超低效率滚降顶发射白光有机电致发光器件

利用Ag/tris-（8-hydroxyquinoline） aluminum（Alq₃）/Ag/Alq₃/Ag这一金属/有机半导体多层结构作为阳极,实现了超低效率滚降的顶发射白光器件。在该器件中,我们在蓝光和橙光发光单元之间引入一个薄的4,4′-bis（9-carbazolyl）-2,2′-biphenyl（CBP）层,从而减少橙光发光层与蓝光发光层的Dexter能量传递,用以改善白光器件发光光谱及效率。通过优化微腔设计,实现了对橙光磷光材料发射的调控。最终,我们获得了在60 000 cd/m²亮度下效率滚降仅为17%的顶发射白光器件。在效率方面,虽然顶发射白光器件与底发射白光器件不相上下,但由于微腔效应的存在,顶发射白光器件的效率滚降却远低于底发射白光器件的效率滚降。     

集成PIN光敏元的CMOS探测器光电响应特性研究

传统的CMOS图像传感器一般采用基于LV-CMOS工艺的N阱/P型衬底制备的PN光电二极管或者PPD二极管作为光敏元。PIN光敏元具有结电容小、量子效率高的特点。采用HV-CMOS(高压CMOS)工艺可以实现CMOS电路与PIN光敏元的单片集成。本文研究了集成PIN光敏元的CMOS探测器的光电响应特性以及NEP随像素大小和复位电压的变化关系。研究表明,将光敏元从PN光电二极管改为PIN光电二极管后,像素电荷增益可以提高一个数量级左右;同时,像素的瞬态电荷增益要大于传统认为的1/Cpd,并与二极管的大小以及复位电压紧密相关。研究发现,小像素因其更高的电荷增益和更低的等效噪声,更加适合弱信号下的短积分时间快速探测。若配合微透镜的使用,小像素在微光探测方面可以获得更大的优势。     

多模发射的单层有机光学微腔

研究了有机发光材料在Ｆ－Ｐ微腔中的发光特性,有机光学微腔以多层介质膜和金属铝（Ａｌ）分别作为反射镜,８－羟基喹啉铝（Ａｌｑ）为发光材料,在微腔的光致光谱中观察到了多个模式以及明显的谱线窄化现象,发射光谱的主要特征和Ｆ－Ｐ微腔的谐振模式相同。     

一种新型有机电致微腔结构的双模发射

采用结构Glass／DBR／ITO／NPB／NPB：Alq／Alq／Al制作了有机微腔电致发光器件。将空穴传输材料与发光材料以一定比例混合作为发光层，为了便于对比，在不改变有机层的膜厚的情况下同时制作了传统的异质结微腔器件，发现两种器件的发光光谱有很大不同，器件的复合效率与传统的异质结器件相比也得到了很大提高，这是因为将两种有机材料混合能消除界面势垒，提高器件的复合效率，从而提高了器件的发光性能，实现了微腔双模发射，且两个模式的半峰全宽分别为8nm和12nm。通过进一步优化器件结构可以实现微腔白光发射。     

Al3+掺杂BaFBr:Eu2+中F(Br-)心的性质

作为光激励发光的首选材料BaFBr:Eu^2 ，在其中掺杂一定量的Al^3 后，其光激励发光谱向长波方向发生了较大的红移现象，红移的机理是掺杂的Al^3 离子取代了BaFBr:Eu^2）晶格中的Ba^2 离子，且处于F（Br^-）心的次近邻位所致。本文利用喇曼光谱和电子顺磁共振谱对受掺杂Al^3 微扰的F（Br^-)心的结构进行了研究，首次在喇曼光谱的高频移区观测到了由于掺参Al^3 所引起的新结构的产生，通过电子顺磁共振谱表征了在BaFBr:Eu^2＋中Al^3 与F（Br^-）心的相对位置，并且得出F（Br^-)心与OF^-心存在着空间相关性。     

近红外单光子探测

随着以单个光子作为信息载体的量子通信和量子加密技术的兴起,近红外单光子探测技术受到了广泛关注.近红外单光子探测系统具有极高的灵敏度,所以它还可以胜任探测其它近红外波段微弱光信号的任务.半导体雪崩光电二极管是当前最成熟的近红外单光子探测系统的核心元器件;文章阐明了雪崩光电二极管的暗电流和击穿电压对单光子探测的影响,同时还讨论了工作温度、直流偏置、门信号性质和计数阈值等系统参数之间相互制约的关系.     

有机发光装置：效率研究

微腔在有机发光装置（OLED）输出中发挥的作用现已得到详细研究。来自美国佛罗里达大学和日本山形大学的ChaoyuXiang与同事们研究了磷光绿、红色和蓝色微腔有机发光装置（OLED）的效率和光谱特性。他们的结论是这类装置的光输出受其半透明电极的反射性及其与有机材料的电致发光之间的光谱匹配性的强烈影响。他们通过镀有铟锡氧化物的分布式布拉格反射镜（由两个分离叠层的氧化钛和二氧化硅交替层构成）来制备装置电极。经优化的绿色微腔装置其光效值高达224cd／A,而蓝色装置与红色装置获得的光效值较小。     

光子计数模式下的目标探测与成像

 当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计数器、计算机、微光照度计、2维电控导轨、控制器、暗箱等组成。控制器的软件在Altera公司Quartus环境下设计,主要完成导轨运动的控制;上位机软件采用VC++编程实现系统的数据采集处理、系统功能控制和光子计数图像显示等。该系统为全固态结构,工作电压小于35 V,暗计数率小于4 Hz。所建光子计数成像系统在10－5 lx微光环境下实现了目标的探测成像。     

一种基于MEMS光栅光调制器的近红外光谱探测系统

基于微机电系统技术的近红外光谱探测系统已成为了近红外光谱仪研究的一个新方向。文章提出了一种基于光栅光调制器的新型近红外光谱探测系统。该系统采用微加工技术制造的光栅光调制器阵列与单点近红外探测器相结合使用的方法进行光谱探测。设计了该光谱探测系统的光学结构, 论述了系统光谱探测原理, 并使用经表面微加工工艺得到的光栅光调制器器件进行了系统分辨本领、波长准确性、系统稳定性、器件响应频率等特征参数测试实验。结果表明,该探测系统在1 320到1 400 nm波长范围内,分辨本领小于10 nm, 波长准确性小于1 nm, 系统稳定性小于0.5%, 光栅光调制器的响应频率为5kHz。实验结果证明了该近红外光谱探测系统的可行性, 为研制基于微机电系统光栅光调制器的微型化近红外光谱仪提供了理论基础及实验指导。     

基于腔光力学系统的全光三极管的压缩特性

全光二极管和全光三极管是实现全光逻辑器件的基础.我们之前已经研究了基于腔量子电动力学的全光二极管的量子统计性质~([1]),讨论了在相干光和压缩光入射的情况下,通过二极管后输出光的压缩性质.这里将研究拓展到全光三极管,以基于腔光机械系统的全光三极管作为研究对象.这种全光三极管通过改变经典抽运光的强度可以对探测光的输出进行有效调控,并可实现光放大.本文具体讨论以压缩光以及相干光作为探测光,通过全光三极管后其输出光的压缩特性.研究结果表明,当探测光为相干光时,不论是否工作在光放大区域,输出光依然为相干光,没有被压缩.而当输入探测光为压缩光时,在全光三极管的光放大区域,输出光依然是压缩光,但压缩特性受到输入光压缩特性以及系统参数的调制.当输入探测压缩光的压缩角为0时,输出光的压缩参量S_1的最小值随输入探测光压缩系数r的增大而减小,最小值接近压缩极限-0.25.但当输入探测压缩光的压缩角改变时,其对输出光的压缩参量S_(1,2)影响很大,压缩性会消失.只有当压缩角θ为π的整数倍时,输出光的压缩性最好.这一结果在量子测量、弱信号检测等领域有着潜在的应用价值.     

一种新型的学习型遥控器的设计

本文提出了基于光激发/光伏探测特性的正偏压1-4象限集成红外收发模型,该模型采用二极管正向限压、光伏信号电阻分压取样和PNP-NPN双管直接耦合放大电路,仅用一只红外发射二极管就能同时实现发射和接收功能。最后设计了基于该模型和MSP430处理器的学习型遥控器、实验结果表明,该系统可顺利接收3-5cm距离的红外遥控器信号,并实现了远距离红外控制,是一种优异的学习型遥控器设计方案。     

灵敏的基于分布反馈式半导体激光波长调制光声光谱

利用室温下单模运行的近红外半导体二极管激光,报导了波长调制共振光声光谱结合二次谐波探测技术.实验系统应用到乙炔探测,在1个标准大气压和3毫瓦平均光功率以及3毫秒锁相积分时间条件下其探测灵敏度可达10ppm(体积比),归一化到激光功率和系统带宽最小可探测吸收为4.0×10-8Wcm-1/Hz,并且实验中发现系统最佳压力响应值在2.66×104Pa附近.本实验装置可有效的消除光声光谱系统中常见的窗片和光声腔壁吸收入射光而引起的背景噪声.此外,相对于其他方法我们描述的基于半导体激光共振光声光谱具有很大的优点,为进一步发展便利、实用、便携式环境监测仪器奠定了坚实的基础.     

基于拉曼光谱技术的海水微塑料快速识别技术研究

近年来由于塑料的大量使用和排放,这些塑料经环境作用破碎变成微塑料大量汇聚到海洋中,导致海洋中聚集大量微塑料。微塑料形状较小,难以识别其来源与种类。激光拉曼探测技术具有快速、无损、且各物质指纹峰明显易被精确识别等优点,近年来被广泛应用。本文基于拉曼光谱探测技术,提出了一种结合小波处理、随机森林算法实现海水中微塑料快速识别的智能分类方法。针对六种典型的海水微塑料标准样品（丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC））,采用激光拉曼探测技术进行光谱数据收集,对获取的拉曼光谱采用小波基为DB7、分解次数为3的小波,标准差归一化进行了拉曼光谱预处理。为了提高识别速度,同时还需要对光谱数据进行数据压缩预处理,分别进行了数据压缩点为64,128,256,512和1 024点的数据压缩比较,它们的决策树算法识别精度分别为91.51%,91.67%,92.35%,93.17%和93.21%,随机森林算法识别精度分别为93.12%,93.92%,94.83%,96.81%和96.81%,实验结果表明,微塑料的拉曼光谱压缩为512点时为效率和精度的最佳压缩点,可以为实际工程应用中微塑料拉曼数据压缩提供参考。分别采用决策树、随机森林两种算法进行微塑料拉曼光谱识别研究。研究结果表明,基于拉曼光谱数据,随机森林算法的识别微塑料交叉验证精度高于决策树算法。为进一步提高识别精度,进行了模型参数（折次k）优化研究,采用经过优化后的模型参数（k=20）,随机森林算法识别微塑料的交叉验证精度可以达到97.24%。可以为实际海水中微塑料的快速识别提供技术参考。     

基于双模式探测器的大动态范围激光测距EI北大核心CSCD

开发了一种基于双模式探测的大动态范围激光测距方法.使用基于硅雪崩光电二极管（APD）的单个探测器在线性模式与盖革模式之间切换,实现了平均光子数为1~105的大动态强度范围光信号探测.在此基础上,进行了30m的室内线性探测模式测距和500m的室外盖革探测模式测距实验,利用时间相关单光子计数设备记录的信号详细分析了两种模式测距的时间特性,证明了这种方法可以根据探测距离和背景环境进行探测模式切换,从而实现大动态范围激光测距.并且进一步分析了APD偏置电压的调节对测距系统测量精度以及探测背景噪声的影响.     

用于微显示的顶发射OLED的SPICE仿真模型研究

常用的EDA软件如HSPICE中没有顶发射有机发光器件的仿真模型,导致设计硅基有机发光器件微显示像素驱动电路时存在困难.为此,本文研究了用于微显示的顶发射有机发光器件的SPICE仿真模型,分别讨论了二极管连接的MOS管模型、单个二极管以及双二极管并联模型等方案,分析了其等效电路,同时根据顶发射有机发光器件的实验数据拟合了对应的电路参量,最后用HSPICE软件对三种模型的等效电路进行仿真和结果比较.比较发现采用二极管连接的MOS管模型得到的拟合误差最小,但仿真误差最大;采用单个二极管模型得到的拟合与仿真误差都较大;采用双二极管并联模型得到的拟合与仿真误差均较小且满足驱动电路设计的要求.结果表明双二极管并联模型可作为用于硅基有机发光器件微显示电路设计中的顶发射有机发光器件的SPICE仿真模型.     

一种全光归零码到非归零码变换的新技术方案

报道了一种利用单只半导体光放大器和光滤波器实现全光归零码到非归零码变换的新技术方案.当探测（Probe）光和数据信号光同时输入到SOA时,基于SOA中的交叉增益调制和交叉相位调制现象,探测光光谱的后沿和前沿将分别产生红移和蓝移.通过调节光滤波器和探测光的中心波长之间的失调量,滤出光谱的特定部分,可以得到转换后的NRZ码光信号.这种新型的全光码型变换器具有结构简单、偏振不敏感、控制参量少和稳定性高的特点.分别采用仿真和实验的方式实现了20 Gbit/s光数据信号从RZ码到NRZ码的全光码型变换,并且仿真结果和实验结果相吻合.     

具有纯Tb^3＋发光光谱的有机电致发光二极管

制成了用三价Ｔｂ配合物作为发射层的有机电致发光二极管，并获得纯Ｔｂ３＋的发光光谱。二层结构为玻璃衬底／Ｉｎ－ＳｎＯ（ＩＴＯ）／ｐｏｌｙ（Ｎ－ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＫ）／Ｔｂ配合物／Ａｌ，在正向直流偏压下发出明亮的绿光。器件的电致发光（ＥＬ）光谱与Ｔｂ配合物薄膜的光致发光（ＰＬ）光谱完全一致，含有一个尖锐的发射带，系典型的Ｔｂ配合物的发光谱。在驱动电压为５Ｖ下，发光清晰可见，当驱动电压达到１５．４Ｖ时，获得２１０ｃｄ／ｍ２的发光，据知这是用Ｔｂ配合物做发射层的电致发光元件的最亮的发光。同时，通过对器件光谱及电学特性的测量、比较和分析，探讨了有关稀土电致发光机理等问题     

半导体上转换单光子探测技术研究进展

近年来,量子通信技术取得了卓越的进步和发展,而作为接收端的单光子探测器在其通信系统中则起着至关重要的作用.本文聚焦于当前主流的半导体单光子探测器,就其器件原理、工作模式、优势和劣势等方面进行了相关评述.在此基础上,着重介绍了本课题组所提出的一种新型半导体近红外上转换单光子探测技术（USPD）的研究进展.从USPD的器件基本原理、器件结构、性能指标等方面阐述了其优越性和可行性,并给出了USPD最新的空间光耦合实验结果.半导体上转换单光子探测技术的关键特性在于它不是采用InP雪崩层结构实现信号的放大,而是利用成熟的硅单光子雪崩二极管（Si-SPAD）器件来实现信号的放大和采集,从而规避InP结构在暗计数率和后脉冲效应方面的问题.USPD利用半导体材料,通过外加电场将近红外光子上转换为短波近红外或者可见光子,再用商用Si-SPAD进行探测的方法,也为我们提供了一种单光子探测的新思路,打开了另一扇单光子探测的窗口.     

干涉型全光学光声光谱气体传感技术研究进展

光声光谱技术作为一种超高灵敏度的气体检测技术,声波传感器作为核心部件直接影响着系统的体积和检测极限。传统光声光谱技术使用电容式麦克风作为声波探测单元,但该器件的电学特性易受到高温环境和电磁干扰影响。在全光学光声光谱系统中,利用光学声波传感器对光声信号进行探测,避免了电子探测元件的使用,具有环境适应性强、灵敏度高等优点,且系统中全光学的设计可以极大地减小光声传感单元的体积。综述了基于干涉型光学声波传感器的全光学光声光谱气体传感技术的研究进展,并展望了其未来的发展方向。     

体布拉格光栅外腔实现激光二极管阵列同相模输出

 采用体布拉格光栅作为商用二极管激光阵列外腔,通过将每个单元发出的光反馈回相邻单元实现了外腔锁相。采用这种方法对发光单元宽度为100 μm、周期为200 μm,由49个单元构成的二极管阵列进行了外腔锁相实验,在远场获得了高光束质量、窄带宽的稳定输出。二极管激光阵列自由运转下功率为15 W,经外腔锁相后输出功率为3.67 W,对应光束远场发散角1.47 mrad, 光谱的峰值半宽由1.7 nm压窄到0.17 nm。