氧化铟掺铪红外透明导电薄膜

采用射频磁控溅射与退火工艺相结合的方法,分别在石英和硒化锌(ZnSe)衬底上制备了掺铪氧化铟(IHfO)薄膜,掺杂比例In2O3∶HfO2为98wt.%∶2wt.%.测试了薄膜的组成结构和3～5μm红外波段的光电性质,分析了退火温度、薄膜厚度和氧气流速对薄膜性能的影响.X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱表明,制备的IHfO薄膜具有氧化铟的立方体结构,掺杂铪并没有影响氧化铟的生长方向,但是减小了晶格间距,铪与铟外层电子形成新的杂化轨道.傅里叶变换红外光谱表明,随着退火温度的增加,IHfO薄膜在3～5μm波段的透过率逐渐下降,沉积在ZnSe衬底上的薄膜具有更平稳的透过率,厚度为100nm薄膜在3～5μm波段平均透过率为68%.测试霍尔效应表明,随着氧气流速的增加,IHfO薄膜电阻率逐渐增加,载流子浓度减小,霍尔迁移率变化不明显.晶界散射是影响IHfO薄膜迁移率的主要因素,当氧气流速为0.3sccm时,薄膜最佳电阻率为3.3×10~(-2)Ω·cm.与透可见光波段的导电氧化铟锡(ITO)薄膜相比,制备的IHfO薄膜可以应用在3～5μm红外波段检测气体,红外制导等领域.     

高精度中红外大气C_2H_6传感系统的研制

C_2H_6作为温室气体之一,对光化学污染的产生和臭氧层的破坏具有促进作用。C_2H_6在大气中的含量极低,对传感器的探测精度具有较高要求。报道了一种使用中红外连续波长带间级联激光器(ICL)检测大气中C_2H_6浓度的传感器,其测量精度可达到10~(-9)量级。采用容积为220mL、光程为54.6m的多通池增加气体吸收光程,降低检测下限,提高灵敏度。采用LabVIEW虚拟仪器平台编程产生激光器扫描、调制信号及其叠加,通过数据采集卡(DAQ)输出到ICL驱动源。通过DAQ读取探测器输出信号,由LabVIEW程序进行信号的锁相放大及二次谐波提取。实验结果表明:当系统采样时间为1.67s时,阿伦标准差为1.86×10~(-9),且阿伦标准差在平均时间为775s时达到最小值,即系统达到最佳稳定度,为0.026×10~(-9)。将该系统放置于燃气站进行检测实验,证明所研制的C_2H_6传感器具有实用价值。     

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.     

甲烷红外吸收光谱原理与处理技术分析

由于工业监控和环境检测的需要,基于红外吸收光谱分析原理,研制甲烷传感系统,日益得到人们的关注。文章描绘了甲烷中红外的基频吸收带和近红外的2ν 23ν组合带、23ν泛频带的吸收光谱强度分布,并给出了相应的吸收光谱曲线。定量数据表明,甲烷的基频吸收要比泛频吸收高两个数量级以上,较组合频吸收高3个数量级以上。文章还介绍了甲烷检测的差分技术、谐波技术、腔光谱增强技术、以及光声技术,给出了相应检测方法的理论公式、能够达到的检测灵敏度以及系统的结构。这些技术的有效性已经被研究报道所证明。     

反相电极聚合物定向耦合电光开关的优化设计

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响,应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法,优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明,该器件具有良好的开关性能:在1 550 nm的工作波长下,器件耦合区的长度为4 753.5 μm,交叉态电压为1.22 V,直通态电压为2.65 V,插入损耗小于2.21 dB,串扰小于-30 dB.通过微调状态电压,可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.     

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型.该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能.以7微环8信道结构为例,在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟.结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB.     

用于中红外甲烷检测的压强测量与补偿（英文）

利用一个波长为3.291μm的室温连续、带间级联激光器和一个有效光程长为54.6 m的多通池,研究了用于中红外甲烷检测的压强测量及补偿技术。通过对测得的甲烷直接吸收光谱信号进行洛伦兹吸收线型拟合,测量了吸收池内气体压强并补偿了压强变化对甲烷浓度的影响。利用浓度为2.1×10~(-6)的甲烷气体样品,在1.33×10~4~10.64×10~4 Pa的范围内进行了压强标定;对压强为9.31×10~4 Pa、浓度为2.1×10~(-6)甲烷气体样品的压强测量结果进行阿仑方差分析,结果表明,当积分时间为2.2s时,压强的测量精度约为219.5Pa。在1.33×104、3.99×10~4和6.65×10~4 Pa三种不同压强条件下,对浓度分别为1.0×10~(-6)、1.2×10~(-6)、1.4×10~(-6)、1.6×10~(-6)、2.1×10~(-6)甲烷气体样品的浓度和压强做了15组测量,验证了所给出的压强测量和补偿技术的可行性。     

数字正交锁相放大器的研制及其在甲烷检测中的应用

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体浓度时,为了从红外传感信号中提取一次及二次谐波信号来表征气体浓度,研发了一种基于数字信号处理器的数字正交锁相放大器.介绍正交锁相放大原理,设计谐波提取算法,给出数字正交锁相放大器的软硬件实现方案.利用配备的浓度为1%~5%的甲烷样品以及研制的锁相放大器,开展气体实验.实验结果显示,当甲烷浓度为5%时,在二次谐波对应的频率点处,测得的系统信噪比为34dB,表明设计的锁相放大器具有较好的性能;测得的二次与一次谐波信号峰峰值的比值与气体浓度成线性关系;考虑动态配气以及气体沿管道传输的时间,检测系统的响应时间约为96~98s;气体浓度为20 000ppm时,测试浓度波动范围为-92ppm~+118ppm;根据Allan方差预测的系统检测下限为29.52ppm.与模拟锁相放大器以及商用锁相放大器相比,本文研制的数字正交锁相放大器硬件结构简单、体积小、成本低、易于集成,在红外气体检测领域具有很好的应用前景.     

用于聚合物传感的表面增强红外银天线阵列

红外光谱技术因分子吸收截面较小限制了其灵敏度,采用光学性质相似且价格更低的银阵列替代金阵列,在节约成本的同时,利用表面增强红外吸收效应,以提高微量分析物的检测灵敏度。分别设计了微米尺度的中空十字形与六边形天线阵列结构,使用时域有限差分算法进行数值仿真,研究了天线尺寸对超表面光学性能的影响。利用紫外曝光技术,以银作为沉积金属,实现低成本、大尺寸天线阵列的制备。利用傅里叶红外光谱仪测量超表面基底,在400～800 cm^-1的中红外波段实现了表面增强吸收,十字形天线与六边形天线结构的消光系数最高分别可达20%与24.5%。为了评估超表面的传感性能,分别在硅基底和六边形结构的超表面基底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯,六边形天线结构在483.14 cm^-1处实现了2.85倍的增强吸收,增强因子为1 995。