GaAs/GaAlAs量子阱在电场作用下光电流谱的研究

我们用室温和低温下电场下的光电流谱研究了 GaAs/AlGaAs多量子阱p-i-n 二极管的量子限制斯塔克效应.侧面光照下测量的光电流谱明显地反映出轻重空穴激子峰的偏振效应.对光电流谱和光致发光激发光谱进行对比发现,外加电场不仅影响光吸收,也影响多量子阱中光生载流子的漂移过程.光电流谱的线形用 P~-/n~+结的耗尽模型进行了分析,并计入了入射光强度在光传播过程中由于产生吸收跃迁而发生的衰减.光电流谱峰与激发光谱峰的斯塔克位移提供了多量子阱中电场分布的信息,并证明了耗尽区模型的正确性.     

等离激元纳米海胆结构增强热载流子的产生与注入

等离激元激发产生的热载流子可以有效驱动化学反应的发生，进而实现太阳能的高效利用。合理设计等离激元金属纳米结构是提高热载流子产生与注入效率，进而实现超宽光谱吸收和高效能量转换的有效途径。本课题组制备了具有高密度尖端的等离激元纳米海胆颗粒，并构建了金属半导体复合结构的光阳极，通过测试光阳极微反应区的光电流响应评估了热载流子的产生与注入效率。结果表明：纳米海胆结构具有优异的光电催化活性，其尖端处的大量热点促进了热载流子的产生，金属与半导体间丰富的界面接触增加了热载流子的注入机会。该设计为热载流子的高效激发与提取提供了参考。     

强相干辐射在介质中的瞬态光栅效应

两相干脉冲相向传播,在介质中相遇,其相干叠加的结果将在介质中形成光场强度随空间的周期分布,介质在两相干光场的作用下产生跃迁,从而形成与光场强度随空间周期分布相对应的上能级粒子数随空间的周期分布,称为粒子数分布光栅。由于粒子有一定纵向、横向弛豫时间,因此粒子数分     

LDD结构参数对多晶硅薄膜晶体管热载流子退化的影响

基于Tsuprem4和Medici模拟软件,研究了LDD结构对多晶硅薄膜晶体管热载流子退化的影响.计算结果表明当栅氧层厚度tox=0.07 μm时,碰撞离化产生率和热电子注入电流峰值将达到最大,扩展区掺杂浓度增加,使沟道中横向电场和碰撞离化产生率的峰值分布区域向着栅电极的方向移动,即在应力作用下,热载流子退化的区域向着栅电极的方向漂移.     

非接触四波混频技术测试InP单晶

利用四波混频(FWM)技术测试了非掺杂、掺Fe半绝缘InP单晶的光电特性,对载流子的产生、复合和输运等过程进行了研究,分析了深陷阱在载流子的产生与输运中的作用,并给予了解释。利用光栅衰减动力学得到在不同激发水平下非平衡自由载流子的扩散系数和复合时间。通过分析衍射效率和激发能量之间的相互关系,测定了缺陷的电学特性,即它们在光照下的传输和对载流子传输的贡献。这种技术可以通过测量时间和空间上的载流子分布,进而利用光学技术测试半导体材料的光电特性。     

N型InSb的光子牵引效应

本文报道了我们关于N型InSb光子牵引效应的研究工作。不同于P型Ge的价带间跃迁,N型InSb的红外吸收是自由载流子吸收,是二阶量子跃迁过程。除了电子和光波的相互作用外,还同时有电子和声子或杂质中心的相互作用。我们研究了在这种情况下,载流子和光波的动量交换如何引起光子牵引效应。由于InSb是典型的窄禁带半导体,电子有效质量很小,可以指望它有较强的光子牵引电流。对N-InSb光子牵引的报道是很少的。     

半导体中超快过程的研究

用飞秒脉冲激光技术研究了半导体中的超快过程．通过用超快光生电压谱对激光激发载流子的动量弛豫过程进行检测,得到在半导体硅中载流子的动量弛豫时间约为70飞秒,该过程与载流子与载流子的散射几率有关;对于锗硅量子点,由于载流子的散射几率下降,使动量弛豫时间增加至130飞秒．用超快反射谱法测量了载流子的能量弛豫过程和扩散过程,用高能量激光激发得到载流子的能量弛豫时间约为几个皮秒,这与载流子与声子的散射几率密切相关;而用低能量激光激发可得到光生载流子的扩散时间约为1百皮秒量级．     

半导体中非平衡载流子的输运过程(Ⅰ)

在描述载流子输运过程的玻尔兹曼方程的碰撞项中考虑了带间跃迁的贡献,从而将它推广到存在非平衡载流子的情况。由此导出了非平衡载流子寿命,复合几率的统计表达式,以及包括产生-复合过程的电荷连续性方程和稳态输运过程的电流方程。     

MSM光探测器的直流特性

在稳态条件下金属 -半导体 -金属 (MSM)光探测器的光电流一维模型可以通过求解电流连续方程和传输方程来建立并求解 .在这种条件下 ,器件内部的载流子分布情况和总体光电流可以得到解析解而不用数值方法求解 .本文从电流连续方程和传输方程出发详细推导了这一过程 ,并将这一结果应用于具体的 In Ga As MSM光探测器的直流等效电路模型上 ,取得了很好的效果     

MSM光探测器的直流特性

在稳态条件下金属-半导体-金属(MSM)光探测器的光电流一维模型可以通过求解电流连续方程和传输方程来建立并求解.在这种条件下,器件内部的载流子分布情况和总体光电流可以得到解析解而不用数值方法求解.本文从电流连续方程和传输方程出发详细推导了这一过程,并将这一结果应用于具体的InGaAs MSM光探测器的直流等效电路模型上,取得了很好的效果.     

相干控制中基倍频光等相面的测控方法

在超快光学领域中的相干控制实验中,往往由于基频及其倍频激光脉冲波前面的位相面畸变与相位不一致性的存在而无法达到预期的实验结果.本文设计了一种诊断此畸变的实验方法,制作得一台效果显著的自动位相修正系统,成功地使用在相干控制光电流实验中.该系统利用位相畸变修复算法,根据光强与位相差的关系求出位相差的空间表面结构,由此计算压电陶瓷的调节电压与方向,使得可移动反射镜朝畸变减少的方向移动.实验结果表明该系统可实时自动地调节两光束的波前面保持平行.     

Quantum phase noise and field correlation in single frequency semiconductor laser systems

The influence of quantum phase fluctuations which affect single frequency semiconductor lasers in various coherent detection systems is discussed in terms of photocurrent autocorrelation and spectral density functions. The general treatment given in this paper can be applied in diverse practical cases and points out the problems of phase correlation and phase matching between the two mixed optical beams. In the more general case the photocurrent spectrum is found to be composed of discrete and quasi-Lorentzian parts whose energies and spectral spreads are discussed as a function of the laser line width, the phase matching and the phase correlation between the two coherently combined fields.     

部分相干调制方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和相干偏振统一理论,研究了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性,推导出了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和相位调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响,有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。     

部分相干径向偏振涡旋光焦场轨道角动量特性

将部分相干径向偏振涡旋光束的轨道角动量应用于焦场目标探测,根据部分相干及Richards-Wolf矢量衍射积分理论,推导了光束焦场目标平面处的光场分布,讨论了焦平面处的轨道角动量密度分布特性,分析了入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对纵向分量轨道角动量密度分布和轨道角动量的影响。结果表明,随着相干长度的增大,轨道角动量和轨道角动量密度迅速变大,当增大至0.5 cm后,轨道角动量和轨道角动量密度的变化趋于平缓,此后,相干长度的变化不再影响轨道角动量和轨道角动量密度分布。随着数值孔径的增大,轨道角动量和轨道角动量密度始终表现出增长的变化趋势,并且,变化程度在数值孔径大于0.7后越来越大。     

相位控制残差对激光阵列合成的影响

在激光阵列相干合成中,由于相位噪声的影响和相位控制系统带宽的限制,相位控制残差无法避免。文中从理论上推导了存在相位残差时激光阵列相干合成中远场光强分布,并结合光束传输因子BPF（beam propagation factor）作为合成效果的评价标准,分析了相位残差对相干合成的影响。     

一种基于温度和PZT双控制的光锁相技术研究

对空间相干光通信系统进行了简单描述,对相干光锁相环(OPLL)技术进行了详细的分析,提出了一种基于激光器温度控制和PZT腔长控制的激光锁相技术。该技术集双重控制体系于一体,和传统OPLL相比,具有更快的频率扫描速度、更高的相位灵敏度。实验证明,该技术在空间相干光通信解调中大大地提高了系统效率。     

Free-electron interactions with light using the inverse Cerenkov effect

An analysis and experimental verification of momentum modulation of relativistic electrons by laser light using the inverse Cerenkov effect is presented. As an alternative to the free-electron laser for achieving energy exchange between particles and photons, the inverse Cerenkov effect uses the index of refraction of a gaseous medium to retard the phase velocity of an electromagnetic wave, enabling the electrons to remain in a field of constant phase. The momentum modulation converts to charge-density modulation by allowing the electrons to drift, thus forming electron bunches separated by optical wavelengths. An analysis is presented for the maximum amount of energy exchange, the energy exchange distribution, and the optimum bunching distance. A computer simulation of the interaction process is also given. These results are compared with the observed momentum modulation of a 102 MeV electron beam by a 30 MW Nd:YAG 1.06 μm laser in both hydrogen and methane gases. Initial observation of coherent optical radiation from a 57 MeV electron beam using the same laser system is also presented. Laser-driven particle accelerators and optical klystrons are possible applications of this interaction.     

弱湍流大气中部分相干涡旋光束的轨道角动量特性

根据轨道角动量谱理论,推导了部分相干拉盖尔-高斯光束轨道角动量态的功率表达式。分析了相干长度、束宽对轨道角动量的影响,讨论了弱湍流大气中部分相干-拉盖尔高斯光束轨道角动量特性。结果表明:部分相干拉盖尔-高斯光束在相干长度与束腰半径比值固定的情况下,其初始轨道角动量态相对功率不会随着束腰半径的改变而变化。在部分相干拉盖尔-高斯光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束腰半径的增大,光束在弱湍流大气中传输1 km处的初始轨道角动量态相对功率减小。     

Highly Linear Coherent Receiver With Feedback

We propose and demonstrate a novel coherent receiver with feedback for high-linearity analog photonic links. In the proposed feedback receiver, a local phase modulator tracks the phase change of the signal and reduces the effective swing across the phase demodulator without reducing the transmitted signal. The signal-to-noise-ratio is thus maintained while linearity is improved. Up to 20-dB improvement in spur-free dynamic range (SFDR) is achieved experimentally. At 3.13 mA of average photocurrent per photodiode, the measured SFDR is 124.3 dBmiddotHz^2/3, which corresponds to an SFDR of 131.5 dBmiddotHz^2/3 when the link is shot-noise-limited     

Output Saturation and Linearity of Waveguide Unitraveling-Carrier Photodiodes

Waveguide unitraveling-carrier photodiodes (UTC-PDs) with different absorber and collector layer doping levels have been fabricated and characterized. These photodiode (PD) structures are fabricated on a platform that allows for the monolithic integration of multiquantum-well optical phase modulators and couplers for realizing novel coherent receivers. Compared to PD A, PD B has a lower and more graded p-doping profile in the absorber layer and also a higher n-doping level in the collector layer. For PD B a larger field is induced in the absorber layer at high photocurrent levels. Also the higher n-doping in the collector layer is adequate for providing charge compensation. For PD B, there is an enhancement in the RF response as the photocurrent level is increased. At a frequency of 1 GHz, the saturation current for PD A is around 65 mA and that for PD B is around 63 mA. For PD B, the third-order output intercept point at photocurrent levels of 30 and 40 mA is 37.2 and 34.9 dBm, respectively. That for PD A is 35.8 and 30.4 dBm. PD B is, therefore, favorable for linear operation at high current levels.