最新刊期

    2024 45 3

      封面文章

    • 严鑫鑫,胡扬香,万凝,庞起,陈旖勃
      2024, 45(3): 375-382. DOI: 10.37188/CJL.20230316
      摘要:在铜基金属卤化物Cs3Cu2I5中掺杂Mn2+是拓宽发光范围的重要途径,但是已报道的掺杂方法大多需要高温、惰性气氛、较长时间和专用设备等。本工作将CsI固体粉末直接投加至CuI和MnCl2的氢碘酸溶液中,在较低温度(60 ℃)、空气条件下快速(3 min)合成Mn2+掺杂Cs3Cu2I5微晶,并测试了其结构和发光性能。通过系列对比实验,提出一种由反应物溶解度控制的“缓释生长⁃掺杂”机制,证实CsI固体粉末在高浓度氢碘酸中的缓慢溶解能够降低Cs3Cu2I5晶体的生长速率,为Mn2+的低温、可控掺杂提供有利的动力学条件。该方法为全无机金属卤化物体系的掺杂发光和掺杂动力学研究提供了新的思路。  
      关键词:Mn2+掺杂;缓释生长-掺杂;Cs3Cu2I5   
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      发布时间:2024-04-08

      材料合成及性能

    • 陈瑞,刘瑞,王鹏飞,林航,程遥,王元生
      2024, 45(3): 383-398. DOI: 10.37188/CJL.20230317
      摘要:自从尺寸依赖的上转换荧光热增强现象在稀土激活的纳米荧光材料中被发现以来,开发具有显著荧光热增强效应的稀土荧光材料俨然成为了一个研究热点。近期的探索发现荧光热增强效应在非纳米尺度稀土荧光材料体系以及非上转换发光过程中均可实现,这进一步拓展了这一有趣光学现象的应用场景。本文总结和归纳了稀土激活荧光热增强材料的最新研究进展,概述了所提出的几类机理以及稀土荧光热增强材料的潜在应用场景,并展望了该类材料的研究发展方向。  
      关键词:稀土激活发光材料;荧光热增强;纳米材料;上转换发光   
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      发布时间:2024-04-08
    • 弓箭,陈谦,李阳,马梦恩,马玉姣,吴绍航,刘冲,麦耀华
      2024, 45(3): 399-406. DOI: 10.37188/CJL.20230309
      摘要:钙钛矿太阳能电池仅用十年左右的时间将效率提升至认证的26.1%,非常接近晶硅太阳能电池26.81%的认证效率,展现出巨大的产业化潜力。当前,钙钛矿太阳能电池器件效率还在提升,然而在器件制备过程中,钙钛矿太阳能电池的性能受到许多不可分割的因素影响,传统方法往往采用试错的方式来优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺,花费了大量的时间。贝叶斯优化是一种全局优化算法,在解决人工智能的黑盒问题方面取得了很大的成功。本文利用贝叶斯优化算法对钙钛矿层涉及到的碘化铅(PbI2)过量百分比、退火温度、退火时间、真空萃取时间四个工艺参数进行优化选择,显著降低了研发成本,缩短了研发时间。通过五轮实验迭代,累计34组工艺条件,制备出了器件效率为23.56%的反型钙钛矿太阳能电池。  
      关键词:钙钛矿太阳能电池;机器学习;工艺优化;高效率   
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      发布时间:2024-04-08
    • 卢紫微,刘永福,罗朝华,孙鹏,蒋俊
      2024, 45(3): 407-414. DOI: 10.37188/CJL.20230325
      摘要:荧光转换型近红外发光二极管(NIR pc⁃LED)具有体积小、谱带宽、峰位易调谐等优点,是新一代NIR光源发展的前沿,其关键在于研发可被蓝光有效激发的高效率宽带近红外荧光粉。LiScSi2O6∶Cr3+荧光材料的激发波长为460 nm,发射峰位在845 nm,光谱带宽为156 nm,内量子效率为64.4%。基于该体系,本文通过M离子(M = Ga3+,Lu3+,Y3+,Gd3+)取代Sc3+的方式对其性能进行调控。结果表明,引入M离子易生成杂相或发生相变,降低了材料的发光性能。本文从晶体结构出发对其调控过程进行了分析。  
      关键词:LiScSi2O6∶Cr3+;阳离子取代;晶体结构   
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      发布时间:2024-04-08
    • 于世杰,伍宇博,段道川,邵起越,蒋建清
      2024, 45(3): 415-423. DOI: 10.37188/CJL.20240002
      摘要:采用高温固相法制备Na+、In3+、Ge4+单掺或共掺杂的LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉,通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明,Na+、In3+、Ge4+等离子单独掺杂均可提升LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉对460 nm蓝光的吸收,而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力,吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr3+占据八面体结构畸变程度增加,从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc0.4In0.6Si1.6Ge0.4O6∶Cr3+的近红外发射峰波长为860 nm,半高宽为160 nm, 内、外量子效率分别为72.5%和41.8%,封装制成的荧光转换型LED器件在100 mA驱动电流下近红外光输出功率为 63.1 mW,近红外电光转换效率为22.3%,表现出较好的近红外发光综合性能。本研究工作为增强Cr3+激活近红外荧光粉的光吸收提供了一种有效手段。  
      关键词:近红外荧光粉;Cr3+激活;多格位掺杂;光吸收调控   
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      发布时间:2024-04-08
    • 郭海洁,张涛,时秋峰,乔建伟,崔彩娥,黄平,王磊
      2024, 45(3): 424-433. DOI: 10.37188/CJL.20230315
      摘要:采用高温固相法制备了一种具有颜色变化的长余辉发光材料Mg3Y2Ge3O12∶Pr3+。通过X射线衍射、激发发射光谱、余辉衰减及热释光曲线等,对样品的结构、发光及余辉性能进行了系统分析。在283 nm激发下,发射光谱在485 nm和609 nm处表现出两个较强的尖峰发射,分别归属于Pr3+离子的3P23H43P03H6能级跃迁。通过对Pr3+离子浓度的调控,有效改变了绿光和红光的相对发射强度,从而实现了发光颜色的多色化。此外,在激发光源停止后该材料同样具有多色的余辉发射,对于最佳样品(Mg3Y2Ge3O12∶0.015Pr3+)的余辉时间可达1 200 s以上。之后,我们通过热释光曲线具体研究了陷阱的分布及余辉的充放能过程。结果表明,Mg3Y2Ge3O12∶0.015Pr3+材料中浅陷阱的浓度相对较低从而导致室温下的余辉性能较弱。由于材料在高温区域具有超宽带陷阱分布,因此,我们进一步探究了其在高温下的多色长余辉性能。在本工作中,我们成功制备了一种单一离子激活的发光及余辉颜色可调的长余辉发光材料,考虑到其在室温以及高温条件下都具有发光及余辉颜色变化的特点,该材料在高温预警标识以及防伪领域有着潜在的应用价值。  
      关键词:长余辉发光材料;Mg3Y2Ge3O12∶Pr3+;多色化;防伪   
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      发布时间:2024-04-08
    • 王靖涛,王茗,王森宇,徐祖盛,梁莹盈,张瑞
      2024, 45(3): 434-442. DOI: 10.37188/CJL.20230275
      摘要:Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉是目前白光LED的主要发光材料,但在使用时存在封装树脂因散热不佳而发生老化等问题。本文采用无压烧结制备了Y2MgAl4SiO12∶Ce3+透明陶瓷荧光体,用于替代荧光粉体和调控发光性能。首先通过化学共沉淀法制备前驱体粉体,经高温煅烧后采用冷等静压成型,最后在马弗炉中1 600 ℃煅烧制得透明荧光陶瓷。研究了Ce3+掺杂浓度和样品厚度对材料性能的影响,其中掺杂量为0.5%的样品在800 nm处具有56%的透过率,在450 K下发光强度仍能保持室温强度的84%。与蓝光芯片组装成器件测试表明,荧光陶瓷在蓝光LEDs/LDs的激发下发出白光,其CIE色度坐标分别为(0.307 6,0.332 9)和(0.308 0,0.331 6),光效分别为62.6 lm/W和146.3 lm/W。研究结果表明,YMAS∶Ce荧光陶瓷可应用于白光LEDs/LDs领域。  
      关键词:无压烧结;Y2MgAl4SiO12∶Ce3+;荧光陶瓷;白光LEDs/LDs   
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      发布时间:2024-04-08
    • 段凌岳,路万兵,王智逾,赵金鑫,王大伟,刘海旭,于威
      2024, 45(3): 443-449. DOI: 10.37188/CJL.20230310
      摘要:研究了粉末原子层沉积技术(ALD)在白光LED用K2SiF6∶Mn4+(KSFM)红色荧光粉包覆和表面改性中的应用,以及对其结构特性、发光性能和湿热环境中稳定性的影响。结果表明,采用ALD技术以三甲基铝作为前驱体、臭氧作为氧化剂,可以在KSFM表面形成氧化铝包覆层。X射线衍射、表面形貌分析表明,ALD处理过程不会影响KSFM荧光粉的晶相和形貌特征。发光光谱分析表明,由于氧化铝钝化特性还会增强KSFM荧光粉的发光强度,并且不改变其发光波长。相较于未经包覆的KSFM荧光粉,包覆层可以显著改善KSFM粉末的湿热环境稳定性,ALD包覆后样品的相对发光强度在85%湿度/85 ℃环境中老化处理24 h后仍能保持初始值的84%。  
      关键词:K2SiF6∶Mn4+;红色荧光粉;表面改性;原子层沉积;湿热稳定性   
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      发布时间:2024-04-08
    • 张文娜,黎仲寅,马纪涛,陈娅鹏,杨菲,郭海
      2024, 45(3): 450-457. DOI: 10.37188/CJL.20230307
      摘要:为了开发出高效稳定的单一基质白光发射荧光材料,本工作通过高温固相法成功合成了一系列La4GeO8∶Bi3+,Eu3+荧光粉样品,并通过X射线衍射、室温光谱、变温光谱等手段研究了实验样品的结构与发光性能。研究发现,Bi3+离子在该结构中占据两种不同的格位(Bi3+(Ⅰ)和Bi3+(Ⅱ)),且在紫外光激发下呈现两个峰值分别在475 nm和620 nm的宽带发射。对于Bi3+、Eu3+共掺样品,由于Bi3+(Ⅰ)与Eu3+之间的竞争吸收、Bi3+(Ⅰ)至Bi3+(Ⅱ)以及Bi3+(Ⅱ)至Eu3+的能量传递作用,可实现蓝色至红色、橙红色至红色的可调发光。特别地,样品La4GeO8∶0.07Bi3+,0.06Eu3+在313 nm光激发下可获得CIE值为(0.335,0.319)的优异白色发光。此外,该白光发射材料具有较佳的发光热稳定性,当温度升高至380 K时,发光积分强度仍然为室温的59%,表明其在白光二极管上具有潜在的应用价值。  
      关键词:La4GeO8∶Bi3+,Eu3+;可调发光;发光热稳定性;白光二极管   
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      发布时间:2024-04-08

      器件制备及器件物理

    • 陈禹先,张绪成,金冠宇,孟凡超,贾志旭,秦伟平,秦冠仕
      2024, 45(3): 458-467. DOI: 10.37188/CJL.20230327
      摘要:光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O⁃U波段且在O⁃U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。  
      关键词:光频梳;色散调控氟碲酸盐玻璃光纤;脉冲压缩;腔外扩谱;O-U波段平坦   
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      发布时间:2024-04-08
    • 李镔,刘士浩,张乐天,谢文法
      2024, 45(3): 468-475. DOI: 10.37188/CJL.20230331
      摘要:可见光通信(VLC)技术巧妙地融合了通信和照明或显示功能,为通信提供了高效便捷的方案。有机电致发光器件(OLED)作为最接近自然阳光的人造光源,在可见光通信系统的发射端展现出巨大的应用潜力。然而,受制于有机发光染料激子辐射复合速率较慢的限制,OLED在高频信号激励时响应速度较慢。为了克服这一限制,我们提出利用微腔结构,旨在通过微腔效应增强有机发光分子的自发辐射速率,从而改善器件的频率响应。研究结果表明,特定腔长的光学微腔引发的Purcell效应能够提升特定波长的光子态密度,从而加速其自发辐射速率。这种增强效应成功地将调制带宽从4 kHz提高到7 kHz,拓展了近75%的响应频率范围。  
      关键词:有机电致发光器件;微腔结构;自发辐射速率;可见光通信;调制带宽   
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      发布时间:2024-04-08
    • 党新明,焦腾,陈沛然,于含,韩宇,李震,李轶涵,董鑫
      2024, 45(3): 476-483. DOI: 10.37188/CJL.20230320
      摘要:采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺在p⁃GaAs(100)衬底上外延了Ga2O3薄膜并制备了n⁃Ga2O3/p⁃GaAs异质结日盲紫外探测器。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对Ga2O3薄膜表面形貌、晶体质量进行了测试与分析。结果表明,Ga2O3薄膜呈单一晶向,薄膜表面平整且为Volmer⁃Weber模式外延。测试表明,n⁃Ga2O3/p⁃GaAs异质结探测器具有明显的整流特性。器件在5 V反向偏压和紫外光(254 nm)照射下实现了超过3.0×104的光暗电流比、7.0 A/W的响应度、3412%的外量子效率、4.6×1013 Jones的探测率。我们利用TCAD软件对器件结构进行仿真,得到了器件内的电场分布和能带结构,并分析了器件的工作原理。该异质结探测器性能较好,制造工艺简单,为Ga2O3超灵敏日盲紫外探测器的研制提供了新途径。  
      关键词:氧化镓;金属有机化学气相沉积;异质结;日盲紫外探测器   
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      发布时间:2024-04-08
    • 潘绍驰,田思聪,王品尧,王子烨,陆寰宇,佟存柱,王立军,BIMBERG Dieter
      2024, 45(3): 484-492. DOI: 10.37188/CJL.20240006
      摘要:光子晶体面发射激光器(PCSEL)利用二维光子晶体光栅的布拉格共振实现面发射激光,具有其独特的优势,包括单模性能、在片测试、高功率、低发散角等。相比垂直腔面发射激光器(VCSEL),PCSEL有将近两倍的有源区光限制因子,展现出高速运行的潜力。本文探讨了PCSEL的基本结构和工作原理,并详细分析了影响PCSEL激光器实现高速性能的关键因素。随后,文章系统地介绍了近年来研究者们为实现PCSEL高速性能所做的努力,重点聚焦于通过增强PCSEL的面内限制来缩小激光腔,并提供了相关的研究方向和指导。  
      关键词:光子晶体;高速;面发射激光器   
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    • 佟海霞,王延靖,田思聪,蒋宁,李浩,佟存柱,魏志鹏
      2024, 45(3): 493-499. DOI: 10.37188/CJL.20240004
      摘要:如今,人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而,单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器,我们设计并制备了边长为30 μm×30 μm的方形横向耦合腔VCSEL,并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下,-3 dB带宽达30.1 GHz,在非归零调制下,在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图,相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC⁃VCSEL器件只需要一个电源驱动,使其适用于高密度集成,为封装集成应用提供了新的思路。  
      关键词:垂直腔面发射激光器;横向耦合腔;高速   
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    • 赵宇飞,佟存柱,魏志鹏
      2024, 45(3): 500-505. DOI: 10.37188/CJL.20240033
      摘要:将一个808 nm宽发射区半导体激光器应用于纵模选择束腰劈裂偏振合束外腔中,实现了高光束质量、高亮度和窄线宽的激光输出。所获激光输出功率为5.08 W,快慢轴光束质量M2=1.85×18.2,慢轴光束质量较自由运转激光器提高48%,输出激光亮度B=22.74 MW·cm-2·sr-1,是原激光器自由运转的1.3倍。所获激光光谱线宽为0.47 nm,压缩至原激光器自由运转的光谱宽度的0.14。  
      关键词:半导体激光器;合束;外腔   
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      发布时间:2024-04-08

      发光产业及技术前沿

    • 罗霖,丁勇杰,苏鹏飞,赵九洲,彭洋,陈明祥
      2024, 45(3): 506-515. DOI: 10.37188/CJL.20230318
      摘要:气密封装是推动电子器件高可靠发展的一项重要技术,传统气密封装技术存在焊接温度高、热冲击大、应用范围窄等问题,无法满足三维电镀陶瓷基板气密封装要求。本文结合脉冲激光焊接的技术优势,研究了脉冲激光焊接三维电镀陶瓷基板实现气密封装,重点探讨了焊接过程中脉冲激光与材料相互作用模式,分析了焊接样品界面微观形貌、气密性、力学性能等。研究表明,焊接金属区裂纹的出现与基底金属铜向可伐侧的扩散密切相关;焊接过程稳定、焊接熔深小的热传导模式和过渡模式可以避免焊接裂纹出现。通过试验优化了焊接工艺参数,当激光峰值功率为120 W、脉冲宽度为1 ms、重叠率为80%时,三维陶瓷基板腔体结构获得了最佳高气密性,泄漏率为5.2×10-10 Pa·m3/s,接头剪切强度为278.06 MPa,满足第三代半导体器件高可靠气密封装需求。  
      关键词:脉冲激光;焊接模式;气密封装;三维电镀铜陶瓷基板(3-D DPC)   
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    • 曾照明,万垂铭,肖国伟,林宏伟,王洪
      2024, 45(3): 516-523. DOI: 10.37188/CJL.20230312
      摘要:大功率白光LED封装主要分为玻璃荧光片封装和荧光粉胶封装。本文提出一种用荧光胶封装大功率白光LED的方法,优化白光LED的发光面的均匀性,并分析了荧光胶封装和用荧光片封装的大功率白光LED的光热性能。实验结果表明,在1 400 mA电流驱动下,荧光胶封装白光LED的光通量为576.07 lm,比荧光片封装白光LED的光通量高15.5%,光转换效率为35.8%。在温度从25 ℃提升到125 ℃的过程中,荧光胶封装器件的亮度衰减了20%,色温从5 882.11 K提高到6 024.22 K。荧光胶封装的白光LED在常温下的热阻为1.7 K/W,与玻璃荧光片封装的热阻接近。在840 h高温高湿老化和1 600 h高温老化实验中,荧光胶封装的相对光衰均能稳定在97%。  
      关键词:大功率白光LED;玻璃荧光片;荧光粉胶;光热性能;热稳定性   
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      发布时间:2024-04-08
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