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电光聚合物调制器的发展（特邀）

光学学报 2024年第15期 55-70页

作者：邱枫国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院

作为电信号到光信号的转换枢纽，高性能电光调制器在高速光互连系统的升级换代以及促进集成光子学发展等方面具有重要的科学意义与广袤的实用前景。电光聚合物调制器在近年来获得了高度关注，其具有调制电压150 GHz、易与硅、SiN、金属... 详细信息

作为电信号到光信号的转换枢纽，高性能电光调制器在高速光互连系统的升级换代以及促进集成光子学发展等方面具有重要的科学意义与广袤的实用前景。电光聚合物调制器在近年来获得了高度关注，其具有调制电压150 GHz、易与硅、SiN、金属等衬底异质集成等优点。本文深入剖析了电光聚合物材料及其调制器的发展历程。首先，综述了电光高分子材料的研究进展，重点介绍了几种代表性的电光聚合物，并探讨了材料结构与性能之间的关系；其次，着重介绍了基于电光聚合物的马赫曾德尔干涉（MZI）型电光调制器和微环调制器，详细分析了其在国内外的研究现状，并对这两类调制器的研究现状进行了总结；最后对材料与器件的商用化进行了展望。

关键词：电光聚合物调制器光波导光互连光电集成

碲镉汞红外光电探测器局域场表征研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2022年第7期51卷 36-48页

作者：刘书宁唐倩莹李庆国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

碲镉汞材料(HgCdTe)是第三代红外探测系统中使用的重要探测材料,其发展水平能基本反映当前红外探测器最优性能指标。近年来,天文、遥感和民用设备对探测器性能提出了更高的要求,这对HgCdTe红外探测器的设计和制备提出了新的挑战。HgCdT... 详细信息

碲镉汞材料(HgCdTe)是第三代红外探测系统中使用的重要探测材料,其发展水平能基本反映当前红外探测器最优性能指标。近年来,天文、遥感和民用设备对探测器性能提出了更高的要求,这对HgCdTe红外探测器的设计和制备提出了新的挑战。HgCdTe红外探测器更精细的设计和加工技术为提高HgCdTe红外探测器性能提供解决思路。抑制器件的有害局域场、调控器件的有益局域场可以实现器件性能进一步的突破。但是,如何对HgCdTe光电器件局域场进行表征与分析,澄清HgCdTe光电器件中局域场相关的噪声及暗电流起源,是推动器件性能突破需解决的重要关键科学与技术问题。文中将总结HgCdTe红外光电探测器局域场表征与分析的研究进展,为新一代HgCdTe红外光电探测器发展提供基础支撑。

关键词：碲镉汞器件微区光电流扫描技术局域场暗电流

亚10纳米超薄金属膜:制备、光学性质及应用

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中国激光 2023年第1期50卷 138-152页

作者：胡元飞郑俊榕尤恩铭丁松园厦门大学化学化工学院福建厦门361005 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州1310024

当金属膜厚度降低到几个纳米尺度时,其光学性质与体相金属显著不同,如具有宽波段红外高吸收率、可电调控的等离激元和较强的非线性光学响应等。然而金属膜在电介质衬底上的润湿性较差,其在生长初期以岛状生长模式为主,难以生长成连续的... 详细信息

当金属膜厚度降低到几个纳米尺度时,其光学性质与体相金属显著不同,如具有宽波段红外高吸收率、可电调控的等离激元和较强的非线性光学响应等。然而金属膜在电介质衬底上的润湿性较差,其在生长初期以岛状生长模式为主,难以生长成连续的超薄膜。首先介绍了超薄金属膜的介电函数理论。随后综述了制备超薄金属膜的主要方法,包括种子层法、有机修饰法、共沉积法和低温沉积法。接着介绍了超薄金属膜的光学性质及应用。最后从制备工艺、应用等方面展望了超薄金属膜相关研究的发展方向。

关键词：材料超薄金属膜表面等离激元宽谱红外吸收非线性光学柔性透明导电

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谐振腔增强带间级联中红外发光二极管的研究

红外与毫米波学报 2023年第6期42卷 724-730页

作者：张旺霖柴旭良周易裴金狄国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083

本文对基于带间级联结构和谐振腔结构的中红外发光二极管进行了仿真和设计。在传统带间级联发光二极管的基础上,从器件外部引入分布布拉格反射镜(DBR)谐振腔结构,形成谐振腔带间级联发光二极管。对谐振腔参数进行仿真优化,包括DBR周期... 详细信息

本文对基于带间级联结构和谐振腔结构的中红外发光二极管进行了仿真和设计。在传统带间级联发光二极管的基础上,从器件外部引入分布布拉格反射镜(DBR)谐振腔结构,形成谐振腔带间级联发光二极管。对谐振腔参数进行仿真优化,包括DBR周期数、谐振腔的腔长、有源区在谐振腔中的位置等。结果表明,使用单周期ZnS/Ge DBR作为谐振腔上反射镜的器件输出功率最大,有源区置于谐振腔内部电场强度波峰处时,器件的输出功率最大,三级谐振腔带间级联LED器件的输出功率与55级无谐振腔器件输出功率相当,其光束发散角的半峰全宽可以从92度减小到52度。结合已生长的5级带间级联LED器件的测试结果,增加谐振腔结构后的仿真结果表明,峰值波长的辐射强度增强11.7倍,积分辐射强度增强5.43倍,光谱的半峰宽变窄6.45倍。

关键词：发光二极管谐振腔带间级联辐射增强

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的Si离子注入研究

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 15-22页

作者：何苗周易应翔霄梁钊铭黄敏王志芳朱艺红廖科才王楠陈建新上海理工大学上海200433 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024

Ⅱ类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测,而通过离子注入实现横向PN结,一方面材料外延工艺简单,同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运,且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种... 详细信息

Ⅱ类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测,而通过离子注入实现横向PN结,一方面材料外延工艺简单,同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运,且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种材料表征技术,研究了不同能量的Si离子注入以及退火前后对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料性能的影响。研究通过Si离子注入,外延材料由P型变为N型,超晶格材料中产生了垂直方向的拉伸应变,晶格常数变大,且失配度随着注入能量的增大而增大,注入前失配度为-0.012%,当注入能量到200 keV时,失配度达到0.072%,超晶格部分弛豫,弛豫程度为14%,而在300℃ 60 s退火后,超晶格恢复完全应变状态,且晶格常数变小,这种张应变是退火引起的Ga-In相互扩散以及Si替位导致的晶格收缩而造成的。

关键词： InAs/GaSbⅡ类超晶格离子注入平面结退火 HRXRD

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面向高工作温度应用的带间级联红外光电器件

红外与毫米波学报 2022年第1期41卷 122-128页

作者：柴旭良周易王芳芳徐志成梁钊铭朱艺红周建郑露露黄敏白治中黄爱波陈红雷丁瑞军陈建新国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083

高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点,通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运,可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流;利用多级短吸收区结构,... 详细信息

高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点,通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运,可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流;利用多级短吸收区结构,在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子,从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展,包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。

关键词：带间级联探测器高工作温度红外焦平面发光二极管

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光学系统设计:从迭代优化到人工智能

中国激光 2023年第11期50卷 171-186页

作者：高金铭郭劲英戴安丽司徒国海国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800

深度学习已逐步深入多个光学技术领域,推动了诸多光学技术的发展。同时,航空航天观测、AR/VR消费电子、手机摄影、超短焦投影仪等产业快速发展,对光学系统提出了更高、更复杂的设计需求。这些光学系统对性能的高要求,使得光学元件面形... 详细信息

深度学习已逐步深入多个光学技术领域,推动了诸多光学技术的发展。同时,航空航天观测、AR/VR消费电子、手机摄影、超短焦投影仪等产业快速发展,对光学系统提出了更高、更复杂的设计需求。这些光学系统对性能的高要求,使得光学元件面形的复杂度相应提高。因此,传统的设计方法面临巨大挑战。深度学习具有强大的运算、数据演化和非线性逆问题求解能力,为更复杂的光学系统设计优化求解提供了新思路、新方法。随着对光学系统性能的要求越来越高,自由曲面、超构表面等新型光学元件的需求大大增加,为光学系统提供了更大的发展潜力和想象空间。早期的迭代优化和直接求解的光学设计方法不再适用,光学设计方法向更高难度的数学求解方向发展。得益于人工智能技术软硬件的发展,光学系统设计方法也跨入新的时代——人工智能光学设计时代。从传统迭代优化到人工智能,光学系统设计方法并不能割裂地突跃式发展。本文系统性地论述了光学系统设计方法的内在路径联系与发展逻辑,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：光学设计人工智能深度学习迭代优化

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亚波长薄膜堆栈超构材料:理论及应用

红外与毫米波学报 2022年第1期41卷 151-168页

作者：文政绩李晓温赵文超孙艳郝加明戴宁褚君浩中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 湖州学院电子与信息系浙江湖州313000 复旦大学光电研究院上海200433 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024

亚波长薄膜堆栈超构材料,作为超构材料领域一个特殊的组成部分,因其具有亚波长厚度、无需复杂光刻加工以及可低成本大面积制备等诸多优点,吸引了人们越来越多的关注。本文聚焦回顾近些年亚波长薄膜堆栈超构材料相关研究进展,首先简要回... 详细信息

亚波长薄膜堆栈超构材料,作为超构材料领域一个特殊的组成部分,因其具有亚波长厚度、无需复杂光刻加工以及可低成本大面积制备等诸多优点,吸引了人们越来越多的关注。本文聚焦回顾近些年亚波长薄膜堆栈超构材料相关研究进展,首先简要回顾了多层薄膜堆栈体系的基础理论研究方法,侧重介绍了亚波长薄膜堆栈超构材料的新理论新设计;接着,着重介绍了基于亚波长薄膜堆栈超构材料的若干典型应用,具体包括结构色调控、光致发光增强、窄带红外光源、红外伪装以及其他一些有趣应用;最后,探讨并展望了亚波长薄膜堆栈超构材料领域未来的发展方向以及其可能遇到的问题挑战。

关键词：超构材料亚波长薄膜堆栈光学器件

高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤模式特性的仿真研究

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光学学报 2022年第10期42卷 107-114页

作者：沈超超于飞于春雷胡丽丽中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室上海201800 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024

在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤... 详细信息

在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。

关键词：激光光学大功率激光光纤放大器有限元仿真大模场掺镱石英光纤模式特性热光效应