高效快速的硅雪崩光电二极管

本文报导了高效,快速的保护环硅雪崩光电二极管(GAPD)和拉通型雪崩光电二极管(RAPD)。为使 GAPD 消除光电流中的扩散慢分量,在理论上分析和计算了零场区对它的影响。通过单晶片背面蚀洞减薄,并在背面作硼扩散构成内建场,以便在不增加工作电压的情况下,实现快速响应和高量子效率。并介绍了在中阻硅单晶片上,用离子注入制作高场区,用上述减薄方法制造了 RAPD。两种实验器件所获得的性能如下:GAPD—击穿电压为105～120V;对锁模 Nd:YAG 激光脉冲,输出脉冲半宽度τ=500ps,前沿为450ps,后沿为750ps,在λ=0.9μm 下,量子效率η≥30%。而 RAPD—击穿电压为120～180V,对锁模 Nd:YAG 激光脉冲,输出脉冲半宽度τ=450ps,前沿和后沿均为450ps,在λ=0.9μm 下,量子效率η≥60%。     

三元合金CdSexTe1-x量子点敏化太阳能电池

为了获得高光电转化效率的量子点敏化太阳能电池,我们制备了水相合金量子点CdSexTe1-x,通过直接吸附方法组装了量子点敏化太阳能电池,比较不同Se:Te比例下CdSexTe1-x电池的性能变化;当Se:Te=2:3时,CdSexTe1-x敏化太阳能电池各种性能最佳,其光电转换效率可达2.47%。相比于同条件制备的水相CdSe和CdTe量子点敏化太阳能电池转换效率分别提升了90% 和70%。进一步改善CdSexTe1-x量子点表面修饰,抑制电池暗电流,在使用液态多硫电解液的环境下,获得了填充因子为72.7%的CdSexTe1-x量子点敏化电池。     

固态照明用蓝光LED和LD辐射量子效率与电流密度的比较研究

比较了蓝光LED和LD的辐射量子效率随电流密度变化的趋势.LED在低电流密度时具有很高的辐射量子效率,并且在电流密度为24.4 A/cm2时达到了峰值效率,随着电流密度的增大,其量子效率会急剧下降;LD在电流密度低于出光阈值时辐射量子效率为零,待达到出光阈值后迅速上升并在电流密度为4.85×103 A/cm2时超越LED.分析表明,LED效率骤减是由于自身的发光机理限制了辐射速率的提升;LD受激辐射发光机理恰好弥补了LED的不足,其辐射量子效率受非辐射复合速率的影响较小.结果表明,LD具有高电流密度下高辐射量子效率的特性.     

探测低空大气CO2浓度分布的近红外微脉冲激光雷达

提出了用来探测大气CO2分布、基于光纤1.6um波长的微脉冲激光雷达,对其性能进行了数值模拟.微脉冲激光雷达的发射机以半导体激光器加光纤放大器为核心,饱和输出功率37dBm;接收机采用了近红外光电倍增管和光子计数器,量子效率1%;一种偏正无关性纤维光学环形器作为发射/接收转换器,分波/合波器、隔离器、滤波器、耦合器都采用光纤器件,使系统更牢固.该系统的特点是发射脉冲能量低20uJ、重复频率高20KHz、小型化.(18×106个脉冲累加)它对近地面4.7Km高度内的探测信噪比在10∶1以上.光电倍增管的暗计数2×105/s限制了系统探测距离的增加.吸收倍增分离的InGaAs/Si雪崩光电二极管将会改善雷达的性能.     

长波长光纤通讯用的In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP PIN光电二极管

本文通过对正面光照型(由p~+-InGaAs层注入光子)和背面光照型(由n~+-InP层注入光子)两种结构的比较,讨论了高性能正面光照型InGaAs PIN光电二极管的设计原则和理论模型.重点分析了器件反向I-V特性、量子效率、脉冲响应时间等问题.所研制的器件性能如下:在工作偏置V_(op)=-5V时,暗电流密度J_D=2.5×10~(-6)A/cm~2;结电容C_j=0.7pF;量子效率η=85%(λ=1.3μm);脉冲响应时间△τ=100ps     

大功率LED效率特性分析与驱动方案设计

考察了大功率LED量子效率衰落问题的研究进展并检测和比较了当前市场不同产品的大功率LED性能,随着LED效率-电流特性的逐渐改善,其最高效率所对应驱动电流开始超过额定电流。由此提出LED的矩形波脉冲驱动策略,驱动电路中MOS晶体管栅极由低频(200～800Hz)矩形脉冲调制高频(～40kHz)脉冲产生的间歇式PWM脉冲串来控制,在输出端滤除高频成分后得到接近于矩形波的低频脉冲电流输出。在调节驱动电路的电流工作点以达到负载LED最高发光效率工作点同时,约束输出脉冲峰值电流与占空比以保证LED驱动电流的平均值恒定。     

硼原子对Si(100)衬底上Ge量子点生长的影响

研究了硼原子对 Si( 1 0 0 )衬底上 Ge量子点自组织生长的影响 .硼原子的数量由 0单原子层变到 0 .3单原子层 .原子力显微镜的观察表明 ,硼原子不仅对量子点的大小 ,而且对其尺寸均匀性及密度都有很大影响 .当硼原子的数量为 0 .2单原子层时 ,获得了底部直径为 60± 5nm,面密度为 6× 1 0 9cm- 2 ,且均匀性很好的 Ge量子点 .另外 ,还简单讨论了硼原子对 Ge量子点自组织生长影响的机制 .     

CS2宽带光限幅和非线性吸收特性研究

利用ns脉冲激光，研究了CS2在420-470nm波长范围内的非线性吸收和光限幅特性。实验结果表明，CS2对420-450nm波长的脉冲激光具有大的非线性吸收和优良的光限幅性能，随着波长的增加，其非线性吸收和光限幅性能逐渐减小；CS2良好的宽带光限幅性能源于其大的非线性吸收，其非线性吸收机制为双光子吸收（TPA）以及由TPA诱导的激发态吸收（ESA）。     

诱惑态下相位差分量子密钥分发效率分析

讨论基于微弱相干脉冲的相位差分量子密钥分发系统,综合分析系统的安全性问题,给出了密钥生成效率表达式.分析诱惑态对相位差分量子密钥分发系统安全性的影响,并给出了结合诱惑态后的密钥生成效率表达式.结果表明,结合诱惑态的相位差分量子密钥分发过程不再受到分光子攻击和序列攻击的威胁,其密钥分发效率与Hoi-Kwong等人提出的诱惑态的表述结果一致.实验数据显示,结合诱惑态后的相位差分系统,其安全传输距离得到了进一步提高,量子密钥分发效率提高了约1个数量级.     

高速近红外1550nm单光子探测器

高速近红外1 550 nm单光子探测器采用半导体制冷和热管风冷混合技术,雪崩二极管工作于盖革模式下,使用交流耦合方式提供门脉冲信号,通过延迟补偿和采样边沿锁存方式消除尖脉冲干扰,采用反馈门控减小后脉冲的影响。采用了ECL(Emitter Couple Logic)与TTL(Transistor-TransistorLogic)混合电子技术提高单光子探测系统的运行频率,其频率可大于10 MHz;另外,通过对雪崩信号的放大来提高信号的动态范围,进一步优化探测器的性能。实验测试与分析表明,探测器在时钟频率10 MHz、温度-62℃、门脉冲宽度8 ns的条件下的最优性能参数为:量子探测效率12.8%,暗计数率3.76×10-6ns-1,噪声等效功率8.68×10-19W/Hz1/2。     

CdTe和CdTe/CdS量子点的量子尺寸效应

利用水热法合成了三种不同尺寸的单核CdTe量子点和核壳CdTe/CdS量子点。应用Top-hat Z-scan技术在纳秒、皮秒、飞秒激光脉冲作用下研究了三种不同尺寸单核CdTe量子点的非线性吸收特性。实验结果表明:在不同激光脉冲作用下三种不同尺寸的CdTe量子点的非线性吸收特性均表现为饱和吸收,并且均呈现出随着量子点尺寸的减小,其非线性吸收特性增大的趋势。为了进一步研究量子点尺寸的变化对非线性吸收特性的影响,又在飞秒激光脉冲作用下研究了核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性;随着包壳时间的增加,壳层厚度增加,量子点尺寸增加,其非线性吸收特性呈减小趋势,并且核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性明显优于单核CdTe量子点;分析讨论了单核CdTe量子点与核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性和量子尺寸效应机制,实验结果表明合成的量子点样品均具有良好的量子尺寸效应。     

Nd∶YAG 的热处理对激光效率的影响

本文叙述了热处理对高频感应加热炉生长的Nd:YAG晶体激光效率的影响。实验结果表明:经过900℃至1500℃任一温度恒温48 h的退火热处理后,Nd:YAG激光棒的激光效率有很大提高;而对吸收光谱、均匀性、光散射等性能的比较实验、都不见变化;只能说是其量子效率有所提高。     

用于高速量子密码系统的1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器的研制

随着量子密码领域的快速发展,近红外单光子探测器的研究已经成为该领域的研究重点和技术制高点。报道了一种基于正弦门控与滤波技术的InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)高速单光子探测器,门控频率达到1.25GHz。在探测效率为10.3%时,暗计数概率为1.3×10-6/gate,后脉冲概率为5.6×10-5/ns。这种高速单光子探测器将大幅度提升量子密码系统的两个关键指标——密钥率和传输距离,为下一代高速量子密码系统的实用化应用奠定了基础。     

脉冲激光沉积β-FeSi2/Si(111)薄膜的工艺条件

用FeSi2合金靶作为靶材,采用准分子激光沉积法在Si(111)单晶基片上制备了单相的-βFeSi2薄膜,并将飞秒脉冲激光沉积法(PLD)引入到-βFeSi2薄膜的制备工艺中;用X射线衍射仪(XRD),场扫描电镜(FSEM),能谱仪(EDS),紫外可见光光谱仪研究了薄膜的结构、组分、表面形貌和光学性能。基片温度为500℃,采用KrF准分子脉冲激光沉积法可获得单相的-βFeSi2薄膜。衬底温度为550℃时,-βFeSi2出现迷津状薄层。采用飞秒脉冲激光法-βFeSi2薄膜的合成温度比准分子脉冲激光沉积法制备温度低50~100℃;薄膜的晶粒分布均匀连续,没有微米级的微滴;飞秒脉冲激光沉积效率比准分子激光的高1000倍以上,是一种快速高效的-βFeSi2薄膜沉积技术。     

紫外-真空紫外光电倍增管量子效率定标

为了考察光电倍增管的性能,以使其满足空间遥感仪器在轨应用需求,利用氘灯、真空紫外单色仪、光电倍增管等构建了一套基于标准真空光电管的量子效率定标系统,依据光电倍增管的阴极量子效率测量原理,将光电倍增管改造成无电子束倍增的光电管,实现了由标准真空光电管到光电管R2078的标准传递;并在此基础上,在国内首次实现了150~300nm紫外-真空紫外波段光电管量子效率的直接测量。测量结果表明:由于光电管R2078的窗口材料为融石英,其在155nm处的透过率最小,因此在155nm处获取的量子效率最小,在230nm波长处量子效率最大。最后对测量结果进行不确定度分析与估计,得到总的合成不确定度为3.4%。     

量子保密通信用增益开关半导体脉冲激光器

近30年来,量子信息科技是令人激动的研究领域之一。其中,量子保密通信技术,已逐渐开始从实验研究迈向工程应用,有望率先实现商用化发展。面向量子保密通信系统的全面普及和推广,基于半导体激光器的增益开关效应和商品电子学芯片,设计和实现了皮秒脉冲激光器模块。其特点包括:工作波长位于光纤量子信道的低损窗口,即1.5μm波段;输出光频的波动小于20 MHz;光脉冲的时域宽度为10个皮秒量级;输出光脉冲间不具有确定的相位关系。进一步地,结合"弱相干"单光子源在量子保密通信技术中的应用,对上述特点进行检验和讨论。     

CO2激光脉冲外差探测一阶统计特性分析

从分析高斯本振光和爱里信号回波互相干函数 (或外差量子效率 )一阶统计量入手 ,推导出CO2 激光脉冲外差探测振幅、位相和波矢空间夹角匹配条件 ,其外差量子效率的最大理论值为 0 82。在离焦失准状态下 (即球像差 ) ,两束光的位相差主要由高斯本振光波前弯曲决定 ,并因此导致外差量子效率的降低。     

硼掺杂纳米硅薄膜的多脉冲激光熔覆数值模拟及实验研究

为研究多脉冲激光的热累积效应对硼掺杂纳米硅薄膜熔覆过程的影响,采用单温模型,利用三维有限元方法对激光与硅薄膜的相互作用过程中温度场的分布进行了数值模拟,得到了多脉冲激光耦合情况下的温度场变化规律。仿真结果表明:与单脉冲相比,在多脉冲激光作用下,峰值温度增加了3.2%,熔池尺寸扩大了18.75%,同时热影响区范围也明显增加;激光辐照后,熔覆层表面温度下降,但基体温度仍会继续上升,多脉冲热累积效应为纳米硅薄膜中硼元素扩散提供了有利条件。最后,通过单脉冲及多脉冲激光熔覆实验,分析了熔覆硅薄膜后的熔覆层表面状况的差异,并获得了激光熔覆辅助硼元素扩散的一般规律,为硼掺杂纳米硅薄膜的激光辅助扩散技术在半导体器件中的应用提供了条件。     

基于黑磷量子点可饱和吸收体的多波长脉冲簇光纤激光器

由于其独特的光电特性,黑磷量子点(BPQDs)获得研究者们的广泛关注。将基于微纳光纤沉积BPQDs的光子器件接入掺铒光纤激光腔内,利用其可饱和吸收特性和高非线性效应分别获得了单、双波长脉冲簇现象。在单波长脉冲簇状态下,每簇脉冲包含9个脉冲,各脉冲之间具有不同的时间间隔;在双波长脉冲簇状态下,每个波长分别对应一套脉冲簇序列,两套脉冲簇序列具有不同的强度和时间间隔。该结果有助于加深人们对多波长光纤激光器及脉冲簇动力学的理解,也证明了BPQDs可以作为性能优良的可饱和吸收体应用于超快光学领域。     

基于CMOS的量子通信精跟踪系统设计及检验

分析了量子通信中精跟踪系统的构成要素,由于量子通信中信标光的脉冲特性,提出以高帧频CMOS作为精跟踪探测器,其经一体化设计帧频达到2.5 kHz,并以压电陶瓷快速反射镜作为精跟踪执行机构。采用离散化设计及根轨迹方法分析了控制参数取值及系统传递函数。对实验系统进行了实验室及外场32 km车载平台测试,在实验室静态条件下系统跟踪精度优于±1μrad,外场动态情况下跟踪精度优于±8μrad,采用频谱分析方法验证了精跟踪系统干扰抑制带宽大于100 Hz。