基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管(LED)等传统非相干光源,成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地,具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器,占据红外探测器领域的主导地位。基于"复用思想"的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心,主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中,单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择;而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化,并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后,设计出实用的红外混合气体检测系统,对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。

还原石墨烯氧化物-银纳米线柔性复合电极的制备与性能研究

制备了一种具有高导电性、高透过率以及良好的柔性和机械稳定性的还原石墨烯氧化物(RGO)-银纳米线(Ag NW)复合电极。将低浓度的Ag NW旋涂在制备的RGO薄膜上,使Ag NW搭接在RGO的晶界、褶皱处,提高了RGO薄膜的载流子迁移能力。在保证透过率的前提下,提高复合薄膜的导电性能。结合薄膜转写工艺,制备了电阻为420Ω/□且透过率达62%的RGO-Ag NW柔性复合电极。该复合电极具有良好的柔性以及机械稳定性,随着弯折次数的增加,电阻没有明显变化。

金属有机化学气相沉积法制备ZnO和ZnO：Ni薄膜及其特性分析

采用金属有机化学气相沉积法制备了ZnO和ZnO∶Ni薄膜,并对它们的结构、光学和电学特性进行了对比研究.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的表面形貌和晶体结构进行了分析,结果表明,Ni元素的掺杂虽然降低了薄膜的晶体质量,但并未改变ZnO的纤锌矿结构.通过紫外-可见分光光度计对薄膜的光学特性进行了测试与分析,结果表明,ZnO∶Ni薄膜在可见光区的平均透过率可达90%,优于ZnO薄膜在可见光区的平均透过率(85%).霍尔(Hall)测试显示ZnO∶Ni薄膜的导电类型仍为n型,但其电阻率已经明显增加,载流子浓度也远低于未掺杂ZnO薄膜的载流子浓度,说明Ni元素的掺杂对ZnO薄膜的特性产生了很大影响.

利用MOCVD技术生长As掺杂的p-ZnMgO薄膜

利用GaAs夹层掺杂的新方法,采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术,通过控制生长温度,在蓝宝石衬底上成功制备出As掺杂的p型ZnMgO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、霍尔效应测试和光致发光(PL)谱等表征方法对薄膜的晶体结构、电学性能和光学特性进行分析。结果表明:高温生长的ZnMgO薄膜具有良好的c轴取向性;480～520℃时所制备的ZnMgO薄膜为p型导电,500℃时所制备的样品电阻率最低,为26.33Ω.cm,空穴浓度达1.638×1017 cm-3,迁移率为1.45 cm2/(V.s);室温PL谱显示,制得的p型ZnMgO薄膜具有较大的紫外与可见发光峰强度比,表明其具有良好的光学性能。

单层有机电致发光器件的阳极修饰研究

通过紫外臭氧和等离子体处理两种方式,对ITO表面进行了处理。将处理之后的ITO玻璃应用于单层有机电致发光器件(SLOLED)中,探究两种表面处理方式对改善器件性能的影响差别。实验结果表明,以等离子体处理之后的基片所得到的器件性能要明显优于紫外臭氧处理。基于等离子体表面处理方式,引入了Mo O3和HAT-CN两种缓冲层材料,研究了这两种材料对SLOLED器件性能的影响。实验结果表明,以HAT-CN为缓冲层的SLOLED表现出更优越的器件性能。

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。

高效率的蓝色磷光有机电致发光器件

制备了基于双母体结构的高效率蓝色磷光有机电致发光器件。通过与采用单母体结构和双发光层结构的器件性能进行对比,发现双母体结构的应用对蓝光器件的性能起到了明显的提升作用。双母体蓝光器件的最大效率为14.9 cd/A(13.3 lm/W),最大亮度达到10 440 cd/m^2,其开启电压仅为2.7 V。蓝光器件同时展示出低的效率滚降特性,在100~5 000 cd/m^2范围内,器件的效率滚降仅为35.3%。在3~8 V的电压变化内,器件的色坐标一直位于蓝光区域。

半导体高功率量子阱激光器退火后的电噪声

在环境温度和工作电流下,对808nm高功率量子阱激光器进行老化实验,发现在老化过程中一些劣质器件电噪声谱密度呈下降趋势,产生退火效应.本文应用初始性缺陷(高温高能条件下所形成的缺陷)和非初始性缺陷理论,探讨了器件发生退火及早期失效的原因.

温度对Si上MOCVD-ZnO成核与薄膜生长特性的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Si衬底上进行了ZnO的成核与薄膜生长研究。ZnO薄膜的形貌和结晶特性由成核和后期生长过程共同决定,初期成核温度决定了其尺寸和密度,进而影响后期ZnO主层的生长行为,但由于高温对后期ZnO纳米柱横向生长的抑制,纳米柱的尺寸并没有因为成核尺寸的增大而变大,因此在560℃得到了晶柱尺寸最大、密度最小的ZnO薄膜。最后通过改变成核温度,优化了ZnO外延膜的结晶质量。

NaYF_4∶Yb^(3+),Tm^(3+)/CdSe纳米异质结构的近红外上转换发光性能

采用两步高温热分解法合成了纳米异质结构的Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se。X射线衍射测试结果表明样品由纯六角相的Na YF4(β-Na YF4)和纤锌矿型Cd Se组成。980 nm激发的上转换光谱表明Na YF4∶Yb3+,Tm3+和Cd Se之间存在能量传递,Tm3+将Yb3+传递给它的能量部分地传递给Cd Se,被激发的Cd Se又将能量回传给Tm3+的相应能级,最终使得Na YF4∶Yb3+,Tm3+的紫外和蓝光发射完全消失,而797 nm的近红外发射大幅增强。Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se纳米异质结构的激发光和发射光均处于生物组织的光学透过窗口(700~1 100 nm),对生物组织的光损伤小,在生物医学领域有很大的应用潜力。

Au层退火温度对ZnO/Au/ZnO多层膜的结构、光学及电学性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备出晶体质量较好的透明导电的ZnO/Au/ZnO(ZAZ)多层膜,其中,Au夹层是通过射频磁控溅射的方法获得。通过对Au夹层进行不同温度的退火处理,研究了Au层退火温度对ZAZ多层膜的结构特性、电学性能和光学特性的影响。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、霍尔效应测试和透射谱分析等测试手段对ZAZ多层膜的性质进行了分析。测试结果表明,在200℃下对Au夹层进行快速退火处理,多层膜的结构、电学和光学性质达到最优,表面等离子体效应也更明显。其中,XRD(002)衍射峰的半高宽为0.14°,电阻率为2.7×10-3Ω.cm,载流子浓度为1.07×1020cm-3,可见光区平均透过率为75.3%。

MOCVD法生长Ga、P掺杂的ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备Ga、P掺杂的ZnO薄膜,分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测试、光致发光谱对样品进行表征。通过Ga、P掺杂分别得到n、p型ZnO薄膜,n型ZnO薄膜的载流子浓度可以达到1×1019cm-3,p型ZnO薄膜的载流子浓度达到1.66×1016cm-3。所制备的ZnO薄膜具有c轴择优生长取向,并且p型ZnO薄膜具有较好的光致发光特性。

疏水基团修饰的核-壳型NaYF_4/NaLuF_4∶Yb^(3+),Tm^(3+)纳米粒子设计制备

通过异质核诱导,利用溶剂热法在较低温度下合成了具有疏水表面的上转换发光稀土核-壳Na YF4/Na Lu F4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子,并利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪以及荧光光谱仪等测试设备对其进行了结构、形貌和上转换光谱的表征。测试结果表明,纳米粒子核为立方相,壳层为六角相。核-壳型纳米粒子的尺寸平均在20 nm以下,分布较为均匀。在980 nm近红外光激发下,核-壳型纳米粒子发射出较强的紫色和紫外荧光,且发光强度明显高于同尺寸立方相Na Lu F4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子。这表明利用异质核诱导的方法制备的核-壳型纳米粒子在生物医学领域具有更高的应用价值。

不同环境压强下溶剂退火对聚合物太阳能电池性能的影响

通过改变溶剂退火时的环境压强控制溶剂的蒸发速率,在不同压强下进行加压溶剂退火制备了基于聚-3己基噻吩∶富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)的体异质结聚合物太阳能电池。X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及原子力显微镜(AFM)的测试结果表明,增大溶剂退火的环境气压改善了薄膜的结晶度,增强了有源层的光吸收,提高了P3HT和PCBM的相分离程度,更有利于激子的解离和载流子传输。与在常压下溶剂退火相比,在2.0 MPa压强下对有源层进行溶剂退火的器件的光电转换效率提高了29%,达到了3.69%。

生长温度对MOCVD外延Zn O纳米结构的影响

为了探究生长温度对外延Zn O纳米结构的影响,得到Zn O纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,设计并获得了不同生长温度的Zn O外延样品,并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明:600℃生长的Zn O纳米柱横向尺寸最小,为65 nm左右,其光学特性也相对较好,晶体衍射峰的半峰宽最小,为0. 165°,晶粒尺寸最大,为47. 6 nm;电学性质相对最优的为640℃生长的Zn O样品,霍尔迁移率高达23. 5 cm^2/(V·s)。通过结果分析发现,生长温度能影响外延Zn O的生长模式,从而影响Zn O的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。

以光辅助MOCVD法在有取向Ni衬底及LAO单晶衬底上制备YBCO外延膜的比较研究

采用光辅助金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法,在生长有CeO2/YSZ/Y2O3(YSZ为Y稳定的ZrO2)缓冲层的双轴取向Ni衬底上进行了YBa2Cu3O7-x(YBCO)外延膜生长,并与LaAlO3(100)[LAO(100)]单晶衬底上的YBCO外延膜生长进行了对比.发现在Ni衬底上c轴取向YBCO外延膜的生长温度比LAO衬底上的生长温度低约30℃,但生长速度更快.经分析认为,这种差别主要是由于Ni衬底的热导率比LAO衬底高造成的.Ni衬底及LAO衬底上生长的c轴取向YBCO外延膜的超导极限电流密度(Jc)分别约为0.5 MA/cm2及1.8 MA/cm2.

低效率滚降、光谱稳定的蓝光有机发光器件

将多个(Ir(ppz)3∶FIrpic,1 nm)薄层对称地插入发光区(m CP∶FIrpic)中形成周期性结构,研究了该结构对蓝光有机发光器件性能的影响。结果表明,这种结构有效地抑制了发光区位置的漂移,减小了效率滚降,提高了光谱的稳定性;同时增强了载流子的直接俘获复合,提高了器件的效率。相对于无周期性发光层结构的器件,最大电流效率从16.55 cd/A提高到20.70 cd/A,最大功率效率从14.85 lm/W提高到16.26 lm/W,效率滚降改善了40%。

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型。该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能。以7微环8信道结构为例,在1550nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟。结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.1 4μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB。

硅材料的场致线性电光效应

从经典的极化理论出发,分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化,从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质。以近本征硅材料为样品,采用金属-绝缘体-半导体样品结构,搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统。在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应,系统的半波电压小于170 V,从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在。此外还观测到由克尔效应引起的二次电光调制信号,以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号。实验结果与经典极化理论的预期完全一致,也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在。

飞秒激光刻写高阶倾斜光纤Bragg光栅

报道了一种利用飞秒激光微纳加工技术在非敏化单模光纤中制备的高阶倾斜光纤Bragg光栅（HO—TFBG）。倾斜折射率调制是将聚焦的飞秒激光穿过高阶相位掩模板，并扫描曝光倾斜放置的光纤实现的，其覆盖了全部纤芯和部分包层。该单-HO—TFBG在1200～1700 nm波长范围内可形成三组与高阶Bragg谐振相对应的“包层模式谐振系列”。因此，其携带的信息量远高于紫外倾斜光纤Bragg光栅（uV—TFBG），其功能性更佳，尤其适用于多传感参数的监控。研究了HO—TFBG的折射率、轴向应变和温度等传感特性。此外，该器件兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性，其在苛刻环境中的化学和物理传感具有潜力。