基于空气、冰与水相对介电常数差异的电容感应式冰厚传感器

基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰生消过程的实时检测是一种新的冰情检测方法,基于这一思路,本文介绍了电容感应式冰层厚度传感器结构,并将研制成功的电容感应式冰层厚度传感器在黄河内蒙河道进行了冰层厚度连续监测应用试验,结果验证了利用电容感应技术测量冰层厚度方法的可行性。新型传感器具有结构简单,灵敏度高等特点,可以应用于冬季结冰河道冰层厚度及冰下水位的连续自动监测。

二维材料光电探测器的研究进展

二维材料具有良好的光电特性、热学特性以及机械特性,其中一些二维材料的光电性质与其自身厚度有很大的关系,通过改变厚度可以获得不同的材料特性,从而极大地增加了二维材料在光电子器件中的应用。综述了几种二维材料在光电探测器领域的研究进展,介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷以及二维钙钛矿4种二维材料的性质及制备方法,包括剥离法、沉积法和溶液法。详细介绍了基于上述4种材料的光电探测器以及4种材料间相互异质结构的光电探测器的研究现状。最后对二维材料光电探测器的发展前景进行了展望。

有机-无机杂化钙钛矿光电子器件的钝化技术研究进展

近年来,由于有机-无机杂化钙钛矿在提高太阳电池效率方面的突破受到广泛关注,其出色的表现主要归功于长载流子寿命和扩散长度、高光吸收系数以及低激子结合能等优点。这些独特的优点使其在电学和光学等领域有较好的应用前景。首先介绍了钙钛矿在潮湿环境下容易发生降解的特性及其降解机理。在此基础上,重点介绍了钙钛矿光电子器件钝化技术的研究进展。将钝化方式分为改善钙钛矿薄膜晶体质量、疏水处理、优化电子/空穴传输层、封装钝化等,并展示了不同钝化方式对提升钙钛矿光电子器件,如太阳电池、光电探测器的稳定性方面的积极效果。概述了通过调整分子组成以获得自身稳定的钙钛矿薄膜方面所取得的进展,并对钙钛矿光电子器件钝化技术的发展前景进行了展望。

有机-无机杂化钙钛矿光电子器件的钝化技术研究进展(续)

3从分子层面设计稳定钙钛矿薄膜虽然封装已被证明是一种有效的提高钙钛矿光电子器件寿命的方法,但它是一种后处理方法,在封装之前仍会发生材料降解。因此,寻找解决钙钛矿制作阶段稳定性问题的新策略至关重要。通过使用化学添加剂修饰界面,与钙钛矿材料反应生成稳定的氢键或疏水性官能团,使钙钛矿自身稳定性得到了改善。

基于空气、冰和水电阻特性差异进行河冰冰厚检测方法的研究

针对内蒙额尔古纳河试验现场环境温度低于-26℃时,无法用已知的冰情检测理论知识判断空气和冰的分界面这一问题,在实验室环境下对室温～-55℃温度范围内的空气、冰和水的电阻特性进行了模拟实验和分析研究。试验结果表明:通过改变系统的电路参数,确定了新的空气和冰的电阻特性理论阈值,据此可判断出空气和冰的分界面,进而计算出冰层厚度值。这一结果可以为基于空气、冰和水的电阻特性差异检测原理设计的冰层厚度传感器关键参数值的确定提供了理论依据。

基于磁光调制的多光谱目标识别系统的研究

基于特征光谱的目标识别技术具有检出能力强,可分辨目标种类等优点,但也存在一定的问题,即需要事先获取背景光谱作为先验知识且要求背景光谱随时间的变化较小。由此限制了其在新环境、复杂环境中实时目标识别方面的应用。设计了一种采用磁光调制配合特征光谱分析的技术手段,使目标识别过程中无需事先获取背景谱,从而实现了一次采集获取被测目标信息的功能,相比传统的目标检测方法而言,对战场的适应能力更强,具有较好的实用意义。同时,磁光调制技术有效地抑制了背景杂散光的干扰,从而提高了目标识别概率。由于磁光调制提供了目标光谱的累加迭代信息,故即使未知背景光谱或者背景光谱变化较大时,也可以通过目标光谱的迭代信息大幅提高目标识别率。针对不同被测目标的回波光强与背景光强值进行实验分析,结果显示,三种目标对调制线偏振光的反射能力明显强于背景。采用伪装色的被测目标对可见光成像目标识别影响很大,而调制偏振型系统仍能很好地识别目标。在此基础上,对0.5~2km范围内的目标进行多特征波长目标种类识别。采用三个特征波长时,目标识别概率在2km左右明显降低,采用四个或五个特征波长位置时,可以实现95.0%以上的目标识别概率,同时为了降低运算量提高系统的实时检测能力,最终采用四个特征波长。

基于氧化石墨烯/金纳米棒复合基底的SERS性能分析

以具有拉曼散射表面活性的金纳米棒(AuNRs)与氧化石墨烯(GO)溶液混合。通过控制AuNRs的尺寸、用量,抽滤制得氧化石墨烯/金纳米棒(GO/AuNRs)复合薄膜。利用紫外-可见分光光度计、透射电子显微镜(TEM)对制得的GO/AuNRs进行了表征和分析,并且采用拉曼光谱研究GO/AuNRs基底的表面增强散射(SERS)效应。结果表明,GO/AuNRs基底的SERS性能能够对芳香烃类大分子物质起到信号增强的作用。以罗丹明B(RhB)为探针分子验证其拉曼增强效应,在超微量浓度时依然具有较强的拉曼信号,增强因子达到2250。

基于金属介质交替膜超材料窄带滤色片的性能优化

超材料窄带滤色片由于结构紧凑、体积小、制备工艺简单和成本较低等优点,其常被用于光电探测和成像系统等领域。利用银和二氧化硅交替膜制备的周期性超材料狭缝阵列,实现了在可见光范围中心波长可调的窄带过滤颜色性能。研究了狭缝宽度、狭缝周期、金属银膜厚度与介质层厚度之间的比值和超材料厚度对该滤色片透射性能的调控规律,得到了具有较高透射效率且中心波长可调的窄带滤色片。最终实现半峰全宽17～30 nm、透射率约50%、在可见光500～760 nm波段实现中心波长可调且色纯度较好的滤色片。该结果为新型窄带滤色片的设计提供了崭新的思路。

基于一维周期性金属-介质薄膜多波段高效吸收体的制备及其光学特性研究

通过热蒸发和磁控溅射方法在厚金属Ag反射层上制备了由一维周期性Ag金属薄层和MoO_3/SiO_2介质层组成的多波段吸收体。实验结果表明:随着周期数(N)的增加,吸收峰的个数也相应增加,且精确等于周期数。对于Ag薄层厚度为14 nm、MoO_3层和SiO_2层厚度分别为2 nm及135 nm的吸收体,实验测得在400～900 nm波长范围内的积分吸收效率从N=1时的29.4%增加到N=6时的57.2%,趋势与理论计算结果一致。此外,测量结果表明:吸收峰对入射角度及偏振不敏感。笔者还在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上制备了多层吸收体,弯曲1 000次后仍基本保持原有的吸波性能。该吸收体在光伏和热辐射调控等领域具有潜在应用价值。

单晶钙钛矿的制备及应用研究进展

近年来,钙钛矿材料由于其带隙可调、吸收系数高、成本低等优势在国际上备受瞩目。其中,单晶钙钛矿具有优于多晶钙钛矿的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料。从钙钛矿的基本分子组成和化学结构出发,介绍了单晶钙钛矿的基本光学和电学特性,指出了块状、薄片/薄膜和纳米结构有机-无机杂化单晶钙钛矿的制备方法,总结了它们在光电探测器、太阳电池、光泵浦激光和辐射探测中的应用。最后,对单晶钙钛矿当前研究中所面临的挑战及未来的发展进行展望,指出开发低成本、高稳定性、无毒的单晶钙钛矿光电器件有望加速其商业化进程。

基于金属亚波长光学结构窄带滤色片的研究进展

窄带滤色片是一种在可见光波段选择性地反射或者透射特定波长的可见光而呈现不同颜色的常用光学元件,在液晶显示、光通信、传感探测和成像等多个领域得到广泛应用。综述了金属亚波长光学结构窄带滤色片的研究进展。根据结构形式的不同,将金属亚波长窄带滤色片进行了划分,主要包含了平直金属亚波长薄膜结构、金属-介质-金属腔结构、金属孔或颗粒阵列结构、金属光栅与其他结构组成的复合结构等类型。依次总结出了这些不同类别金属亚波长窄带滤色片器件的工作原理及近些年来所取得的研究进展。此外,还介绍了基于Fano共振原理的金属亚波长窄带滤色片,这类器件可以实现半峰全宽小于10 nm的超窄带滤色效果。

单晶钙钛矿的制备及应用研究进展(续)

3单晶钙钛矿的应用单晶钙钛矿作为一种优异的光电材料,广泛应用于光电探测器、太阳电池、光泵浦激发和辐射探测等光电子器件中。3.1光电探测器光电探测器是一种可以将光信号转变为电信号的装置,在图像感知、环境监测、导弹预警、生物检测和通信等很多领域应用广泛。

基于金属亚波长光学结构窄带滤色片的研究进展(续)

3金属孔或颗粒阵列的窄带滤色片基于金属阵列结构的窄带滤色片最为常见,除了前述金属-介质-金属腔阵列结构以外,基于金属孔阵列、金属颗粒阵列以及金属孔与颗粒的复合阵列均可实现窄带滤色性能,尤其是有关金属孔阵列滤色片的报道最为广泛。

最大似然法精确重构不同状态混沌激光的相空间分布

在实验上重构了从准周期到相干塌陷混沌激光的相空间Wigner准概率分布函数,为混沌保密通信中熵源的精确表征提供了重要依据。通过调控偏置电流和光反馈强度制备了准周期(带宽为3.2 GHz)、中等强度(带宽为7.3 GHz)、相干塌陷状态(带宽为11.5 GHz)的混沌激光,进而利用平衡零拍量子层析测量及最大似然法重构了获得的三种不同状态的混沌激光的密度矩阵及相空间Wigner准概率分布,测得的混沌激光相空间Wigner准概率相较于真空散粒噪声极限增大了1.5~3.0倍。同时,在重构测量过程中,去除背景噪声并对现有实验测量系统的损耗进行补偿,三种状态混沌激光相空间Wigner准概率分布的测量保真度分别从74.9%、81.2%、84.8%显著提升到95.5%、97.0%、97.6%。

等离子体八聚体中多重法诺共振现象的研究

利用时域有限差分法(FDTD)研究了纳米环八聚体和劈裂纳米环八聚体的消光光谱及其近场分布。研究结果表明,当入射光偏振方向不同时,纳米环八聚体和劈裂纳米环八聚体都产生法诺共振现象,通过调整八聚体外部4个纳米环间夹角的大小,不仅可以使纳米环八聚体和劈裂纳米环八聚体产生多重法诺共振,还可以对法诺共振的调制深度及共振波长进行调谐,以满足在表面增强拉曼散射、生物分子或化学分子探测中的应用。

量子噪声增强混沌激光的熵含量

利用外腔反馈的半导体激光器产生的混沌激光作为熵源,理论模拟和实验研究了不同强度和带宽的量子噪声注入对混沌激光熵含量的增强效果,利用反馈时延τ_(ext)、τ_(ext)/2和τ_(ext)/3处的排列熵均值,量化了混沌激光的复杂度,并利用不同维度排列熵增,判别了混沌噪声的主导过程。实验上通过平衡零拍探测系统制备了量子散粒噪声,测量了100,300,500 MHz不同量子噪声带宽注入下混沌激光熵增随量子噪声强度的变化。结果表明,窄带量子噪声可有效提高宽带混沌激光的熵含量,强度为15 dBm、带宽为100 MHz的量子噪声将3.8 GHz带宽的混沌激光熵值增至0.998,随着量子噪声强度的增大,混沌激光的熵含量增至最大时的量子噪声带宽降低,并获得噪声主导的混沌激光熵源。