新型全方位反射铝镓铟磷薄膜发光二极管

提出了一种新型全方位反射铝镓铟磷(AlGaInP)薄膜发光二极管(LED)的结构和制作工艺，在这个结构里应用了低折射率的介质和高反射率的金属联合作为反光镜.用金锡合金(80Au20Sn，重量比)作为焊料把带有反光镜的AlGaInP LED外延片倒装键合到GaAs基板上(RS-LED)，去掉外延片GaAs衬底，把被GaAS衬底吸收的光反射出去.通过与常规AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED)和带有DBR的AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED(DBR))电、光特性的比较，证明新型全方位反射AlGaInP薄膜LED结构能极大提高亮度和效率.正向电流20mA时，RS-LED的光输出功率和流明效率分别是AS-LED的3.2倍和2.2倍，是AS-LED(DBR)的2倍和1.5倍.RS-LED(20mA下峰值波长627nm)的轴向光强达到194.3mcd，是AS-LED(20mA下峰值波长624nm)轴向光强的2.8倍，是AS-LED(DBR)(20mA下峰值波长623nm)轴向光强的1.6倍. 关键词： 铝镓铟磷 薄膜发光管 全方位反射镜 发光强度     

用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1 关键词： 介质反射膜 光谱整形 千焦拍瓦 啁啾脉冲     

Infrared detection and photon energy up-conversion in graphene layer infrared photodetectors integrated with LEDs based on van der Waals heterostructures: Concept,device model,and characteristics

We propose the concept of the infrared detection and photon energy up-conversion in the devices using the integration of the graphene layer infrared detectors (GLIPs) and the light emitting diodes (LEDs) based on van der Waals (vdW) heterostructures. Using the developed device model of the GLIP-LEDs, we calculate their characteristics. The GLIP-LED devices can operate as the detectors of far- and mid infrared radiation (FIR and MIR) with an electrical output or with near-infrared radiation (NIR) or visible radiation (VIR) output. In the latter case, GLIP-LED devices function as the photon energy up-converters of FIR and MIR to NIR or VIR. The operation of GLIP-LED devices is associated with the injection of the electron photocurrent produced due to the interband absorption of the FIR/MIR photons in the GLIP part into the LED emitting NIR/VIR photons. We calculate the GLIP-LED responsivity and up-conversion efficiency as functions the structure parameters and the energies of the incident FIR/MIR photons and the output NIR/VIR photons. The advantages of the GLs in the vdW heterostructures (relatively high photoexcitation rate from and low capture efficiency into GLs) combined with the reabsorption of a fraction of the NIR/FIR photon flux in the GLIP (which can enable an effective photonic feedback) result in the elevated GLIP-LED device responsivity and up-conversion efficiency. The positive optical feedback from the LED section of the device lead to increasing current injection enabling the appearance of the S-type current-voltage characteristic with a greatly enhanced responsivity near the switching point and current filamentation.     

空间分辨光谱和可见/近红外光谱的番茄颜色等级判别

比较分析空间分辨光谱和单点可见/近红外光谱（可见/短波近红外光谱和中波近红外光谱）对番茄颜色的识别能力。根据番茄表面和内部颜色将600个样品分为6个等级（green, breaker, turning, pink, light red和red）。分别利用新型空间分辨光谱系统（550~1 650 nm）,可见/短波近红外光谱仪（400~1 100 nm）和中波近红外光谱仪（900~1 700 nm）采集番茄的空间分辨（spatially-resolved, SR）光谱和单点可见/近红外（SP Vis/NIR）光谱,建立番茄等级的偏最小二乘判别（PLSDA）模型,比较其对番茄颜色等级的预测效果。结果表明, SR光谱组合可在最佳单一SR光谱基础上进一步提高番茄颜色的识别能力,对番茄表面颜色和内部颜色的识别率可分别达到98.8%和84.6%。光源-检测器距离较近的SR光谱对番茄表面颜色的识别有帮助,而光源-检测器距离较远的SR光谱能较好的判别番茄内部颜色。SP NIR光谱在对番茄表面颜色判别中与SR光谱具有一定可比性,其分类准确率可达到95%,但SP Vis/NIR光谱在对番茄内部颜色识别中具有较低的分类准确率,分类结果远不如SR光谱,说明SR光谱比SP Vis/NIR光谱对番茄颜色的判别更具潜力。     

聚光光强对光伏电池阵列输出性能的影响

基于槽式聚光热电联供系统,深入分析晶硅电池阵列和砷化镓电池阵列在高倍聚光下的输出特性及输出功率的影响因素.研究结果表明,聚光光强下砷化镓电池阵列输出性能优于晶硅电池阵列,高光强会导致光伏电池禁带宽度变窄,短路电流成倍增加,增加输出功率,但同时耗尽层复合率变大,开路电压降低,制约阵列的输出功率;高光强还引起电池温度升高,电池阵列串联内阻增加.分析表明聚光作用下电池阵列串联内阻对输出功率影响巨大,串联内阻从0 Ω增加1 Ω,四种电池阵列输出功率分别损失67.78%,74.93%,77.30%和58.01%. 关键词： 热电联供 太阳电池阵列 串联内阻 输出功率     

基于波导间能量耦合效应的光子晶体频段选择与能量分束器

基于波导间能量耦合效应的光子晶体功率分束器具有结构紧凑、带宽较宽、弯曲损耗低、分光角度大和不受外界电磁场干扰等优点.本文利用时域有限差分方法,理论研究了二维三角晶格光子晶体耦合波导的功率分束特性,设计得出了一种能够在宽频谱范围内针对不同频率区间实现不同分光比的功能器件.在此基础上通过改变耦合区介质柱形状以及输出分支波导与能量耦合波导的连接位置,最终针对三个相邻频率范围内的入射光信号,较好地实现了三均分、二均分、单一输出通道这3种能量分配输出模式.该功能器件具有透过率对比度高、结构紧凑等特性,对于发展全光功能器件在大规模全光复杂集成领域内的实际应用具有一定的促进作用.     

基于荧光显微镜单色光源系统的椭球反射镜的设计

为了实现胞内钙离子浓度的检测，设计了一种新型的荧光显微镜单色光源系统。系统采用短弧氙灯作为发光源，利用椭球面反射镜聚焦后得到模拟的点光源，经过准直及闪耀光栅分光、汇聚后，耦合到光纤中形成单色光输出。在荧光显微镜照明激发系统中，单色光源的输出功率和光谱纯度是仪器的2个技术关键，其中非球面反射镜是设计的重点。通过优化算法和光学仿真模拟，对系统的光能效率进行了分析和计算，设计了用于单色光源系统的椭球面反射镜，并研制成整套系统。经实验验证，效果良好。     

多层介质膜光谱调制反射镜的反应离子束刻蚀误差容限

 在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明：刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。     

Improvement in Light Output of Thin-Film Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Transferred onto A1N Substrates

Thin-film 850-nm vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) were improved in light output power by designing both the reflectivity of the distributed Bragg reflector on the light-emitting side and also the degree of de-tuning between the photoluminescence peak and the etalon wavelength. Thin-film VCSELs, which were fabricated on A1N substrates by a functional layer transfer technique, are attractive components for the hybrid integration of optoelectronic devices. Their maximum output power was 2.8 mW and their slope efficiency was 0.40 W/A for the 15μm diameter VCSEL devices that we studied. Uniform spontaneous emission over the entire mesa area, and a single transverse laser mode up to 1.3 times the threshold current were confirmed by observing the near-field images.     

量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm AlGaN基深紫外LED光电性能

为了研究AlGaN量子阱层和垒层中Al组分不同对AlGaN基深紫外发光二极管(LED)光电性能的影响,本文利用MOCVD生长、光刻和干法刻蚀工艺制备了AlGaN量子阱层和垒层具有不同Al组分的270/290/330nm深紫外LED,通过实验和数值模拟计算方法发现,量子阱层和垒层中具有低Al组分紫外LED的AlGaN材料具有较低的位错密度、较高的光输出功率和外量子效率。通过电流-电压(I-V)曲线拟合出的较大的理想因子(3.5)和能带结构图表明,AlGaN深紫外LED的电流产生是隧穿机制占据主导作用,这是因为高Al组分AlGaN量子阱中强极化场造成了有源层区域较大的能带弯曲和电势降。     

一种X波段过模高效率相对论返波管

设计了一种X波段过模高效率相对论返波管(RBWO),主要结构包括双谐振腔反射器、7周期梯形慢波结构与提取腔。该器件慢波结构的过模比为2.6,电子束与结构波TM₀₁模的近π模相互作用,在慢波结构区域束波作用产生的TM₀₁模表面波主要转化为TM₀₂模的体波,其输出微波的模式主要为TM₀₂模,占比为81%,其余为TM₀₁模。提出一种过模条件下谐振腔反射器的设计思路,结合模式匹配法,优化得到了一种双谐振腔反射器结构,其对TM₀₁模与TM₀₂模的反射系数均大于0.99,可实现过模条件下RBWO慢波结构与二极管区的良好隔离; 同时双谐振腔反射器两个谐振腔中的纵向电场可以对电子束进行充分的预调制,将促进慢波结构区域的束波作用,有利于提升效率。通过在慢波结构后端加入提取腔,进一步提升了转换效率。PIC仿真中, 在二极管电压900 kV,电流14.3 kA,得到了6.6 GW的输出功率,转换效率约51%。     

Broadband Light-Emitting Diodes with One-Dimensional Photonic Crystal Layer

In this article, a broadband gallium-nitride-based light-emitting diode with a one-dimensional photonic crystal layer is investigated. The broadband light-emitting diode using the proposed backside reflector has high reflectance (>95%) over a 270-nm bandwidth in visible light at an arbitrary incidence angle. A broadband light-emitting diode of high output power due to the high reflectivity is achieved. Also reported are the results for light-emitting diodes by the transistor outline can (TO-can) package. The proposed light-emitting diodes possess broadband high reflected spectra, high output power for light extraction, and a good view angle.     

Improving the efficiency of thin film tandem solar cells by plasmonic intermediate reflectors

Thin film tandem solar cells made of amorphous and microcrystalline silicon provide renewable energy at the benefit of low material consumption. As a drawback, these materials do not posses the high carrier mobilities of their crystalline counterpart which limits the feasible material thickness. For maintaining the light absorption as high as possible, photon management is required. Here we show that metallic nanodiscs that sustain localized plasmon polaritons can increase the efficiency of such solar cells if they are incorporated into the dielectric intermediate reflector separating the top and the bottom cell. We provide quantitative estimates for the possible absorption enhancement of optimized bi-periodic nanodiscs that are feasible for fabrication. Emphasis is also put on discussing the impact of obliquely incident sun light on the solar cell performance.     

Improved carrier injection and confinement in InGaN light-emitting diodes containing GaN/AlGaN/GaN triangular barriers

In this study, an InGaN lighting-emitting diode(LED) containing GaN/AlGaN/GaN triangular barriers is proposed and investigated numerically. The simulation results of output performance, carrier concentration, and radiative recombination rate indicate that the proposed LED has a higher output power and an internal quantum efficiency, and a lower efficiency droop than the LED containing conventional GaN or AlGaN barriers. These improvements mainly arise from the modified energy bands, which is evidenced by analyzing the LED energy band diagram and electrostatic field near the active region.The modified energy bands effectively improve carrier injection and confinement, which significantly reduces electron leakage and increases the rate of radiative recombination in the quantum wells.     

高能激光束在线测量系统的光强衰减设计

 针对环形光刀取样式高能激光束在线测量系统应用中光电探测器线性饱和功率密度低而被测高能激光功率密度高的特点,采用对取样激光扩束和介质膜衰减片级联衰减的方式,实现了数千倍的线性光强衰减。介绍了环形光刀扫描取样及其扩束衰减原理,并对介质膜衰减片在激光入射角 0°~15° 和功率密度1~1 000 W/cm²条件下的透过率特性进行了分析,用实验验证了该光强衰减设计的有效性。     

近红外无创生化分析中集光椭球反射镜参数设计与优化

近红外光谱技术检测速度快,不破坏样品,可在线分析,是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱,而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低,给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题,利用椭球反射镜的聚光特性,从几何光学角度出发,分析了椭球镜像点位置分布情况,并采用光线追迹方法优化其初始结构,从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算,该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍,增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力,有助于提高仪器信噪比。     

Cr~(2+):ZnSe全固态中红外激光器

建立了一种高质量、高效率全固态中红外激光系统,并对激光输出的效率、光束质量等指标进行了测试。首先,以二极管激光器为泵浦源,Tm~(3+):YAP晶体为增益介质,搭建了输出波长为1.97μm的近红外激光器。然后,以Tm~(3+):YAP激光器为泵浦源,自行开发研制的Cr~(2+):ZnSe单晶为增益介质,搭建了全固态中红外激光器。最后,测试了全固态中红外激光器的光束质量及激光器出光效率,并对谐振腔光效率的理论输出值与实际的激光器出光参数进行了对比。实验结果表明:此全固态中红外激光器的光光转换效率为17.2%,斜率效率为20%,在最高输出能量为3 W时的光束质量(M~2)在x和y方向分别为1.7和1.73,光束基本为圆形的高斯光斑。     

紧凑小型脉冲功率源ARC-01/02及其应用

脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点,广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题,开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先,提出了基于液体介质和慢波结构的形成线,采用场均匀和绝缘配合技术,研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02,输出功率1～2 GW、脉冲宽度5～30 ns、重复频率1～100 Hz,紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后,以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台,针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质,开展了微秒脉冲击穿特性研究,采用统计分析方法建立了数据库,以“小成本”换取“高可靠性”;并采用超高速光学诊断方法,将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合,建立了液体介质击穿物理模型。最后,成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。     

AlGaInP大功率发光二极管发光效率与结温的关系

目前,AlGaInP大功率发光二极管(LED)存在的主要问题是大电流工作时发热严重,主要是由于电流扩展不均匀、出光面电极对光子的阻挡和吸收以及器件材料与空气折射率之间的差距引起的全反射现象,这些因素造成大功率LED出光受到限制、发光效率低、亮度不高.提出了一种复合电流扩展层和复合分布式布拉格反射层(DBR)的新型结构LED,使得注入电流在有源区充分地扩散,同时提高了常规单DBR对光子的反射率.结果显示,这种新型结构LED比常规结构LED的性能得到了很大的提升,350 mA注入电流下两者的输出光功率分别为4 关键词： 复合电流扩展层 复合分布式布拉格反射层 出光效率 结温     

相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480kV下,平均输出功率达到774.5MW,平均功率效率为32.3%。