最新刊期
      2020年第41卷第4期

        材料合成及性能

      • 晶格小失配InGaAsP材料特性及太阳电池应用

        陆宏波, 李戈, 李欣益, 张玮, 胡淑红, 戴宁
        2020, 41(4): 351-356. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0351
        摘要：Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分，以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段，四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性，是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究，通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明，在一定程度负失配生长条件下，InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中，一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升，制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV，从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。  
        关键词：晶格失配;InGaAsP;MOCVD;太阳电池   
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        更新时间：2020-08-12

      • MOCVD法制备BGaN薄膜

        曹越, 于佳琪, 张立东, 邓高强, 张源涛, 张宝林
        2020, 41(4): 357-363. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0357
        摘要：利用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术，在蓝宝石衬底上进行了BGaN薄膜的外延生长，研究了生长厚度、温度、压力和B/Ⅲ比等条件对BGaN薄膜中B组分的影响。X射线衍射测试结果表明，降低生长温度、压力以及增加B/Ⅲ比，更有利于提高BGaN薄膜中B的并入效率。在800℃、30 kPa及B/Ⅲ比为30%的生长条件下，制备的BGaN薄膜中B组分最高，为6.1%。  
        关键词：氮化硼镓;金属有机物化学气相沉积;薄膜   
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        更新时间：2020-08-12

      • Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的溶胶-凝胶法合成和闪烁性能

        李乾利, 胡亚华, 马玉彬, 黄世明, 顾牡, 张志军, 赵景泰
        2020, 41(4): 364-370. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0364
        摘要：采用溶胶-凝胶法制备了Lu2Si2O7∶Ce纳米晶，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、荧光光谱仪、X射线激发发射谱仪对制备的Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的晶相结构、微观形貌和光学性能进行了表征。结果表明，溶胶-凝胶法制备的Lu2Si2O7∶Ce前驱体在煅烧温度为1 000℃时开始晶化，晶粒尺寸随着煅烧温度的升高而变大，1 200℃煅烧2 h后的晶体颗粒均匀，分散性最优，平均晶粒尺寸约为28.9 nm，呈近球形；Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的紫外吸收谱存在峰位分别为304 nm和350 nm两个吸收峰，源自于Ce3+离子的4f→5d跃迁；光致发射谱和X射线激发发射谱都表现为典型的非对称双峰结构，归属于Ce3+离子的5d1→2F5/2和5d1→2F7/2跃迁，Ce3+离子的最佳掺杂浓度约为1%；荧光衰减时间约为37.2 ns，可满足高时间分辨X射线探测需要。  
        关键词：闪烁材料;Lu2Si2O7∶Ce纳米晶;溶胶-凝胶法;荧光光谱;X射线探测   
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        更新时间：2020-08-12

      • Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的发光性能

        孙心瑗, 邓昌滨, 温玉锋, 钟玖平
        2020, 41(4): 371-378. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0371
        摘要：采用传统高温熔融法合成了玻璃组成为B2O3-GeO2-15GdF3-（40-x） Gd2O3-xEu2O3（0≤x≤10）的Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃。在硼锗酸盐玻璃基质中，Gd2O3和GdF3稀土试剂的总含量高达55%，从而确保其密度高于6.4 g/cm3。闪烁玻璃的光学性能通过光学透过光谱、光致发光光谱、X射线激发发射（XEL）光谱和荧光衰减曲线来表征。玻璃中Gd3+→Eu3+离子的能量传递通过激发光谱、发射光谱和Gd3+-Eu3+离子间距得到证明，同时也确定了在紫外线和X射线激发下Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的最佳浓度。Judd-Ofelt理论分析了玻璃中Eu―O键的共价性随Eu3+掺杂浓度增加而显著增强。Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃在80~470 K温度范围内荧光衰减曲线和发射光谱的温度依赖关系最终证实了其具有较好的发光稳定性。  
        关键词：Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃;光致发光;X射线激发发射;Judd-Ofelt理论   
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        更新时间：2020-08-12

      • 溶剂热法合成橙-绿双波段荧光碳点

        刘睿, 沈鸿烈, 崔树松, 李树兵, 葛加伟, 江耀华
        2020, 41(4): 379-385. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0379
        摘要：荧光碳点具有激发波长依赖的独特性质，有望基于此制备检测溶液pH值的荧光探针。以柠檬酸和尿素为原料、N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，采用一步溶剂热法在200℃下保温12 h制备了一种新型的具有橙-绿双波段荧光发射性能的水溶性碳点。采用透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等方法对荧光碳点的组成和形貌进行了表征，还通过荧光发射光谱和紫外-可见吸收光谱对其光学性能进行了研究。结果表明，制备的碳点粒径为2.7~4.3 nm，表面带有大量含氧官能团，具有良好的水分散性。在440 nm和540 nm波长光激发下分别呈现绿色（500 nm）和橙色（590 nm）双波段荧光发射。合成的荧光碳点发光性能对pH值具有敏感性:在强碱性溶液中，590 nm的荧光强度比水溶液中提高了6.71倍，同时吸收峰的蓝移使得自然光下其溶液颜色发生了明显改变，具有强碱性指示剂的作用；在pH值为2~6的酸性溶液中，500 nm与590 nm发光峰强度比与pH值之间呈现良好的线性关系，展现了作为pH值比率荧光探针的应用潜力。  
        关键词：荧光碳点;溶剂热法;橙-绿双波段荧光;pH传感   
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        更新时间：2020-08-12

      • 八面体结构纳米CeO2∶Er3+的合成及发光性质

        张慧敏, 丛妍, 佟尧, 杨扬, 王月, 任柏宇, 董斌
        2020, 41(4): 386-391. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0386
        摘要：采用水热合成法制备了八面体结构纳米CeO2∶Er3+，并研究了稀土Er3+离子掺杂对CeO2纳米晶的结构以及发光特性的影响。所合成的CeO2纳米晶具有八面体结构，结晶完好，粒度均匀。XRD和拉曼光谱测试结果表明所制备的CeO2纳米晶为面心立方萤石结构，稀土Er3+离子的掺杂在基质晶格中产生了氧空位缺陷，并产生了晶格畸变。在980 nm激光激发下产生了稀土Er3+离子绿色（2H11/2，4S3/2→4I15/2）、红色（4F9/2→ 4I15/2）和近红外（4I11/2，4I13/2→4I15/2）发光。随着稀土Er3+离子掺杂浓度的变化，样品的发光光谱在可见光和近红外光范围产生了不同的猝灭浓度，这是由于掺杂浓度变化对Er3+-Er3+之间的交叉驰豫过程产生了影响，Er3+的能级布居变化引起了发光特性的改变。  
        关键词：CeO2∶Er3+;纳米晶;水热合成法;发光   
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        更新时间：2020-08-12

      • Ag-ZnO混合薄膜在聚合物太阳能电池中的应用

        薛志超, 李强, 于智清, 喻明富, 郭晓阳, 孙红
        2020, 41(4): 392-398. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0392
        摘要：采用旋涂法研制了Ag浆SC100-ZnO混合薄膜，系统研究了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作为电子传输层或光散射层对聚合物太阳能电池器件性能的影响，并讨论了其中存在的物理机制。研究发现，采用少量SC100（1%和2.5%）混合的薄膜作为光散射层，可以提高器件的性能参数（短路电流密度和填充因子），器件的光电转换效率分别提高了4.4%和5%。  
        关键词：光散射层;电子传输层;聚合物太阳能电池   
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        更新时间：2020-08-12

        器件制备及器件物理

      • 基于PAM4调制的高速垂直腔面发射激光器研究进展

        杨卓凯, 田思聪, LARISCH Gunter, 贾晓卫, 佟存柱, 王立军, BIMBERG Dieter
        2020, 41(4): 399-413. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0399
        摘要：短距离光互联技术在云计算、5G通信、物联网技术等方面有重要的商业应用价值。基于高速垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）与多模光纤组成链路、采用直接调制检测、并使用如四电平脉冲幅度调制（Four-level pulse amplitude modulation，PAM4）等的高阶调制模式是现阶段短距离光互联链路方案的首选。本文首先介绍了短距离光互联应用的研究现状；第二部分介绍了VCSEL的发展、结构以及动态参数；第三部分介绍了PAM4调制方法及伴随使用的各种电子技术（均衡，前向纠错，脉冲整形）；第四部分介绍了提高单链路速率的波分复用（Wavelength division multiplexing，WDM）技术；最后对以高速VCSEL、多模光纤、直接调制检测、PAM4调制以及波分复用技术的短距离光互联方案应用前景做了总结和展望。  
        关键词：垂直腔面发射激光器;高速调制;四电平脉冲幅度调制(PAM4);波分复用   
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        更新时间：2020-08-12

      • 单掺Nd3+双波长全固态激光器研究进展

        吴春婷, 常奥磊, 温雅, 桑迪, 王宇恒, 陈薪羽
        2020, 41(4): 414-428. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0414
        摘要：全固态双波长激光器是指单一激光器同时输出两个波段激光，具有结构紧凑、可小型化、工作寿命长、可大能量输出和易于操作的优点，被广泛应用于检测血液中一氧化碳浓度、治疗毛细血管扩张、干涉彩虹全息、倍频产生绿光、和频产生黄光及差频产生太赫兹波等方面。本文对比了多种单掺Nd3+激光晶体的特性，分析了其产生多波长激光的机理和方法，概述了基于单掺Nd3+双波长全固态激光器的研究现状，并展望了这类激光器的发展和应用前景。  
        关键词：固体激光器;Nd掺杂;双波长   
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        更新时间：2020-08-12

      • 量子垒生长速率对InGaN基绿光LED性能的影响

        廖芳, 莫春兰, 王小兰, 郑畅达, 全知觉, 张建立, 江风益
        2020, 41(4): 429-434. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0429
        摘要：利用MOCVD技术在图形化Si （111）衬底上生长了InGaN/GaN绿光LED外延材料。在GaN量子垒的生长过程中，保持NH3流量不变，通过调节三乙基镓（TEGa）源的流量来改变垒生长速率，研究了量子垒生长速率对LED性能的影响。使用二次离子质谱仪（SIMS）和荧光显微镜（FLM）分别对量子阱的阱垒界面及晶体质量进行了表征，使用电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。实验结果表明，垒慢速生长，在整个测试电流密度范围内，外量子效率（EQE）明显提升。我们认为，小电流密度下，EQE的提升归结为量子阱晶体质量的改善；而大电流密度下，EQE的提升则归结为阱垒界面陡峭程度的提升。  
        关键词：绿光LED;量子垒;生长速率;外量子效率   
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        更新时间：2020-08-12

      • 中红外可调谐大能量飞秒脉冲激光产生

        周华, 姚传飞, 贾志旭, 吴长锋, 秦冠仕, 秦伟平
        2020, 41(4): 435-441. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0435
        摘要：可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用，从而引起了人们的广泛关注。目前，非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而，非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生，以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明，通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益，孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性，脉冲宽度为45 fs，且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此，利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。  
        关键词：中红外飞秒脉冲;可调谐;孤子自频移效应;线性增益   
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        更新时间：2020-08-12

      • 915 nm宽条形半导体激光器输出特性

        么娜, 薄报学, 刘荣战, 徐雨萌, 高欣
        2020, 41(4): 442-450. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0442
        摘要：为了研究温升对915 nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响，搭建了基于半导体制冷片（TEC）的双向温控平台对其进行了测试。首先，改变激光器的外表面温度，测量其在不同注入电流时的光功率和波长，并利用CCD相机测量其慢轴发散角。然后，利用计算机仿真软件对激光器的工作状态进行稳态模拟，从而获得了其对应的热分布情况，通过将模拟得到的数据与实验测量的结果进行比较，获得了两者趋于一致的结论:当热功率从2.1 W升高至20.0 W时，慢轴发散角从2.6°增大至5.0°，同时波长发生红移，热透镜焦距减小；激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4 nm/℃，器件热阻为1.5 K/W。因此，为了同时获得高的输出功率和稳定的输出波长，有必要将激光器外表面温度精确控制在某一数值，否则波长将会发生漂移；此外，在设计制作高功率半导体激光器时，通过适当增加条宽并采用散热良好的封装结构，可以减小对慢轴发散角的影响。  
        关键词：半导体激光器;热透镜;热分析;慢轴发散角   
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        更新时间：2020-08-12
      • 张浩, 李俊, 赵婷婷, 郭爱英, 李痛快, 茅帅帅, 原理, 张建华
        2020, 41(4): 451-460. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0451
        摘要：随着薄膜晶体管（Thin-film transistor，TFT）在各类新兴电子产品中得到广泛应用，作为各类电子设备的关键组件，其工作电压和稳定性面临着巨大挑战。为了满足未来高度集成化、功能复杂的应用场合，实现其低工作电压和高稳定性就变得异常重要。我们在150 mm×150 mm大面积玻璃基底上，采用磁控溅射非晶铟镓锌氧化物（amorphous indium-gallium-zinc-oxide，a-IGZO）作为有源层，以原子层沉积（ALD） Al2O3为栅绝缘层，制备了底栅顶接触型a-IGZO TFT，并研究了50，40，30，20 nm超薄Al2O3栅绝缘层对TFT器件的影响。其中，20 nm超薄Al2O3栅绝缘层TFT具有最优综合性能:1 V的低工作电压、接近0 V的阈值电压和仅为65.21 mV/dec的亚阈值摆幅，还具有15.52 cm2/（V·s）的高载流子迁移率以及5.85×107的高开关比。同时，器件还表现出优异的稳定性:栅极±5 V偏压1 h阈值电压波动最小仅为0.09 V以及优良的150 mm×150 mm大面积分布均一性。实现了TFT器件的低工作电压和高稳定性。最后，以该TFT器件为基础设计了共源极放大器，得到14 dB的放大增益。  
        关键词：a-IGZO薄膜晶体管;Al2O3栅绝缘层;原子层沉积;共源极放大器   
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        更新时间：2020-08-12

      • 准备层温度对黄光LED光电特性和老化性能的影响

        孙文文, 方芳, 王小兰, 郑畅达, 潘拴
        2020, 41(4): 461-467. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0461
        摘要：研究了InGaN/GaN超晶格准备层的生长温度对Si衬底GaN基黄光LED光电特性和老化性能的影响。研究发现准备层生长温度较高的样品外量子效率高于准备层生长温度较低的样品。500 mA电流下老化1 000 h后，准备层生长温度较高的样品的光衰相对更大。老化前后100 K的电致发光光谱显示高温生长的样品老化后的空穴注入途径发生变化；老化后光衰大的样品非辐射复合中心增加的程度更大。荧光显微镜观察到两个样品老化前均出现大量暗斑，高温样品的颜色更深更黑，低温样品颜色则相对较浅且呈红色。老化后高温样品的暗斑数量有所增加，而低温样品数量变化不大，这可能也是导致超晶格温度高的样品光衰更大的原因之一。  
        关键词：硅衬底;黄光LED;可靠性   
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        更新时间：2020-08-12

        发光学应用及交叉前沿

      • 具有曲面反射面的高均匀度LED植物光源

        卢允乐, 文尚胜, 马丙戌, 姜昕宇, 吴启保
        2020, 41(4): 468-479. DOI: 10.3788/fgxb20204104.0468
        摘要：目前植物工厂培养架所使用的LED光源模块光学结构简单，照度均匀度和混色均匀度难以保证，导致农作物的品质参差不齐。为了提高种植物品质，需要优化植物光源的照明效果，设计高均匀度的植物光源。本文针对这一问题提出并研究了一种倒置光源的植物培养架设计方案。将LED灯珠安置在种植面同侧，并结合曲面反射顶面对LED发出的光线进行进一步均匀分配，在植物培养架有限的种植空间内增加光线耦合距离和耦合程度，提高了培养架植物光源的均匀度。经过多次结构优化后，最终获得了一个照度均匀度为91.64%、混色均匀度为89.73%的高均匀度植物照明培养架。然后基于优化得出的植物光源，研究植物生长过程对照明效果的影响后表明植物在生长过程中均可获得良好的照明环境。最后研究了不同形状和不同配光曲线的灯珠对培养架均匀度和光能利用率的影响。  
        关键词：LED;植物照明;光学设计;Taguchi;ANOVA   
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        更新时间：2020-08-12
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