强激光与粒子束
2022, 34(1): 011007
中国电子科技集团公司信息科学研究院，北京 100086
中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合，通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成，具有体积小、质量轻，机械稳定性高等优势，可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比，然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析，建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型，对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析，确定了Al光栅周期200~400 nm，占空比0.5~0.7，厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内，偏振消光比变化较小。同时，引入了Si基HgCdTe探测器，仿真分析了SiO2增透膜厚度对偏振消光比的影响，确定了SiO2最佳厚度在500 nm附近，对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对，得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。
中波红外 碲镉汞焦平面探测器 亚波长金属光栅 偏振 仿真 mid-wave infrared HgCdTe FPA sub-wavelength metal wire-grid polarizer polarization simulation 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210132
1 中国电子科技集团公司信息科学研究院, 北京 100086
2 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
光谱仪作为光谱分析不可或缺的工具, 在生物传感、 食药检测、 医疗、 环境监测等领域有着广泛的用途。 传统的光谱仪体积大、 功耗高、 价格昂贵和难以二次开发, 应用范围受到了极大地限制。 随着微型加工工艺的发展, 微型化的光谱仪逐渐出现。 相较于传统的大型光谱仪, 微型光谱仪不仅成本低、 体积小、 功耗低, 而且便于二次开发, 扩展了光谱仪的应用范围。 但是, 微型光谱仪通常是基于分立的光学器件, 通过将光学器件的小型化而实现的, 集成度和灵活性不高。 随着对便携性的要求越来越高, 光谱仪的进一步小型化和集成化已成趋势, 出现了芯片级的光谱仪。 芯片级光谱仪具有明显的尺寸、 重量和功耗的优势, 将对光谱仪在无人设备、 智能平台等新兴领域中的应用产生重要影响。 在芯片级光谱仪的实现过程中, 硅基光子技术因其成熟的加工工艺和良好的集成性能, 为光谱仪的芯片化提供了一种集成化、 低成本的解决方案, 国内外研究人员针对芯片级硅基光谱仪展开了大量的研究, 取得了丰富的成果。 文章分析了硅基片上光谱仪的工作原理, 将目前的芯片级硅基光谱仪分成了色散型和傅里叶变换型两大类进行介绍, 分析了这两类光谱仪的主要特点和典型实现方式。 文中给出了刻蚀衍射光栅、 波导阵列光栅、 多模波导等色散型硅基片上光谱仪和空间外差、 驻波式、 热调、 数字以及基于微机电系统的傅里叶变换型硅基片上光谱仪的最新研究进展, 分析了各种光谱仪的性能特点和适用范围。 在此基础上, 展示了本组的最新研究成果, 通过创造性地将基于马赫曾德尔干涉仪的空间外差傅里叶变换型光谱仪结构和波导阵列光栅的色散型光谱仪结构相结合, 可同时实现较大的光谱范围和较高的光谱分辨率, 为硅基片上光谱仪的应用打下了较好的基础。 最后, 论述了硅基片上光谱仪的发展趋势与应用前景, 为芯片级硅基光谱仪的研究提供了参考。
硅基 片上光谱仪 色散 傅里叶变换 Silicon based On-chip spectrometer Dispersion Fourier transform
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
为选择合适的激光参量与光伏电池参量, 以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率, 通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元, 也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池, 研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中, 在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中, Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W, 能量转换效率从50.9%下降至21.2%; GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W, 能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加, 光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和, 但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降, 所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。
激光无线能量传输 光伏电池 输出特性 能量转换效率 半导体激光器 laser wireless power transmission photovoltaic cell output characteristic power conversion efficiency semiconductor laser 强激光与粒子束
2018, 30(11): 119001
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
激光加工技术在石墨烯制备领域得到了许多应用。目前激光图案化石墨烯的方法多为激光逐点扫描, 而单次辐照实现图案化加工的方法鲜有报道。通过间光调制器改变激光的光场, 使光束聚焦成图案, 单次辐照直接在石墨烯样品上烧蚀实现图案化。控制激光能量为合适的值时可将石墨烯清晰地图案化而不损伤硅基底。通过拉曼光谱扫描成像发现石墨烯加工边缘清晰, 精度达到μm量级, 具有加工速度快、无需移动样品等特点。
石墨烯 激光 拉曼光谱 激光加工 图案化 graphene laser Raman spectra laser processing patterning 强激光与粒子束
2018, 30(12): 129001
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 西南大学 发光与实时分析教育部重点实验室, 物理科学与技术学院, 重庆 400715
有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时, 存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法, 将20 nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中, 掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH3NH3PbBr3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明, 金纳米粒子的引入, 一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收, 增加了粒子反转数目, 另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明, 金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域, 从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.
有机-无机杂化钙钛矿 放大自发辐射 金纳米粒子 近场表面等离激元 远场表面等离激元 Organic-inorganic hybrid perovskite Amplified spontaneous emission Gold nanoparticles Near-field surface plasmon Far-field surface plasmon
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
激光无线能量传输(LWPT)技术具有传输距离长、功率密度高、转换效率高以及无需能量传输线的优势,在空间飞行器、无人机以及空间太阳能电站等方面具有潜在的应用前景。随着激光以及光伏电池技术的进一步发展,LWPT技术的可行性大大提高。介绍了LWPT技术的发展现状和趋势,分析了LWPT系统需要解决的关键技术以及激光辐照下光伏器件的响应特性,针对高功率密度、特定波长的激光专门设计并优化光电转换器件,提高光伏电池的转换效率,为LWPT技术的实际应用提供支撑。
激光光学 激光无线能量传输 激光效应 光伏电池 能量转换效率 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020008
1 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 西南大学物理科学与技术学院发光与实时分析教育部重点实验室, 重庆 400715
有机-无机杂化钙钛矿材料在钙钛矿发光二极管(PeLEDs)和激光器等光电器件中得到了新的应用,如何进一步提高钙钛矿薄膜的发光效率是目前的研究热点。将20 nm粒径的金纳米粒子(Au NPs)掺杂至界面层PEDOT∶PSS中,可使以甲胺铅溴盐(CH3NH3PbBr3)薄膜为发光层的荧光强度提升了2.7倍。研究表明,Au NPs的引入有效增强了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,并提高了激子的辐射跃迁速率。同时,结合光学仿真进行分析,发现Au NPs的近场和远场表面等离激元均与钙钛矿薄膜吸收/发射区域有效耦合,从而最大程度地提高发光效率。提出利用Au NPs的近场和远场复合表面等离激元效应可最大程度地提高钙钛矿薄膜的荧光发射效率,该研究对制备高效率PeLEDs和激光器等提供了重要的理论指导和技术支持。
表面光学 有机-无机杂化钙钛矿 金纳米粒子 表面等离激元
Author Affiliations
Abstract
Department of Precision Instrument, State Key Lab of Precision Measurement Technology and Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
A new optical method based on frequency-shift feedback and laser confocal microscopy is presented to noninvasively measure a microstructure inside a sample. Due to the limit of axial resolution caused by poor signal detection ability, conventional laser feedback cannot precisely measure the microstructure. In this Letter, the light scattered by the sample is frequency shifted before feedback to the laser to obtain a magnification. Weak signals that change with the microstructure can be detected. Together with the tomography ability of laser confocal microscopy, the inner microstructure can be measured with high axial resolution.
120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 120.4820 Optical systems 180.1790 Confocal microscopy 180.5810 Scanning microscopy Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 121201
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
通过化学气相沉积法制备,并转移到基片得到1~3层石墨烯样品.利用霍尔效应及微区拉曼光谱测量,结合光学显微镜观察,分析了不同层数石墨烯在1064 nm纳秒激光辐照下的损伤特性.实验发现1~3层石墨烯的激光损伤阈值依次降低,分别为:单层0.45 J/cm2,2层0.34 J/cm2,3层0.23 J/cm2.激光强度超过阈值时,石墨烯薄膜电阻增大,载流子迁移率降低.通过光学显微镜观察发现局部区域破损,破损区域的拉曼光谱中1580 cm-1左右的G峰和2700 cm-1左右的2D峰高度比发生变化.实验结果表明1064 nm纳秒激光辐照石墨烯主要为剥离作用.
石墨烯 激光 霍尔效应 拉曼光谱 激光加工 graphene laser Hall effect Raman spectrum laser processing 强激光与粒子束
2015, 27(8): 081009
