亚波长金属光栅的光耦合增强效应及透射局域化的模拟研究

介质层上的亚波长金属光栅产生的表面等离子体（surface plasmons,SPs）可以极大地增强光栅下介质层内的透射光强.增强作用从500 nm延续到近红外区域.在波长610 nm附近有接近110%的增强,在波长700 nm及740 nm处也有180%左右的增强.而这个波长范围与薄膜太阳能电池的吸收谱很相近,因此这种结构有望大幅度提高薄膜太阳能电池及不同波长光探测器等光电转换器件的光耦合效率. 关键词： 表面等离子体 亚波长光栅 薄膜太阳能电池 透射增强     

用于大气遥感的远紫外光栅色散成像光谱仪的研究

远紫外光栅色散型成像光谱仪在空间大气遥感领域主要用于电离层、热层、极光和辉光的探测。文章根据临边与天底结合的大气成像光谱探测原理,提出了探测方案,设计了适用于远紫外波段的光栅色散型成像光谱仪的两种光学系统,并选择了平面光栅结构进行研制集成,在国内首次获得了原理样机。样机工作波段为120～180nm,望远系统采用离轴抛物镜,光谱成像系统采用改进型的Czerny-Turner结构,探测器使用远紫外响应背照型增强CCD。搭建了相应的实验系统对样机的基本性能参数进行了测试,测得光谱分辨率约为2nm,空间分辨率0.5mrad。这种远紫外光栅色散型成像光谱仪的研究对完善我国大气遥感事业具有重要的研究与应用价值。     

紫外增强Lumogen薄膜旋涂法制备及其性能表征

Lumogen薄膜用于固态硅基探测器件CCD紫外增强具有显著的成本和工艺优势。研究旋涂法制备Lumogen薄膜的CCD紫外增强技术,通过对薄膜的光谱分析得到优化的制备工艺。制备的薄膜在可见光波段透过率较高,对紫外波段的光具有较强的吸收,其发射峰位于525 nm,并且激发谱较宽, 涵盖200～400 nm。实验结果表明使用旋涂法制备的紫外增强薄膜,能将紫外光转化为可见光,并且在增强紫外响应的同时,不削弱可见波段的响应,是一种有效增强固态检测器紫外响应的紫外增强薄膜。     

宽谱段高分辨扫描光谱定标技术

为了满足原子发射光谱仪在紫外至近红外宽谱段范围内的高光谱分辨率快速检测需求,采用精密角位移平台直接驱动光栅,配合面阵探测器,实现高精度光谱分段快速扫描探测。但在扫描过程中,探测器像元波长增量与光栅转角呈非线性关系,且不同像元的波长增量不同,这对该光谱仪波长定标造成障碍。为校正光栅色散的非线性,基于光栅方程精确计算光栅转角与探测器首尾两端像元波长的映射关系,针对同一光栅转角,探测器其余像元波长利用首尾像元波长按照局部线性色散规律计算得到,从而完成全谱段光谱定标。依据定标所得转角与探测波段对应关系依次驱动光栅转动,实现宽谱段范围内的分段高精度光谱快速扫描探测。利用汞灯光源对该定标方法的波长检测精度进行检验,在200~800 nm的宽谱段范围内,波长准确度优于0.018 nm,波长重复性优于0.001 nm。     

可见-短波红外波段光谱模块光机装调及分析

介绍了自行研制的辐射仪器的光谱模块,其光谱范围覆盖可见-短波红外波段(400 nm~2 500 nm),讨论了光谱模块的装调方法并对装调结果进行了分析研究。辐射仪器由3个光谱模块组成,分别是可见波段光谱模块(400 nm~1 000 nm),近红外波段光谱模块(900 nm~1 700 nm)和短波红外波段光谱模块(1 600 nm~2 500 nm),光谱模块的探测单元均以平场凹面光栅分光,线阵探测器探测信号,光谱模块的光机组件主要包括光纤头、狭缝、反射镜组件、光栅组件和探测器组件等。鉴于光谱模块的光机装调效果与其光机设计息息相关,装调结果的好坏能反映光机设计的优劣,针对光谱模块的光机设计特点进行了光机装调。光机装调分析结果表明:3个光谱模块的波长分辨率分别优于4 nm,15 nm和20 nm,达到了仪器的设计指标,验证了光机设计、装调的合理性。     

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。     

紫外ICCD相对光谱响应度测量技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着紫外探测技术的发展,精确测量紫外探测器的光谱响应度变得越来越重要。文章分析了紫外ICCD(UV-ICCD)相对光谱响应度的测量原理,采用了直接比较法测定待测探测器的相对光谱响应度,并基于具有优异紫外响应能力的科研级光谱仪建立了UV-ICCD光谱响应的测量装置。实验获取了UV-ICCD的相对光谱响应度曲线,从曲线中可以看出,UV-ICCD光谱响应范围为220～300 nm,峰值响应在270 nm附近,表明该器件具有日盲特性。不确定度分析结果显示,UV-ICCD相对光谱响应度测量的最大不确定度约为7.79％,满足测量要求。     

短波红外平场光谱仪的波长定标

针对自行研制的短波红外平场光谱仪,讨论了波长定标的原理和方法.短波红外平场光谱仪由两个分光探测单元组成,探测单元以平场凹面光栅分光,处于焦平面上的线阵列探测器探测,波长定标分为两个波段进行.为了实现准确的波长定标,针对短波红外平场光谱仪的特点设计了波长定标步骤.双单色仪可以输出光谱仪波长范围内任意波长单色光,选用双单色仪作为光谱定标光源,双单色仪的输出单色光光潜分辨力为1.5 nm,经过光谱仪的分光会聚后成像在线阵列探测器像元上,采用重心法计算出给定波长对应的像元精确位置,通过多项式拟合得出两个探测单元的波长定标系数.定标结果表明,在900～2400 nm波长范围内,定标曲线拟合误差小于0.5 nm,波长定标不确定度优丁0.6 nm.     

基于表面等离子体共振增强的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计研究

金属-半导体-金属光电探测器的光栅结构可激发表面等离子体, 有效增强探测器的吸收. 为深入研究器件结构对于表面等离子体的激发及共振增强的影响, 本文提出了一种具有超薄有源层的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计方法. 采用时域有限差分的方法详细分析了光栅周期、光栅厚度、 光栅间距及有源层厚度对于表面等离子体共振增强器件性能的影响, 通过仿真模拟获得了器件的最佳结构, 详细地分析了各个界面激发的表面等离子体及其共振模式对于光谱吸收增强的机理. 仿真结果表明, 有源层锗的厚度为400nm的超薄器件在通信波段具有较高的吸收, 尤其在1550nm波长处器件的归一化的光谱吸收率可以高达53.77%, 增强因子达7.22倍. 利用共振效应能够极大地提高高速器件的光电响应, 为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了有效途径. 关键词： 表面等离子体 锗探测器 时域有限差分仿真     

光栅色散临边成像光谱仪的研究

临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。从大气临边成像光谱探测的原理出发,设计并研制了光栅色散紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构型式,其中,前置望远光学系统为像方远心,光谱成像系统为物方远心。工作波段为540~780 nm(一级衍射光谱)和270~390 nm(二级衍射光谱),通过切换可见、紫外带通滤光片来实现两个波段分别探测,质量为8 kg,体积为450 mm×250 mm×200 mm。实验检测结果表明,该样机的空间分辨率为0.45 mrad,光谱分辨率为1.3 nm,均满足设计指标要求,并且具有体积小、质量小等特点,适合空间遥感应用。     

微柱状CsI闪烁薄膜热蒸发生长工艺

采用真空热蒸发法在石英玻璃基片上制备了具有特殊微柱状结构的碘化铯闪烁薄膜。运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光光谱仪分别对碘化铯薄膜的形貌、结构及发光性能等进行了表征与分析。结果表明:在基片温度为260℃、沉积速率为3 nm.s-1时,所生长的碘化铯薄膜具有理想的微柱形貌、沿(110)晶面的择优取向和良好的透射性能;紫外光激发下,发射主峰为438 nm,X射线激发下,发射主峰为315nm,说明短波段发射峰需要的激发能量较高,而长波段发射峰对紫外光激发更为敏感。     

Luminescence in x-irradiated CaF2:Co

Photoluminescence of X-irradiated CaF₂:Co single crystals is reported. The emission spectrum shows four peaks at 505, 550, 640 and 685 nm, all of them with an excitation band at 275 nm. The same emission spectrum, plus a band at 280 nm, is found in X-ray excited luminescence measurements. Thermoluminescence of 80 K X-irradiated crystals gives a glow curve with five peaks at 100, 125, 145, 190 and 225 K. The spectral distribution of these glow peaks is similar to that of the X-ray excited luminescence. The 280 nm band is associated with electron—hole recombination. The other four bands are associated with electron transitions among excited states of Co²⁺ produced by recombination of holes and Co⁺-ions created by X-irradiation.     

芴类荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射特性

钯催化Suzuki反应合成得到一种9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴（DPFP）荧光染料,研究了该染料的吸收和荧光光学特性,以及DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜的荧光光谱特性和放大自发辐射特性。实验结果表明:DPFP的吸收峰位于333 nm,DPFP的荧光光谱在370 nm和386 nm出现荧光峰,在408 nm出现肩峰,存在从激发态S1能级到基态S0能级的S10-S00,S10-S01和S10-S02三种振动带的电子跃迁;同时,在Nd:YAG纳秒激光器355 nm输出光的泵浦下,DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜在波长390 nm和406 nm处实现了放大自发辐射,其阈值能量密度分别为3.24和3.40 mJ/cm2;此外,通过调节DPFP掺杂DNA-CTMA的质量比可以实现特定波长的放大自发辐射。     

偶氮接枝的聚氨酯薄膜作为光存储介质的实验研究

利用旋涂法，通过接枝共聚方法制备具有偶氮侧基的聚氨酯高分子聚合物薄膜。利用二倍频YAG激光(532nm)作为激发光，白光光源作为参考光，在室温下测试了该薄膜在激发光作用前后的吸收光谱，发现该薄膜在430一530nm内有较强的吸收。最后给出激发光强度的增大和撤去激发光后，随着无光照时间的延长，380nm与520nm波长处吸收强度的变化趋势。     

Visible photoluminescence of co-sputtered Ge–Si duplex nanocrystals

The photoluminescence (PL) characteristics of co-sputtered Ge–Si duplex nanocrystal films were examined under excitation by a 325-nm HeCd laser, combined with Raman and Fourier-transform infrared reflection spectra analysis. A broad visible PL spectrum from the as-deposited Ge–Si nanocrystal films was observed in the wavelength range 350–700 nm. Basically, the PL spectrum can be considered to consist of two distinct parts originating from different emission mechanisms: (i) the spectrum in the range 350–520 nm, consisting of characteristic double peaks at 410 and 440 nm with PL intensities decreasing after vacuum annealing, probably due to vacancy defects in Si nanocrystals; and (ii) the spectrum in the range 520–700 nm, consisting of a characteristic peak at 550 nm with a PL intensity not affected by vacuum annealing, probably due to Ge-related interfacial defects. No size dependence of PL peak energy expected from quantum confinement effects was observed in the wavelength range investigated. However, with an increase of crystal size, the PL peak intensity in the blue zone decreased. The PL intensity is found to be strongly affected by silicon concentration. A film heated in air has a different PL mechanism from the as-deposited and vacuum-annealed films. PACS 78.67.Bf; 81.05.Cy; 81.15.Cd     

Absorption and emission of thin solid films of octaethylporphin

Absorption and emission spectra at room temperature and emission spectra atliquid nitrogen temperature are reported for thin solid films of free base octaethylporphin. The room temperature visible absorption spectrum resembles that of the solution, except all four peaks show a red shift of ≈ 12 nm and all except the farthest red are broadened. The Soret band in the near UV is greatly broadened in the film, and its peak absorbance is substantially reduced. The room-temperature emission of the films is quite similar to that of solution fluorescence, except for a red-shift of ≈ 10 nm. But at low temperature two new peaks appear at 657 and 672 nm. Their intensity as a function of temperature can be explained by a simple exciton trapping model.     

叶绿素A较高激发态的发光

采用激发样品表层和样品中心两种激发方式,在300K和77K温度下研究叶绿素A(Chla)的较高激发行为,观测到峰值位于493、520和580nm三条新的荧光发射带.分别测量它们的荧光激发光谱,证明这三条新的荧光带属于Chla的第二激发单线态向基态的不同振动能级的辐射跃迁发光.最后提出电子跃迁模型,同时进行了讨论.     

基于增益光纤长度优化的双波长运转掺铒光纤锁模激光器

构建了可自启动的双波长运转掺铒光纤锁模激光器.通过优化增益光纤长度,利用掺铒光纤在1530nm附近的再吸收效应调节激光器的增益谱,使激光器在1530nm和1560nm附近具有相同的增益强度.实验中采用31cm掺铒光纤作为增益光纤,以透射式半导体可饱和吸收体作为锁模器件,实现了自启动双波长锁模运转.激光器锁模输出重复频率为58.01MHz,信噪比为58.2dB,最高输出功率为4.8mW.锁模输出的光谱在1532.4nm和1552.3nm处具有两个强度接近的谱峰,谱峰间距约为20nm.该激光器无需手动调节即可实现双波长运转,更便于实际使用.     

ZnO薄膜的分子束外延生长及性能

利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在Si(100)、GaAs(100)和蓝宝石Al2O3(0001)衬底上用Zn、ZnS或以一定Zn-O化学计量比作缓冲层,改变衬底生长温度和氧压,并在氧气氛下,进行原位退火处理,得到ZnO薄膜。依据X射线衍射(XRD)图,表明样品的结晶性能尚好,且呈c轴择优取向;实验结果表明在不同衬底上生长的ZnO薄膜,由于晶格失配度不同,其衍射峰也有区别。用原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌,为晶粒尺寸约几十纳米的ZnO纳米晶,且ZnO晶粒呈六边形柱状垂直于衬底的表面。采用掠入射X射线反射率法测膜厚。在360nm激发下,样品的发光光谱是峰值为410,510nm的双峰谱,是与样品表面氧缺陷有关的深能级发光。     

Photoluminescence and electroluminescence studies of polyvinyl carbazole films

Polyvinyl carbazole (PVK) film has been prepared by solution method. Its absorption, photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) have been studied. For PL and absorption studies, film of PVK was prepared by spreading PVK solution on clean glass plate. The dried film was taken out of the glass plate and used for absorption, thickness measurement and PL studies. The film is transparent in the visible region and absorption starts at 340 nm wavelength. The absorption peaks are obtained at 280, 250 and 220 nm, indicating that optical gap of film is 3.65 eV and molecular orbitals exist at 4.43, 4.96 and 5.64 eV. PL studies reveal that excitation by violet light gives luminescence at 430, 480 and 690 nm. For EL studies, cell is prepared by depositing PVK film on a portion of conducting glass plate and taking aluminum foil as second electrode. It is observed from the characteristics that the current varies linearly, where as EL intensity varies non-linearly with increasing voltage. Higher brightness has been observed at higher frequencies. EL spectrum shows a sharp peak at 400 nm and a broad and less intense peak at 700 nm, which are attributed to radiative decay of singlet exciton and defect centers, respectively.