最新刊期
2025年第46卷第2期
- “在非线性上转换光学领域，研究者利用微区频率-分辨干涉自相关技术，探究了ZnO微米带及F-P微腔的光学性质，为制备微腔激光器提供参考。”摘要：利用微区频率-分辨干涉自相关技术研究了ZnO微米带以及ZnO Fabry-Pérot微腔（F-P微腔）的非线性上转换光学性质。以化学气相沉积（Chemical vapor deposition， CVD）方法制备ZnO微米带，并通过干法转移置于一对分布式Bragg反射镜（Distributed Bragg reflector， DBR）之间构成二维强耦合F-P微腔，采用自搭建的微区光谱系统进行频率-分辨干涉和角分辨光谱测量。实验结果表明，以近红外超快激光泵浦ZnO样品，二次谐波（Second harmonic generation， SHG）和多光子吸收（Multi-photon absorption， MPA）上转换荧光信号将同时存在，并在频谱图上实现通过特性谱线区分SHG和MPA信号；在ZnO微腔中，SHG和MPA信号还将占据不同的发射角度，讨论了微腔强耦合体系下MPA激子极化激元和二次谐波的竞争关系。该工作为通过高阶非线性上转换方法制备微腔激光器提供了参考。关键词：氧化锌;频率-分辨干涉;二次谐波;多光子吸收;强耦合微腔43|37|0更新时间：2025-02-25
封面文章
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氧化锌微纳结构紫外发光与激光器件研究进展 增强出版 AI导读
“在紫外发光及激光器件领域，氧化锌材料研究取得进展，专家探讨了其微纳结构制备及器件性能优化，为实际应用提供方向。”摘要：氧化锌（ZnO）拥有较宽的直接带隙（3.37 eV）、可观的激子束缚能（60 meV）以及良好的增益特性，这使其成为低维高效纯紫外发光及激光器件的理想材料。目前，基于各种形态的ZnO微腔已经实现了光泵浦激光，但电驱动器件的开发才是其走向实际应用的关键。本文简要回顾了ZnO的基本特性及其微纳结构的常见制备方式，按不同的器件结构梳理了基于ZnO微纳结构的发光和激光器件的主要研究进展。首先， 阐述了基于低维ZnO异质结构和肖特基结构的发光与激光器件及相应性能优化手段的研究进展；进一步讨论了p型ZnO材料及相应同质结构发光与激光器件的研究现状；最后对ZnO基器件仍旧存在的问题和未来发展方向进行了总结与展望。关键词：氧化锌;发光器件;激光器件;异质结;同质结59|97|0更新时间：2025-02-25 -
回音壁微腔协同的表面增强拉曼散射生物传感 增强出版 AI导读
“在生物传感领域，SERS技术取得显著进展，专家分析了氧化锌材料的SERS增强机制，为定量生物传感提供解决方案。”摘要：表面增强拉曼散射（Surface enhanced Raman scattering， SERS）技术是一种具有高灵敏度、高选择性且无损的光谱分析方法，有效解决了拉曼散射信号微弱的问题。经过数十年的发展，SERS生物传感技术在增强机理的揭示、增强材料的开发、高性能基底的制备以及新型SERS检测技术和设备的开发等方面取得了显著进展。然而，设计与制备高性能SERS基底以及开发新型检测技术仍然是实现定量生物传感和复杂物质鉴别的关键问题。回音壁模（Whispering gallery mode， WGM）光学微腔是增强光与物质相互作用的重要技术手段，结合SERS技术，能充分发挥WGM和SERS效应的协同作用优势，有望实现拉曼散射信号的双重增强。本文从电磁场增强、化学增强及协同增强三个方面阐述了SERS的增强原理，主要以氧化锌（ZnO）材料为例分析了半导体及金属⁃半导体复合体系的SERS增强机制，探讨了光学谐振腔体系中的SERS协同作用，并综述近年来WGM微腔协同的SERS生物传感方面的最新研究进展。关键词：表面增强拉曼散射;生物传感;回音壁模微腔57|64|0更新时间：2025-02-25 -
氧化物全光控突触研究进展 增强出版 AI导读
“在人工智能领域，氧化物全光控突触器件研究取得进展，为神经形态计算发展提供新方向。”摘要：类脑神经形态计算有望克服传统冯·诺依曼计算架构瓶颈，实现低功耗、高效信息处理，进而推动人工智能技术的发展。人工突触是构建神经形态系统的关键硬件，其中光电突触结合了电子学和光子学优势，具有光学感知、信息计算和存储等多种功能。新兴的全光控光电突触，其电导非易失性增大和降低均通过光信号实现，可有效避免电信号对器件微结构的破坏，改善工作稳定性，并且赋予突触器件新的功能。氧化物易制备，与CMOS工艺兼容性好，是使用最广泛的人工突触材料。本文梳理了具有长程可塑性的氧化物全光控突触器件研究进展，分别讨论了基于光波长和光功率调控的全光控突触，主要聚焦器件结构、材料选择和光电响应机制，最后分析了当前全光控突触发展面临的挑战。关键词：神经形态计算;光电突触;全光控突触;长程可塑性;氧化物126|100|0更新时间：2025-02-25
特邀报告
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水相室温磷光碳点进展 增强出版 AI导读
“据最新报道，室温磷光碳点材料因其独特优势备受关注，专家总结了其在信息加密等领域的重要进展，并展望了未来机遇。”摘要：室温磷光材料因其长的发光寿命特性而备受关注，特别适用于非实时激发领域。碳点作为一类新兴的磷光材料，因其易制备、低毒性、成本低及良好的光学稳定性与可调的光学性能引起了研究人员的广泛兴趣。本文总结了当前基于碳点的磷光材料取得的重要进展。首先，详细阐述了室温磷光的发光机制，解析了磷光发射的能级结构。随后，分别阐述了固相和水相室温磷光碳点的合成策略以及调控方法。接着，重点介绍其在信息加密、传感、照明与显示和生物医学方面的潜在应用。最后，讨论了水相室温磷光碳点目前面临的主要挑战，并展望了未来的发展机遇。关键词：碳点;室温磷光;磷光机制;合成方法;应用57|92|0更新时间：2025-02-25 -
应用于色转换显示的红光钙钛矿发光材料研究现状 增强出版 AI导读
“在色转换显示技术领域，研究人员系统总结了红光钙钛矿发光材料的研究进展，为产业化提供借鉴。”摘要：色转换显示技术是利用发光材料的光致发光特性，将高能量的蓝光激发光通过色转换层得到红光和绿光，从而获得全彩色显示效果。金属卤化物钙钛矿作为一种新兴的发光材料，具有荧光量子产率高、色纯度高、制造成本低等特性，是实现下一代超高清广色域显示技术的关键材料。目前，绿光钙钛矿发光材料在荧光量子转换效率、半峰宽和稳定性方面已经取得了不错的进展并实现了商业化应用，而红光钙钛矿发光材料的发展仍然面临诸多科学技术问题，尚待解决。鉴于此，本文从不同红光钙钛矿材料的实现途径出发，系统总结了近年来不同类型红光钙钛矿发光材料在发光特性、稳定性和图案化技术上的研究进展，展望并讨论了红光钙钛矿产业化需要解决的关键技术难题。希望本综述能为研究人员开发应用于色转化显示技术的红光钙钛矿发光材料提供借鉴。关键词：色转换显示;红光钙钛矿;发光特性;制备方法84|45|0更新时间：2025-02-25
特邀综述
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可控结晶法优化一种自还原体系新型红色荧光粉的热稳定性 增强出版 AI导读
“In the field of luminescent materials, a novel red-emitting phosphor K2Zn(PO3)4:Mn2+ is synthesized, which provides a new crystallographic idea and theoretical support for obtaining luminescent materials with high thermal stability. Expert xx proposed a defect-assisted model to address the inner mechanism of the phenomenon, laying a foundation for the construction of high-quality illumination systems.”摘要：高温下热猝灭（TQ）是影响荧光粉发光强度与发光效率的主要因素。提高荧光粉的热稳定性、减少热猝灭对于光转换型白光LED的高质量照明至关重要。本文报道了一种新型红色荧光粉K2Zn（PO3）4∶Mn2+，该材料以标准高温固相法在空气中合成，属自还原体系。同时，提出了一种有效合成策略优化其发光性能。结合X射线光电子能谱和X射线吸收精细结构谱，证实Mn2+掺杂引入的氧空位缺陷在锰离子价态转移过程中起重要作用。热释光分析表明，可控结晶过程有效地调节了深陷阱能级的分布，显著提高了荧光粉的热稳定性。本文提出了一种缺陷辅助模型来解释这一现象的内在机理。深陷阱能级俘获的载流子在高温刺激下释放，返回发光中心并参与辐射复合，进而提高荧光粉的热稳定性。该研究为获得高热稳定性荧光粉提供了新的晶体学思路和理论支持。关键词：光致发光;晶体缺陷;自还原;热稳定性42|35|0更新时间：2025-02-25
本期荐读
- “金属卤化物钙钛矿纳米晶在光电子领域取得新进展，通过热注射法制备三维CsPbBr3钙钛矿纳米晶，并实现不同维度间的相变，为复合结构钙钛矿制备提供简便方法。”摘要：作为一种具有广阔前景的新型材料，金属卤化物钙钛矿在光电子领域正冉冉升起，成为一颗耀眼的新星。本文采用传统的热注射法制备了三维CsPbBr3钙钛矿纳米晶。通过向三维CsPbBr3钙钛矿纳米晶添加配体或极性溶剂，实现了三维CsPbBr3、零维Cs4PbBr6和二维CsPb2Br5之间的相变，并研究和比较了它们独特的光学性质。在紫外光的激发下，CsPbBr3、CsPbBr3@Cs4PbBr6、CsPbBr3@CsPb2Br5均发出明亮的绿光，具有纳秒量级的荧光寿命。复合结构CsPbBr3@Cs4PbBr6、CsPbBr3@CsPb2Br5的荧光寿命与CsPbBr3寿命几乎一致，表明CsPbBr3@Cs4PbBr6和CsPbBr3@CsPb2Br5复合物的发光均来自CsPbBr3纳米晶。此外，添加配体使得CsPbBr3转变到Cs4PbBr6，极性溶剂水诱导CsPbBr3到CsPb2Br5的相变也被证实。这项工作不仅为复合结构钙钛矿的制备提供了一种简便的方法，而且在一定程度上提供了铅卤钙钛矿在湿度环境中降解的知识。关键词：钙钛矿;维度;光学特性;相变217|33|0更新时间：2025-02-25
- “最新研究发现，掺杂稀土氧化物的Ga2O3-B2O3-ZnO-TiO2-Tb2O3玻璃在光电功能材料领域具有潜在应用价值。”摘要：采用高温熔融法制备了掺杂不同稀土氧化物（Pr6O11，Ho2O3，Dy2O3）的Ga2O3-B2O3-ZnO-TiO2-Tb2O3玻璃。研究了掺杂不同稀土氧化物对Ga2O3-B2O3-ZnO-TiO2-Tb2O3玻璃的结构、物理性质、光学性质和磁光性质的影响。掺杂不同稀土氧化物后，玻璃的密度、折射率和Verdet常数均有所增加。随着入射光波长和温度的增加，玻璃的Verdet常数的绝对值逐渐降低。在温度为298.15 K、入射光波长633 nm的条件下，当Tb2O3和Ho2O3的掺杂摩尔分数分别为40%和1%时，玻璃的Verdet常数达到-156.45 rad/（T·m），高于商用的Tb3Ga5O12晶体（-134 rad/（T·m））；温度为298.15 K和入射光波长为515 nm时，玻璃的Verdet常数达到-189.80 rad/（T·m），这表明其在光电功能材料领域具有潜在的应用价值。关键词：Ga2O3-B2O3-ZnO-TiO2玻璃;Tb3+掺杂;Verdet常数;磁光性能68|21|0更新时间：2025-02-25
材料合成及性能
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利用叠层结构提高近紫外有机发光二极管的电致发光效率与稳定性 增强出版 AI导读
“在近紫外有机发光二极管领域，研究者采用BCPO和TAZ材料制备单层和叠层器件，发现叠层器件性能显著优于单层器件，为提升辐射功率提供解决方案。”摘要：在过去十年中，近紫外有机发光二极管（NUV-OLEDs）因其具有近紫外光子发射能力而受到研究者的广泛关注。然而，当器件的电致发光波长降至400 nm以下时，如何提升器件的辐射功率成为技术挑战。本研究采用BCPO和TAZ作为NUV发光材料，制备了单层和叠层NUV-OLEDs，并比较了它们的电致发光性能。结果表明，叠层器件的性能显著优于单层器件。其中，BCPO单层器件的发光峰位波长为384 nm，近紫外光占比56.9%，外量子效率2.91%，辐射功率34.2 mW/cm²；而BCPO叠层器件的近紫外光占比提高到60.5%，外量子效率提高到5.73%，辐射功率达到52.8 mW/cm²。TAZ单层器件的发光峰位波长为377 nm，近紫外光占比79.1%，外量子效率3.65%，辐射功率15.7 mW/cm²；而TAZ叠层器件的近紫外光占比略增至79.6%，外量子效率提高到7.21%，辐射功率达到29.4 mW/cm²。此外，叠层器件在相同辐射功率下所需电流密度更低，这使得叠层器件能够展现出比单层器件更好的发光稳定性。关键词：有机发光二极管;近紫外光;叠层结构;电荷生成层43|28|0更新时间：2025-02-25 -
基于集成氮化硅超表面VCSEL的涡旋光输出 增强出版 AI导读
“最新报道，集成光子器件技术取得突破，VCSEL与超表面集成产生涡旋光束，为光电系统发展提供新思路。”摘要：集成光子器件技术的最新进展充分满足了市场对于紧凑型、高效光电系统的需求，同时也有力地促进了光学超表面技术的发展。其中，垂直腔面发射激光器（VCSEL）与超表面的集成，可生成具有特定波前的矢量光束，极大地增强光电系统的功能性和灵活性。本文设计了基于Si3N4纳米天线阵列超表面的850 nm VCSEL，通过对纳米天线结构参数的调控，实现了超过2 -
基于可调有源双耦合器环级联复合腔滤波器的2 μm波段单纵模光纤激光器 增强出版 AI导读
“在光纤激光器领域，研究人员提出了基于可调有源双耦合器环级联复合腔滤波器的2微米波段单纵模铥钬共掺光纤激光器，实现了波长可调谐输出，为激光技术发展提供新方向。”摘要：提出并验证了一种基于可调有源双耦合器环级联复合腔（Active dual-coupler ring based compound-cavity，ADCR-CC）滤波器的2 μm波段单纵模（Single-longitudinal-mode，SLM）铥钬共掺光纤激光器。将具有可调滤波带宽和透射率的ADCR-CC滤波器与光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating，FBG）结合，实现了SLM激光输出。当主腔和复合腔的泵浦功率分别为1.8 W和1.1 W时，测得的激光器输出波长为2 048.510 nm，光信噪比高达83.08 dB，90 min内的最大光谱中心波长和光谱峰值功率波动分别为0.006 nm和0.19 dB，激光器输出功率为50.03 mW。使用等强度悬臂梁对FBG引入应变调节，SLM激光可在1.45 nm范围内实现波长的可调谐输出。关键词：有源复合腔滤波器;铥钬共掺光纤;单纵模;光纤激光器134|28|0更新时间：2025-02-25 -
新型半导体激光巴条衬底与液冷微结构集成散热研究 增强出版 AI导读
“在半导体激光芯片散热领域，研究者提出了一种新型分布式流型结构，有效降低芯片结温与冷却流量，为高集成度和高散热量激光芯片提供技术支撑。”摘要：芯片衬底与微通道集成一体化是一项全球前沿的研究热点，与传统液冷微通道热沉相比，具有革命性的优势，已成功应用于绝缘栅双极型晶体管等芯片领域，展现出卓越的散热性能。随着大科学装置及工业领域对半导体激光芯片输出功率需求的增加，热管理成为一项关键技术问题。传统激光巴条冷却研究主要集中在优化液冷热沉结构，但其散热能力受到传热路径热阻的限制。为应对这一挑战，本研究基于芯片衬底与微通道集成一体化设计，提出了一种新型分布式流型结构，用于半导体激光芯片的高效散热。该设计显著缩短了传热路径，减少了热阻，从而有效降低芯片结温与冷却流量，为实现高集成度和高散热量的激光芯片提供了重要技术支撑。研究结果表明，本文提出的分布式流型结构突破了半导体激光巴条衬底微通道设计的瓶颈，在0.35 L/min@20 ℃的液冷条件下，实现了芯片温升≤40 ℃的目标，并在1 000 W/cm²的高热流密度条件下获得了最佳填充因子为0.25，芯片温升为30.52 ℃的模拟结果。关键词：半导体激光巴条;液冷;衬底微结构;片上集成散热38|35|0更新时间：2025-02-25
器件制备及器件物理
- “报道TADF分子在OLED领域应用潜力巨大。本研究通过热振动相关函数方法结合多尺度计算，预测了三种扭曲TADF分子的光物理性质，发现其均具有快速的RISC速率，预测其TADF发光性能。研究还发现，DHPAzSi作为给体单元与不同受体结合可以改变基态和激发态之间的二面角，受体的平面性与非辐射过程影响较大的重排能正相关。此外，在薄膜中观察到分子电荷转移态能量降低和RISC速率增加。这项研究不仅为实验结果提供了可靠解释，还为未来TADF分子设计提供了宝贵指导。”摘要：热激活延迟荧光（TADF）分子在有机发光二极管（OLED）中具有突出的应用潜力。但是，由于缺乏对分子结构与发光特性相关性的系统研究，TADF分子在种类和数量上远不能满足实际应用的需要。本文在实验基础上研究了三种扭曲的TADF分子，基于TVCF方法结合多尺度计算对分子的光物理性质进行了理论预测。结果表明，所有分子都表现出较高的反向系间窜越速率kRISC，从而印证了研究分子的TADF发光特性。此外，作为给体单元的DHPAzSi与不同的受体单元结合会改变基态和激发态的扭曲角，而受体的平面度与重组能呈正相关，这一性质对非辐射跃迁过程有很大影响。此外，在薄膜中还观察到分子电荷转移态能量的降低和kRISC的增加。这项研究不仅为实验结果提供了可靠的解释，还为未来TADF分子的设计提供了指导。关键词：固态效应;热激活延迟荧光（TADF）;理论研究;多尺度计算53|3|0更新时间：2025-02-25
理论计算及光谱分析
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芯片尺寸与阵列偏移对图形衬底Micro-LED光强空间分布的影响 增强出版 AI导读
“微型LED研究取得新进展，专家采用光线追迹方法，系统研究了不同尺寸PSS微型LED光强空间分布，并量化了非对称率，为显示应用优化设计提供理论支持。”摘要：微型发光二极管（Micro-light emitting diode， Micro-LED）以高亮度、高对比度、低能耗和快速响应等优异特性，广泛应用于户外显示、增强现实和虚拟现实等领域。然而，Micro-LED的微型化带来了光强分布控制的挑战。为提高其发光效率，常使用图形蓝宝石衬底（Patterned sapphire substrate， PSS）技术，通过微米级图形单元优化光提取率。在大尺寸LED中，PSS对光强空间分布影响较小，但在微米级Micro-LED中影响显著。本文采用光线追迹方法，系统研究了发光波长为460 nm的不同尺寸PSS Micro-LED在不同阵列偏移下的光强空间分布，并量化了光强空间分布的非对称率，最后解释了该现象。结果表明，随着尺寸减小，PSS对光强空间分布影响增大。当尺寸为3 μm×5 μm时，在y轴和x轴的光强空间分布的非对称率达3.06%和4.22%，因而影响Micro-LED发光均匀性。本研究为Micro-LED在显示应用中的优化设计提供了理论支持。关键词：Micro-LED;图形蓝宝石衬底（PSS）;非对称率29|42|0更新时间：2025-02-25
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