Electron–phonon coupling in topological insulator Bi_2Se_3 thin films with different substrates

Broadband transient reflectivity traces were measured for Bi_2 Se_3 thin films with various substrates via a 400 nm pump–white-light-probe setup. We have verified the existence of a second Dirac surface state in Bi_2 Se_3 and qualitatively located it by properly analyzing the traces acquired at different probe wavelengths. Referring to the band structure of Bi_2 Se_3, the relaxation mechanisms for photo-excited electrons with different energies are also revealed and studied. Our results show a second rise of the transient reflection signal at the time scale of several picoseconds. The types of substrate can also significantly affect the dynamics of the rising signal. This phenomenon is attributed to the effect of lattice heating and coherent phonon processes. The mechanism study in this work will benefit the fabrication of high-performance photonic devices based on topological insulators.     

光伏型碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的两种不同过饱和现象的产生机理

利用连续波段内激光对两批光伏型碲镉汞探测器进行了激光辐照实验, 发现了两种不同的过饱和现象. 实验表明, 光伏型碲镉汞探测器在强光辐照下都会出现开路电压随光强增强而减小的过饱和现象, 明晰了PV型探测器在强光辐照下的一般规律性现象和由探测器个体差异导致的特殊现象. 从等效电路模型出发, 剖析了两种过饱和现象的发生条件, 建立了数值计算的理论模型, 对两种过饱和现象进行了数值模拟, 计算结果与实验结果符合得较好. 研究表明, 光伏型碲镉汞探测器在波段内强光辐照下引起的过饱和现象有两种产生机理, 一种是热效应引起的暗电流增大机理; 另一种是探测器材料中缺陷引起的漏电流增大机理. 关键词： 波段内连续激光 光伏型碲镉汞探测器 过饱和现象     

连续激光与单脉冲纳秒激光对CMOS的损伤效应

针对前照式有源型可见光互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,开展了1080nm连续激光与1064nm单脉冲ns激光损伤效应的对比研究,观察到了CMOS出现点损伤、半边黑线损伤与十字交叉黑线损伤三个典型的硬损伤阶段,并分析了损伤机理。在连续激光辐照下,损伤效应主要是热效应的影响。当辐照时间小于稳态时间时,辐照时间越长,损伤阈值越低,当辐照时间大于稳态时间时,损伤阈值趋于稳定值。对损伤后的CMOS器件的微观结构进行了显微观察,结合CMOS电路结构深入分析了各种典型实验现象的损伤机理,半边黑线损伤与十字交叉黑线损伤主要是不同层金属线路熔断导致信号断路。在单脉冲ns激光作用下,CMOS像元表面的硬损伤主要是激光加热作用和等离子体冲击波作用引起的。     

光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究

利用波段内连续激光, 辐照禁带宽度为0.33 eV的中波光伏碲镉汞探测器. 实验结果表明, 随着辐照激光光强的逐渐增大, 探测器从线性响应过渡为非线性响应. 当探测器进入非线性状态, 探测器的开路电压随激光光强的增大而减小, 且在激光开启辐照时开路电压信号迅速下跳, 在激光停止辐照时开路电压信号迅速上跳. 通过考虑激光辐照下探测器的温度场分布以及温度对p-n结内建电场的影响, 结合考虑机械快门在开启和关闭时对激光光强变化的影响, 建立了光伏探测器在波段内连续激光辐照下的解析模型, 模型计算结果与实验结果吻合得较好. 研究表明, 激光辐照过程中的非线性响应, 主要由温度对p-n结内建电场的影响决定, 激光开启和关闭时的开路电压的幅值是由光强和温度共同决定.     

PV型HgCdTe线阵探测器的光学串扰

针对MCT红外焦平面阵列器件普遍存在的光串扰问题进行研究,从器件内部结构上,建立了线阵器件理论计算模型,并基于载流子连续性方程,利用Comsol软件对光串扰的大小进行了数值定量计算,研究了不同探测器结构尺寸、温度和材料等参数对光串扰的影响;从器件外部结构上,利用几何光学,研究了外部光学结构对光串扰的影响。研究结果表明,器件内部的衬底外延层厚度与器件外部的真空层对光串扰的影响最大,为今后红外焦平面器件结构的改进提供了一定的理论指导。     

PV型HgCdTe线阵探测器对强光反常响应机制研究

采用多种波段内激光辐照带有电容反馈互导放大器(CTIA)读出电路的PV型线阵HgCdTe探测器,实验均发现,当激光功率密度增强到约10-2 W/cm2时,未辐照像素也存在响应,且其基底信号出现以前未曾发现的反常响应,即随功率密度的增加,未辐照像素基底信号的响应值先下降后上升,并且噪声增大。针对这一反常响应现象进行了深入研究,结果表明器件内部公共P级结构、电路共用Vref电压结构是导致这一反常响应的主要原因。     

时空调制型干涉成像光谱仪的强光干扰效应仿真研究

干涉成像光谱技术是利用光的干涉原理获取目标光谱信息的一种成像技术。为研究其在强光下的干扰效果和机理,以大孔径静态成像光谱仪为典型对象,开展了相关仿真实验研究。以实际地物的图像和光谱信息为对象,仿真生成了原始干涉成像图案,并模拟830 nm单波长激光和超连续谱激光两种干扰源,分别研究不同辐照强度下的典型干扰效果,分析时假设光谱角大于30°时原始光谱信息丢失。基于本文的仿真模型,得到的相关结果表明,在830 nm的单波长激光干扰情况下,当干扰与目标成像峰值之比大于0.2∶1时原始光谱信息无法正确复原（光谱角大于30°）,但模拟加入830 nm滤光片后,干扰效果被有效滤除。在超连续谱激光干扰情况下,不考虑饱和阈值时光谱角数值最终稳定在21°;考虑探测器饱和阈值为目标成像强度峰值3倍时,干扰与目标成像峰值之比大于2.1∶1时,原始光谱信息便无法分辨。该研究可能为同类型光谱仪的激光辐照效应和损伤机理的后续研究,以及光谱成像系统的激光防护和性能优化提供参考。