a-SiCx∶H和β-SiC中Er缺陷结构及其1.54μm发光探索

本文提出在宽带隙的a-SiCx∶H或β-SiC中共掺铒和氧以实现铒的1.54μm光发射。用集团模型和电荷自洽的EHMO理论计算了β-SiC中Er缺陷的电子结构,并在实验上实现了Er在a-SiCx∶H中的1.54μm光致发光(77K).结果表明,β-SiC或a-SiCx:H有可能是实现Er的1.54m室温高效发光的优良基质材料.     

被动Q调制Er∶Cr∶YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长,掺铒固体激光器(Er∶Cr∶YSGG激光器:λ=2.79μm;Er∶YAG激光器:λ=2.94μm)得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体,实现了Er∶Cr∶YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J,最短脉冲宽度将近300ns,单脉冲运转能量可达20.3mJ。实验中所用的耦合输出镜均采用的是平-平的介质膜镜片,在2.79μm处的透射率为28%,全反镜是平-凹镀金镜片,曲率半径为2m,采用闪光灯抽运,脉冲宽度为150μs,激光工作频率为1Hz,激光增益介质为直径4mm,长度110mm的Er∶Cr…     

纳米硅对掺铒氧化硅电致发光的增强作用

用磁控溅射法在n+-Si衬底上淀积掺铒的富硅氧化硅(SiO2∶Si∶Er)薄膜,并制备了Au/SiO2∶Si∶Er/n+-Si发光二极管,观测到这种发光二极管的1.54μm电致发光强度是在掺铒二氧化硅薄膜上以同样方法制备的Au/SiO2∶Er/n+-Si发光二极管的8倍.在n+-Si衬底上淀积了纳米(SiO2∶Er/Si/SiO2∶Er)三明治结构,其硅层厚度以0.2 nm为间隔从1.0nm变化到4.0nm.在室温下观察到了Au/纳米(SiO2∶Er/Si/SiO2∶Er)/n+-Si发光二极管的电致发光,其电致发光谱可分解成峰位和半高宽都固定的3个高斯峰,峰位分别为0.757eV(1.64μm)、0.806eV(1.54μm)和0.860eV(1.44μm),半高宽分别为0.052、0.045和0.055eV,其中1.54μm峰来源于Er3+发光.当硅层厚度为1.6nm时,3个峰的强度都达到最大,分别是没有硅层的Au/SiO2∶Er/n+-Si发光二极管相应3个峰的22、7.9和6.7倍.     

注铒a-SiOx∶H中Er3+发光与薄膜微观结构的关系

采用光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)谱研究了掺铒a-SiOx∶H(a-SiOx∶H〈Er〉)薄膜在不同退火温度下光学性质和微观结构的变化.PL谱的测量结果表明:薄膜在1.54μm的Er3+发光和750nm处的可见发光随退火温度有相同的变化趋势,这种变化和薄膜在退火过程中微观结构的变化有着密切关系.FTIR谱的分析表明:a-SiOx∶H薄膜是一种两相结构,富硅相镶嵌在富氧相中.两者的成分可近似用a-SiOx≈0.3∶H和a-SiOx≈1.5∶H表示,前者性质接近于氢化非晶硅(a-Si∶H),后者性质接近于a-SiO2.富硅相在退火中的变化对Er3+的发光强度有重要影响.     

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅（SiC/nc-Si）多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系，并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8，即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高. 在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx∶H(a-SiCx∶H)和非晶Si∶H (a-Si∶H) 薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜. 利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx∶H/nc-Si∶H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计，它的结构为{Si}1{SiC}5. 最后对晶化样品的光致发光谱进行研究，详细分析了各个光致发光峰的物理本质.     

注铒a-SiOx∶H中Er3+发光与薄膜微观结构的关系

采用光致发光(PL)谱和傅里叶变换红外(FTIR)谱研究了掺铒a-SiOx∶H(a-SiOx∶H〈Er〉)薄膜在不同退火温度下光学性质和微观结构的变化.PL谱的测量结果表明:薄膜在1.54μm的Er3+发光和750nm处的可见发光随退火温度有相同的变化趋势,这种变化和薄膜在退火过程中微观结构的变化有着密切关系.FTIR谱的分析表明:a-SiOx∶H薄膜是一种两相结构,富硅相镶嵌在富氧相中.两者的成分可近似用a-SiOx≈0.3∶H和a-SiOx≈1.5∶H表示,前者性质接近于氢化非晶硅(a-Si∶H),后者性质接近于a-SiO2.富硅相在退火中的变化对Er3+的发光强度有重要影响.     

激光二极管抽运的1.54μm钕玻璃被动调Q激光器

1 .5 4μm铒玻璃激光器具有体积小、成本低、效率高、结构简单、光束质量好、对人眼安全等特点。其调Q激光运转在人眼安全激光测距、激光制导等领域有着极好的应用前景。国外在 2 0世纪 90年代初开始了这方面的研究工作[1] 。在国内 ,本课题组和中国科学院上海光学精密机械研究所相继报道了LD抽运的连续铒玻璃激光器[2～ 4 ] ,我们对调Q运转作了进一步的研究 ,采用波长为 973nm的国产 1W半导体激光器为光源 ,采用平凹腔结构 ,整个谐振腔长度小于 5mm。激光介质为厚度 1mm的Er/Yb共掺的玻璃 (Er离子掺杂浓度约 1% ) ,以Co2 + ∶MgAl2 O4…     

μc-SiC/poly-Si异质结太阳能电池制造中的一些技术分析

应用计算机数值模拟方法计算n＋（μc－SiC：H）／p（poly－Si）及n＋（μc－SiC∶H）／i（a－SiC∶H）／p（poly－Si）异质结太阳能电池中的电场强度分布，说明μc－SiC／poly－Si异质结电池制造中μc－SiC：H膜厚选择，进而对嵌入a-SiC∶H薄层的μc－SiC／poly－Si异质结太阳能电池设计进行分析，包括a－SiC∶H薄层N型掺杂效应，最后讨论μc－SiC／poly－Si太阳能电池稳定性。     

半导体激光泵浦的3 μm掺铒固体激光研究进展

3μm激光在国防安全、生物医疗、光谱分析等领域具有广阔的应用前景。与非线性频率变换、半导体激光技术相比,利用掺Er的激光增益介质产生3μm激光是一种比较直接、高效的方法。随着3μm掺Er激光器在输出功率和效率方面的突破,半导体激光泵浦的3μm掺铒固体激光已成为热点研究方向。回顾了不同基质材料掺杂Er离子产生3μm激光的输出特性和研究进展;从铒离子能级结构出发,分析了铒离子间的能量传递上转换、激发态吸收等跃迁过程对3μm激光输出性能的影响,并对3μm稀土离子掺杂固体激光器的功率提升潜力和发展前景进行了展望。     

LD抽运实现Er,Yb共掺磷酸盐玻璃微片连续激光输出

掺铒激光玻璃能实现 1 .5 4μm波长的激光 ,对人眼安全 ,又处于通信窗口 ,可以应用于通信和测距仪等方面。我们利用自己制备的 Er,Yb共掺磷酸盐玻璃 (铒离子荧光寿命τ =7.5 ms,峰值发射截面σem =0 .8× 1 0 - 2 0 cm2 ,Yb2 O3浓度 :1 5 .6 wt- % ,Er2 O2 浓度 :0 .5 wt- % ) ,用中国科学院北京半导体研究所的 974nm( 2 W)半导体激光器作为抽运源 ,利用两个透镜对 LD抽运光进行整形 ,入射到铒玻璃上抽运光的光斑大小约为 5 0～ 80 μm,形状为椭圆形。铒玻璃的厚度为 2mm,一面镀 974nm增透膜 ( T =92 % ) ,1 5 40 nm全反膜 ,另一面镀 1 …     

掺铒a-Si∶H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法 ,改变 Si H4 和 N2 O的流量比制备含有不同氧浓度的 a- Si∶ H,O薄膜 .用离子注入方法掺入铒 ,经 30 0— 935℃快速热退火 ,在波长 1 .54μm处观察到很强的室温光致发光 .氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度 ,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系 ,不是单调地随氧含量的增加而增强 .研究了掺铒 a- Si∶ H,O薄膜和微结构 ,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系 .     

LD侧面抽运的铒玻璃激光器

铒玻璃激光器可以直接输出1.54μm人眼安全激光,主要应用在激光测距。报道了LD侧面抽运的Er+3,Yb+3共掺磷酸盐玻璃激光器的运转。实现了自由振荡输出60mJ;在0.5Hz重复频率下,稳定输出50m J/脉冲,波长1.54μm。实验表明,抽运的对称性和均匀性是设计铒玻璃激光器的关键。     

平均功率为7W的眼安全激光器

1．5μm眼安全激光器在激光测距、光雷达和遥感中有着广泛的应用。大多数眼安全激光器一直依靠非线性光学系统或复杂的交叉激励泵浦机理来产生1．5μm波长的激光。BAE Systems公司的科研人员现开发出一种共振泵浦，能以1．64μm的眼安全辐射波长产生7W平均输出功率的Er：YAG激光器。他们认为，这是体Q开关掺铒激光器可获得的最高平均功率。     

焦耳级大能量中红外固体Fe∶ZnSe激光器

为实现焦耳级大能量中红外4～5μm波段激光输出，基于波长为2.94μm的Er∶YAG激光泵浦源和液氮恒温控制器，搭建了固体Fe∶ZnSe激光器实验装置，研究了温度和晶体参数对Fe∶ZnSe激光器输出时域波形及能量的影响。闪光灯泵浦的Er∶YAG泵浦激光时域波形展现出固体激光典型的弛豫振荡现象，Fe∶ZnSe激光脉冲波形与泵浦激光波形保持强相关性，且单个尖峰脉冲宽度随温度的升高而变小。在低温79 K条件下，当Er∶YAG泵浦能量为2.75 J时，实现了Fe∶ZnSe激光1.04 J大能量输出，对应的斜率效率和光光转换效率分别为36.4%和37.8%，激光中心波长为4.1μm。在热电致冷可达的240 K温度条件下，当泵浦能量为500 mJ时，Fe∶ZnSe激光的能量输出为50 mJ，激光中心波长为4.4μm。研究结果为焦耳级大能量中红外固体激光器的研制提供了参考。     

被动Q调制Er:Cr:YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长，掺铒固体激光器（Er：Cr：YSGG激光器：λ=2．79μm；Er：YAG激光器：λ=2．94μm）得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体，实现了Er：Cr：YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J，最短脉冲宽度将近300ns，单脉冲运转能量可达20．3mJ。     

(Si,Er)双注入热氧化SiO_2/Si薄膜的表面结构及1.54μm光发射

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将 Si和 Er离子双注入到不同厚度热氧化 Si O2 / Si薄膜中获得 Er掺杂硅基发光薄膜 .掺杂到热氧化 Si O2 / Si薄膜表面的 Er原子浓度可达到～ 10 % ,即体浓度～ 10 2 1 cm- 3 .热氧化 Si O2膜越厚 ,溅射后 Si O2 保留量越多 ;再结晶硅颗粒结晶程度提高 ,逐渐纳米化 ;未见有大量的 Er偏析或铒硅化物形成 ,Er大部分以固溶形式存在 .在 77K下获得了较强 1.5 4μm光致发光信号 ,室温下发光强度温度猝灭不明显     

Er~(3+)/Nd~(3+)共掺铋锗酸盐玻璃2.7μm光谱性质研究（英文）

用高温熔融法制备了Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃,研究了玻璃的吸收光谱和在808 nm抽运下的荧光光谱。研究表明:对应于2.7μm发光,Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃具有大的自发辐射几率(58.46 s-1)和受激发射截面(8.34×10-21cm2)。通过对铒钕离子之间能量传递微观系数和效率的计算得知,钕离子不但可以增加铒离子2.7μm发光上能级的布局数,而且可以减小其下能级的布局数,良好的2.7μm发光性质表明Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃是一种潜在的中红外发光激活介质。     

1．7μm波长单频掺铥光纤激光器研制成功

目前，世界上已研制出在1．1μm光波段掺镱（Yb）离子和1．5μm光波段掺铒（Er）离子的单频光纤激光器。最近，丹麦科技大学的科学家们研制成功被认为是第一个基于铥（Tm）离子的1．7μm波长、单频、分布反馈（DFB）的光纤激光器。他们期望该激光器激射波长在1．7—2．1μm，将用于高分辨率光谱仪、相干光雷达和光频率混合等领域。     

SiO_2:Er和Si_xO_2:Er薄膜室温Er~(3+)1.54μm波长的电致发光

在 n+ -Si衬底上用磁控溅射淀积掺 Er氧化硅 (Si O2 :Er)薄膜和掺 Er富硅氧化硅 (Six O2 :Er,x>1 )薄膜 ,薄膜经适当温度退火后 ,蒸上电极 ,形成发光二极管 (LED)。室温下在大于 4V反偏电压下发射了来自 Er3+的 1 .5 4μm波长的红外光。测量了由 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品分别制成的两种 LED,其 Er3+1 .5 4μm波长的电致发光峰强度 ,后者明显比前者强。还发现电致发光强度与 Si O2 :Er/n+ -Si样品和 Six O2 :Er/n+ -Si样品的退火温度有一定依赖关系     

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s*紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅(SiC/nc-Si)多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系,并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8,即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高.在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx:H(a-SiCx:H)和非晶Si:H(a-Si:H)薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜.利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx:H/nc-Si:H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计,它的结构为{Si}1{SiC}5.最后对晶化样品的光致发光谱进行研究,详细分析了各个光致发光峰的物理本质.