双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究

为了提升氮化镓(GaN)蓝光发光二极管(LED)光提取效率, 设计了双层光子晶体LED模型. 提出等效折射率近似方法, 简化求解了结构中的介质波导模式分布. 从而对模型中顶层光子晶体刻蚀深度d, 嵌入式光子晶体厚度T及其距有源层距离D等结构参数进行了优化. 同时利用时域有限差分方法对优化结果进行了验证. 相比其他仿真方法, 模式分析极大地减少了对LED建模优化的计算复杂度, 同时从理论上阐明了不同结构参数变化引起LED光提取效率改变的原因. 研究发现, 当顶层光子晶体满足d ≈ λ / n_PhCs 时, 结构内大部分高阶导模尚未被截断但源区能量向低阶导模的转化被有效抑制, 光提取效率给出极大值. 嵌入式光子晶体的引入将激发覆盖层模式, 当满足100 nm≤ T ≤ 300 nm且100 nm≤ D ≤ 200 nm 时, 覆盖层模式可以从有源层获得较大能量并有效地与顶层光子晶体耦合, 极大地提升了光提取效率. 本文优化结果使得LED光提取效率提升了4倍, 对高性能GaN蓝光LED的设计制造具有重要意义.     

光子晶体发光二极管

利用光子晶体的光子禁带和光栅衍射效应可以提高LED的出光效率,扩大LED的应用范围。总结了光子晶体发光二极管的原理和典型器件。通过比较表明,与光子禁带效应相比,利用光栅衍射效应提高LED出光效率的方法更适用于电注入发光。因此可望用更廉价的方法在LED表面制造光子晶体,可通过光栅衍射效应来有效地提高其出光效率。     

光子晶体发光二极管光抽取效率及远场辐射特性的数值研究

运用三维时域有限差分法,研究了完美/缺陷光子晶体特定参量的改变对发光二极管光抽取效率影响,得出优化参量.基于近场远场转换,进一步分析了两种不同类型的缺陷引入及其周边空气孔半径的改变对光子晶体发光二极管远场辐射特性的影响.数值研究的结果表明,通过引入缺陷以及减小缺陷周围空气孔半径能够同时提高光子晶体发光二极管的光抽取效率和远场辐射方向性.     

光子晶体发光二极管光抽取效率及远场辐射特性的数值研究

运用三维时域有限差分法,研究了完美/缺陷光子晶体特定参量的改变对发光二极管光抽取效率影响,得出优化参量.基于近场远场转换,进一步分析了两种不同类型的缺陷引入及其周边空气孔半径的改变对光子晶体发光二极管远场辐射特性的影响.数值研究的结果表明,通过引入缺陷以及减小缺陷周围空气孔半径能够同时提高光子晶体发光二极管的光抽取效率和远场辐射方向性.     

表面微腔光子晶体LED的光提取特性EI北大核心CSCD

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

表面微腔光子晶体LED的光提取特性

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

GaN基蓝光LED中光子晶体对提取效率及发光偏振态的影响

为了提高氮化镓基蓝光发光二极管的发光提取效率,在其电流扩展层上生长光子晶体.讨论了光子晶体结构周期、刻蚀深度和占空比参数与提取效率的关系,并采用时域有限差分法进行模拟计算.结果表明在晶格周期为300nm、占空比为60%和刻蚀深度为200nm的条件下,生长光子晶体结构后,氮化镓基蓝光发光二极管的提取效率提升了27.93%.研究了激励源在光子晶体晶格周期内位置变化对提取效率的影响,拟合得到更符合实际物理意义的氮化镓基蓝光发光二极管发光提取效率函数.利用等效折射率理论和法布里-珀罗薄膜干涉模型解释了氮化镓基蓝光发光二极管中TE模和TM模偏振之间提取效率的差异,数值仿真得到最大差异值为1.442倍,从而获得高偏振对比度光源.用该结构参数制备的发光二极管器件应用于液晶显示背光源,可提高液晶显示的能耗效率.     

表面为二维光子晶体结构的AlGaInP系发光二极管的研究

近年来,GaN基光子晶体发光二极管(light emitting diode,LED)的研究已经取得了一定的进展,利用光子晶体的光子带隙效应和光栅衍射原理,在LED上制作光子晶体结构将会提高出光效率.本文为了提高AlGaInP系LED的光提取效率,分析了常规LED光提取效率受到限制的原因,将光子晶体结构引入了AlGaInP系LED的器件结构设计,通过理论分析与实验验证,结果显示:光子晶体结构对于提高AlGaInP系LED的光提取效率同样起到了明显的效果,引入光子晶体后,LED的输出光强比常规结构LED平均 关键词： AlGaInP系LED 光子晶体 光提取效率 光强     

一种高效率光子晶体发光二极管

利用光子晶体设计了一种高效率的发光二极管结构，以一个面型光子晶体反射与输出光相反方向传播的光，以另一光子晶体反射层构成抛物面反射侧向发射的光并使之间接近于轴线的方向传播，发光区域位于抛物面的焦点平面外。当发光面直径为2F,抛物面焦心到上部与空气交界处的高度为63.83F时，可以保证从发光区域发出的光绝大部分能够透射出去，使得发光二极管的光学效率可以接近100%。我们还以1550nm的主波长发光二极管为例给出了光子晶体的结构参数的设计实例。     

半导体量子阱材料微加工光子晶体的光学特性

利用聚焦离子束刻蚀方法和电子束制版结合干法刻蚀方法制备了二维近红外波段光子晶体，发现两种方法都可以制备出均匀的二维光子晶体，聚焦离子束方法操作简单，电子束制版结合干法刻蚀方法操作步骤复杂.光谱测试表明，利用聚焦离子束方法在有源材料上刻蚀的光子晶体不发光，而电子束制版结合干法刻蚀方法制备的小晶格常数光子晶体即使有些无序，其出光效率也提高到没有光子晶体时的两倍.对两种方法所加工的光子晶体不发光和提高出光效率的机理进行了分析. 关键词： 聚焦离子束 电子束制版 光子晶体 出光效率     

弧形光源镜头式光幕灵敏度分布研究

针对室内大靶面光幕测试需求,对一种镜头式光幕探测灵敏度进行了分析,探测光幕由弧形光源配接天幕靶组成。介绍了镜头式光幕测试系统的构成,分析了扇面光幕的工作机理,给出了相应的灵敏度计算公式,根据镜头成像和扇面光幕形成原理,研究了光源放置距离R以及镜头物距l对镜头式光幕探测灵敏度的影响,并通过实验进行了验证。研究结果表明:文中所提的镜头式光幕能够正常工作,研究结果对进一步工程化设计提供了参考。     

探照灯光斑移动现象的再讨论

指出用传统的"平行线"模型和光速有限来解释光斑移动现象,当将情况推广到极限时,会出现一些局限,并提出了一种新的与实际情况更符合的"同心圆"模型,由此可以解释光斑移动现象.     

导光板散射网点的布局与出光均匀性的研究

从背光模组的基本结构出发,通过理论分析确定了影响导光板散射网点排布的公式,证明了散射网点的排布规律对背光模组出光均匀度有影响。对一款背光模组商品建立了简化模型,通过光学软件TracePro模拟分析以及实验验证,证明了背光模组商品的出光均匀度还有提升的可能性。在此基础上,又重点分析了散射网点行间距的变化值,散射网点直径和散射网点初始行间距对导光板出光均匀度的影响。经过反复仿真模拟,取得了一组参数值,可以使优化后的导光板出光均匀度比背光模组商品的出光均匀度好。研究的结论可作为导光板散射网点设计的参考,对背光模组的设计具有指导意义。     

读出光光源对液晶光阀实验的影响

液晶光阀实验中一般是用带布氏窗的He-Ne激光器作为读出光光源,本文分析了普通He-Ne激光、半导体激光、卤素灯等常见光源在液晶光阀实验中应用的可能性和各自特点并进行了实验验证.     

双光子失谐对慢光和光存储影响的实验研究

利用电磁感应透明(EIT)效应在87Rb热原子气室中进行了慢光和光存储的实验研究,在单光子红失谐650 MHz处测量了双光子失谐对光脉冲延迟和光存储的影响.结果表明:在双光子失谐0—0.5 MHz范围内存在显著的光脉冲延迟和光存储恢复信号,其慢光波形与理论计算结果基本相符;而恢复光脉冲信号随着双光子失谐的变化出现形变,这是由于多个EIT子系统之间的干涉引起的.这一研究结果为连续变量光场在热原子系综中的存储提供了实验参考.     

光速测量中光程调节方法的改进

设计了一种新的不连续光程调节的方法,经过理论计算和实践检验,证明该方法切实可行,可以有效避免原有方法的弊端.     

光速测量方法的改进

对CG-Ⅲ型光速测定仪的测量方法作了改进,通过实际测量的结果表明,该实验方法改进后,光速测量的精度有了很大提高.     

类比方法与光的本性的探索

简要回顾了人类对光的本性的探索历程，介绍了物理学家在研究过程中对类比方法的运用。     

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型,对室内可见光通信发射天线进行了优化设计.分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响.通过仿真模拟和分析,得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线,并且提高了10%左右;同时得出了在满足室内照明情形下,发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势,因此,光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值;照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加,并给出了5 m×5 m×3 m普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值,使发射性能得到了优化,同时节省光源数13%,降低了成本.这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据,具有实用价值.     

冷光源的设计

文中着重论述了作者在冷光源设计中的新探索：从成像光学原理出发，导出最佳光斑位置的新参数；把强化传热技术应用于冷光源散热设计计算中，采用增加换热面积，提高传热系数和增大平均传热温差等途径，提高散热速度，实现含热射线极少的高强度可见光输出。文中给出了冷光源散热设计的计算方法和实践中总结出来的强化散热翅片板经验数据。