最新刊期
      2022 年 第 43 卷 第 2 期

        封面文章

      • 王嘉宾,王海珠,刘伟超,王曲惠,范杰,邹永刚,马晓辉
        2022, 43(2): 153-160. DOI: 10.37188/CJL.20210378
        摘要：在硅(Si)上外延生长高质量的砷化镓(GaAs)薄膜是实现硅基光源单片集成的关键因素。但是，Si材料与GaAs材料之间较大的晶格失配、热失配等问题对获得高质量的GaAs薄膜造成了严重影响。本文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术开展Si基GaAs生长研究。通过采用三步生长法，运用低温成核层、高温GaAs层与循环热退火等结合的方式，进一步降低Si基GaAs材料的表面粗糙度和穿透位错密度。并利用X射线衍射(XRD)ω-2θ扫描追踪采用不同方法生长的样品中残余应力的变化。最终，在GaAs低温成核层生长时间62 min(生长厚度约25 nm)时，采用三步生长、循环热退火等结合的方式获得GaAs(004) XRD摇摆曲线峰值半高宽(FWHM)为401″、缺陷密度为6.8×107 cm-2、5 μm×5 μm区域表面粗糙度为6.71 nm的GaAs外延材料，在材料中表现出张应力。  
        关键词：金属有机化学气相沉积;砷化镓;硅;异质外延   
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        发布时间：2022-02-25

        特邀综述

      • 吴建红,韩琼瑶,田碧凝,田跃
        2022, 43(2): 161-173. DOI: 10.37188/CJL.20210348
        摘要：全光谱白光具有和太阳光光谱接近的覆盖可见到红外连续波段的光谱特征，对光学研究具有重要意义。连续激光驱动光学活性材料的全光谱白光因其特殊的发光性能及高效的发光效率吸引了研究者广泛的研究兴趣。本文首先从有无激活中心角度对可产生全光谱白光的无机材料进行了分类总结。然后从光谱性能、温度性能及光电性能三个方面对无机材料体系中的全光谱白光的光物理过程进行了归纳分析，并对全光谱白光的应用做出了展望。最后对这一非线性光学效应的全光谱白光发光现象未来的研究方向及发展趋势进行了总结。  
        关键词：全光谱白光;无机材料;非线性光学效应   
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        发布时间：2022-02-25

        材料合成及性能

      • 赵鹏,叶重阳,于曼,刘超,刘雪云,郭海
        2022, 43(2): 174-181. DOI: 10.37188/CJL.20210349
        摘要：由于在军事和民生领域重要的应用潜力，~3 μm激光光源的开发一直以来受到了极大关注。传统中红外激光玻璃因其较高的声子能量会极大削弱发光离子的辐射跃迁几率，导致无法获得有效激光输出。因此，寻找高效且稳定的中红外~3 μm激光增益材料具有重要价值和研究意义。本文报道了在氟硅酸盐玻璃中SiO2-ZnF2-KF-YbF3-ErF3原位析出KYb3F10∶Er3+纳米晶，获得的微晶玻璃样品可保持80%以上的透过率。利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征了玻璃中纳米晶体种类和元素分布。在980 nm激光二极管(LD)激发下，热处理后的样品中Er3+位于2.7 μm处的发射带强度获得极大增强(相比于未经热处理的样品增强了约19倍)，进一步结合吸收光谱和稳态光谱结果对其发光增强机理进行了解释。研究结果可为开发~3 μm激光增益材料提供相关数据和研究思路。  
        关键词：微晶玻璃;氟化物纳米晶;铒离子;中红外荧光   
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        发布时间：2022-02-25
      • 张娜,李阳,尹延如,王涛,张健,贾志泰
        2022, 43(2): 182-191. DOI: 10.37188/CJL.20210345
        摘要：稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2 400 ℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法，成功生长了透明无开裂Dy3+离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu2O3 和Y2O3。依据Dy3+离子的4I15/2和4F9/2能级为一对热耦合能级对(TCLs)，测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示，晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu2O3 在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K-1(315 K)和1.62×10-4 K-1(673 K)，展现出更为优异的温度传感性能。  
        关键词：激光加热基座法;倍半氧化物单晶光纤;下转换荧光;荧光强度比;温度探测   
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        发布时间：2022-02-25
      • 周慧丽,吴锋,张志宏,张雁,叶林华
        2022, 43(2): 192-200. DOI: 10.37188/CJL.20210363
        摘要：采用CO2激光区熔法制备了Lu2O3∶0.5%Er3+/x%Yb3+(x=1,3,5)上转换荧光材料。X射线衍射结果表明，所制备的Lu2O3∶Er3+/Yb3+荧光材料具有纯Lu2O3晶相。在980 nm激光激发下，样品发出明亮的上转换荧光。光谱测试结果表明，样品上转换荧光强度和荧光中绿光与红光比例随Yb3+离子浓度改变，当Er3+和Yb3+离子浓度分别为0.5%和3%时，样品上转换荧光强度最强。通过荧光强度比(FIR)技术研究了样品Lu2O3∶0.5%Er3+/3%Yb3+在298~873 K温度范围内上转换荧光温度传感特性，在532.8 K时最大绝对灵敏度为0.006 0 K-1，在298 K时最大相对灵敏度为0.009 0 K-1。结果表明，Lu2O3∶Er3+/Yb3+荧光材料非常适合用于宽温度范围荧光温度传感。  
        关键词：Lu2O3∶Er3+/Yb3+；上转换发光;荧光强度比(FIR);荧光温度传感;CO2激光区熔法   
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        发布时间：2022-02-25
      • 李雯,李云云,秦来顺,吴泓澍,钱森,吴云涛
        2022, 43(2): 201-208. DOI: 10.37188/CJL.20210347
        摘要：传统的塑料闪烁体由于其低有效原子序数和密度，不适用于能谱探测领域。有机重金属化合物掺杂塑料闪烁体的制备为塑料闪烁体实现能谱探测提供了一种有效途径。而有机锡化合物掺杂塑料闪烁体具有高光峰灵敏度，并保留了塑料闪烁体的快衰减特性。本文通过自由基聚合的方法成功制备了不同浓度2-(三丁基锡烷基)呋喃掺杂的聚乙烯基甲苯(PVT)基塑料闪烁体，并对其光学和闪烁性能进行了测试和比较。其中掺杂20% 2-(三丁基锡烷基)呋喃的PVT基塑料闪烁体的透光率可达90%,X射线激发发射光谱主峰位于425 nm处，光产额为6 700 ph/MeV，能量分辨率为15.8%@662 keV，衰减时间约为4.3 ns。我们也制备了1英寸直径、掺杂20% 2-(三丁基锡烷基)呋喃的塑料闪烁体，具有6 300 ph/MeV的光产额和15.8%@662 keV的能量分辨率。  
        关键词：塑料闪烁体;有机锡化合物;光学性能;能量分辨率   
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        发布时间：2022-02-25
      • 陈杰,高忆欣,王超,尹玉,宋艳华,曾晓丹,姜海峰
        2022, 43(2): 209-217. DOI: 10.37188/CJL.20210373
        摘要：采用简单的水热法合成了六角柱形NaErF4和NaErF4@NaYF4核壳上转换发光材料，利用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和荧光光谱(PL)等表征对材料的形貌、结构和上转换发光性能进行了研究。结果表明，纯NaErF4样品为六角柱形，边长和厚度均为1 μm左右，样品表面光滑。随着NaYF4壳层的包覆，六角相NaErF4周围出现了大量的立方相NaYF4纳米颗粒，得到了NaErF4@NaYF4核壳结构。荧光光谱表明，通过在六角柱形NaErF4表面包覆NaYF4壳层，可以有效增强上转换发光强度，其中，位于527,543,663 nm处的3个发射峰分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁。随着壳层中Y∶F比例的增加，立方相NaYF4的晶体衍射峰逐渐增强；同时，对应的NaErF4@NaYF4样品发射光谱中红绿比(R/G)逐渐增大，发光颜色也从绿色、经黄绿色逐渐向黄色过渡，实现了多色发光。  
        关键词：上转换荧光;NaErF4@NaYF4；红绿比;六角柱   
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        发布时间：2022-02-25
      • 申赫,王岩岩,高铭,李东飞
        2022, 43(2): 218-225. DOI: 10.37188/CJL.20210365
        摘要：为了实现对Li—N共掺杂p型ZnO薄膜的形成机制以及其稳定p型导电原因的揭示，利用X射线光电子谱及基于同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱测试对薄膜的局域电子结构进行了测算分析. 获得了Li—N成键及Li—N复合型受主形成的信号，利用光致发光测量计算其受主能级为122 mV. 证实了薄膜中Li—N复合型受主的形成，而Li—N共掺杂p型ZnO良好的稳定性则归因于Li—N共掺杂在p型ZnO薄膜中实现了Li和N的成键.  
        关键词：氧化锌;p型掺杂;形成机制;稳定性;X射线吸收精细结构谱   
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        发布时间：2022-02-25
      • 赵国强,张金福,王广甫,仇猛淋,王庭顺,华青松
        2022, 43(2): 226-237. DOI: 10.37188/CJL.20210339
        摘要：离子激发发光(Ions beam induced luminescence,IBIL)可以实时原位分析不同温度、不同离子辐照条件下材料内部点缺陷的演变行为。本文利用2 MeV H+研究了300,200,100 K温度下ZnO单晶内部点缺陷发光及其随注量的演变行为。实验中发现ZnO深能级发射和近带边发射，结合Voigt分峰与XPS实验结果，确定红光(1.75 eV)与VZn相关，橙红光(1.95 eV)来自Zni到Oi跃迁；对于与VO相关的绿光(2.10 eV)，其红移可能由于温度降低导致更多电子由导带释放到Zni。峰中心位于3.10 eV和3.20 eV近带边发射分别来自于Zni到价带的跃迁和激子复合，红移原因分别为Zni附近局域化能级和带隙收缩。利用单指数公式对发光强度进行拟合，获得的衰减速率常数(f)可以表征缺陷的辐射硬度，对比发现深能级发射峰在200 K时辐射硬度最大，而近带边发射峰在300 K时辐射硬度最大。  
        关键词：离子激发发光;温度;点缺陷;ZnO   
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        发布时间：2022-02-25

        器件制备及器件物理

      • 张玉玲,肖毅,王俊杰,罗宇,郭标,李丹阳,许伟,彭俊彪
        2022, 43(2): 238-246. DOI: 10.37188/CJL.20210367
        摘要：采用氯化锌(ZnCl2)修饰镉基CdSe/ZnS蓝光量子点(B-QD)薄膜，发现与量子点表面结合力更强的ZnCl2能够部分取代量子点长链配体油酸，有效钝化量子点表面缺陷，提高薄膜的荧光量子效率(PLQY)。此外，由于ZnCl2具有偶极作用，使量子点真空能级提高0.2 eV，一方面可改善电子和空穴载流子注入平衡，另一方面可有效降低发光器件的启亮电压，提高器件的发光寿命。这种无机配体修饰量子点薄膜的方法可能为解决蓝光量子点发光二极管(B-QLEDs)因空穴注入困难和量子点表面缺陷导致器件性能不高的问题提供一个有效思路。  
        关键词：氯化锌修饰层;无机配体取代;蓝光量子点发光二极管;载流子平衡;效率滚降减缓   
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        发布时间：2022-02-25
      • 程丹,延凤平,冯亭,韩文国,秦齐,张鲁娜,白卓娅,李挺,杨丹丹,郭颖,王伟,关彪,白燕,熊本和夫
        2022, 43(2): 247-254. DOI: 10.37188/CJL.20210334
        摘要：提出了一种在2 050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析，可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波，从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为 2 048.48 nm，光信噪比为 70 dB,100 min内的波长和功率波动分别小于 0.02 nm 和 0.453 dB。实验结果表明，激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。  
        关键词：光纤激光器;掺铥光纤;单纵模;光纤布拉格光栅   
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        发布时间：2022-02-25
      • 米亚金,杨艳春,王晓宁,朱成军
        2022, 43(2): 255-267. DOI: 10.37188/CJL.20210340
        摘要：作为无机化合物薄膜太阳能电池中具有代表性的一类电池，铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4，简称CZTSSe)薄膜太阳能电池因其组成元素地壳含量丰富、低毒等优点受到广泛关注。目前，吸收层的高缺陷密度和器件的低开路电压被认为是限制该类电池效率的两个关键因素。为了突破这两大困境，科研人员发展了阳离子取代方法，即通过引入其他阳离子取代CZTSSe晶格中的铜离子(Cu+)/锌离子(Zn2+)/锡离子(Sn4+)，改善薄膜中的有害缺陷、晶体结构、能带结构等性质，从而优化电池器件的性能。为了详细阐述阳离子取代措施在铜锌锡硫硒薄膜电池中的研究进展，本文从等价阳离子取代和不等价阳离子取代两方面进行分类介绍，并总结了各种阳离子取代措施在优化电池性能方面的优缺点。  
        关键词：薄膜太阳能电池;铜锌锡硫硒;阳离子取代   
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        发布时间：2022-02-25

        理论计算及光谱分析

      • 白笑羽,王蓟,孙旭东,贾苏蒙,郭欣宇,张永熙,王国政
        2022, 43(2): 268-274. DOI: 10.37188/CJL.20210319
        摘要：针对全光纤的超短脉冲掺铒光纤放大器进行了仿真模拟，对正常色散条件下掺铒光纤自相似脉冲放大过程进行了详细分析。在光纤预放大器中，使用高正色散掺铒光纤对脉冲形状进行预整形，将重复频率43 MHz、脉冲宽度600 fs、平均输出功率1.2 mW的孤子型锁模脉冲预整形为抛物线型脉冲，预整形后的脉冲通过光纤主放大器进行功率放大。经两级光纤放大后，1.2 mW的信号光功率放大为102 mW，放大增益19.3 dB。分析了掺铒光纤长度、放大功率对脉冲自相似演化过程的影响。放大后的脉冲经4.4 m长单模光纤将脉冲宽度压缩至53 fs，峰值功率为44.8 kW。  
        关键词：光纤放大器;自相似;正常色散掺铒光纤;超短脉冲;仿真模拟   
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      • 王芝浩,王警辉,刘帅男,张悦,苏鹏,高欣,薄报学
        2022, 43(2): 275-284. DOI: 10.37188/CJL.20210376
        摘要：具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM)，对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟，详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P-I-V特性的影响。分析认为，锥形区波导的几何损耗是导致器件斜率效率降低的主要因素，光泵浦效应是影响锥形激光器光束质量变差的重要因素，可通过降低器件的前腔面反射率来改善光束质量。研究结果可为锥形激光器的性能优化提供参考。  
        关键词：锥形半导体激光器;广角差分光束传播法;光束质量;光场分布   
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        发布时间：2022-02-25

        发光学应用及交叉前沿

      • 白金娜,王亮,王明慧,陈明,林权,杨旭东
        2022, 43(2): 285-295. DOI: 10.37188/CJL.20210341
        摘要：以青霉胺(DPA)为还原剂和稳定剂，通过一锅法一步制备了青霉胺稳定的铜/银双金属纳米簇(DPA-Cu/Ag NCs)，并将其作为一种传感器用于检测水样中的银离子。该银离子传感器具有价格低廉、分析速度快速、选择性高等特点。采用透射电子显微镜(TEM)等方法表征了DPA-Cu/Ag NCs的结构及其化学组成，并通过荧光光谱和紫外-可见光谱法研究了DPA-Cu/Ag NCs的光学性质。结果表明，该DPA-Cu/Ag NCs在激发波长为300 nm时的最大发射波长为555 nm，其溶液在可见光照射下呈现乳白色，在紫外灯照射下则呈现出明亮的黄色荧光。在DPA-Cu/Ag NCs的制备条件达到最优化的情况下，可以将其作为探针，用来高选择性、高灵敏性地检测银离子。该探针检测银离子的检测限为0.3 μmol/L，线性范围为0~500 μmol/L。该DPA-Cu/Ag NCs探针还可应用于自然环境水样(湖水、瓶装矿泉水和实验室自来水)中银离子浓度的检测，其检测性能十分优异且具有良好的准确度和重现性，表明DPA-Cu/Ag NCs探针在环境检测方面有非常高的应用价值。  
        关键词：金属纳米簇;荧光;双金属;银离子检测   
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