太原理工大学光电工程学院,山西 太原 030024
制备基于二维钙钛矿(PEA)2(MA)4Pb5I16[PEA为C6H5(CH2)NH3,MA为CH3NH3]的垂直结构光电探测器,当二维钙钛矿薄膜厚度为280 nm时,器件的亮电流最大,500 nm处外量子效率达到90%,响应率达到0.37 A/W,探测率达到3.4×1012 Jones(1 Jones=1 )。当二维钙钛矿薄膜厚度减小时,器件的响应时间没有持续减小,而在其厚度为80 nm时器件的响应时间最短,这是受载流子渡越时间和钙钛矿薄膜质量双重影响下的结果。在二维钙钛矿薄膜厚度为80 nm的基础上,通过减小器件的有效面积,其最终实现了113 ns的响应时间。本工作对推动低成本快速响应光电探测器的发展有着重要意义。
光电探测器 二维钙钛矿 快速响应 垂直结构 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504003
1 南开大学现代光学研究所,天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程,可以有效实现能量重整与转化,在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料,二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低、束缚能高等优势,为实现室温高效激子上转换发光创造了有利条件,近年来吸引了研究者的广泛兴趣。本文首先介绍实现光子上转换的发光机制,包括声子辅助、双光子吸收、俄歇复合等途径,进而梳理基于六方氮化硼、单层过渡金属二硫化物、二维钙钛矿等典型二维材料体系的上转换发光效应研究,同时针对上转换发光效率低的问题,讨论对二维材料上转换发光的调控和增强方式,最后展望二维材料体系激子上转换发光效应的应用前景。
上转换发光 材料 二维材料 激子 非线性光学 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316007
1 山东师范大学物理与电子科学学院,光场调控及应用中心,山东省光学与光子器件技术重点实验室,山东 济南 250358
2 华东师范大学与山东师范大学光调控科学与光子集成芯片联合研究中心,上海 200241
采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm2,调制深度为7.8%。通过搭建1 μm 全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能量为0.38 μJ、峰值功率为0.98 W的脉冲激光。结果表明,由于硫空位的存在,硫铟锌纳米花能够吸收能量低于其带宽的光子,在近红外区域,表现出良好的可饱和吸收特性,且在激光器中,能够获得高重复频率和短脉冲宽度的激光输出。因此,基于硫铟锌纳米材料的可饱和吸收体在调Q脉冲激光器中具有广阔的应用前景。
非线性光学 脉冲激光 可饱和吸收体 二维材料 硫空位 硫铟锌
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
3 中国科学院大学,北京 100049
在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明,与自由空间光入射相比,激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场,因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数,实现对光场均匀度的优化。此外,随着腔体边长的等比放大,腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维,在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下,能够获得呈准二维分布的冷原子,在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。
光场仿真 漫反射 准二维光场 各向同性激光冷却
1 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心,重庆 400714
表面增强红外吸收光谱技术能够将红外光波高度局域在探测分子周围,极大增强光波与分子的相互作用,为实现微弱分子红外振动光谱信号的高灵敏探测提供了新思路。其中,二维材料极化激元由于具有高度局域化光场和低固有损耗等独特性质,为表面增强红外光谱提供了一种有效的方案。本文综述了二维材料极化激元增强红外光谱技术的研究进展:首先从不同材料体系出发介绍极化激元基本特性,论述极化激元与分子模式耦合机理;在此基础上总结二维材料极化激元增强红外光谱技术的几个重要研究方向,主要包括等离激元增强红外光谱技术、声子极化激元增强红外光谱技术和近场红外光谱增强技术;最后展望极化激元增强红外光谱技术未来可能的发展方向。
表面增强光谱 二维材料 等离激元 声子极化激元 红外光谱 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330001
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速的发展,并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展。然后,讨论领域内现存的挑战与未来发展方向:在技术层面,如何降低二维电子光谱的技术门槛以及发展多光谱数据分析程序,是拓展二维电子光谱应用的重要瓶颈问题;在基础研究层面,如何发展新型的二维电子光谱技术,去更好地探测与解析相干调控动力学与极化基元动力学过程,是该领域的另一个关键难题。
超快光谱 激发态动力学 二维电子光谱 非线性光学 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130002
1 华南师范大学半导体科学与技术学院,广东 广州 510631
2 东莞南方半导体科技有限公司,广东 东莞 523781
界面工程是提高光电探测器性能的有效方法之一。报道了基于界面工程调控的石墨烯(Gr,2D)/GaN(3D)范德瓦耳斯异质结紫外光电探测器。GaN吸收光子产生电子空穴对,并在内建电场作用下发生分离。其中,光生空穴利用隧穿效应向Gr一侧迁移,而光生电子向GaN一侧迁移。在较高的电场驱动下,载流子将发生碰撞,造成光电流倍增,使得器件的光吸收效率与光电转化效率有明显提升。因此,器件在-2 V偏压条件和5 μW/cm2紫外光照射下,展示出较高的响应度(395.2 A/W)和较大的探测率(4.425×1015 Jones)值。该研究丰富了界面工程技术在Gr基紫外光电探测器的应用,为制备高性能紫外探测器提供了可能。
氮化镓 二维/三维 金属有机化学气相沉积 紫外探测器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0304001