透明发光二极管研究进展EI北大核心CSCD

透明显示是未来显示的发展方向之一,在智能窗、可穿戴电子产品、虚拟现实技术、触摸屏等领域有着巨大的应用潜力。随着有机、量子点、钙钛矿等新型发光材料的出现,发光二极管的亮度、效率和稳定性飞速发展,然而,在此基础上实现两侧对称发光的高性能透明发光二极管仍是一项具有挑战性的工作。本文从有机、量子点、钙钛矿三种新型发光材料出发,综述了利用不同透明电极实现透明化的具体方案,概括了各类透明电极的特点、优势及不足,最后对透明显示的发展进行了展望。     

超辐射发光二极管的输出特性

利用多模速率方程组的解析解对超辐射发光二极管的输出特性进行了研究。在此基础上数值模拟了衡量超辐射发光二极管工作的重要参量发输出线宽和输出功率等随端面反射率的变化，并且分析了它们之间的相互关系，实验结果与理论大致相符。     

氯化锌修饰蓝光量子点发光二极管EI北大核心CSCD

采用氯化锌(ZnCl_(2))修饰镉基CdSe/ZnS蓝光量子点(B-QD)薄膜,发现与量子点表面结合力更强的ZnCl_(2)能够部分取代量子点长链配体油酸,有效钝化量子点表面缺陷,提高薄膜的荧光量子效率(PLQY)。此外,由于ZnCl_(2)具有偶极作用,使量子点真空能级提高0.2 eV,一方面可改善电子和空穴载流子注入平衡,另一方面可有效降低发光器件的启亮电压,提高器件的发光寿命。这种无机配体修饰量子点薄膜的方法可能为解决蓝光量子点发光二极管(B-QLEDs)因空穴注入困难和量子点表面缺陷导致器件性能不高的问题提供一个有效思路。     

1 μm波段高功率超辐射发光二极管

为提高1μm波段超辐射发光二极管的输出特性,对外延结构及J型波导结构参数进行研究,基于研究结果确定外延结构及波导结构参数并对电极窗口制备工艺及单层氧化铪薄膜成膜条件进行了优化。研究表明,缩小波导与限制层AlGaAs材料中Al组分差值利于改善器件光束特性。此外,增加刻蚀深度、脊宽及曲率半径均会使损耗系数减小以提高器件输出功率。基于仿真结果制备出非均匀阱宽大阱深的三量子阱结构器件,前腔面镀制反射率约为0.5%的单层氧化铪薄膜,后腔面蒸镀高反膜,腔长约2 mm,波导曲率半径为21.8mm,在500 mA连续电流注入下,实现了118.1 mW输出功率和32.5 nm光谱半宽。单层增透膜的设计抑制了器件激射并简化了工艺复杂度,避免了多层增透膜不同材料间的应力问题。     

高温窑炉气体红外辐射被动遥测EI北大核心CSCD

基于傅里叶变换红外光谱技术对高温窑炉内气体红外辐射信号进行了遥测研究。根据工业现场条件,利用大气辐射原理建立被动辐射模型,计算了炉膛内高温气体透射率。针对湍流噪声对信噪比的影响,研究了红外干涉信号光谱转换的数据处理方法,以零光程差为基准对齐干涉信号,以实现多次扫描干涉信号的平均,减小了噪声和计算量,并提高了光谱数据率。利用HITRAN数据库和高温参考谱模型法,对谱线线强、线宽修正合成的校准光谱与透射谱进行非线性最小二乘拟合,反演了炉膛内不同吸收波段的高温气体浓度。结果表明该技术在窑炉内及其他工业燃烧过程中对高温气体的在线检测是可行、可靠的。     

1300 nm超辐射发光二极管寿命测试

作为光纤陀螺用光源的超辐射发光二极管(SLD)随着工作时间的延续,其性能会发生退化.采用加速老化的实验方法来估算InGaAsP SLD管芯的工作寿命.分别在环境温度373 K和358 K下对5只SLD管芯进行加速老化,并通过对P-t曲线拟合来推算和估计管芯的老化速率和激活能.计算出了器件的激活能平均值约为0.82 eV,SLD管芯在室温下的工作寿命超过106h,可以满足光纤陀螺用光源的寿命要求.对影响SLD管芯可靠性的因素以及管芯的退化机理进行了分析,为研制高可靠性的超辐射发光二极管提供了理论基础.     

基于共价有机聚合物空穴注入层的钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

卤化物钙钛矿(ABX)量子点及其发光器件具有色纯度高、外量子效率高以及在可见光范围内可调等特点,近年来在照明、显示等领域中展现出巨大潜力。然而,钙钛矿量子点发光二极管(PeQLEDs)的稳定性正成为制约其商业应用的最大障碍,除了钙钛矿发光层本身的稳定性问题之外,传输层的水氧稳定性问题也不可忽略。为了解决这一发展过程中的难题,我们提出了基于氮唑类单体构筑共价有机聚合物材料(COP-N)替代传统的PEDOT∶PSS作为空穴注入层材料的新型PeQLEDs。我们发现COP-N具有本征的水氧稳定性,且与PVK之间的空穴注入势垒更小。这些特性使得基于COP-N的PeQLED在取得比PEDOT∶PSS更好发光效率的同时实现了近2倍的稳定性提升。我们认为,这种共价有机聚合物有望成为新型的空穴注入材料,实现高效稳定的钙钛矿电致发光,促进钙钛矿发光器件的发展。     

喷墨打印量子点墨水调控EI北大核心CSCD

设计了环己基苯与十八烯的双溶剂量子点墨水体系,研究了具有CdSe@ZnS/ZnS核/壳结构的绿光量子点(QDs)成膜规律及其发光特性。设计的高沸点、低表面张力的十八烯和低沸点、高表面张力的环己基苯所组成的双溶剂墨水体系增强了马兰戈尼流,减弱了量子点在像素坑边缘的沉积,实现了在像素坑中制备表面平整的量子点薄膜。研制的分辨率为240 PPI的倒置结构顶发射绿光量子点阵列发光器件启亮电压2.7 V,最高亮度132 510 cd/m^(2),最大外量子效率14.0%,为采用喷墨打印工艺制备高性能量子点电致发光点阵器件提供了借鉴。     

GaAIAs／GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管（SLD）具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管，并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和，我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs／GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构，采用分子束外延（MBE）方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射，变温（10～300K）光致发光（PL）等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰，谱峰范围跨跃800～880nm，双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时，器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm，室温下连续输出功率达到6mw。     

无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展EI北大核心CSCD

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子效率、高色纯度、波长可调和可溶液加工等优异的性能,近年来广泛用于制备发光二极管、太阳能电池、激光器、探测器等半导体器件。其中,铅基钙钛矿发光二极管(Perovskite light emitting diode,PeLED)的外量子效率已经突破了28%。然而,重金属铅的毒性阻碍了其大规模的生产和商业化发展。因此,开发高性能的无铅PeLED成为新的研究热点,在下一代显示和照明领域展现出重要的应用前景。本文综述了无铅PeLED的实现及研究进展,首先介绍了无铅PeLED中的相关基本概念,包括无铅钙钛矿材料特性、器件结构、发光机理等;然后从无铅钙钛矿材料种类的角度出发,阐述了无铅钙钛矿的制备方法,包括旋涂法、热注入法、配体辅助再沉淀法、气相沉积法等;接着总结了实现高性能Sn基、Bi基、Sb基、Cu基等无铅PeLED的方法,包括对材料选取、结构设计、器件性能、工作机理以及发光过程的分析;最后探讨了无铅PeLED目前面临的挑战及其未来的发展机遇。     

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。     

一种频域光学相干层析成像深度分辨率增强技术EI北大核心CSCD

提出了一种基于光谱整形的频域光学相干层析成像分辨率增强技术。利用光源的自身谱形对探测的频域信号进行整形,以获得深度分辨率更高的空域信号。理论分析和模拟结果表明,对谱形为高斯型和非高斯型的光源,使用该技术均可提高分辨率。     

窗口吸收区结构超辐射发光二极管的优化设计与特性研究

本文从理论上对1.3μm InGaAsP/InP窗口吸收区结构超辐射发光二极管进行了优化设计.并在考虑增益饱和和热效应的条件下,用耦合速率方程模拟计算了该结构超辐射发光二极管的功率输出特性.分析研究了窗口区长、泵浦区长、有源层厚度和输出腔面反射率对其输出特性的影响.研究结果表明,由于窗口吸收区的有效散射和吸收,很好地抑制了F-P受激振荡,可用于实现高性能超辐射发光二极管.     

基于敦煌辐射校正场的自动化辐射定标方法EI北大核心CSCD

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以"水"卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。     

锗合金准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

钙钛矿由于其出色的光电特性,在显示和照明领域具有潜在的应用价值。为降低重金属Pb含量,本文采用锗离子(Ge^(2+))部分取代Pb^(2+)进行合金化,并探索提高其电致发光性能的途径。由于Ge合金化可以使钙钛矿容忍因子更趋近于1,有望提高器件的发光稳定性。结果表明,Ge合金钙钛矿薄膜的光致发光性能在一定水氧条件下可以得到较大幅度提高,器件发光稳定性也同时得到提升。这主要归因于水氧共同作用使合金钙钛矿表面形成了GeO_(2),一定程度上钝化了钙钛矿薄膜表面缺陷,阻止了水氧的进一步渗透。得到的绿光PeLED器件最大外量子效率(EQE_(max))为11.8%,亮度为8×10^(3)cd/m^(2),较非合金化器件的发光寿命延长了3倍,在100 cd/m^(2)初始亮度下稳定性T50从~2 h提升至~6 h,这是目前文献报道Ge合金钙钛矿发光二极管最长的发光寿命。     

地基大口径红外光电设备快速辐射定标EI北大核心CSCD

在地基大口径红外光电设备的多目标分时观测中,为了消除环境因素对系统绝对辐射响应度的影响,在观测间歇快速地完成红外光电设备的辐射定标,研究了快速辐射定标方法。建立了定标实验的数学模型,确定了实验流程;以标准红外自然星为辐射定标源对红外光电设备的绝对辐射响应度进行了定标,并测量了大气透射率;对已知辐射照度的自然星进行观测,并通过定标实验得到的参数进行反演计算。数据表明,基于快速辐射定标方法的目标辐射照度反演最大相对误差为18.93%,定标实验占用时间约为4 min。作为对比,基于面源黑体定标光学系统并应用Modtran软件计算大气透射率的传统方法,反演最大相对误差为28.74%,定标实验占用时间约为17 min。结果表明,与传统方法相比,快速辐射定标方法的实验占用时间显著缩短,目标反演误差明显降低;系统不需要匹配面源黑体,大幅降低了成本。     

超辐射发光二极管抗反射膜的设计

分析了设计超辐射发光二极管抗反射膜的光导纳法,介绍了有效折射率的概念。选用TiO2和SiO2两种材料给出了中心波长为850 nm时的设计实例。结果表明设计时要考虑有效折射率,才能获得好的性能。     

三波段超材料宽带带通滤波器的设计及实验研究EI北大核心CSCD

基于多个圆环嵌套结构单元,设计、加工与测试了一种对偏振无依赖以及大角度入射稳定的三波段超材料宽带带通滤波器(BPF)。仿真结果表明该滤波器存在三个通带,中心频率分别为7.22,10.10,14.46GHz,3dB相对带宽分别为17.5%,20.2%和17.4%,中心频率处透射率分别为-0.85dB,-0.69dB和-1.73dB。单元结构具有旋转对称性,使得该滤波器对电磁波偏振不敏感,并且在入射角达到40°时,三个波段依然维持较好的稳定性。通过监测谐振频点处的表面电流分布情况,分析了三波段滤波的物理机理。这种带通滤波器具有多波段滤波、偏振无依赖以及大角度入射稳定等特性,有望在多频谱成像技术、信息通信等领域发挥一定的作用。     

多量子阱超辐射发光二极管(SLD)热分布计算

对由8个量子阱所组成的条形超辐射发光二极管(Super luminescent diode,SLD)进行了热分析,计算了不同器件结构下的热阻和温度分布。计算结果表明,热阻变化受芯片宽度和长度的影响较大,可以达到两个数量级;当注入功率达到1W时,有源区的温度将接近50K。该分析对有效地设计芯片的结构,减少温度升高对SLD稳定性的影响具有指导意义。     

1.3μmInGaAsP/InP涂层结构超辐射发光二极管输出特性的理论和实验

本文用考虑了增益饱和和热效应的耦合速率方程,对减反射涂层结构1.3μmInGaAsP/InP超辐射发光二极管的输出特性进行了计算,给出了腔长、有源层厚度和后腔面反射率对其输出光功率的影响以及光谱半宽随腔长和注入电流的变化。计算结果与我们制备的该结构超辐射发光二极管测试结果有较好的符合。