光子学报
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光子学报
 
2018年 47卷 8期   刊出日期:2018-08-25

遥感与传感器
探测器
薄膜
光纤光学与光通信
光学设计与制造
光学器件
材料
      
探测器
具有混合结构的三基色有机光电探测器的光电特性
安涛, 刘丹, 吴俊宇

采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器,利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上,对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明,混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域,对350~700 nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1 V偏置电压下,对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×1011 Jones、3.22×1011 Jones、1.97×1011 Jones,表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果,尤其对红光的探测率有3~4倍提升.

2018 Vol. 47 (8): 0804001 [摘要] ( 60 ) [PDF 3161KB] ( 42 )
基于积分球光源的大动态范围辐射标准传递技术研究
刘辉, 陈洪耀, 李佳伟, 包诗薇, 杨宝云, 张黎明

为了拓展目前实验室辐射标准的动态范围,提出了基于积分球光源的大动态范围辐射标准传递技术.即在等色温调节的前提下,结合可调光阑和基于大动态范围响应线性硅探测器的监视辐射计将辐照度标准灯-漫射板系统的光谱辐亮度工作标准传递到大动态范围可调节积分球光源各个亮度等级,从而实现辐射标准的动态范围拓展.通过研制大动态范围多级可调节光阑并分析探讨光谱匹配、硅探测器的响应线性对辐射标准传递精度的影响,最终在400~2 500 nm范围内,积分球光源在6个量级内的辐射标准不确定度有望达到4.3%~6.1%,这对光辐射测量定量化发展具有重要的意义.

2018 Vol. 47 (8): 0804002 [摘要] ( 39 ) [PDF 2646KB] ( 24 )
光纤光学与光通信
泵浦激光器驰豫振荡噪声对光纤激光水听器的影响
郝歌扬, 吴国俊, 刘博, 吕沛, 王皓

对采用相位生成载波解调的光纤激光水听器系统中3 kHz附近频域内固有噪声的产生机理进行了理论推导,并设计实验进行验证.首先测量得到泵浦激光器的驰豫振荡频率峰值,随后以400 Hz为间隔逐渐降低相位生成载波信号频率,观察固有噪声峰值的移动方向和大小.实验结果表明,随着载波信号频率的降低,固有噪声峰也向低频方向移动,移动间隔同样为400 Hz.可知相位生成载波解调算法中高频载波调制信号与泵浦激光器的驰豫振荡频率叠加是形成探测频谱固有噪声的主要原因.通过降低高频载波调制信号频率的方法对驰豫振荡噪声进行抑制,消除了探测频谱中的固有噪声峰,得到了较为平坦的本底噪声谱.

2018 Vol. 47 (8): 0806001 [摘要] ( 40 ) [PDF 2322KB] ( 32 )
基于多纵模拍频测量光纤色散
王旭, 张玲娟, 陈龙飞, 李小康, 王芳, 刘玉芳

利用激光多纵模拍频频率与谐振腔色散系数的关系实现光纤的色散测量.测量系统采用可调光纤Fabry-Perot滤波器与光环行器构成窄带波长可调反射镜,作为光纤激光器的后腔镜, 以光纤Sagnac干涉器作为前腔镜.将待测光纤置于谐振腔内,用频谱分析仪测量激光器拍频频率随激光输出波长的变化,得到待测光纤的色散系数.用该系统分别测量了色散补偿光纤和标准单模光纤的色散系数,实验结果表明该方法能够满足通信光纤的色散测量要求.该系统测量速度快、成本低、结构简单,具有良好的应用前景.

2018 Vol. 47 (8): 0806002 [摘要] ( 25 ) [PDF 1520KB] ( 44 )
相位敏感光时域反射系统的时钟同源I/Q解调方法
刘珉含, 王旭, 于淼, 付群健, 常天英, 张瑾, 崔洪亮

提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响,采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源,通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位,进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明,该系统能有效地探测到5 km和9 km处的正弦扰动,定位信号信噪比分别达17.8 dB和16 dB,相位解调结果准确还原正弦扰动,与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991,均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线,并能准确得到不同扰动频率,且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系,线性拟合系数达0.992,均方根误差为0.499,均优于非同源解调结果.

2018 Vol. 47 (8): 0806003 [摘要] ( 28 ) [PDF 4229KB] ( 30 )
相位生成载波解调方法的研究
孙韦, 于淼, 常天英, 陈建冬, 崔洪亮, 庞铄

为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势,与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力,并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证,结果表明改进算法的频率解调准确率较高,且强度响应一致性较好.

2018 Vol. 47 (8): 0806004 [摘要] ( 28 ) [PDF 4010KB] ( 40 )
材料
Sr2La8(SiO4)6O2:Eu(2+,3+)荧光粉的制备和发光性能
王飞

采用高温固相法合成了Sr2La8(SiO46O2:Eu(2+,3+)荧光粉,X射线粉末衍射数据分析结果表明,试样为氧磷灰石结构,属于六方晶系,具有P63/m(176)空间点群结构.荧光光谱分析结果表明,Sr2La8(SiO46O2:Eu(2+,3+)激发光谱为位于200~600 nm,由275 nm、336 nm两个宽峰和392 nm、461 nm、466 nm、523 nm等锐线峰组成.两个宽带激发峰可由272 nm、300 nm、336 nm三峰拟合而成,峰面积比为1:0.52:4.09.272 nm、300 nm峰归属于Eu3+的电荷迁移激发跃迁态,336 nm峰来自Eu2+的f-d跃迁.在393 nm激发下,Sr2La8(SiO46O2:Eu(2+,3+)发射光谱在500~750 nm范围内呈现多条锐线发射,在613 nm处发射峰最强,以电偶极跃迁5D07F2为主,Eu3+占据无反演对称中心格位.Eu3+磁偶极跃迁5D07F1处的峰可由584.5 nm、588.5 nm、594 nm、597 nm四峰拟合而成,表明Eu3+进入基质晶格中占据 4f(C3)和6h(Cs)两种格位.X射线光电子能谱图分析结果表明,试样中Eu3+与Eu2+的含量比接近2:1.Eu2+与Eu3+存在能量传递作用,试样在紫外灯下照射呈现烛光黄色,可用于LED.

2018 Vol. 47 (8): 0816001 [摘要] ( 38 ) [PDF 1126KB] ( 37 )
低零色散Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃
陈朋, 薛祖钢, 田优梅, 赵浙明, 张培晴, 王训四, 戴世勋, 王荣平, 徐铁峰

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发,研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃,利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质,分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响,并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明:该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18 μm);该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移,摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5 μm和1.5 μm附近,且该玻璃的热稳定性较好,有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺,获得了最低损耗为8.2 dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.

2018 Vol. 47 (8): 0816002 [摘要] ( 18 ) [PDF 1661KB] ( 19 )
大带隙Ge-S-I硫系玻璃制备及性能研究
焦凯, 陈朋, 薛祖钢, 田优梅, 司念, 王弦歌, 赵浙明, 王训四, 戴世勋, 聂秋华

为了探究碘元素对贫S基(GeS1.5100-xIx和(GeS2100-xIxx=5,10,20,30,40)两个系列玻璃性质的影响,用快速真空和高温熔融淬冷技术制备了这两个系列的玻璃样品,对比测试了两组样品的密度、近红外吸收光谱、红外透过光谱、折射率、光学带隙和热膨胀,并在折射率数据的基础上计算了材料零色散波长.研究表明:随着碘含量的增高,近红外吸收截止波长发生明显的蓝移现象,玻璃转变温度和软化温度明显下降,玻璃的转变温度范围分别为222~330℃和236~332℃,软化温度范围分别为267~375℃和282~364℃,膨胀系数增大,红外透过性明显提高,光学带隙逐渐增大.通过扫描电子显微镜测定了玻璃组分的归一化质量比,并对比了抽真空时有无液氮冷却情况下玻璃原料中碘的含量损失差异,结果表明使用液氮冷却方法会增强玻璃中的杂质吸收峰.优化了玻璃制备工艺,采用高温聚合物做保护层对(GeS1.560I40玻璃进行了拉丝实验,测得其最低损耗为2.8 dB/m.

2018 Vol. 47 (8): 0816003 [摘要] ( 14 ) [PDF 4826KB] ( 27 )
光学设计与制造
激光除冰光学系统的设计与参数分析
刘智颖, 穆竺, 王加科, 常征, 刘金

基于实际激光除冰过程对光斑尺寸与作用距离的需求,根据激光器功率与抗激光损伤阈值的工艺参数,确定激光除冰光学系统的纵向长度与横向尺寸,据此设计了作用距离为100~500 m且光斑尺寸为200~600 mm可调的抗高功率损伤光学系统.针对激光作用距离、光斑尺寸与调焦距离的关系曲线进行了理论计算与模拟仿真,仿真结果表明系统可实现所需的作用距离与光斑,并经实际样机实验得以验证.

2018 Vol. 47 (8): 0822001 [摘要] ( 30 ) [PDF 2408KB] ( 20 )
衍射元件表面粗糙度对衍射效率的影响
赵丽东, 崔庆丰, 毛珊, 赵渊明, 朴明旭, 胡洋

基于多层衍射光学元件的位相延迟表达式,提出了单点金刚石车削影响下的多层衍射光学元件衍射效率和带宽积分平均衍射效率的数学模型,并给出了相应的分析表达式.以基底材料分别是硒化锌和硫化锌构成的多层衍射光学元件在近红外波段(1.4~2.5 m)的应用为例进行分析.结果表明表面粗糙度会导致多层衍射光学元件衍射效率和带宽积分平均衍射效率的明显降低,从而降低了混合成像光学系统的成像质量.因此,单点金刚石车削衍射元件时,要根据使用需求制定合理的表面粗糙度加工误差.

2018 Vol. 47 (8): 0822002 [摘要] ( 19 ) [PDF 1344KB] ( 34 )
用于沿海水色探测的机载宽谱段小F数高光谱成像仪光学系统
申远, 于磊, 陈结祥, 薛辉

为解决传统Dyson成像光谱系统结构过于紧凑而难于实际应用的缺点,通过减薄半球透镜厚度和偏置狭缝位置的办法,将狭缝、像面与半球透镜之间拉开了足够的轴上距离和垂轴距离;结合光程进行分析,获得了改进后Dyson系统的消像散条件;在半球透镜和凹面光栅之间增加两个球面透镜,对轴上距离带来的额外球差和色差进行校正.结合改进的Dyson成像光谱仪和Schwarzschild双反射镜系统,设计了宽波段、小F数高光谱成像仪光学系统.对一工作波段为320~1 000 nm的实例设计结果进行分析可知,F数为1.8的全系统像差得到充分校正,全视场全波段调制传递函数值在0.5以上,光谱分辨率达到3.6 nm.该系统可用于沿海环境的高光谱观测.

2018 Vol. 47 (8): 0822003 [摘要] ( 22 ) [PDF 2798KB] ( 22 )
光学器件
超小型带宽可调谐微环谐振腔
董文, 邹雨, 杜颖, 乐孜纯

基于狭缝波导和热光学调制的耦合特性,提出一种尺寸为15 μm×20 μm的绝缘硅基底的超小型微环谐振器,该器件可通过调节加热器功率调节其带宽.用时域有限差分法模拟其可调谐特性,结果表明,当加热器功率从0 mW增加至0.742 mW时,1550 nm入射光的TE模式在1 900 nm波长下的带宽可调范围为2.5 nm,TM模式在1 543 nm波长处的带宽可调范围为3.1 nm.该器件尺寸小、驱动功率低、可调谐带宽范围大,适用于动态集成光信号处理,如重构滤波和布线等.

2018 Vol. 47 (8): 0823001 [摘要] ( 24 ) [PDF 2763KB] ( 35 )
醇类物质对LED硅胶封装气密性的影响
文尚胜, 彭星, 马丙戌, 宋嘉良, 符民, 方方, 胡捷频, 康丽娟, 孔令豹

为了探究发光二极管(LED)封装胶对LED失效性的影响,选取LED封装硅胶失效案例进行了失效性分析.利用傅里叶转换红外光谱分析和气相色谱质谱联用仪对失效样品进行成分分析,根据分析结果总结样品的失效机理.分析结果表明:LED灯珠封装气密性检测过程中材料的化学不兼容性导致封装胶失效,LED灯珠气密性变差,进而影响到光、电、热、机械结构、材料特性等,LED可靠性降低.在LED生产制造过程中,需要避免材料的不兼容性,增加LED的可靠性.

2018 Vol. 47 (8): 0823002 [摘要] ( 30 ) [PDF 1874KB] ( 20 )
利用叠层一维光子晶体调控半透明有机太阳能电池的性能
梁文跃, 钟锦耀, 徐海涛, 邓海东, 王奇生, 龙拥兵

利用叠层一维光子晶体提高半透明有机太阳能电池的光电转换效率和调控器件的透视颜色.采用传输矩阵法计算了基于叠层一维光子晶体的半透明有机太阳能电池中活性层的吸收光谱和器件的透过率光谱,进而计算了器件的光电转换效率和透视颜色.研究结果表明,通过合理设计叠层一维光子晶体中顶光子晶体和底光子晶体的禁带中心波长,可以将器件的光电转换效率提高24.4%.此外,通过控制顶光子晶体和底光子晶体的禁带中心波长,可以调控半透明有机太阳能电池的透视颜色,获得透视颜色分别为蓝色、绿色和红色的半透明电池器件.与单层一维光子晶体相比,叠层一维光子晶体可以使器件获得更高的光电转换效率,并能在更大光谱范围内调控器件的透视颜色.

2018 Vol. 47 (8): 0823003 [摘要] ( 20 ) [PDF 2826KB] ( 19 )
遥感与传感器
Janus配置的激光多普勒测速仪的陆用组合导航
王琦, 高春峰, 魏国, 周健, 聂晓明, 龙兴武

为了抑制车辆颠簸、倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,设计了基于Janus配置的分光再利用结构激光多普勒测速仪,该测速仪由两个激光多普勒测速仪子系统镜像安装而成,可补偿倾角变化对速度测量的影响,因此对倾角变化不敏感.车载实验结果表明该测速仪的测速相对误差为0.3%,在55.6 km的行程中组合导航的最大位置误差为5.8 m.该结构激光多普勒测速仪能够抑制车辆颠簸、倾角变化对速度测量的影响,提高组合导航定位精度,更适合陆用组合导航.

2018 Vol. 47 (8): 0828001 [摘要] ( 22 ) [PDF 4311KB] ( 19 )
基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性
刘源, 安宁, 范存波, 温冠宇, 张海涛, 马磊

从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2 mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4 mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200 ps时,系统测距精度为17.3 mm,当脉宽为50 ps时,系统的测距精度为10.0 mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源.

2018 Vol. 47 (8): 0828002 [摘要] ( 21 ) [PDF 2941KB] ( 30 )
薄膜
掺杂吡唑喹啉衍生物的聚乙烯基咔唑薄膜载流子传输性能的研究
穆林平, 何志群

对比研究了吡唑喹啉衍生物(PAQ5)的掺杂对聚N-乙烯基咔唑(PVK)聚合物薄膜载流子传输性能的影响.分析薄膜宏观的电流密度-电场关系发现:电场F在106~107 V·cm-1范围时,纯PVK薄膜中电流密度JF2.1,而在掺杂了PAQ5(4.8 wt%)的PVK薄膜中JF2.9.掺杂薄膜导电能力的提高,除了有空穴从阳极注入PVK形成的空间电荷限制电流之外,也有PAQ5使电子从阴极注入和传输形成的传输电流.分析薄膜用飞行时间法测得的瞬态光电流谱可得:在1×105~2×105 V·cm-1的低场下,纯PVK薄膜中传导电流的主要是空穴载流子,其迁移率在7.6×10-5 cm2·V-1·s-1,而电子迁移的信息却很微弱,PAQ5掺杂浓度为2 wt%的PVK薄膜载流子传输性能没有大的变化.在PAQ5掺杂浓度为5 wt%的PVK薄膜中,空穴的迁移率为6.0×10-5 cm2·V-1·s-1,电子的迁移率为7.9×10-6 cm2·V-1·s-1.掺入的PAQ5建立的电子传输通道使掺杂薄膜载流子的传输性能得到显著提高.

2018 Vol. 47 (8): 0831001 [摘要] ( 23 ) [PDF 1321KB] ( 21 )
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