Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Solid-State Microwave Devices and Circuits, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
In this letter, high power density AlGaN/GaN high electron-mobility transistors (HEMTs) on a freestanding GaN substrate are reported. An asymmetric Γ-shaped 500-nm gate with a field plate of 650 nm is introduced to improve microwave power performance. The breakdown voltage (BV) is increased to more than 200 V for the fabricated device with gate-to-source and gate-to-drain distances of 1.08 and 2.92 μm. A record continuous-wave power density of 11.2 W/mm@10 GHz is realized with a drain bias of 70 V. The maximum oscillation frequency (fmax) and unity current gain cut-off frequency (ft) of the AlGaN/GaN HEMTs exceed 30 and 20 GHz, respectively. The results demonstrate the potential of AlGaN/GaN HEMTs on free-standing GaN substrates for microwave power applications.
freestanding GaN substrates AlGaN/GaN HEMTs continuous-wave power density breakdown voltage Γ-shaped gate Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012501
光学级金刚石膜的快速生长一直是微波化学气相沉积金刚石研究领域的热点和难点之一,通常对于大尺寸金刚石膜的生长速率和光学质量不可兼得。采用正交实验方法,优化光学级金刚石膜的工艺参数,最终在高功率、高甲烷同时辅助氧气刻蚀条件下,实现了光学级金刚石材料的快速生长,其生长速率为3.1 μm/h,可见光波段内透过率最高为70.9%,10.6 μm处红外透过率达到68.9%。等离子体诊断结果表明,高质量金刚石的快速生长主要由于高功率密度有助于原子H的激发和CH4的分解,加入氧气也有助于CH4的分解,同时对非金刚石相具有刻蚀作用,从而实现了高质量金刚石膜的快速沉积。
光学级金刚石膜 正交实验法 高功率密度 高生长速率 氧气 光学学报
2023, 43(19): 1931001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
3 上海大学低维碳与器件物理研究所物理系,上海 200444
利用重复频率为1 kHz的钛蓝宝石飞秒激光烧蚀悬浮在甲醇中的单壁碳纳米管制备碳炔。利用表面增强拉曼光谱仪和紫外可见吸收光谱仪对样品溶液进行光谱表征,并用高效液相色谱仪对样品进行分离,确认有碳炔(CnH2,n=6,8,10,12,14,16)生成,其中的主要产物是C8H2。对制备碳炔的最佳激光功率与最佳加工时间进行了研究,结果显示:当激光单脉冲能量为0.52 mJ、加工时间为1.5 h时,可以获得最高的碳炔产率。对碳炔的合成机制进行了较深入的解释。激光功率密度存在饱和阈值,该饱和阈值与C2自由基的碎裂程度有关,激光功率密度超过饱和阈值后会打破C2自由的“反向” 第四键,进而影响C2自由基合成碳炔。因此,随着激光单脉冲能量增大,碳炔的产率呈现先增加后降低的现象。本研究可为碳炔的大规模制备提供重要参考。
激光技术 碳炔 飞秒激光烧蚀 激光功率密度饱和阈值 单壁碳纳米管 中国激光
2023, 50(20): 2002404
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041012
1 河南工业大学化学化工学院, 郑州 450001
2 郑州大学材料科学与工程学院, 郑州 450001
3 中原工学院建筑工程学院, 郑州 450007
4 佛光发电设备股份有限公司, 郑州 450000
电催化剂作为铝空气电池阴极的核心部分, 其催化性能的优劣直接影响铝空气电池的产业化进程。本文采用尿素高温处理法将商业的Vulcan-72XC碳材料进行掺氮改性处理制备了N/VC2。在此基础上, 进一步负载不同的锰氧化物得到三种Mn3O4@N/VC2、MnO@N/VC2和MnO2@N/VC2复合材料。其中, MnO2@N/VC2具有最优的氧还原反应(ORR)催化性能, 起始电位高达0872 V。作为铝空气电池阴极催化剂, 在大电流密度下放电功率密度可达到136 mW·cm-2。本文通过对比分析不同氧化锰基复合材料的电催化性能, 研究了碳载体和锰氧化物之间的交互作用。结果表明, 多孔结构和丰富缺陷位点的协同作用是提高材料催化活性的主要原因。该工作为锰基氧化物催化剂的研发提供理论依据。
氮掺杂碳材料 锰氧化物 复合材料 铝空气电池 功率密度 氧还原催化剂 nitrogen-doped carbon material manganese oxide composite aluminum air battery power density oxygen reduction catalyst
桂林电子科技大学 机电工程学院, 桂林 541004
水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%; 激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。
激光技术 水导激光 水-光耦合 传输效率 功率密度分布 laser technique water-jet guided laser water-laser coupling transmission efficiency distribution of power density
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220064
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
将铌酸锂(LiNbO3, LN)晶体制作成波导型结构能够进一步提高器件的集成度, 已经广泛应用于电光调制器、频率变换、声光调Q等光电器件中, 在光纤通信、光电传感、激光雷达、航天航空等领域具有重要的应用前景。传统的Ti扩散法制作的LN波导在短波应用中抗光折变损伤能力差, 退火质子交换法制作的LN波导只能支持TM模(横磁模)单偏振传输, 应用领域受限。本文提出了一种新型Zn扩散法制作掺镁LN脊形波导的方法, 通过建立波导的扩散模型和仿真, 探索制备的工艺条件并进行测试, 得到的LN波导最低传输损耗为0.86 dB/cm, 光折变损伤阈值可达到184 kW/cm2, 这将为高功率铌酸锂波导集成光电器件的研发提供一种较好的制备途径。
掺镁铌酸锂晶体 光波导 波导器件 Zn扩散 高功率密度 传输损耗 Mg doped lithium niobate crystal optical waveguide waveguide device Zn diffusion high power density transmission loss
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210422
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
在激光加工等领域常利用光纤激光的聚焦以获得高功率密度的光斑。为了分析阶跃光纤混合模的聚焦特性,基于广义惠更斯-菲涅耳衍射公式,数值计算了阶跃光纤中基模(LP01)与高阶线偏振模在非相干叠加和相干叠加两种情况下的聚焦光强分布。仿真分析了混合模相对于单一LP01模式的聚焦特性,研究了其聚焦光斑的平均功率密度、焦点偏移随模式占比、模式间相位差的变化规律。研究表明:当混合模非相干叠加时,随着基模占比的增加,聚焦光斑功率密度随之增加且焦点偏移减小;当混合模相干叠加时,基模占比及模间相位差都会影响聚焦效果,可以通过合理控制基模占比和模间相位差,达到聚焦光斑功率密度高于基模的聚焦光斑功率密度、减小混合模焦点偏移的目的。
光纤光学 光纤激光 混合模 平均功率密度 焦点偏移 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1706002