多共振峰圆形光栅滤波器

提出了一种导模共振圆形光栅滤波器,以实现它在可见光范围内的多波段滤波。理论分析了圆形光栅滤波器在同一入射波偏振条件下形成多个共振峰的原因。通过微纳加工技术在硅基二氧化铪材料上实现了光栅层约为70nm的圆形光栅薄膜结构。利用一维线性光栅对圆形光栅的反射谱进行了模拟,通过角分辨微纳反射谱测试系统获得了该光栅滤波器在不同入射波偏振条件以及不同入射角时的反射谱。实验表明,在特定的光栅周期以及占空比条件下(如光栅周期350nm,占空比0.5),当线性偏振光正入射时,该圆形光栅滤波器形成了两个共振峰(505nm处和575nm处),与模拟结果基本符合。另外,光栅占空比相同时,随着光栅周期的增加,共振峰会向较长的波段偏移。实验显示:通过设计不同结构的亚波长圆形光栅,可以实现可见光范围内多个特定波段的滤波作用。     

倏逝场照明的集成零模波导纳米孔芯片

为了降低零模波导照明系统的成本、缩小尺寸,设计并完成衍射光栅、光波导以及零模波导的片上集成,并对集成化芯片的微纳结构及性能进行验证.采用时域有限差分法对集成化芯片进行了仿真设计,基于微纳加工手段制备出片上衍射光栅、光波导以及零模波导阵列结构,对微观结构进行表征,并借助荧光微球对芯片的性能进行验证.通过荧光微球测试,制备...     

等离激元Fano共振纳米结构及其应用

金属纳米体系中的局域表面等离激元具有丰富的光学性质,广泛应用于化学、材料和生物等领域。等离激元Fano共振的发现,使等离激元纳米结构具有更大的场增强、更密集的谱间隔以及更高的光谱灵敏度,从而成为了表面等离激元光子学中的研究热点之一。对表面等离激元Fano共振的形成机理进行了解释。研究了目前能产生Fano共振效应的3种典型的等离激元微纳结构:对称性破缺、颗粒团簇和纳米阵列,这些结构在表面增强拉曼散射、生物探测和光电器件等方面有很多潜在的应用。     

微纳结构飞切加工与表面结构色调控

当微纳结构尺度与可见光波长尺度接近时,在白光照射下将产生特定的结构色,颜色鲜艳亮丽。结构色的色彩特性由微纳结构形状特征和周期尺度决定,其颜色鲜艳程度和亮度由微纳结构形状精度和表面质量决定。提出了一种微纳结构轴向进给飞切加工方法,通过在磷化镍（Ni-P）材料表面高效率高精度加工出微纳米尺度的"梭形沟槽",其单元特征尺寸为200～1 000 nm、表面粗糙度为7～10 nm,实现了结构色微纳结构单元和色彩特征调控;并通过加工轨迹规划和工艺参数调控,实现了结构色像素单元与单元之间的无缝拼接,最终形成大面积结构色图案的制造与调控。本技术将在结构色滤光、微纳仿生结构以及功能表面等方面中产生巨大的应用价值。     

电磁式扫描光栅微镜设计

扫描光栅微镜是微型光谱仪的新一代核心分光器件。基于固定光栅分光的微型光谱仪由于采用阵列探测器在近红外波段价格昂贵,严重制约了近红外光谱分析技术的推广应用。本文提出了一种电磁式扫描光栅微镜,该器件采用微纳加工工艺,集光栅、驱动结构、角传感器于一体,可实现单管探测器替代阵列探测器。建立了电磁式扫描光栅微镜的理论模型,分析了梁尺寸、镜面尺寸等主要结构参数对器件性能指标的影响,获得器件的设计参数。使用微纳加工方法制作电磁式扫描光栅微镜芯片,并测试了性能指标。实验与理论结果表明:当器件扫描角度为±7°,光谱达800～2 500nm,闪耀波长附近的衍射效率≥70%,角传感器的控制精度≤0.05°,为应用于微型近红外光谱仪提供了一种有效方案。     

面向大面积微结构批量化制造的复合压印光刻

为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题,提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程,通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后,利用课题组自主研发的复合压印光刻机,并结合优化的工艺参数,在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132mm×119mm)、微尺度光栅结构(最大直径为15.24cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47mm×47mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明,提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案,具有广阔的工业化应用前景。     

可调谐长周期光纤光栅滤波器件的研制

利用新型长周期光纤光栅进行了EDFA的动态增益均衡,根据新型长周期光纤光栅的可调谐性,提出了一种基于新型长周期光纤光栅温度特性的动态增益均衡器.研究已经发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)的谐振峰中心波长随温度变化呈线性关系.这种方法是用温度来调节新型长周期光纤光栅的谐振峰位置.开发了一种利用制冷器来实现动态增益均衡器的装置,设计了控制电路,机械机构和算法程序.     

微机电可调硅基三族氮化物光栅

将静电梳齿微驱动器与三族氮化物光栅集成,获得了利用静电梳齿微驱动器调节光栅周期的硅基三族氮化物光栅。首先,以硅基三族氮化物基片为基础,设计了微机电可调光栅,光栅的设计周期为1.1μm,设计线宽为0.8μm。然后,利用严格耦合波分析法研究了横向磁场模式下可调光栅的光学响应特性;研究显示改变光栅周期和占空比,光栅的谐振波峰出现了明显偏移。最后,介绍了结合电子束光刻、三族氮化物干法刻蚀和深硅刻蚀技术制备微机电可调三族氮化物光栅的方法。严格耦合波分析和实验表明:制备的微机电可调三族氮化物光栅具有良好的质量;在静电驱动器上施加电压,可将光栅的谐振波峰由1.345μm调节至1.40μm,满足了利用微机电技术调节三族氮化物光栅光学响应特性的要求。     

宽范围高对准精度纳米压印样机的研制

传统的光学光刻技术由于受光波波长和数值孔径等因素的限制难于制作特征尺度小于100nm的图案.与传统光刻相比,纳米压印光刻的分辨率不受光的衍射和散射等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限,因而被认为是一种获得100nm以下图案较好的下一代方法.介绍了自行研制的具有高定位和对准精度的纳米压印样机.利用该样机压印出的纳米级光栅、微凸点阵列、微透镜阵列等纳米结构和微器件的图形质量均匀性良好.该工艺为实现低成本、大批量复制纳米结构创造了条件,在半导体集成电路、微光学、生物和化学分析等微纳结构和器件的制作中有着广泛的应用前景.     

基于盒膜结构的微弯式长周期光纤光栅气压传感器研究

利用长周期光纤光栅(LPFG)谐振光谱随弯曲曲率变化的敏感特性,通过设计特制LPFG-膜盒封装结构,研制了一种基于微弯特性的长周期光纤光栅气压传感器.根据ANSYS数值分析和实验结果表明,在0.02～0.25 MPa 气压范围内,长周期光纤光栅的透射率不断增强,透射谱中谐振峰幅值从16.712 dB降至6.495 dB,与所测气压值之间呈现良好对应关系,并且谐振峰波长也红移1.54 m,气压传感器的灵敏度可达到4.086 8×105 dB/hPa.该传感器系统在所测气压范围内显示出较好的灵敏性和重复性,能够满足气象及飞行器高度监测中对气压测量的要求.     

电化学机械复合抛光薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底

设计了针对薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底的电化学机械复合抛光法以满足其对表面粗糙度、光反射率和有害物质扩散的要求。首先,设计并制造了一种用于平面加工的复合阴极刀具,理论分析了它的材料去除机理。然后,结合法拉第原理和黏着摩擦理论分析了电化学腐蚀行为和摩擦力作用行为,解决了电化学腐蚀和机械去除钝化膜的匹配一致性问题。最后,以50mm×50mm×0.3mm规格的304不锈钢为阳极工件,对提出的方法进行了实验验证。结果显示:对衬底加工20min后,其表面粗糙度Ra从124nm降到10nm;表面反射率从加工前的56.8%提高到62.4%;表面金属氧化层的形成(氧化铁和氧化铬),有效阻挡了Fe和Cr离子的扩散。实验显示,提出的方法是处理柔性不锈钢表面的有效方法,成本低、效率高。     

Investigation of photoconductivity of silicon solar cells by a near-field scanning microwave microscope

The photovoltaic effect in silicon solar cells were investigated by using a near-field scanning microwave microscope (NSMM) technique by measuring the microwave reflection coefficient at an operating frequency near 4 GHz. As the photoconductivity in the solar cells was varied due to the incident light intensities and the wavelength, we could observe the photoconductivity changes at heterojunction interfaces inside the solar cells by measuring the change of reflection coefficient S₁₁ of the NSMM. By measuring the change of reflection coefficient, we also directly imaged the photoconductivity changes at heterojunction interfaces inside the solar cells.     

摄影镜头的光学薄膜膜系设计

摄影镜头的光学薄膜是减反膜 ,但摄影镜头的接受载体是彩色感光胶卷。所以摄影镜头的减反膜不仅应达到减反效果 ,还必须满足彩色胶卷的感光要求。从工作经验出发 ,阐述设计摄影镜头光学薄膜膜系的方法、重点 ,以及膜系设计的工艺性问题     

Large-area plan-view sample preparation for gaas-based systems grown by molecular beam epitaxy

We describe a method for plan-view transmission electron microscopy (TEM) sample preparation that takes advantage of extreme etch-rate selectivity in GaAs and AlAs in HF/H₂O solutions. GaAs/In_xGa_1-xAs/GaAs strained-layer films (x = 0.05, 0.10, 0.19, 0.22) were chemically lifted off using this technique and were mounted on Cu TEM grids such that TEM transparent areas of up to 1 × 2 mm of constant thickness (196.4 nm) could be viewed. This simple, large-area plan-view technique uses only chemical methods and significantly extends the usefulness of TEM for the evaluation of crystal quality in GaAs-based epitaxial systems. The method requires the growth of a release layer of AlAs (10 nm thick) prior to the layered structure of interest.     

晶体硅光伏电池的标准测试

为了建立太阳电池的标准测试规范流程,对影响太阳电池标准测试不确定度的各类因素进行了评价和筛选。基于太阳光模拟器、分光感度仪、IV测试仪、标准太阳电池等二级太阳电池标准测试设备与器件,开展了多项标准测试技术的研究。对电池测量过程中太阳电池模拟光源的空间不均匀性、时间不稳定性、仪器测量重复性、扫描方向导致的不确定度、电池反射率和透射率、面积测量不确定度、量子效率等各类影响因素进行了测量,给出了高效晶体硅太阳电池测量不确定度的测量流程,最终导出在现有实验室测量条件下的扩展测量不确定度为±3.94%。基于对常规太阳电池测试数据的比较,对常规电池测量方法进行了改进,将测量不确定度降低了0.19%。最后,提出了双面电池的精确测试流程和方法,为其它双面光电池的标准化测量提供了借鉴。     

法诺光栅的共振特性研究

针对亚波长光栅的共振特性,设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟,在可见光波段,对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究,从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。     

紫外辐照对绝对辐射计锥腔吸收率的影响

为了研究紫外辐照对星载太阳辐射监测仪的绝对辐射计锥腔吸收率的影响,进行了实验室模拟测量实验。用相当于太阳紫外辐照总量的汞灯照射绝对辐射计的锥腔,定期用可同时测量镜、漫反射率的全半球反射比吸收率测量装置测量其吸收率,监测其随时间变化情况。实验结果表明:太阳辐射监测仪在风云三号卫星上例行工作一年接收的紫外辐射量,使其吸收率下降0.002%,最大下降0.003%,该结果同国外星上测量结果基本一致。本实验反映出紫外辐照对绝对辐射计锥腔的吸收率是有影响的,可为将来的星载太阳辐射监测仪优化、实验、测量和校正提供必要的参考。     

地外太阳紫外光谱测量

介绍了我国自主研制的用于地外太阳紫外光谱测量的FY-3紫外臭氧垂直探测仪,利用该仪器成功获得了地外太阳紫外光谱数据。该紫外臭氧垂直探测仪是一台结构紧凑,工作波段为160～400nm的紫外-真空紫外光谱辐射仪。报导了该探测仪的组成和工作原理,描述了它的3种工作模式,即大气模式、太阳模式和标准灯模式。介绍了太阳模式下该探测仪的光谱辐照度定标,受光源性能所限,光谱辐照度定标分160～300nm和250～400nm两个波段进行。最后,给出了利用紫外臭氧垂直探测仪获得的太阳紫外光谱和数据处理结果。结果表明,利用该探测仪在轨获得的160～400nm太阳连续光谱和250～340nm间12个特征波长的太阳分立光谱与美国SBUV/2获得的测量数据的一致性在±5%以内。     

光学器件光谱透过率反射率实时测量系统的研制

研制了一种用于光学器件光谱透过率反射率实时测量的自动化光谱检测系统,整个系统实现了对光学器件进行透过率、反射率的在线测量,同时还可对光源进行光功率、色度等的自动检测工作。围绕该检测系统的研究背景、硬件组成、软件实现和应用前景展开了全面讨论。该系统的单次测量周期小于0.3s,可测量的光谱范围为200nm～1100nm,测量精度可达0.5%,采样间隔实时可调。     

Compositional analysis based on electron holography and a chemically sensitive reflection

A method for compositional analysis of low-dimensional heterostructures is presented. The suggested procedure is based on electron holography and the exploitation of the chemically sensitive (0 0 2) reflection. We apply an off-axis imaging condition with the (0 0 2) beam strongly excited and centered on the optic axis. The first side band of the hologram is centered using an "empty" reference hologram obtained for a hole of the specimen. From the centered side band we use the phase of the central (0 0 0) and the amplitude of the (0 0 2) reflections to evaluate the local composition and the local specimen thickness in an iterative and self-consistent way. Delocalization effects that lead to a shift of the spatial information of (0 0 0) and (0 0 2) reflections are taken into account. The application of the procedure is demonstrated with an AlAs/GaAs(0 0 1) superlattice with a period of 5 nm. The concentration profiles obtained are discussed in relation to segregation. The measured segregation efficiency is R = 0.51 +/- 0.02.