙计算结果随着势垒厚度的增大而增大,与前两者呈现相反的趋势,这为中红外超晶格器件的精确设计提供了可参考的理论基础。

单光子探测技术

近年来,以量子密钥分配为代表的各种量子信息技术应用获得了飞速发展,这些应用对单光子探测器的性能提出了非常苛刻的要求,以光电倍增管和雪崩光电二极管为代表的传统单光子探测器件已经无法满足需求。在此背景下,出现了以超导单光子探测器为代表的新型低温单光子探测器件,其性能比现有商用单光子探测器有了本质性的提升。本文综述了迄今为止各种类型的单光子探测器,并指出各自在量子信息技术应用中的优势和不足之处以及发展方向。

90／10刀口法测量激光高斯光束束腰的实验研究

利用90/10刀口法测量高斯激光光斑尺寸及光束束腰尺寸,克服了传统方法过程繁杂的缺点,精度高、效率高,操作简单。

银纳米一维复式阵列表面等离激元光谱性质

纳米尺寸的贵金属在入射光的激发下能够产生表面等离激元效应,即光在金属表面与电子发生耦合,引起金属表面自由电子集体震荡的现象。当自由电子的震荡频率与入射光的频率相同时,可以引起等离激元共振,产生独特的光谱特性。贵金属纳米颗粒的等离激元共振效应在物理、化学、生物等各个领域具有广泛应用。基于银纳米颗粒,提出一种一维复式阵列结构,利用时域有限差分方法研究该贵金属阵列的表面等离激元性质。在该结构中,以SiO_(2)为基底,两种不同的银纳米颗粒沿y轴方向放置在SiO_(2)基底的表面上,形成一维复式阵列,平面波入射光沿z轴负方向垂直入射。实验观察到,在300~1200 nm的波长范围内,该复式阵列结构的表面等离激元能够被有效激发,在其吸收光谱上有两个等离激元共振峰。通过调节该结构纳米颗粒的尺寸、形状和阵列周期等结构参数,等离激元共振峰和电磁场模式均发生有规律的变化。此外,固定其中一个银纳米颗粒不变,改变另一颗粒尺寸,可以发现其吸收曲线的两个共振峰发生不同的变化,结合电场图可以得出两个峰所对应的等离激元共振具有不同的电磁场模式。通过改变其中一个银纳米颗粒的形状,如四棱锥、球体、圆柱体和正方体,可以发现当颗粒形状发生变化时,两个共振峰对应的波长均不发生变化,但是不同颗粒形状所产生的电场分布明显不同,底面处的相对电场强度差别也很明显,依此同样可以验证其吸收曲线存在两个不同电磁场模式的共振峰。研究结果对基于贵金属纳米颗粒阵列结构表面等离激元器件的设计研究工作具有一定意义。

一种高精度快速激光修调方案设计

在激光修调过程中,激光的修调路径和控制策略是影响修调精度和修调速度的关键因素,而常规激光修调方案难以同时满足高精度和快速修调。因此,提出了一种高精度快速激光修调方案,使用“离散+连续”结构的金属薄膜电阻图形提高修调效率和可靠性;利用阶梯形的激光修调路径提升修调精度;采用动态测试步长的控制策略提高修调速度。采用上述方案对60个金属薄膜电阻样品进行激光修调,结果表明:修调精度可达0.004%,平均测试步长为2.53,验证了所提出的修调方案可有效提升修调精度和修调速度。进一步将该方案应用在200个温度传感器芯片的校准中,结果表明200个温度传感器芯片的测温误差均校准至±0.2℃以内,平均测试步长为6.29。

一种FPGA⁃TDC防气泡误差编码器设计

在设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间数字转换器(TDC)时,时钟偏斜等因素产生的气泡误差会造成抽头延迟链(TDL)中的延迟单元失效,导致TDC的分辨率变差。提出了一种防气泡误差编码器,通过统计抽头延迟链中发生变化的抽头个数,该编码器使抽头延迟链跳变顺序按照时间顺序映射,从而消除气泡误差的影响。利用Xilinx Virtex UltraScale+FPGA对该防气泡误差编码器的有效性进行验证,使用该编码器后,基于双端采样法的抽头延迟链TDC分辨率由3.18 ps提升至1.76 ps。实验结果表明,所提出的防气泡误差编码器能够解决气泡误差导致的延迟单元失效的问题,避免分辨率的损失。

基于BEV占位预测的激光-毫米波雷达融合目标检测算法

激光雷达工作环境中的光束衰减和目标遮挡会导致输出点云出现远端稀疏的问题,从而引起基于激光雷达的3D目标检测算法的检测精度随距离衰减的现象。针对这一问题,提出了一种基于鸟瞰图视角(BEV)空间内目标占位预测的激光-毫米波雷达融合目标检测算法。首先提出了一种简化的BEV占位预测子网络,用于生成位置相关的毫米波雷达特征,同时有助于解决毫米波雷达数据稀疏带来的网络收敛困难的问题。然后,为了实现跨模态特征融合,设计了一种基于BEV空间特征关联的多尺度激光-毫米波雷达特征融合层结构。在nuScenes数据集上进行实验,结果表明,所提出的毫米波雷达分支网络的平均检测精度(mAP)达到21.6%,推理时间为8.3ms。在加入融合层结构后,多模态检测算法较基线算法CenterPoint的mAP提升了2.9%,同时增加的额外推理时间开销仅为8.6ms,在距离传感器30m位置处,多模态算法对于nuScenes数据集中10个类别的检测精度达成率分别较CenterPoint提升了2.1%~16.0%。

PCF压力传感器输出信号光电转换方案研究

光电探测器件是光电信息转换系统中连接光学和电子系统的接口器件。分析了光子晶体光纤压力传感器的基本传感原理,设计了光子晶体光纤压力传感器系统和解码系统,根据光子晶体光纤压力传感器输出电信号特征可选择InGaAs/InP-APD为光电探测器。

光纤通信系统中偏振模色散及其补偿技术分析

目前偏振模色散 ( PMD)已成为长距离传输、高速率数据和模拟系统的主要限制因素。首先简单介绍了 PMD的原理及特性 ,然后对 PMD的补偿技术进行了分析 ,对各种补偿技术的优缺点进行了比较 。

VR显示器中视差线索对伽马估计的影响

虚拟现实(virtual reality,VR)头戴立体显示器能够呈现视差线索,从而产生具有深度感的沉浸式交互体验.基于显示器伽马值人眼视觉估计方案,本文开展实验探讨了VR显示器中不同视差线索对伽马值估计的影响.实验要求被试者使用Unity开发的VR显示器伽马值人眼视觉估计软件,在不同视差下对VR显示器伽马值进行估计,并将估计结果与光谱仪PR715测量结果进行对比.实验结果表明,当视差为-40弧分时,人眼视觉估计VR显示器伽马值的准确度最高,估计误差为0.045,当虚拟深度从近距离(-40弧分视差)到远距离(+120弧分视差)变化时,人眼视觉估计误差由0.045增大到0.190,当虚拟深度从远距离(-40弧分视差)到近距离(-120弧分视差)时,人眼视觉估计误差由0.045增大到0.105.实验结果表明视差线索对被试者视觉估计VR显示器伽马值产生了影响.

利用聚焦超声的声致发光技术检测不同组织的成像差异

目的 本文提出一种利用聚焦超声的声致发光,结合ICCD成像技术检测不同组织成像差异的方法。方法 实验样品为一块4 cm×4 cm×2 cm的猪的脂肪组织,中间埋入一块0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的血块,代表不同的组织层,利用聚焦超声对组织内的一层进行逐点扫描,然后对各点在超声作用下产生的发光强度进行二维图像重建,利用各点发光强度的差异得到组织样品的二维图像。结果 利用该方法能够清晰地得到脂肪组织中埋藏血块的二维分布,测量精度达到0.5 mm,测量深度达到1 cm。结论 该方法可望在乳腺癌等皮下肿瘤的早期诊断中得到应用。

探究四聚体超表面中多极准连续域束缚态的调控机制

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum).通过测量准BIC (quasi-BIC)模式的谐振波长,计算准BIC模式的Q因子(quality fector)与不对称参数的关系,可进一步证实不对称参数对准BIC共振频率和Q因子的可调谐性.在此基础上,当同时引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可获得5个高Q因子的准BIC模式.共振峰的数量、位置以及Q因子都可通过调整面内破缺、位移扰动和周期扰动的程度进行调控.该超表面的设计可为传感器的多参数传感以及灵敏度等性能的提升提供一种全新思路.

光参量产生器泵浦源的优化设计与实验研究

研究了作为光参量产生器的泵浦源的1064nm Nd∶YAG激光器输出特性和运转特性。通过调Q脉冲的速率方程的数值计算得到脉冲形状,分析了脉冲形状对光参量振荡的影响。在泵浦功率为9.3W,Q开关重复频率为20kHz时,输出TEM00模1064nm激光平均功率为3.20W,光光转换效率34.4%,峰值功率为60kW。高峰值功率、窄脉宽的泵浦源为产生高质量、宽调谐、高转换效率的光参量产生器创造了条件。

光子晶体光纤压力传感器输出信号监测技术研究

光子晶体光纤压力传感器在各种压力环境监测中具有极其重要的作用.文章提出了光子晶体光纤压力传感器系统模型和输出信号检测方案,设计了一种用多片高速运放并联的方式来对PCF压力传感器输出电信号的放大,采用双极型定时器5G555新型整形电路对PCF压力传感器输出电信号进行有效的整形,为了满足PCF压力传感器对信号的相位和幅频特性以及计算工具的条件等多方面的因素,提出了一种用MAX293实现的无源BiQuad滤波电路对传感器输出电信号进行滤波.采用我们提出的放大、整形和滤波电路系统可以优良检测PCF压力传感器输出信号.

B位掺杂(CH_3NH_3)Pb_(0.5)M_(0.5)I_3(M=C,Si,Ge,Sn)环境友好型光电转化材料第一性原理研究

采用Material Studio(MS)计算软件中的CASTEP软件包构建出环境友好型钙钛矿太阳能电池材料(CH3NH3)Pb0.5M0.5I3(M=C,Si,Ge,Sn)包括母体在内的共计25种位形,研究了B位掺杂对其结构和物理性能的影响.首先,通过GGA+WC关联函数对25种位形分别进行几何优化和能量优化,并获得最终优化后的几何结构与总能量;其次,寻找到能量最低对应的几何结构,并将该结构作为最稳定结构进行研究;计算结果表明,所有位形都属于半导体.随着B位掺杂元素有效离子半径的减小,晶胞体积收缩,带隙有减小的趋势,在费米能级附近态密度分裂成的子带数量逐渐增加,电子密度逐渐降低,光学吸收峰逐渐从高频向低频移动.

铜微沟道热沉精密加工技术研究

微沟道传热技术是当前国际传热领域研究的前沿,在大功率半导体激光器列阵、大型计算机芯片冷却等领域具有广泛的应用前景。为了克服有成熟加工技术的硅微沟道导热系数不高的缺陷,解决普通铜沟道机械加工技术中加工切向应力对沟道壁的破坏无法获得小于300μm的沟道壁以及机械加工后毛刺对制冷流体工质阻力极大的问题,对导热系数更高的铜微沟道的沟道加工工艺进行了研究。利用机械雕刻和化学腐蚀相结合的方法,获得一种简单的机械-化学二次加工工艺,实现了对铜微沟道的精密加工,满足微沟道壁薄、沟道光滑的技术要求,且价格便宜、制作工艺简单。