平面型大光敏元InGaAs线列探测器及其应用

采用晶格匹配的平面型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料,设计了一种大光敏元、带有保护环的InGaAs线列探测器。通过I-V测试、扫描电容显微技术(SCM)测试,研究并确定了线列器件的盲元与保护环结构之间的关系。通过设计改进,解决了器件的盲元问题。24×1 InGaAs线列短波红外探测在室温20 ℃、-10 mV偏压下,暗电流密度约5 nA/cm2。将光敏芯片密封在集成了热电制冷器(TEC)的金属管壳内,组件工作温度5 ℃,探测器响应光谱在1.0 μm~1.67 μm范围,平均峰值电流响应率为1.3 A/W,平均峰值探测率为3.4×1012 cm·Hz1/2/W,响应的非均匀性为1.5%。探测器经历一定条件的可靠性筛选试验后,性能未发生明显变化,并进行了航空机载成像应用,成像图片清晰。     

使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究

采用低压MOCVD系统,在生长过程中使用SiNx原位淀积的方法产生纳米掩模,并在纳米掩模上进行选区生长和侧向外延制备了GaN外延薄膜.使用拉曼光谱和光荧光的手段对GaN外延膜中的残余应力进行了研究.研究发现,用SiNx原位淀积出纳米掩模后,GaN生长将由二维向三维转变,直到完全合并为止.利用拉曼光谱和光荧光谱分别研究了薄膜中的残余应力,两者符合得很好;这种方法生长出的GaN薄膜的应力分布较传统的侧向外延更加均匀;并且从中发现随着生长过程中SiNx原位淀积时间的增加,生长在其上的GaN外延膜中的残余应力减小.这是因为,随着SiNx原位淀积时间的增加,SiNx纳米掩模的覆盖度也增大.因此侧向外延区的比例增大,残余应力随之减小.     

生物质基酸性低共熔溶剂用于高效溶解木质素及溶解机理

设计能高效溶解木质素的溶剂对木质素的高值化利用具有重要意义。本文中设计了基于氯化胆碱、甜菜碱和左旋肉碱作为氢键受体(HBA)和四种氢键供体(HBD)的生物质衍生的酸性低共熔溶剂(DESs),可以溶解包括碱木质素(AL)、脱碱木质素(DAL)、酶解木质素(EHL)和硫酸盐木质素(KL)在内的不同类型的木质素。在大多数所设计的DESs中,EHL比AL、KL和DAL更容易溶解,而不同木质素中羟基的含量对木质素的溶解有显著影响,但是并非在所有DESs中木质素的溶解情况都符合上述规则。氯化胆碱是构建DESs的首选HBA,具有良好的性能并适应于不同类型木质素的溶解,而合适的酸度使苯甲酸和没食子酸乙酯成为对木质素溶解有利的HBDs。研究表明能有效溶解木质素的DESs应具有强的氢键酸度(α值> 0.95)以及与溶解的木质素匹配的合适极性。此外,HBD的pK_a值和DESs的酸度也是评价酸性DESs溶解木质素性能的有效指标。通常具有适中pK_a值的HBDs能够用于构建具有高效的木质素溶解性能的DESs。DESs的粘度对木质素溶解也有一定影响,较低的粘度有助于木质素溶解。     

内嵌硫化镉与上转换纳米颗粒的二氧化钛复合纳米管用于近红外光驱动光催化

由于近红外光在太阳光谱中占44%,因此,近红外光驱动的光催化剂的研制具有十分重要的意义.上转换发光材料可将低能量的近红外光子转换为高能光子,这种高能光子可以通过构建荧光共振转移系统将能量转移并活化量子效率较高的半导体材料,对于太阳能的转化利用具有潜在的应用前景.在本文中,通过胶体化学的过程在电纺丝制备的内嵌CdS纳米颗粒以及上转换荧光纳米颗粒(UCNPs)的二氧化硅复合纳米纤维表面外延生长一层二氧化钛层,通过高温煅烧得到二氧化钛复合纳米管.我们通过二氧化硅结构将CdS纳米颗粒与上转换荧光纳米颗粒紧紧束缚在一起,实现较高的荧光共振能量转移.而且,选择β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)作为纳米能量转换器,替代以前研究工作中使用的β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)或者β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4纳米颗粒,来进一步提高近红外光的转换效率.通过透射电子显微镜照片很清楚的观察到制备的TiO2复合纳米管内部内嵌有大量的CdS与上转换纳米颗粒.通过X-射线衍射以及X-射线光电子能谱能仪器对产物的物相以及表面的化学组成进行了细致的表征.结果显示,通过本实验方法已经成功获得了TiO2复合纳米管.用稳态与瞬态荧光仪研究了最终样品的荧光性质.研究结果揭示,与上转换纳米颗粒以及二氧化硅复合纳米纤维相比,复合二氧化钛纳米管可以将上转换荧光纳米颗粒的(UV-Vis)部分荧光完全淬灭了.特别是,铒离子的荧光(650 nm)也被有效淬灭转移,说明本研究采用β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)纳米能量转换器,可以提高近红外光的转换效率,紫外-可见吸收光谱证实,这种二氧化钛纳米管在紫外-可见光区中的吸收光谱与β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)纳米颗粒的荧光光谱具有较大的重叠,使得上转换荧光纳米颗粒与CdS以及二氧化钛组分之间的荧光共振转移的效率大大提高,进而会显著提高光催化的效果.以罗丹明染料作为污染物为模型,我们研究了罗丹明染料在氙灯下或者近红外光光照下的光催化分解实验.研究结果表明,90%的罗丹明染料分子在20 min内就被降解掉,效率高于其它的近红外光催化剂.上转换荧光纳米颗粒的能量转换效率可以得到大幅度提高,本研究工作中制备的光催化剂利用太阳能的效率将会得到极大提高,在未来为能源危机以及环境保护提供一种可供选择的方法与技术.     

High-performance InAs/GaAs quantum dot laser with dot layers grown at 425℃

We investigate InAs/GaAs quantum dot(QD) lasers grown by gas source molecular beam epitaxy with different growth temperatures for InAs dot layers.The same laser structures are grown,but the growth temperatures of InAs dot layers are set as 425 and 500 ℃,respectively.Ridge waveguide laser diodes are fabricated,and the characteristics of the QD lasers are systematically studied.The laser diodes with QDs grown at 425℃ show better performance,such as threshold current density,output power,internal quantum efficiency,and characteristic temperature,than those with QDs grown at 500 C.This finding is ascribed to the higher QD density and more uniform size distribution of QDs achieved at 425℃.     

Finite-key analysis of practical time-bin high-dimensional quantum key distribution with afterpulse effect

High-dimensional quantum resources provide the ability to encode several bits of information on a single photon, which can particularly increase the secret key rate rate of quantum key distribution (QKD) systems. Recently, a practical four-dimensional QKD scheme based on time-bin quantum photonic state, only with two single-photon avalanche detectors as measurement setup, has been proven to have a superior performance than the qubit-based one. In this paper, we extend the results to our proposed eight-dimensional scheme. Then, we consider two main practical factors to improve its secret key bound. Concretely, we take the afterpulse effect into account and apply a finite-key analysis with the intensity fluctuations. Our secret bounds give consideration to both the intensity fluctuations and the afterpulse effect for the high-dimensional QKD systems. Numerical simulations show the bound of eight-dimensional QKD scheme is more robust to the intensity fluctuations but more sensitive to the afterpulse effect than the four-dimensional one.     

pH响应两亲嵌段锌酞菁聚合物光敏剂的制备及光活性

将氨基锌酞菁（ZnTAPc）与甲基丙烯酰氯反应制备出含有不饱和双键的取代锌酞菁衍生物（MeZnAPc）,采用ATRP法将聚乙二醇单甲醚大分子引发剂（mPEG110-Br）与甲基丙烯酸（2-异丙胺基）乙酯（DPA）和MeZnAPc共聚,制得一种新型pH响应两亲嵌段锌酞菁聚合物光敏剂（PEG110-b-P（DPAn-co-MeZnAPcm））.用1HNMR,FTIR对MeZnAPc和聚合物光敏剂进行表征.UV-vis测试表明该聚合物光敏剂在pH6.0～6.5具有较好的pH响应性.以1,3-二苯基苯并呋喃（DPBF）为底物研究了该聚合物光敏剂的光催化氧化效率,结果表明其具有较高光活性.利用该聚合物光敏剂在不同pH的水溶液中对L-色氨酸进行光催化氧化实验,结果发现在pH5.5不存在胶束时,锌酞菁可以较好地分散在溶液中,并能维持较高光活性,而在pH7.4形成胶束时可以将锌酞菁很好地包裹在其内部,使其光活性大大降低.因此,这种pH响应两亲嵌段锌酞菁聚合物作为一种新型光敏剂,在光动力学治疗领域有较好的应用前景.     

光波导共振技术结合比色法检测葡萄糖溶液的浓度

利用比色法结合双面金属包覆波导构建了一种高灵敏度的光波导振荡场传感器. 将葡萄糖溶液与氧化酶试剂混合, 使葡萄糖溶液显色并注入波导结构, 采用波长为650 nm的激光入射于波导表面, 经角度扫描产生衰减全反射(ATR)吸收峰, 通过ATR吸收峰的极小值来检测葡萄糖溶液的浓度变化. 实验结果表明, 该技术对葡萄糖溶液浓度的分辨率达到111 nmol/mL, 其灵敏度高于分光光度计.     

活性炭纤维耦合柠檬酸铁在中性pH条件下活化双氧水降解染料

在环境催化领域,开发pH适应范围广的类芬顿催化剂一直是活跃而极具挑战性的研究课题. 采用活性炭纤维耦合柠檬酸铁制得耐pH的类芬顿催化纤维(Cit-Fe@ACFs),在pH值2～10的范围内Cit-Fe@ACFs均表现出优异的催化性能,有效拓宽了传统芬顿反应的pH适应范围;Cit-Fe@ACFs在中性条件下能快速活化H₂O₂催化降解活性染料、酸性染料、碱性染料等多种染料,并具有良好的重复使用性. 采用探针化合物正丁醇、苯醌,结合电子顺磁共振波谱(EPR)证明了Cit-Fe@ACFs/H₂O₂催化体系中的氧化活性种主要为羟基自由基(·OH)和超氧自由基(HO₂·),推测了其催化反应机理.     

Electrically Pumped Room-Temperature Pulsed InGaAsP-Si Hybrid Lasers Based on Metal Bonding

A pulsed InGaAsP-Si hybrid laser is fabricated using metal bonding. A novel structure in which the optical coupling and metal bonding areas are transversely separated is employed to integrate the silicon waveguide with an InGaAsP multi-quantum well distributed feedback structure. When electrically pumped at room temperature, the laser operates with a threshold current density of 2.9 kA/cm^2 and a slope efficiency of 0.02 W/A. The 1542nm laser output exits mainly from the Si waveguide.