基于传输矩阵法的聚合物太阳能电池光学性能分析

采用基于传输矩阵法的光学模型及Matlab软件,模拟了以聚合物P3HT:PCBM为活性层的倒装太阳能电池,并分析了模拟电池的吸光率及其内部光电场分布。探讨了厚度、入射角度以及新结构对电池光学性能的影响。模拟结果表明,电池的光吸收主要由活性层厚度决定,分别随着电子传输层和空穴传输层厚度的增加而下降。当光入射角度增大时,由于光程的增加电池的吸光率随之增加,在40°入射角时达到最大;由于其他光学作用,器件吸光率在40°入射角以后反而降低;证明了光斜入射时电场在整个器件中分布是不连续的。通过在基本结构的适当位置插入一层薄膜构成的微腔器件,由于光学共振效应能够有效提高电池的光吸收。     

聚合物发光二极管面光源的光热特性

运用传输矩阵法及MATLAB软件模拟计算了以MEH-PPV为发光材料的PLED面光源出光率,分析了发光层、PEDOT层、ITO层对器件出光率的影响.模拟分析了玻璃表面半球形、圆台形、圆锥形3种微形貌对器件出光率的影响.仿真结果表明,玻璃表面为圆锥形微散射层对提高器件出光率最有利,且出光均匀性最好.最后分析了PLED面光...     

无损耗型及损耗型分布布拉格反射镜光学特性的传输矩阵理论分析及优化(英文)

利用传输矩阵理论对无光学损耗和有光学损耗的分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)分别进行了结构分析与优化。在光场正入射条件下,对具有HL、HLH、LH及LHL结构的DBR内部光场分布情况进行了模拟分析和实验验证。结果表明:光场正入射到DBR后,在HL及HLH型DBR结构内部的光场分布最弱。当组成DBR的材料层消光系数为0.01时,HL及HLH型DBR内部产生的能流密度吸收量最小,为其他结构的10%左右,材料吸收引起的中心波长反射率降低仅为3.6%;而LH及LHL型DBR结构由于材料吸收而导致反射率降低29.2%。因此,采用高折射率材料层作为DBR结构的第一层有利于提高DBR反射率,降低光学吸收。最后,通过MOCVD外延生长了具有HL结构的吸收型Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As DBR结构,并对其反射特性进行了测试。     

基于ZnS增透膜的顶发射白光有机发光二极管

顶发射白光有机发光二极管(TEWOLED)在白光照明和全彩显示中有着良好的应用前景, 克服顶发射器件中的微腔效应是制备光电性能良好的TEWOLED的前提. 使用具有高折射率的ZnS作为增透膜改善金属阴极在蓝光波段的透射率,降低其反射性, 从而有效抑制了微腔的影响.同时利用转移矩阵理论和宽角干涉方法分别对阴极结构和 蓝光发光层位置进行了优化,最终获得了高效、色纯度良好、色度随视角变化小的TEWOLED. 最高亮度和效率分别达到9213 cd/m²和3 cd/A,色坐标位于白光区且接近白光等能点, 同时具有良好的视角稳定性,在0°---60°范围内色坐标仅变化(0.02, 0).     

基于顶发射有机发光二极管的二阶微腔长度性能研究

在玻璃衬底生长金属铝作为不透明阳极,制备了结构为Al(100 nm)/TAPC(x nm)/TCTA(10 nm)/TCTA:Ir(ppy)3(10％,25 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(2 nm)/Al(1 nm)/Ag(20 nm)/Alq3(y nm)作为顶发射的有机发光器件,其中x为30、130、16...     

利用微球层提高有机发光二极管出光效率

采用自组装的方法(提拉法)在普通玻璃盖玻片衬底上制备了聚苯乙烯微球层,对其进行简单的热处理可获得类似微透镜的结构。利用折射率匹配液将其耦合在常规OLEDs的出光面,研究了其对器件光学特性的影响。初步的研究结果表明:热处理后的直径为3μmPS微球层可将限制在玻璃衬底中的部分光耦合到前向外部空间,并将OLEDs器件正方向的发光亮度(效率)提高大约9%。     

利用发光层梯度掺杂改善顶发射白光有机发光二极管光谱的稳定性

在具有顶发射结构的白光有机发光二极管(TWOLED)中, 稳定的纯白光比较难以实现. 本文在蓝光/红光/蓝光三发光层基础上, 进一步采用了红光层梯度掺杂的方式提高TWOLED的性能. 制备了一系列的梯度掺杂器件, 通过与均匀掺杂器件的对比, 详细分析了梯度掺杂对发光层中载流子漂移以及激子扩散的影响, 解释了白光稳定性提高的物理机理. 此外, 顶发射器件中的微腔效应也是影响白光光谱的一个重要因素, 本文利用微腔理论计算分析了微腔共振对器件光谱的影响.     

介质覆盖Ag阴极的顶发射有机发光二极管出光效率增强机制及耦合表面等离子体激元研究

采用经典的光学传输矩阵法和微腔理论计算具有不同厚度的功能有机薄膜和电极形式的顶发射有机发光二极管光学的耦合出光效率。根据仿真计算结果,制备了绿色荧光Alq₃顶发射器件并进行了相关测试。研究发现,采用银作为半透明阴极并蒸镀NPB有机覆盖层,相对于无覆盖层的器件来说,出光效率大大增强,该增强效应采用近场光学理论的偶极子辐射与银电极相互作用理论,即耦合表面等离子体激元理论,解释为是金属Ag薄膜阴极增强的透射、变化的微腔增益以及最主要的出光银阴极上的耦合表面等离子体激元效应三个因素的综合作用。     

高效、色度稳定的顶发射白光有机发光二极管

顶发射白光有机发光二极管(white organic light-emitting diodes,WOLEDs)因可与有源驱动电路结合实现大开口率和高分辨率,因而在白光照明和全彩显示中有着良好的应用前景．本文制备了红/蓝双磷光发光层的顶发射WOLEDs,通过在红光层与蓝光层间插入电子阻挡层tris(phenypyrazole)iridium(Ir(ppz)₃),降低了对红光掺杂浓度的要求,红光掺杂浓度的提高不仅降低了对制备工艺的要求,提高了工艺可重复性,而且改善了WOLEDs的效率与色度稳定性。分析了色度稳定的原因,优化了红光和蓝光磷光客体的掺杂浓度,制备出发光效率达到7.9 cd·A-1的顶发射WOLED,其色坐标位于暖白光区,在87～2 402 cd·m-2亮度范围内色度很稳定,仅变化(0.006,0.01)。     

利用单层密排的纳米球提高发光二极管的出光效率

在发光二极管(LED)的透明电极层上制作单层六角密排的聚苯乙烯(polystyrene, PS) 纳米球, 研究提高GaN基蓝光LED的出光效率. 采用自组装的方法在透明电极铟锡氧化物层上制备了直径分别约为250, 300, 450, 600和950 nm的PS纳米球, 并且开展了电致发光的研究. 结果表明, 在LED的透明电极层上附有PS纳米球能有效地提高LED的出光效率; 当PS纳米球的直径与出射光的波长比较接近时, LED的出光效率最优. 与参考样品相比, 在20 mA和150 mA工作电流下, 附有PS纳米球的样品的发光效率分别增加1.34倍和1.25倍. 三维时域有限差分方法计算表明, 该出光增强主要归因于附有PS纳米球的LED结构可以增大LED结构的光输出临界角, 从而提高LED的出光效率. 因此, 这是一种低成本的实现高效率LED的方法.     

入射角对Al0.5Ga0.5As-AlAs分布布拉格反射器反射光谱的影响

采用传输矩阵法对Al0.5Ga0.5As-AlAs材料的发光二极管分布布拉格反射器进行入射角的反射光谱研究,计算发现反射偏振光p和s随入射角的增大呈“V”形变化,在49.8°处有最小反射值。不同入射介质[以空气和限制层(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P材料]下的反射光谱受入射角的影响差异很大,其中入射角对空气入射介质的反射谱影响较小,由0°入射的反射率88.13%降至45°的84.94%,反射峰值波长蓝移仅10 nm;但入射角对(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P入射介质的反射谱影响很大,仅从0°到45°入射,反射率降幅就超过45%,反射峰值波长蓝移超过127 nm。为了减缓这种影响,提出了多波长布拉格反射器结构设计。计算表明多波长分布布拉格反射器在0ο~45°的入射角内比传统的分布布拉格反射器有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义。     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

硅基有机太阳能电池光学性能分析

采用传输矩阵法的光学模型以及MATLAB软件模拟了硅基有机太阳能电池对入射光的吸收率和各层厚度的关系。模拟表明活性层对入射光的吸收率主要受其自身厚度影响,且由于微腔效应,这种结构的电池可以很大程度上优化活性层厚度;另外通过调节折射率匹配层厚度和传输层厚度也可以优化活性层对入射光的吸收率。在本文所讨论的厚度中,最佳传输层厚度为10 nm左右,最佳匹配层厚度为30 nm ZnS或者60 nm Alq₃。     

基于相变原理模拟红色顶发射有机电致发光器件的出光性能

研究了有机发光器件(organic light emitting diodes, 简记为OLED)半透明电极上形成的反射相移对OLED光谱产生调制现象.以红色微腔结构顶发射OLED(top emitting OLED,TOLED)为例,基于微腔理论和传输矩阵理论建立物理模型,采用计算机数值模拟方法,得出结果表明器件发光光谱的调制作用不只局限于有机层厚度,也和反射相移有关.通过改变覆盖到顶电极表面的有机层厚度的简单方法,可以实现对顶电极反射相移的调节,从而改变TOLED光学性能.这一结果为进一步改善器件的性 关键词： 反射相移模拟 红色微腔 顶发射有机发光     

超导-介质型Fibonacci光子晶体的透射谱与滤波特性分析

目前广泛应用的可调谐光滤波器通过调节干涉腔长度来实现波段的调谐。它需要制备高反射悬浮膜,而悬浮膜在驱动电压的影响下其运动会受到限制,且较窄的透射峰与较大的调谐范围二者不可兼得。为此,本文将光子晶体中的其中一种介质以超导材料取而代之。基于超导理论,利用传输矩阵法对一维超导-介质型Fibonacci光子晶体的透射谱进行了计算,讨论了厚度、折射率以及温度对透射谱的影响。结果表明,受光子带隙的影响,超导体的频率禁带中会出现一系列的通带;Fibonacci等级的增加会导致第一透射峰更加尖锐;介质层光学厚度增大、超导层厚度减小、温度升高均能使透射峰向长波方向移动。最后,在透射谱分析的基础上给出了结构为S11(S5)n的滤波特性,兼顾透射峰半高宽与可调谐范围,确定了滤波器的可调谐波段,在无需调整任何几何参数的条件下实现了温控调谐。     

光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输线性特性的数值仿真

利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导色散关系的一般表达式,并由色散关系出发讨论了光脉冲在微环耦合谐振光波导中传输时的线性特性,包括带宽、群速度、色散和线性相位变化,这些特性对微环耦合谐振光波导在光通信和光传感领域的应用有重要意义. 关键词： 微环光波导 光脉冲线性特性 传输矩阵法 数值仿真     

发光二极管应用于光动力学疗法的可行性分析

讨论了发光二极管(Light-emitting-diode,LED)在航天医学中作为激光器的替代光源用于光动力学疗法(Photodynamic therapy,PDT)的可行性。分析了发光二极管用于光动力学疗法的优势,介绍了LED用于不同类型光敏剂进行PDT治疗的实验研究,概括了LED-PDT治疗系统在国内外的研制现状。说明了LED替代激光器作为PDT的激发光源是可行的。LED作为我国航天医学领域中的一种重要光源,为维护航天员的健康将会发挥重要作用。     

应用于光隔离器的一维磁光光子晶体结构探索

采用传输矩阵方法分析了一维磁光光子晶体.对不同结构参量下的磁光多层膜的光学性质进行了数值计算.得到了一种新颖实用的磁光多层膜结构,可用作实现光集成应用中的光隔离器的元件.典型磁光材料的厚度仅为2.13 μm,一维磁性光子晶体的总厚度仅为7.03 μm.     

光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

研究了在垂直结构发光二极管(VLED)器件中, 光致电化学法(PEC)刻蚀N极性n-GaN的速率受不同刻蚀条件(刻蚀浓度、刻蚀时间和光照强度)的影响. 并选择N极性n-GaN表面含有较理想六角金字塔结构(侧壁角为31°)的样品制成器件, 研究PEC刻蚀对VLED的欧姆接触和光电性能的影响. 结果表明, 与未粗化样品相比, PEC刻蚀后的样品接触电阻率明显降低, 形成更好的欧姆接触; 其电学特性有较好的改善, 光输出功率有明显提高, 在20 mA电流下光输出功率增强了86.1%. 对不同金字塔侧壁角度的光提取效率用时域有限差分法(FDTD)模拟, 结果显示光提取效率在侧壁角度为20°– 40°有显著提高, 在23.6° (GaN-空气界面的全反射角)时达到最大.     

金属纳米颗粒的导入对顶发射OLED光取出影响的FDTD模拟与研究

由于有机发光二极管（OLED）中存在金属阴极和有机层界面,故部分光子会转化为表面等离子激元沿金属表面传播耗散掉。同时,金属阴极自身也会吸收部分光能量。这两种情况均会导致器件出光率降低。分析了在结构为Ag （100 nm）/MoO₃（5 nm）/NPB （35 nm）/EML （20 nm）/Alq₃（40 nm）/Al （20 nm）/MoO₃（50 nm）的器件内部引入银纳米颗粒（Ag NPs）或者金纳米颗粒（Au NPs）后器件出光效率的变化。同时,改变金属纳米颗粒的位置以观察其对出光效率的影响。利用有限差分时域法对无金属纳米颗粒的器件和金属纳米颗粒位于器件不同位置时的出光效率进行了模拟计算。结果显示,Ag NPs或者Au NPs都可以提高器件出光效率且Ag NPs优于Au NPs。在468 nm波长下,Ag NPs位于Al阴极表面、电子传输层（ETL）中间和Ag表面时器件的透光率分别是51.1%,50.5%和45.5%,而未掺杂Ag NPs的参考器件的透光率仅为43.3%。