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基于双给体三元体异质结的高性能倍增型有机光电探测器

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光子学报 2024年第3期53卷 251-261页

作者：李尧王奋强王爱玲蓝俊刘虎刘良朋张鹏杰吴回州牛瑞霞张栩莹兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070

为了拓展光谱响应范围至近红外,采用双给体单受体的三元体异质结策略,基于溶液法制备了以ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al为基本结构的倍增型有机光电探测器,活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F(100-x∶x∶1,wt/wt/wt)组成,研究了不同质量比的PT... 详细信息

为了拓展光谱响应范围至近红外,采用双给体单受体的三元体异质结策略,基于溶液法制备了以ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al为基本结构的倍增型有机光电探测器,活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F(100-x∶x∶1,wt/wt/wt)组成,研究了不同质量比的PTB7-Th对器件光电特性的影响。优化后的三元倍增型有机光电探测器以P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F(60∶40∶1,wt/wt/wt)为活性层,在-15 V偏压下,在450、520、655和850 nm处的外量子效率分别为2 666.40%、1 752.11%、1 894.26%和938.22%,响应度分别为965.80、733.35、998.68和641.91 A/W,比探测率均超过10^(13)Jones,在850 nm处的响应度与比探测率分别是相同条件下二元器件P3HT∶IEICO-4F(100∶1,wt/wt)的2.23倍和7.08倍。结果表明,在二元体系P3HT∶IEICO-4F中掺入适量的PTB7-Th,不仅能拓展光谱响应范围至近红外,还能改变活性层中激子解离界面、电子陷阱类型和空穴注入势垒高度,优化器件的电学性能。

关键词：倍增型有机光电探测器三元体异质结溶液法近红外激子解离

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融合结构重参数化变换的气体泄漏红外检测

光子学报 2024年第1期53卷 187-201页

作者：庄宏张印辉何自芬曹辉柱昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对常规工业气体泄漏检测装置需泄漏扩散到一定范围并与传感器接触时才能响应的不足,提出一种融合结构重参数化变换的红外非接触式检测网络模型GRNet。GRNet模型采用Mosaic-Gamma变换的预处理方法增加泄漏样本数量并提高图像对比度以... 详细信息

针对常规工业气体泄漏检测装置需泄漏扩散到一定范围并与传感器接触时才能响应的不足,提出一种融合结构重参数化变换的红外非接触式检测网络模型GRNet。GRNet模型采用Mosaic-Gamma变换的预处理方法增加泄漏样本数量并提高图像对比度以增强模型的鲁棒性;通过K-means聚类分析出适用于气体泄漏红外检测的候选框以预置模型参数;优化定位损失函数以提高模型对泄漏区域的定位准确性;采用改进后的轻量化网络RepVGG模块重构特征提取网络增强模型的特征提取能力,以实现轻量化并提高检测精度。实验结果表明,GRNet模型对氨气泄漏的平均检测精度达到94.90%,单张图像平均检测时间达到3.40 ms。采用伪色彩映射实现泄漏浓度的视觉感知效果,采用PyQt5将GRNet模型进行封装实现气体泄漏红外检测系统界面的可视化并在Jetson Nano B01嵌入式实验平台部署该模型,验证了实际工程应用的可行性和有效性,为开发气体泄漏非接触探测装置以保障涉气企业的安全生产和稳定运行提供一种有效的检测算法。

关键词：目标检测气体泄漏检测定位损失函数图像预处理聚类分析结构重参数化

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基于光纤光声传感的多组分痕量气体检测技术

光子学报 2024年第3期53卷 17-26页

作者：赵新瑜马凤翔王正之李辰溪齐宏超刘军军陈珂大连理工大学光电工程与仪器科学学院大连116024 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230601 成山集团有限公司荣成264300

为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功... 详细信息

为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功能。利用声学共振腔和干涉型光纤声波传感器对光声信号进行激发增强和探测增强,实现了乙炔和甲烷气体的高灵敏度检测。光纤声波传感器中以微机电系统悬臂梁作为声学敏感元件,设计了光纤法布里-珀罗干涉结构,将悬臂梁偏转位移转换为F-P腔长的变化。采用高分辨率光谱解调技术,实现了基于光纤F-P传感器的超高灵敏度光声信号检测。系统对乙炔和甲烷的检测极限分别达到2×10^(-9)和3×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数为8×10^(-10)cm^(-1)W Hz^(-1/2)。

关键词：光纤光声传感光声光谱气体检测悬臂梁光声探测

二维六方氮化硼的制备及其光电子器件研究进展(特邀)

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光子学报 2024年第7期53卷 68-84页

作者：罗曼周杨成田恬孟雨欣王奕锦鲜佳赤秦嘉怡余晨辉南通大学微电子学院(集成电路学院) 信息科学技术学院南通226019

六方氮化硼是一种具有宽带隙和二维层状结构的代表性材料,拥有优异的物理化学稳定性和高热导率等独特特性。其表面原子级平整、无悬挂键和带电杂质,被公认为是作为其它低维材料衬底的理想选择。另一方面,六方氮化硼对深紫外波段的强吸... 详细信息

六方氮化硼是一种具有宽带隙和二维层状结构的代表性材料,拥有优异的物理化学稳定性和高热导率等独特特性。其表面原子级平整、无悬挂键和带电杂质,被公认为是作为其它低维材料衬底的理想选择。另一方面,六方氮化硼对深紫外波段的强吸收和中红外波段的双曲特性,使其成为了制备高性能深紫外和中红外探测器的重要材料。本文首先介绍了六方氮化硼的晶体结构和材料特性,然后将材料制备方法分为“自上而下”和“自下而上”两类,系统阐述了六方氮化硼的制备现状,接着从衬底/介质层/钝化层、隧穿层和吸收层三方面重点回顾了六方氮化硼在光电子器件领域的研究进展。最后,基于六方氮化硼的研究现状,分析了其所面临的一些挑战和机遇。

关键词：二维材料六方氮化硼材料特性制备方法光电子器件

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面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法

光子学报 2024年第3期53卷 153-166页

作者：单良简娟熊俊哲施飞杨洪波楼晓颖孔明中国计量大学信息工程学院、浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差... 详细信息

提出了一种面向粒子图像测速的光流金字塔插值优化方法,可以减小重建角度误差和均方根误差,尤其是图像边缘部分的角度误差。使用该优化算法分别对单涡流、双涡流、DNS湍流粒子场进行速度场重建,得到三种流场的均方根误差和平均角度误差比优化前至少降低了15.96%和19.87%。搭建二维PIV实验系统,在待测流场中均匀撒入100μm的PSP粒子,进行旋转实验和注水实验,分别模拟涡流场和射流场,所提出的优化算法可以获得与常见算法流形一致的速度场。

关键词：粒子图像测速光流法均方根误差平均角度误差图像插值流体测量速度场重建

基于范德华材料的偏振探测器及性能增强方法(特邀)

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光子学报 2024年第7期53卷 1-20页

作者：王菁焦韩雪陈艳伍帅琴王旭东张书魁褚君浩王建禄中国科学院上海技术物理研究所上海200083 复旦大学光电研究院上海市智能光电与感知前沿科学研究基地上海200433

随着高分辨率成像、信息通信、量子计算等先进技术对光电探测精度和效率的需求日益增长,偏振光探测作为光电技术的一个重要分支,正面临着前所未有的挑战和机遇。本文全面综述了基于范德华二维材料的偏振光电探测技术的最新进展,尤其聚... 详细信息

随着高分辨率成像、信息通信、量子计算等先进技术对光电探测精度和效率的需求日益增长,偏振光探测作为光电技术的一个重要分支,正面临着前所未有的挑战和机遇。本文全面综述了基于范德华二维材料的偏振光电探测技术的最新进展,尤其聚焦于通过表面等离激元、铁电场调控以及转角材料等三种先进策略来显著提高偏振探测性能的创新方法。表面等离激元技术通过局域和传播等离激元共振增强光与材料的相互作用,显著提升了偏振探测的灵敏度和选择性。铁电场调控利用铁电材料的自发极化和局域电场,有效调节探测器件的载流子浓度和光电性能,为实现高效率和低能耗偏振探测提供了新的途径。转角材料通过调整双层二维材料之间的相对角度,引入电子结构和光学性质的可调控性,开辟了偏振探测新领域。最后展望了这些策略在未来偏振光电探测技术发展中的应用前景,强调了材料科学和微纳加工技术的综合应用将为实现高性能偏振探测器件提供强大的支持。

关键词：光电探测器偏振探测二维材料等离激元铁电局域场转角范德华材料

局部强冷作用下厚板铝合金/镁合金搅拌摩擦焊界面金属间化合物的析出行为

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金属学报 2024年第6期60卷 777-788页

作者：徐洋柯黎明聂浩夏春刘强陈书锦南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室南昌330063 江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

厚板铝合金/镁合金在搅拌摩擦焊(FSW)时接头界面沿板厚方向存在严重的温度分布差异问题,导致接头界面组织分布极不均匀,接头成形较为困难。减小接头界面沿板厚方向温差成为改善厚板铝合金/镁合金FSW接头成形的关键之一。本工作选取15 m... 详细信息

厚板铝合金/镁合金在搅拌摩擦焊(FSW)时接头界面沿板厚方向存在严重的温度分布差异问题,导致接头界面组织分布极不均匀,接头成形较为困难。减小接头界面沿板厚方向温差成为改善厚板铝合金/镁合金FSW接头成形的关键之一。本工作选取15 mm厚的5A06-H112铝合金和AZ31B-O镁合金板材进行异种材料FSW,采用液氮喷洒于焊缝上表面进行局部强冷,利用EBSD和TEM获得焊接接头物相分布和晶粒取向散布,研究了铝合金/镁合金接头搅拌区(SZ)两侧界面处金属间化合物(IMCs)的析出行为。结果表明,在空冷和液氮冷却2种条件下SZ的铝合金侧主要析出Al_(3)Mg_(2)相;镁合金侧主要析出Al_(12)Mg_(17)相,且在上部界面处与Mg发生了共晶反应;焊缝表面局部强冷,降低了接头各位置的峰值温度和高温停留时间,有效抑制了IMCs的析出和低熔点共晶的形成。不施加表面冷却时,铝合金侧界面上部和中部附近的SZ中主要析出Al_(3)Mg_(2)相,底部SZ中则为细小的等轴铝合金晶粒;镁合金侧界面上部的SZ中则主要析出了Al_(12)Mg_(17)相,并与Mg形成低熔点共晶,且在共晶区与SZ中的铝合金之间析出Al_(3)Mg_(2)薄层,中部和下部SZ与镁合金之间析出了界线分明、由Al_(3)Mg_(2)层和Al_(12)Mg_(17)层组成的IMCs叠层,且中部的IMCs叠层总厚度远大于峰值温度较低的底部处IMCs叠层厚度,其中Al_(3)Mg_(2)层厚度减薄更为明显。当在焊缝表面施加液氮冷却时,铝合金侧界面上部的SZ中除了析出Al_(3)Mg_(2)相外,还有少部分Al_(12)Mg_(17)和铝合金晶粒,而界面中部和底部SZ中均为等轴状的铝合金晶粒;在镁合金侧界面处,各部位IMCs析出行为与不施加表面冷却时相似,但界面上部析出的Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶层和Al_(3)Mg_(2)层、中部和下部SZ界面IMCs叠层总厚度明显减小,Al_(3)Mg_(2)薄层厚度降低更为显著。应变速率对IMCs的析出有显著影响,表现为界面层实际厚度远大于由扩散定律计算的理论厚度。

关键词：搅拌摩擦焊厚板铝合金/镁合金接头金属间化合物局部强冷

基于熔池原位冶金的电弧增材制造Al-Cu-Li合金显微组织与硬度

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金属学报 2024年第5期60卷 661-669页

作者：黎康杰孙泽羽何蓓田象军北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、... 详细信息

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、XRD、TEM和Vickers硬度仪对试样的晶粒形貌、物相组成进行表征并测量硬度。结果表明,电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样由10~20μm的细小等轴晶组成,且晶界处存在半连续网状共晶θ(Al_(2)Cu)相。增材制造热循环作用还会导致晶界附近析出T_(B)(Al_(7)Cu_(4)Li)相与T_(1)(Al_(2)CuLi)相。T_(1)相主要分布于试样的中部及底部,且随着增材制造热循环次数的增加T_(1)相含量呈上升趋势,试样底部的T_(1)相含量最高。电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样的最大硬度为126.7 HV_(0.1),略高于其他电弧增材制造2219 Al-Cu合金,这主要得益于细小的等轴晶组织以及热循环的作用下所产生的T_(1)相。

关键词： Al-Li合金电弧增材制造显微组织硬度

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混沌微腔激光器的研究进展(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 113-124页

作者：李建成雷彬鹃肖金龙杨跃德黄永箴中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免... 详细信息

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免光反馈引入的弱周期性。基于微腔内模式相互作用产生的自发混沌半导体微腔激光器,无需外部扰动,具有体积小、工艺简单、混沌带宽大、混沌态工作条件宽和无反馈弱周期性等优点,有望在具体应用中进一步发挥作用。针对近年来基于微腔的混沌激光器研究情况,本文进行了分类介绍,包括自发混沌微腔激光器、光反馈混沌微腔激光器和集成互注入激光器,总结了自发混沌微腔激光器的当前应用,对自发混沌微腔激光器的未来发展做了展望。

关键词：微腔混沌半导体激光器非线性物理随机数混沌探测