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非富勒烯有机体异质结中磁光电流及相干自旋混合理论研究进展

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发光学报 2024年第2期45卷 215-230页

作者：阚利萱胡佳骥王恺北京交通大学唐山研究院河北唐山063000 北京交通大学物理科学与工程学院光电子技术研究所发光与光信息教育部重点实验室北京100044

有机非富勒烯分子受体,又称稠环电子受体,由于其优良的光电转换性质,现已成为备受关注的有机光电子材料之一。基于该类材料所发展的有机体异质结太阳能电池,其能量转换效率已逼近20%。而制备高效稳定的有机体异质结太阳能电池离不开对... 详细信息

有机非富勒烯分子受体,又称稠环电子受体,由于其优良的光电转换性质,现已成为备受关注的有机光电子材料之一。基于该类材料所发展的有机体异质结太阳能电池,其能量转换效率已逼近20%。而制备高效稳定的有机体异质结太阳能电池离不开对材料物性和光伏过程的深入探索。在众多研究体系中,非富勒烯光伏自旋动力学的发展尚处于起步阶段,其内在的光物理机理尚未明确。而光激发磁光电流技术能通过监测有机体异质结中极化子对的解离,在器件工作状态下,原位表征光伏自旋动力学过程。本文结合实验和理论研究,科学地阐述目前主流的有机磁光电流理论基础及函数模型,如低磁场下的超精细耦合效应和自旋-轨道耦合效应,高磁场下的Δg机制;探讨不同有机体异质结在不同表征条件下如偏压、温度、光强的信号差异;最后,讨论了超快光谱技术在有机体异质结体系中的应用。

关键词：非富勒烯受体有机体异质结太阳能电池电荷转移态磁光电流极化子对

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透明导电材料研究进展

材料导报 2024年第6期38卷 72-84页

作者：张聪梁柄权王晓峰陈新亮侯国付赵颖张晓丹南开大学光电子薄膜器件与技术研究所太阳能转换中心天津300350 南开大学天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室天津300350

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性... 详细信息

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性能,是光电器件中应用广泛的透明导电材料。然而,铟元素的稀缺性、易碎性以及沉积过程中对底层薄膜的潜在损坏限制了其在未来新型光电子器件中的应用。开发适应高性能光电器件应用的TCM成为当前研究的重点。本文综述了透明导电氧化物、超薄金属和金属网格、介质层/金属/介质层(Dielectric/metal/dielectric, DMD)、碳纳米管和石墨烯等类型的TCM光电性能、应用领域、近年来相应的研究策略和重要成果、面临的挑战以及未来发展方向。

关键词：透明导电材料透明导电氧化物超薄金属和金属网格纳米材料

不同掺杂浓度Lu掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

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光学学报 2024年第9期44卷 182-190页

作者：付莎莎肖清泉唐华姚云美邹梦真叶建峰谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵州贵阳550025

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征GaN和不同Lu掺杂浓度(原子数分数)Ga1-xLuxN(x=0.0625、0.125、0.1875、0.25)体系的电子结构和光学性质,研究了掺杂浓度为12.5%和18.75%时相同掺杂量下不同空间有序占位体... 详细信息

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征GaN和不同Lu掺杂浓度(原子数分数)Ga1-xLuxN(x=0.0625、0.125、0.1875、0.25)体系的电子结构和光学性质,研究了掺杂浓度为12.5%和18.75%时相同掺杂量下不同空间有序占位体系结构的稳定性。计算结果表明:掺杂后体系晶格参数均有所增大,Lu的掺入诱导了浅能级杂质,使掺杂后体系带隙较本征带隙(3.40 eV)小;与本征GaN相比,掺杂体系的静介电常数均增加,当掺杂浓度为25%时,静介电常数增大为5.42,介电函数虚部和吸收谱往低能方向移动,发生了红移现象,吸收光谱范围增大,最终GaN的光催化性能得到提升。

关键词：材料氮化镓替位掺杂电子结构光学性质

基于Adam算法的光学相控阵输出光束校准方法

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物理学报 2024年第9期73卷 136-144页

作者：王子豪龙烨仇轲徐佳木孙艳玲范修宏马琳廖家莉康永强西安电子科技大学光电工程学院西安710071 西安微电子技术研究所西安710000

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波... 详细信息

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波导相控阵输出光束的优化校准带来了困难,现有算法不仅光束校准质量不高,且校准效率较低.为此,本文将Adam算法应用于光波导相控阵输出光束校准系统中,通过建模仿真比较了Adam算法与现有SPGD算法和GS算法在光束校准层面上的优劣.同时,搭建实验系统实现了高质量的光束校准,根据校准结果,在Adam算法校准下光波导相控阵输出光束的主旁瓣比优于15.98 dB,对16×16光波导相控阵输出光束校准达到收敛所需的迭代次数低于600次.这一算法在光波导相控阵输出光束校准方面的应用,能够提高光波导相控阵的控制精度和效率,拓展光波导相控阵在激光雷达技术、数字全息技术和生物成像技术等方面的应用.

关键词：光波导相控阵光束校准算法 Adam算法

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基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

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中国激光 2024年第2期51卷 162-170页

作者：南雪莹刘会刚刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态... 详细信息

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU^(-1),优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^(-1)和42.71 pm·℃^(-1)。

关键词：传感器 Fano共振全介质超表面折射率传感温度传感

基于准连续域束缚态的全介质超构表面双参数传感器

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物理学报 2024年第4期73卷 272-284页

作者：刘会刚张翔宇南雪莹赵二刚刘海涛南开大学薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院电子信息实验教学中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、... 详细信息

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、品质因子、偏振依赖等表现出不同的特性.模拟计算表明,通过测量两个QBIC的谐振波长,能够实现折射率和温度的双参数传感;通过调节不对称参数,利用QBIC的品质因子依赖于不对称参数的二次方反比关系,理论上能够提高品质因子到任意的数值,从而实现传感性能的提升和调节.该超构表面的折射率传感灵敏度、品质因子和优值分别达到194.7 nm/RIU,45829和8197,其温度传感灵敏度达到24 pm/℃.

关键词：超构表面准连续域束缚态对称破缺折射率传感温度传感

透射式GaAs光电阴极性能提高以及结构优化

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物理学报 2024年第3期73卷 266-272页

作者：吕行富容国常本康郭欣王芝南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094 昆明物理研究所昆明650221 西安应用光学研究所西安710065

为了提高透射式GaAs光电阴极性能,将国内与美国ITT公司的透射式GaAs光电阴极量子效率曲线进行对比,可知我国透射式光电阴极积分灵敏度已经达到2130μA/lm,美国ITT达到了2330μA/lm.利用修正后的量子效率、光学性能以及积分灵敏度的理论... 详细信息

为了提高透射式GaAs光电阴极性能,将国内与美国ITT公司的透射式GaAs光电阴极量子效率曲线进行对比,可知我国透射式光电阴极积分灵敏度已经达到2130μA/lm,美国ITT达到了2330μA/lm.利用修正后的量子效率、光学性能以及积分灵敏度的理论模型,分别对两者进行光学结构拟合.结果表明,国内光电阴极在窗口层和发射层的厚度、电子扩散长度以及后界面复合速率等方面均与ITT有一定差距.为了缩短两者的差距,优化阴极结构参数,具体研究了电子扩散长度和发射层厚度对量子效率的影响,结果表明如果均匀掺杂透射式GaAs光电阴极发射层厚度为1.3μm、电子扩散长度为7μm,则积分灵敏度可以达到2800μA/lm以上.

关键词： Ga As光电阴极透射式结构优化光学性能光电发射性能

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供电461 W激光无线传能系统研制

光子学报 2024年第8期53卷 170-179页

作者：于方磊邹朝冉孟祥翔彭越张金刚山东航天电子技术研究所烟台264000 烟台大学物理与电子信息学院烟台264000 北京宇航系统工程研究所北京100071

为了满足特定场景下激光无线传能的大功率应用需求,提升系统接收效率,研制了一套方形均匀光斑照明、高接收占空比的大功率激光无线传能系统。发射端采用两台高功率808 nm半导体激光器,实现1700 W激光输出并耦合进入方芯光纤,利用方芯光... 详细信息

为了满足特定场景下激光无线传能的大功率应用需求,提升系统接收效率,研制了一套方形均匀光斑照明、高接收占空比的大功率激光无线传能系统。发射端采用两台高功率808 nm半导体激光器,实现1700 W激光输出并耦合进入方芯光纤,利用方芯光纤对激光进行匀化,在其输出端面形成均匀光斑,设计了投影光学系统将方芯光纤出射端面放大并照射在形状匹配的420 mm×420 mm光电池板上;接收端将1020片GaAs光电池分别与聚焦透镜集成封装以提升光敏面占空比。经试验测试,当入射激光功率1700 W时,电子负载端接收电功率461 W,接收端整体光电转换效率27.1%。结果表明:该激光无线传能系统为特定环境下大功率负载无线供电提供了解决方案。

关键词：激光无线传能方芯光纤均匀光斑光电池光电转换效率

太赫兹连续域束缚态超表面用于抗生素浓度检测

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中国激光 2024年

作者：杨帆佘硕铖李继涛丁欣姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所

连续域中的束缚态（Bound states in the continuum,BIC）能够促进光与物质之间的强相互作用，将其引入到超表面中，可以实现超高Q共振。结合太赫兹技术无损检测的优点，基于BIC的太赫兹超表面在生物和化学传感中得到了广泛应用。本文... 详细信息

连续域中的束缚态（Bound states in the continuum,BIC）能够促进光与物质之间的强相互作用，将其引入到超表面中，可以实现超高Q共振。结合太赫兹技术无损检测的优点，基于BIC的太赫兹超表面在生物和化学传感中得到了广泛应用。本文设计了一种支持太赫兹BIC的金属超表面，并将其用于抗生素浓度检测。仿真和实验结果表明，通过破坏结构对称性，BIC可以转变为可观测到的准BIC。所设计的基于BIC的传感器折射率灵敏度理论值达到210 GHz/RIU，具有优异的传感性能，对青霉素G钾盐的检测极限达到0.625 mg/ml，在低浓度抗生素检测中展现出了巨大的潜力。该结构为抗生素的高灵敏度、快速及无损检测提供了新的思路和方法，在生化传感领域具有广泛的应用前景。

关键词：光学太赫兹超表面连续域束缚态传感