最新刊期
      2022 年 第 43 卷 第 1 期

        封面文章

      • 郭亮,郭亚楠,羊建坤,闫建昌,王军喜,魏同波
        2022, 43(1): 1-7. DOI: 10.37188/CJL.20210331
        摘要：AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸，在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量，生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED，研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现，随着量子垒高度的增加，深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势，量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势，且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明，随着量子垒高度增加，量子垒对载流子的束缚能力增强，电子空穴波函数空间重叠增加，载流子浓度和辐射复合速率增加；但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露，空穴浓度降低，从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz，高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。  
        关键词：紫外光通信;深紫外发光二极管;多量子阱层;调制带宽;发光功率   
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        发布时间：2022-01-14

        特邀综述

      • 胡强,白雪,宋宏伟
        2022, 43(1): 8-25. DOI: 10.37188/CJL.20210330
        摘要：近年来，钙钛矿纳米晶由于具有优异的光电性质，在发光、光电转换等领域获得了广泛的研究，已然成为科研界的“明星材料”。然而，钙钛矿纳米晶存在一些不足之处(例如稳定性差、光谱仅限于可见光区等)，限制了其应用。稀土离子具有丰富的4f能级和特殊的电子构型，因此，将稀土离子掺杂到钙钛矿纳米晶中，能够显著提升材料的光电性质，并改善稳定性，解决钙钛矿纳米晶面向实际应用需求的关键问题。本文详细介绍了稀土掺杂钙钛矿纳米晶的性质，重点对材料在发光二极管、太阳能电池以及光电探测器等多个方面的应用实例进行了总结与展望。  
        关键词：钙钛矿;纳米晶;稀土;掺杂;发光   
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        发布时间：2022-01-14
      • 姬海鹏
        2022, 43(1): 26-41. DOI: 10.37188/CJL.20210309
        摘要：荧光粉的发光特性由激活剂离子的电子构型决定，同时也受激活剂离子在基质中的配位环境的影响。配位环境对激活剂离子发光性能的影响主要体现在电子云膨胀效应和晶体场劈裂效应这两个方面。电子云膨胀效应的强弱取决于激活剂离子与配体离子的成键特性(离子键与共价键成分的比例)以及阴离子极化率的大小；而晶体场劈裂效应的大小取决于激活剂离子与配体离子所形成最近邻配位多面体的配位数、平均键长、畸变程度和点群对称性等。了解激活剂离子所占据格位以分析其所形成最近邻配位多面体构型，对理解荧光粉的发光特性和开发新型荧光粉具有重要意义。本综述总结了文献中所用研究激活剂离子格位占据的8种方法，并通过荧光粉研究实例(主要是以Ce3+、Eu2+或Mn4+为激活剂离子的白光LED用荧光粉)展示了每种方法的特点，通过对比分析指出了各种方法的优势和劣势。这8种方法可归为三类:光谱学方法、结构分析法和计算光谱学方法，其中光谱学方法包括以下五类谱图的测试和分析:激发波长依赖的发光光谱与监测波长依赖的激发光谱、波长依赖的荧光衰减曲线、时间分辨发射光谱、变温发射光谱与变温荧光衰减曲线，以及掺杂浓度依赖的发射光谱。  
        关键词：荧光材料;激活剂;掺杂格位   
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        发布时间：2022-01-14

        材料合成及性能

      • 马晓斐,王涛,张健,尹延如,张百涛,贾志泰
        2022, 43(1): 42-50. DOI: 10.37188/CJL.20210332
        摘要：单晶光纤是具有准一维结构的功能晶体材料，结合了体块单晶优异的物化性能和传统光纤材料比表面积大的结构优势，是一种极具潜力的激光增益介质。目前单晶光纤激光的研究主要集中于连续激光输出，关于脉冲激光性能的研究相对较少。我们采用微下拉法(μ-PD)制备的Yb∶LuAG单晶光纤(SCF)作为增益介质，获得了输出功率大于4 W、斜效率21.66%、光束质量因子M2接近于1的连续激光输出。在此基础上，采用MoTe2作为可饱和吸收体，实现了Yb∶LuAG SCF最高单脉冲能量3.39 μJ的被动调Q脉冲激光输出。该工作为Yb∶LuAG SCF在全固态高功率连续和脉冲激光器中的应用提供了参考。  
        关键词：单晶光纤;Yb∶LuAG;脉冲激光;MoTe2;被动调Q   
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        发布时间：2022-01-14
      • 周港杰,胡艺萱,谭林玲,康世亮,林常规
        2022, 43(1): 51-57. DOI: 10.37188/CJL.20210337
        摘要：可调宽带近红外发光材料作为红外光源和可调谐光纤激光器核心组件，在高容量光纤通信、成像和遥感等现代技术中发挥着至关重要的作用。本文研究了碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃的宽带近红外发光性能调控方案及其机理。通过引入碳构建还原气氛，还原TeO2原料为碲原子；再优化CaO、Al2O3含量，调整碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃中碲拓扑笼的结构和大小，稳定并调控碲团簇发光中心，实现高效且可调谐的宽带近红外发光。最后通过改变TeO2掺杂含量，提供可形成团簇的合适含量碲源，进一步增强碲近红外发光，并揭示了碲近红外发光性能调控机理。本研究为未来宽带、高效、可调谐的近红外发光材料设计提供了重要指导，推进了其在宽带光放大器和可调谐激光器中的应用。  
        关键词：碲团簇;近红外发光;宽带可调谐;调控机理   
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        发布时间：2022-01-14
      • 高培鑫,董鹏,周泽云,张晓娟,李亚男,杨建奎,黎倩,陈可,MOLOKEEV Maxim S,周智,夏茂
        2022, 43(1): 58-68. DOI: 10.37188/CJL.20210327
        摘要：Cr3+激活荧光粉因其具有远红光和近红外光发射的特性而受到广泛关注。本研究合成了一系列(La,Gd, Y)2MgTiO6∶Cr3+荧光粉，在345 nm紫外光激发下，其发射波段为700~900 nm。采用离子取代策略对其光谱进行了调谐，通过Gd或Y取代La位点，发射主峰从766 nm分别蓝移至737 nm和757 nm;150 ℃下的热稳定性从41.7%分别提升至69.1%和67%。系统研究了荧光粉的晶体结构、微观形貌、荧光寿命、热稳定性能和带隙变化等。Gd和Y离子取代会导致晶格收缩，引起电子云重排效应变化，最终导致发射光谱蓝移。改性后荧光粉的发射光谱与光敏色素FR(PFR)的吸收(730 nm)具有更好的匹配性，表明其在植物生长照明中的应用前景，这也证明通过阳离子取代策略调控Cr3+的发光性能可为未来植物生长灯用荧光粉的研发提供思路。  
        关键词：荧光粉;双钙钛矿结构;光谱可调性能;远红光;Cr3+   
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        发布时间：2022-01-14
      • 曾凡菊,谭永前,胡伟,唐孝生,荆涛,尹海峰
        2022, 43(1): 69-76. DOI: 10.37188/CJL.20210323
        摘要：近年来，全无机卤素钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)因其荧光带宽窄、带隙可调、合成工艺简单以及荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)高等优点而被应用于光电器件领域。但相比于PLQY接近于100%的红光与绿光CsPbX3量子点，PLQY低于10%的蓝光量子点光学性能仍需要提高。本文通过调节前驱体BaBr2与PbBr2的量比，常温下合成了Ba2+离子掺杂CsPbBr3量子点，并对合成量子点的晶体结构、形貌及其光学性能进行了研究。研究结果显示，随着Ba/Pb量比的增加，由于Ba2+离子半径小于Pb2+离子半径，导致合成量子点粒径由未掺杂的11.37 nm减小到Ba/Pb为1.0时的10.36 nm；此外，Ba2+离子的引入拓展了带宽，吸收光谱和荧光光谱均发生蓝移，荧光光谱由未掺杂的510 nm的绿光蓝移至Ba/Pb量比为1.0 时的461 nm的蓝光。当前驱液中Ba/Pb量比为0.5时，在461 nm处具有最强的蓝光发射，PLQY为39%。研究证明适量引入BaBr2合成Ba/Pb混合金属钙钛矿量子点可有效提高其光学性能。  
        关键词：Ba2+离子掺杂CsPbBr3;蓝光量子点;合成;光学性能   
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        发布时间：2022-01-14

        器件制备及器件物理

      • 于荣梅,濮春英,殷复荣,纪文宇
        2022, 43(1): 77-84. DOI: 10.37188/CJL.20210325
        摘要：利用Ag/tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum(Alq3)/Ag/Alq3/Ag这一金属/有机半导体多层结构作为阳极，实现了超低效率滚降的顶发射白光器件。在该器件中，我们在蓝光和橙光发光单元之间引入一个薄的4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-biphenyl(CBP)层，从而减少橙光发光层与蓝光发光层的Dexter能量传递，用以改善白光器件发光光谱及效率。通过优化微腔设计，实现了对橙光磷光材料发射的调控。最终，我们获得了在60 000 cd/m2亮度下效率滚降仅为17%的顶发射白光器件。在效率方面，虽然顶发射白光器件与底发射白光器件不相上下，但由于微腔效应的存在，顶发射白光器件的效率滚降却远低于底发射白光器件的效率滚降。  
        关键词：有机发光器件;顶发射;微腔效应;效率滚降   
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        发布时间：2022-01-14
      • 王超,李向峰,刘泽美,赵波
        2022, 43(1): 85-93. DOI: 10.37188/CJL.20210336
        摘要：将蓝光激基复合物mCP∶PO-T2T和磷光超薄层结合，分别制备了基于Ir(pq)2acac(~0.5 nm)/mCP∶PO-T2T/Ir(pq)2acac(~0.5 nm)结构的双色互补色和基于Ir(ppy)3(~0.5 nm)/mCP∶PO-T2T/Ir(pq)2acac (~0.5 nm)结构的三基色非掺杂白光有机发光二极管(White organic light emitting diodes,WOLED)，以探索超薄层在激基复合物中的应用。所制备的双色互补色WOLED，其最大电流效率、功率效率和外量子效率分别为46.1 cd/A、43.9 lm/W和22.2%，而三基色WOLED所实现的最大电流效率、功率效率和外量子效率分别为66.8 cd/A、63.5 lm/W和24.2%。研究分析表明，从高能的蓝光激基复合物发光层向两侧低能的红光和绿光磷光超薄层有效的能量传递是实现非掺杂WOLED高效率的原因。  
        关键词：白光有机发光二极管;激基复合物;超薄层;非掺杂   
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        发布时间：2022-01-14
      • 蔡培庆,滕嵘驭,张帝,王淞,占宇鑫,王祥夫,司俊杰,姚鑫,艾琦,刘祖刚
        2022, 43(1): 94-102. DOI: 10.37188/CJL.20210318
        摘要：新兴的零维金属卤化物材料由于其优异的光电性能，近期引起了研究者们的特别关注。本文使用反溶剂法和旋涂法分别制备了零维金属卤化物四苯基膦氯化锑[(C6H5)4P]2SbCl5的发光材料和器件，通过稳态激发/发射光谱、瞬态光谱对其发光性能进行了研究。研究结果表明，在紫外光激发下，[(C6H5)4P]2SbCl5可以发出明亮的橙红光，这种橙红光源于零维限域作用下的自陷态激子三重态发光。变温光致发光(PL)和衰减寿命研究表明该物质具有600 meV左右的热激活能，抗热猝灭性能较强。通过优化器件结构，引入聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Poly-TPD)作为空穴传输层，通过混合Poly-TPD的荧光发射和[(C6H5)4P]2SbCl5的自陷激子发光，获得了在6 V偏压下126 cd/m2的暖白光电致发光器件。本工作对溶液法加工无铅金属卤化合物电致发光器件的进程具有一定的推动作用。  
        关键词：零维发光材料;自陷态激子;电致发光   
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        发布时间：2022-01-14
      • 王建彬,唐孝生,周笔,曾夏辉,余华梁,周赢武
        2022, 43(1): 103-109. DOI: 10.37188/CJL.20210317
        摘要：通过溶液旋涂制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶ITIC/Ag的紫外无机-有机复合结构光电探测器，混合膜中聚合物给体(P3HT)和非富勒烯小分子受体(ITIC)的质量比为100∶1。由于载流子传输通道不连续，器件在零偏压下的暗电流密度很小，为5.8×10-10 A·cm-2，为器件实现外加电场可调和光电流倍增提供了条件。在正向偏压作用下，氧化锌(ZnO)界面层能吸收紫外光产生自由电子和空穴参与载流子输运(减少载流子复合几率)，从而提升器件的外量子效率(EQE)。随正向偏压的增加，ZnO界面层能够与活性层(P3HT∶ITIC)共同作用使器件的光电流倍增。45 V偏压下，器件在350 nm处可获得最小半高宽约为49 nm的EQE光谱响应峰，最高EQE、响应度和探测灵敏度分别为420000%、1 185 A·W-1和1.8×1013 Jones。上述结果为制备基于电场调控的高性能紫外窄带无机-有机复合结构光电探测器提供了有效策略。  
        关键词：溶液旋涂;紫外;无机-有机复合;光电探测器;氧化锌   
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        发布时间：2022-01-14
      • 刘翠翠,林楠,马骁宇,井红旗,刘素平
        2022, 43(1): 110-118. DOI: 10.37188/CJL.20210306
        摘要：为了解决限制近红外单发射区InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光二极管失效阈值功率提升的腔面光学灾变损伤问题，研制了一种带有Si杂质诱导量子阱混杂非吸收窗口的新型激光二极管，并对其性能进行了测试分析。首先，对于带有非吸收窗口的二极管，在其谐振腔上方前后腔面附近的窗口区域覆盖50 nm Si/100 nm SiO2组合介质层，在远离腔面的增益区域覆盖50 nm Si/100 nm TiO2组合介质层，并采用875 ℃/90 s快速热处理工艺促进Si杂质扩散诱导量子阱混杂并去除非辐射复合中心。然后，基于相同外延结构、相同流片工艺制备了无非吸收窗口的激光二极管作对照组。测试结果显示，带有非吸收窗口的新型激光二极管平均峰值输出功率提升约33.6%，平均峰值输出电流提升约50.4%，腔面光学灾变损伤的发生概率和破坏程度均明显降低，且其阈值电流、斜率效率及半高全宽等特性也无任何退化。该研究证明，采用Si杂质诱导量子阱混杂技术制备的非吸收窗口，对近红外单发射区InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光二极管腔面光学灾变损伤有明显的抑制效果。  
        关键词：半导体激光二极管;腔面光学灾变损伤;量子阱混杂;非吸收窗口   
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        发布时间：2022-01-14
      • 易凌俊,李长红
        2022, 43(1): 119-128. DOI: 10.37188/CJL.20210322
        摘要：为增强石墨烯对近红外通信波段光波的吸收，提出了一种基于周期性宇称-时间(Parity-time)对称结构的石墨烯基吸收器，该结构由顶层的石墨烯层和底层周期性PT对称单元构成. 采用传输矩阵方法系统地研究了该结构中石墨烯对1 450~1 650 nm波长范围内光波的吸收特性. 结果表明，通过优化石墨烯复合PT对称微纳结构参数，对于所研究波长范围内垂直入射的近红外光波，单层石墨烯的平均吸收增强了35倍. 同时，对入射角在0°~30°范围内的光波，结构对TE极化波和TM极化波的平均吸收分别增强了19.7倍和54倍. 该结构对近红外通信波段光波具有高强度吸收特性，可广泛用于吸收器、光电探测器和红外光学传感器等器件的设计.  
        关键词：宇称时间对称;石墨稀;近红外;传输矩阵   
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        发布时间：2022-01-14
      • 王聪,刘玉荣,彭强,黄荷
        2022, 43(1): 129-136. DOI: 10.37188/CJL.20210324
        摘要：以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注，利用天然鸡蛋清作为栅介质层，采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO 薄膜有源层，制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)并对其电学特性进行了表征，研究了器件在栅偏压和漏偏压应力下电性能的稳定性及其内在的物理机制。该ZnO-TFT 器件呈现出良好的电特性，载流子饱和迁移率为5.99 cm2/(V·s)，阈值电压为2.18 V，亚阈值摆幅为0.57 V/dec，开关电流比为1.2×105，工作电压低至3 V。研究表明，在偏压应力作用下，该ZnO-TFT 器件电性能存在一定的不稳定性，我们认为栅偏压应力引起的电性能变化可能来源于栅介质附近及界面处的正电荷聚集、充放电效应和新陷阱态的复合效应；漏偏压应力引起的电性能变化可能来源于焦耳热引起的氧空位及沟道中的电子陷阱。  
        关键词：薄膜晶体管;氧化锌;双电层;偏压应力;稳定性   
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        发布时间：2022-01-14

        发光学应用及交叉前沿

      • 何松杰,张清梅,张路鹏,杜秀娟,陈峰华,李冰
        2022, 43(1): 137-151. DOI: 10.37188/CJL.20210307
        摘要：碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料，由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质，在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点，设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研，综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用，并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。  
        关键词：pH响应型碳点;荧光机制;pH传感;生物成像;癌症治疗   
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