偶氮液晶聚合物薄膜的二维偏振全息记录

利用偏振全息记录的方法在一种含偶氮侧链的液晶聚合物薄膜中写入了二维偏振光栅.实验采用两束正交偏振的532 nm线偏光作为写入光,在样品同一点上分别记录了相互垂直的两个一维偏振光栅,继而对所构成的二维偏振光栅的特性进行了研究.实验结果表明：二维光栅的衍射效率比一维光栅低,其偏振特性是两个一维光栅元特性的叠加;二维光栅衍射效率对入射光偏振态的依赖性和光栅的偏振转换性质来源于材料中线双折射和圆双折射的共同作用. 关键词： 偏振全息 二维光栅 偶氮液晶聚合物     

光栅减反层太阳能电池光电转换效率的研究

运用时域有限差分方法,研究了光栅减反层结构对太阳能电池光电转换效率及储能效果的影响.具体从光栅形状、高度以及光栅表面金属薄膜厚度出发.结果表明经光栅减反层优化表面结构的太阳能电池的光电转换效率显著增大,储能效果大大得到提升.尤其是三角形光栅太阳能电池.随着镀层厚度的增加,储能效果增加,但当薄膜厚度过厚时,储能效果反而降低.     

准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展

目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25％,飞速提升的效率使得人们越来越期待商业化的应用,但钙钛矿材料的稳定性问题却是其商业化所面临的最大挑战,准二维钙钛矿有望解决这一问题.利用大的有机间隔阳离子的疏水性和热稳定性,以及更高的晶体形成能和更加稳固的结构,准二维钙钛矿能够有效提高钙钛矿的稳定性.此外,准二维钙钛矿对...     

金属-介质光栅结构表面等离子体耦合效率的模拟研究

表面等离子体可以将光子局域在金属表面附近, 并形成很强的近场能量密度, 可以大大提高金属表面附近分子的发光效率和光电转换吸收材料的利用率, 从而提高发光器件和光电转换器件的效率. 本文研究了在一维周期性金属-介质混合结构的光栅中表面等离子体激元的耦合条件, 给出了耦合效率随着结构和填充因子的变化, 并证明了在光栅的填充因子较高以至光栅的金属间隔较小时, 光子耦合成为表面等离子体的效率较高, 可以达到94%以上. 关键词： 表面等离子体激元 填充因子 光栅 吸收光谱     

一维短沟槽复合准晶结构减阻效应及模拟分析

本文测试了人工构建的一维短沟槽复合准晶结构对流体的减阻性能,并与一维短沟槽复合周期结构和一维沟槽周期结构的流阻进行了对比.实验结果表明,一维短沟槽复合准晶结构的减阻效果优于一维短沟槽复合周期结构,其中一维短沟槽十二重复合准晶结构的减阻效果最佳,同时与一维沟槽周期结构具有同样的减阻效果.在机理分析方面,建立了二维光栅的夫琅禾费衍射波模型,对通过一维短沟槽复合准晶结构的波谱特征进行模拟分析. 频谱分析表明,经过二维准周期光栅的相干波强度谱具有谱带结构特征,抑制了大角度方向上的强峰形成.这一结果与流体流过一维短沟槽复合准晶结构相对应,展向上的准周期结构在激活边界层微扰动的同时,也使得二次涡分布比较均匀,从而抑制了展向强扰动的形成,所以能够有效减小流阻.     

二维微纳米结构表面反射特性的时域有限差分法模拟研究

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性,本文以硅基太阳能电池响应光谱的300~1 200 nm为应用基础,利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响,并结合等效介质理论进行了进一步理论分析,结果表明:等截面光栅结构的反射率较大,结构参量影响也较小;锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好,且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降;同时,光波在光栅法线的±40°范围内入射时,反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析,为抗反射表面的设计和制作提供了基础.     

一维衍射光栅和一维光子晶体组成的硅薄膜太阳能电池背反射器

设计了一种由一维衍射光栅和一维光子晶体组成的用于薄膜硅太阳能电池的背反射器,采用勒让德多项式展开法对一维光子晶体和三角形光栅结构进行了参数优化,并对400~1 200 nm入射电磁波的反射率进行了模拟计算。结果表明:在高反射率的一维光子晶体作用下,利用衍射光栅可以得到大倾角的反射光,有效地延长光子在电池吸收体的传播路径,使其得到充分吸收。衍射光栅加光子晶体结构的背反射器可以大幅提高电池的捕光能力,提高太阳能电池的转化效率。     

利用叠层一维光子晶体调控半透明有机太阳能电池的性能

利用叠层一维光子晶体提高半透明有机太阳能电池的光电转换效率和调控器件的透视颜色.采用传输矩阵法计算了基于叠层一维光子晶体的半透明有机太阳能电池中活性层的吸收光谱和器件的透过率光谱,进而计算了器件的光电转换效率和透视颜色.研究结果表明,通过合理设计叠层一维光子晶体中顶光子晶体和底光子晶体的禁带中心波长,可以将器件的光电转换效率提高24.4%.此外,通过控制顶光子晶体和底光子晶体的禁带中心波长,可以调控半透明有机太阳能电池的透视颜色,获得透视颜色分别为蓝色、绿色和红色的半透明电池器件.与单层一维光子晶体相比,叠层一维光子晶体可以使器件获得更高的光电转换效率,并能在更大光谱范围内调控器件的透视颜色.     

局域体全息光栅衍射的平面波与柱面波的波前转换研究

利用一维耦合波理论研究了入射方向相互垂直的一束平面波与一束柱面波干涉形成光折变局域体全息光栅的波前转换情况。给出了透射波和衍射波振幅的解析表达式。讨论了该局域体全息光栅的几何尺寸以及全息透镜的焦距对光栅衍射效率的影响。结果表明,随着光栅横向尺寸的增加,光栅的衍射效率也逐渐增加。然而,光栅的衍射效率却随着光栅纵向尺寸的增加而减小。全息透镜的焦距越长,光栅的衍射效率也越大。此外,分析了光栅的布拉格选择特性,该光栅具有非常好的角度选择特性。在平面波与柱面波干涉形成全息透镜的设计中,为了获得最优的衍射效率,应当根据要求合理地选择记录所用柱面波和设计光栅的几何尺寸。     

基于Pancharatnam-Berry相位超表面的二维光学边缘检测

提出并设计一种基于Pancharatnam-Berry (P-B)相位超表面的二维光学微分器,并实现对光学图像的二维光学边缘检测.在环形光栅相位的作用下,该P-B相位超表面可将光束的左右旋分量在径向进行分离,在滤除中间重叠部分的线偏振光后,保留下来的光学信息即为二维光学微分结果.同时,通过调节该二维光学微分器的光轴分布函数可对边缘信息分辨率进行灵活调控.研究结果表明,上述P-B相位超表面可用于光学图像的二维边缘信息提取,相比于一维光栅式超表面,该方法得到的边缘信息更加完整、清晰.可以预期,这种二维光学微分器在超快光学计算与光学图像处理等方面具有重要的潜在应用价值.     

一维金属光栅的光学反射吸收

利用RCWA(rigid coupled-wave analysis)方法研究了一维金属光栅的反射特性,考察了 瑞利反常、表面等离激元驻波共振和几何共振三种共振吸收机理,分析了这三种机理的相互作用,如表面等离激元驻波共振和几何共振可以形成混合模式. 在反射式复合金属光栅中,确认了第四种共振形式,即相位共振. 数值计算表明相位共振对光学吸收的影响有两种形式: 当光栅周期大于一个波长时,相位共振导致尖锐的吸收峰,峰位在几何共振吸收峰一侧;当光栅周期小于一个波长时,相位共振导致混合模式的共振吸收峰发生劈裂. 对一维金属光栅反射特性的研究增加了对金属光栅共振吸收模式及其相互作用的认识. 关键词： 一维金属光栅 瑞利反常 表面等离激元 相位共振     

Sb2Se3薄膜表面和界面超快载流子动力学的瞬态反射光谱分析

Sb₂Se₃是一种低成本、环境友好、具有良好应用前景的光伏材料.目前Sb₂Se₃太阳能电池的光电转换效率已经提高到了10%.载流子复合动力学是决定Sb₂Se₃太阳能电池光电转换效率的关键因素.本文利用飞秒时间分辨表面瞬态反射谱详细分析了Sb₂Se₃表面、Sb₂Se₃/CdS界面载流子复合动力学过程.根据相对反射率变化?R/R的演化,得到Sb₂Se₃载流子热化、带隙收缩时间约为0.2—0.5 ps,估计热载流子冷却时间为3—4 ps.还实验证实在Sb₂Se₃/CdS界面处存在自由电子转移和浅束缚电子转移两种电子转移过程.本文提供了Sb₂Se₃表面瞬态反射谱分析方法,所得实验结果拓展了对Sb₂Se₃表...     

GaAs纳米线阵列太阳能电池的设计与优化

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.     

光栅结构减反膜在钙钛矿太阳能电池上的应用

钙钛矿太阳能电池作为新型的光伏器件目前获得了广泛的关注,其光电转换效率不断提高.钙钛矿电池的光电转换性能除了和钙钛矿薄膜的光电性能有密切关系之外,还受到器件的结构、界面、光学设计等方面的影响.研究了钙钛矿电池的表面光学特性,在电池表面引入一层减反薄膜,从而降低光线在表面的反射损失,以期提高电池的转换效率.通过研究薄膜微...     

全息光栅的可控制作及表征研究

利用激光全息技术,通过马赫-曾德尔干涉光路制作了三种尺寸可控的一维光栅,选择了合适的实验参数制作了二维光栅。通过金相显微镜表征分析了一维光栅和二维光栅的显微组织,并精确测定了其光栅常数。     

光管理在晶体硅电池中的应用

光管理是提高晶体硅太阳能电池光吸收和短路电流（Jsc）进而提高转换效率的重要因素之一。本文回顾了最常见的光管理方式,包括表面抗反射、散射以及陷光等。为了降低晶体硅电池的表面反射损失,开发了多种表面抗反射结构。例如,仿生蛾眼结构利用渐变折射率实现了宽光谱低反射率,其表面反射率可达1％以下。随着晶体硅电池衬底减薄,光管理要求更加严格,除了在更宽波长范围内达到超低反射率外,还需要在更高的入射角范围内实现低反射率。此外,利用前表面散射以及背表面陷光结构提高红外光的吸收光程对于晶体硅电池特别是薄衬底晶体硅电池的有效光吸收具有重要意义。     

一维和双层二维光子晶体太阳能电池背反射器

利用a-Si∶H和SiO2等介质,设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300~1 100nm波段的反射率和透射率进行仿真,计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析,最终得到了最佳背反射器结构.结果表明:设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径,有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响,提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力,将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96mA/cm2,较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.     

一种提高OLED基底出光效率的亚波长光栅设计

为了提高OLED出光效率,在OLED基底表面设计了二维连续表面亚波长光栅。利用等高台阶逼近的方法近似连续表面光栅结构,并结合等效介质理论和薄膜光学原理,设计光栅参数:刻蚀深度0.29 μm,周期大小0.165 μm,底边直径与周期的比值等于1,可以实现宽光谱、广角度的高透射率。利用时域有限差分方法仿真计算了该光栅对OLED基底出光效率的影响,结果表明,出光效率最高可提高30%。     

金属光栅用于增强非晶硅薄膜太阳能电池光吸收率研究

提高太阳能电池光电转换效率的一个重要途径就是提高它的光子吸收能力。在传统非晶硅薄膜太阳能电池中加入了金属光栅,设计出一种新的复合电池结构。基于严格耦合波分析矢量衍射理论计算了该结构的吸收光谱和增强因子;讨论了光栅宽度、入射光角度和入射光偏振态对吸收的影响。结果显示,设计的太阳能电池结构能够显著提高光的吸收率,在TM偏振光入射条件下,该结构的吸收增强因子最高可达40%;在其他偏振态光线入射时,其吸收增强因子也可达到16%左右。     

用空间光调制器产生三维光阱阵列

本文提出了用液晶空间光调制器制作复合相位光栅、产生三维光阱阵列的新方案．在本方案中,首先将一维矩形光栅转变为能够产生纵向光阱阵列的环形光栅,再把环形光栅和二维矩形光栅组合成复合光栅．根据现有空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计了产生5×5×5光阱阵列的光栅,以普通功率的高斯光波为输入光,正透镜聚焦衍射光,计算输出光强分布,结果表明：在透镜焦点附近获得具有很高峰值光强和光强梯度的三维光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力．用大功率激光作为输入光波时,产生的光阱阵列也能用于囚禁Stark减速后的冷分子．