一、光电子耦合器件图像传感研究进展及现状分析(论文文献综述)
秦楡禄[1](2021)在《飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究》文中指出飞秒表面等离激元包括两种基本形式:飞秒局域表面等离激元(femtosecond localized surface plasmons,fs-LSP)和飞秒传输表面等离激元(femtosecond propagating surface plasmons,fs-PSP)。fs-LSP为一种局域电磁模式,能将能量约束在亚波长尺度并产生极大的近电场增强,使得人们可以在纳米尺度操控光与物质相互作用。在光催化、传感、超分辨成像、超快纳米电子源以及高次谐波的产生等方面有广泛的应用前景。fs-PSP一般为沿着金属及真空分界面传输的电磁模式。其电场在垂直于分界面的方向呈指数衰减,沿界面的传输速度接近光速,并且其能提供的信号带宽高达太赫兹量级。因此,等离激元纳米回路提供了同时传输光信号和电信号的潜力,可以将光子学和电子学的卓越技术优势结合在同一芯片中,为发展更小、更快和集成度更高的纳米光子学器件提供了一条有效途径。由于飞秒表面等离激元场的亚波长局域和快速衰减特性,利用具有纳米空间和飞秒时间分辨本领的超快显微技术对其进行近场时空成像研究是揭示其物理本质并优化和发展其应用的前提。本论文基于时间分辨的光发射电子显微技术(time-resolved photoemission electron microscopy,TR-PEEM),实现了对金纳米bowtie结构和微纳米槽形结构中飞秒表面等离激元近场的高时空分辨成像。利用时域有限差分法(finite-difference time domain,FDTD)模拟和经典的波形模拟等解析计算方法重现了近场时空成像的实验结果,并详细分析了相应的物理机制。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)借助于TR-PEEM的飞秒-纳米时空分辨本领,实验测量了单个金bowtie纳米天线中不同fs-LSP热点的去相位时间。结果表明,金bowtie纳米天线中两个等离激元热点的去相位时间分别为9 fs和13 fs。该方法避免了利用线宽测量等离激元去相位时间时非均匀展宽效应对测量结果的影响,可以获得更加准确的fs-LSP去相位时间。此外,通过提取不同共振频率fs-LSP电场的时间演化曲线,研究发现fs-LSP场频率随时间发生瞬时变化,并且从激发光场中心频率向fs-LSP共振频率转变。(2)利用PEEM系统地对355-450 nm和700-900 nm两个波段飞秒光所激发的fs-PSP进行了近场成像研究。结果表明,通过调节飞秒脉冲的偏振方向可以实现对银薄膜凹槽两侧激发fs-PSP强度的连续操控,并且在特定偏振条件下,能够实现fs-PSP的定向激发。其次,借助入射光沿凹槽长轴激发的方式,实现了对fs-PSP传输方向的直接成像,并利用二维波形模拟,重现了PEEM成像的结果。进一步,利用PEEM对不同频率的fs-PSP进行近场表征研究。实验结果表明,fs-PSP的传输方向取决于激发光的光子能量。该研究表明当入射光沿凹槽长轴激发时,银薄膜上刻蚀的凹槽结构可以用于构建二维-偏振操控的PSP色散元件或等离激元波分复用器件。(3)开展了fs-PSP横向和纵向近电场分量的时空成像研究。该实验在非共线激发方案下分别利用P偏振和S偏振的飞秒激光作为探测脉冲对fs-PSP横向和纵向电场分量的独立时空成像。由实验结果得到了fs-PSP横向和纵向电场分量的相位差为π/2。该结果从实验上直接证实了fs-PSP具有横向自旋角动量。进一步,通过利用亚10 fs宽度的光脉冲作为泵浦和探测光,开展了在纳米和飞秒尺度对fs-PSP横向和纵向电场分量时空成像的研究。由于少周期飞秒光脉冲的使用,使得探测脉冲与fs-PSP的相干叠加时间大幅减小,因此,在飞秒-纳米尺度实现了对fs-PSP横向和纵向电场的时空成像。并利用TR-PEEM实验测量了fs-PSP横向和纵向电场分量的强度比值。该研究表明TR-PEEM技术具有对fs-PSP近电场横向和纵向分量进行独立时空成像的能力,为独立探索fs-PSP电场各分量诱导光电子发射的机制和绘制fs-PSP三维时空场图像奠定了基础。(4)开展了等离激元定向纳米耦合结构中fs-PSP超快时空操控的近场成像研究。首先利用PEEM开展了空间上操控等离激元耦合结构中fs-PSP定向激发的近场成像研究。实验结果表明等离激元定向耦合结构结构中fs-PSP的优先激发方向强烈依赖于入射光的偏振。进一步结合FDTD模拟和实验证实了通过适当地选取入射光脉冲的振幅和初始相位可以优化fs-PSP定向耦合结构的消光比。此外,研究结果表明,通过调整两束正交偏振入射飞秒光脉冲的延迟,可以在飞秒时间尺度上实现fs-PSP耦合结构优先激发方向的切换。这种PSP激发方向的超快切换归因于入射光偏振态在飞秒时间尺度的瞬时变化。该研究成果可用于发展等离激元纳米回路中的超快速信息处理系统。综上所述,本文利用时间分辨的光发射电子显微技术较系统地研究了微纳米结构中飞秒表面等离激元近电场的时空演化。此项研究工作为飞秒表面等离激元在光催化、等离激元功能性器件的设计、片上信息超快处理等诸多领域的应用奠定了一定的理论和实验基础。
许继开[2](2021)在《LiNbO3与硅基材料表面活化低温直接键合及应用研究》文中研究表明铌酸锂(Lithium niobate,LiNbO33)是一种集压电、铁电、电光、非线性光学、光折变、声光性能等效应于一体的多功能材料。由于其出色的电光系数和非线性光学系数,LiNbO33被认为是未来光子芯片设计和制备的主要材料。然而,LiNbO33稳定的晶体结构、高熔点、热膨胀系数大、脆性高等物理性质,严重地限制了与其他材料,例如:硅(Silicon,Si)、二氧化硅(Siliocn dioxide,Si O2)等,在结构和功能上的异质集成。此外,LiNbO33在中红外波段也具有出色的光学性质,但却很少被人用以进行光学器件的设计和制备。因此,开发具有与互补型金属氧化物半导体(Complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)加工工艺兼容的LiNbO33与硅基衬底材料(即玻璃、二氧化硅和硅)间的直接键合技术,将极大地推动LiNbO33器件片上异质集成的发展。首先,本论文基于CMOS工艺兼容的真空紫外光活化法和等离子体活化法进行了铌酸锂和玻璃(Glass)间的直接键合研究。利用多种表面表征方法,对真空紫外光和等离子体与LiNbO33和Glass晶片间的相互作用分别进行了探究。实验结果表明,真空紫外光和等离子体活化能大幅度提高待键合晶片表面的亲水性。此外,经过15min真空紫外光活化和90s等离子体活化后,LiNbO33和Glass晶片的表面相对光滑平坦,且预键合效果最佳。随后,此活化参数下的LiNbO33/Glass预键合晶片置于150℃氮气保护环境下低温退火12h,以进一步地增强键合强度。通过多种界面表征方法,分别对真空紫外光和等离子体活化下的LiNbO33/Glass直接键合强度和界面进行了研究。真空紫外光活化和两步等离子体活化下的键合强度分别为2.70MPa和3.76MPa。两种活化方法均能有效地实现LiNbO33/Glass直接键合,并且键合强度足以承受机械加工和微纳加工过程中所产生的机械应力、热应力以及水对键合界面的应力腐蚀。利用透射电子显微镜对直接键合界面观察可以发现,真空紫外光活化和等离子体活化下的界面厚度分别为9.6nm和2.2nm。通过对比两种活化方法在键合效率、成本、效果等方面的优缺点,确立了以等离子体活化为主线进行LiNbO33/Si O2/Si和LiNbO33/Si直接键合工艺的研究。其次,利用氧等离子体活化、氮等离子体活化、两步等离子体活化进行了LiNbO33和Si O2/Si间的直接键合研究。利用上述所提到的等多种表面表征方法,对等离子体与Si O2/Si晶片间的相互作用进行了对比分析。实验结果表明,三种等离子体经过90s活化后,Si O2/Si晶片表面均变得十分亲水且相对光滑。同一种等离子体活化下,此时预键合面积最为理想。相同活化时间下,氧等离子体活化、氮等离子体活化、两步等离子体活化下LiNbO33/Si O2/Si的预键合强度依次增加。由X射线光电子衍射能谱的测试结果可知,预键合强度的增加主要归因于晶片表面有效地悬挂了与氮相关的化学键。将LiNbO33/Si O2/Si预键合晶片置于150℃氮气保护环境下低温退火12h,三种等离子体活化下的直接键合强度分别为1.85MPa、2.13MPa和3.45MPa。利用透射电子显微镜对直接键合界面观察可以发现,两步等离子体活化下的LiNbO33/Si O2/Si界面实现了原子间的键合。然后,利用等离子体活化进行了LiNbO33和Si间的直接键合研究。实验结果发现,氧等离子体活化、氮等离子体活化、两步等离子体活化下键合的LiNbO33/Si晶片,即使经过低温退火处理,其直接键合强度也不足以承受机械切割过程中所产生的应力。利用水蒸气辅助的两步等离子体活化能大幅度提升Si晶片表面的氧化程度,提升了LiNbO33/Si直接键合界面在低温退火过程中元素间的互扩散程度。150℃氮气保护环境下低温退火12h后,直接键合强度为3.28MPa。此外,利用上述各种表面和界面表征方法,探究了水蒸气辅助的两步等离子体对晶片表面和键合界面的影响。利用透射电子显微镜对直接键合界面观察可以发现,水蒸气辅助的两步等离子体活化下的LiNbO33/Si界面实现了原子间键合,其键合界面厚度为6.5nm。基于上述分析结果,推测并建立了LiNbO33/Si直接键合机理和模型。最后,基于LiNbO33在中红外波段出色的透光性,利用上述所开发的低温直接键合工艺,设计并制备等离子激元-纳流体器件。基于时间耦合模式理论,建立了金属-绝缘层-金属结构等离子激元-纳流体器件中,分析物引入纳米腔体前后,吸收光谱的强度变化与系统的额外损耗速率和固有损耗速率之间的理论模型,并搭建了纳米间隙对额外损耗速率和固有损耗速率的定量分析。同时,对光与物质间的相互作用所产生的光谱响应进行了研究。依据损耗工程的耦合设计,对预置信息进行编码,可在不同中红外波长下(即2.68μm、3.16μm和3.61μm)进行图案的动态呈现。
刘大建[3](2021)在《高性能硅光滤波器及其应用研究》文中提出当前,新一轮科技革命和产业变革在全球持续深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。硅基光电子芯片凭借其CMOS兼容、低成本、小尺寸等独特优势,而备受关注。硅光滤波器是其最重要的元件之一,作为关键器件在波分复用和光谱传感等领域被广泛应用。本文围绕高性能硅光滤波器及其应用为主题开展研究。本文首先介绍了集成光学的发展、硅光的优势及其在光通信、光传感等领域的典型应用。之后,本文概述了硅光滤波器的研究现状和发展需求,并对片上硅波导单元器件的仿真设计和测试流程及装置做了简要介绍。其次,本文针对如何获得超大自由频谱范围(FSR)的微环(MRR)滤波器做了深入研究。首先,本文提出了基于多模弯曲波导和弯曲耦合结构的单环滤波器,引入多模弯曲波导以降低弯曲损耗,并优化弯曲耦合结构以调控模式,实现的亚微米尺寸微环滤波器FSR高达93nm,是迄今为止报道的最大值。在此基础上,还进一步提出了基于高阶绝热渐变椭圆环(AEM)的高阶环滤波器,通过引入宽度和曲率均绝热渐变的椭圆环以实现超紧凑微腔,引入弯曲耦合结构以获得所需耦合,实验表明该高阶环滤波器FSR达37nm,为目前报道的高阶MRR的最大纪录。第三,基于多模波导光栅(MWG),本文研制了两种新型硅光滤波器。首先,针对新通信窗口、重要传感波段—2μm波段,本文首次提出并实现了基于MWG的插分型滤波器,验证的2μm硅光滤波器具有低损耗(~1dB)、高边模抑制比(>20dB)、带宽灵活可调(6~26nm)等优异性能。另外,还提出了一种基于双光栅的偏振不敏感滤波器,该滤波器由一个双偏振模式解复用器和双光栅(包括三角形MWG和矩形MWG)组成,通过巧妙的结构设计和偏振调控以实现偏振不敏感特性,并引入特殊的三角形MWG以减少反射并抑制FP共振,实现了带宽~10nm、FSR不限的偏振不敏感滤波器。第四,基于级联MWG结构,通过调控各MWG光谱特性,本文研制了多种多通道波分复用器,包括四通道粗波分复用器(CWDM)、单纤三向复用器(Triplexer)和单纤四向复用器(Quadplexer)。利用MWG滤波器光谱调控的极高灵活性和扩展性,实现了各类复用器波长、带宽各异的要求;采用切趾技术以降低串扰,并引入了渐变光栅和弯曲波导来抑制FP共振以进一步降低串扰。实验结果表明,各复用器均获得了低损耗、低串扰和平坦响应的高性能特性,且均符合国际标准要求。特别地,对于Quadplexer稀疏的通道波长和不均匀的带宽要求,在其它波导结构滤波器难以实现的情况下,本文多波长、多通道协同设计优化了 MWG的结构及光谱特性,首次在片上实现了高性能Quadplexer。总而言之,在高性能硅光滤波器及其应用方面,本文对基于MRR和MWG的滤波器做了深入且系统的研究,并成功研制了多种高性能的硅光滤波器,为今后大规模的硅光链路系统的集成提供了重要的基石。
王建帅[4](2020)在《基于光子晶体光纤的全光纤器件研究》文中进行了进一步梳理第五代移动通信技术(5G)将要在2020年全面实现商用,国家工信部以及电信科技委员会指出全光网是5G最理想的承载网络。自2016年起,国家“十三五”计划提出实施网络强国战略,大力推进全光网的建设。然而,非全光纤器件存在的模式失配、接入耦合损耗较高等问题严重制约了全光网的发展。因此,器件的全光纤化迫在眉睫。基于光子晶体光纤(PCF)的器件因其独特的空气孔排布结构和优良的导光特性,可有效降低模式失配,提高通信质量。双芯光子晶体光纤(TCPCF)结合了双芯光纤(TCF)和PCF的优势,在全光处理领域有广泛应用。本文以器件全光纤化为目标,围绕PCF和TCPCF开展了全光纤结构的电光调制器、传感器、偏振滤波器以及偏振分束器四类器件的理论与实验研究。主要工作和创新成果如下:1.根据耦合模理论,建立了TCF的调制模型,提出了一种基于D型TCF(DTCF)的全光纤电光调制器。首先实验测试了不同应力下TCF的传输谱,其应力灵敏度为1.36 pm/με,表明TCF的传输谱可通过外界参数调控。根据DTCF中的两个芯子对外界敏感性不同,通过调控电压实现光的强度调制。研究表明,电光调制器的3 d B调制电压为1.26 V,且电压为2.7 V时,调制器具有较高的消光比。该全光纤调制器可降低光纤系统的模式失配,有助于提高调制器的调制速率与带宽。2.提出一种基于PCF的金属表面等离子(SPR)低折射率传感器。PCF的芯子由两层反曲率的扇形环组成,传感器结构简单且性能与偏振方向无关。分析结果表明,该PCF-SPR传感器在低折射率1.20~1.34范围内,灵敏度最高可达-15900nm/RIU。在低折射率溶液准确监测、水杂质检测以及环境测量方面具有良好的应用前景。3.制作了两种基于“单模-光子晶体-单模”光纤结构的SPS传感器并对外界的温度和应力进行了测量。第一种结构采用六环反曲率的空芯PCF,测得该传感器的灵敏度分别为20 pm/oC和0.67 pm/με。第二种结构中研究了实芯PCF的空气孔无填充和填充甘油时的传感特性,填充甘油的传感器灵敏度分别为74 pm/oC和0.43 pm/με。测量结果表明,上述两种结构的SPS传感器均具有较好的抗应力交叉敏感能力,利于温度的准确测量。4.研究了一种基于D型PCF(DPCF)的全光纤可调谐偏振滤波器。在其上表面依次涂覆石墨烯和金,利用SPR效应和石墨烯化学势的改变可实现单波长、双波长以及三波长的偏振滤波,且波长位置灵活可调。分析结果表明,当器件长度为100μm,波长范围为1.0~1.4μm时,偏振消光比高于25 d B;基于所提出的DPCF偏振滤波器,对DPCF的制作工艺进行了研究,采用氢氟酸腐蚀的方法,可为偏振滤波器的最终实现,提供一种表面光滑的DPCF。5.提出了两种基于TCPCF的全光纤可调谐偏振分束器,向光纤空气孔中填充磁流体,通过外加磁场的变化,改变TCPCF的双折射效应,在输出端实现偏振态调谐和转换。利用有限元法对器件性能进行分析,当光纤为圆形孔结构,器件尺寸为8.13 mm,磁场强度为25 m T时,偏振态可实现完全转换。在此基础上,提出了基于椭圆和圆混合孔光纤的优化结构,研究表明,向光纤中心空气孔填充37%的甘油溶液,器件在长度为78μm时可实现偏振分离。向中心空气孔中填充磁流体,器件尺寸为1007μm,磁场强度为40.5 m T时,可实现偏振完全转换。该全光纤可调谐偏振分束器,能够同时实现偏振态的分离、调谐与转换,结构紧凑、易于集成。
张远征[5](2020)在《基于压电势的BiFeO3基极化器件与传感应用》文中研究指明随着近几年物联网的快速发展,便携式电子器件已经全面布局在各个领域。组成物联网的微型电子器件都需要微型能源供电,一般会用寿命有限且会对环境造成危害的化学电池,但是电池的管理和回收是一个亟待解决的问题。2006年,王中林院士发明的压电纳米发电机(PENG)具有能够将环境中的机械能转化为电能的特点,并且这种能力与时间和地点无关,表现出极强的环境适用性。因此,PENG尤其适合解决物联网中微型电子器件的供电问题,这为自驱动传感器的发展提供了新的解决方案。迄今为止,对PENG的研究已经取得丰硕的成果,但是制备环境友好型和高性能的PENG仍是目前的主要研究方向。2010年,王中林院士提出压电光电子学效应,其原理主要是利用压电势调节界面处的能带结构,从而有效调控界面或结区处的载流子输运行为,以制备具有高性能和高灵敏特点的新型自驱动光电子器件。压电光电子学已经在传感器、微机电系统和人工智能领域产生重要影响。因此,基于压电势所提出的PENG和压电光电子学两大研究领域对未来物联网的发展起着重要的作用。本文通过掺杂制备钛(Ti)钐(Sm)共掺杂铁酸铋(Bi0.84Sm0.16Fe0.84Ti0.16O3,BSFTO)以改善其压电性,并通过制备三维互连压电填料,成功地提高了PENG的输出性能;其次,制备镧(La)掺杂铁酸铋(Bi0.85La0.15FeO3,BLFO)铁电薄膜与氧化锌(ZnO)纳米线阵列,制备成BLFO/ZnO异质结,通过压电光电子学效应和铁电极化调节BLFO/ZnO异质结的光电性能。主要研究内容如下:(1)在第一个工作中,我们通过制备BSFTO以改善铁酸铋(BiFeO3,BFO)的压电性能,并利用三维互连压电填料的高应力传递能力制备出性能更好的PENG。三维互连压电填料有效地克服了目前基于压电陶瓷颗粒制备的压电复合膜的主要问题:较低的应力传递能力和颗粒聚沉。COMSOL多物理场软件仿真结果以及实验结果进一步证明了三维互连压电填料增强了应力传递能力。经过测试,最佳的开路电压(VOC)和短路电流(ISC)分别为16 V和2.8μA。与基于未掺杂且不具备三维互连结构的BFO制备的PENG相比,VOC和ISC分别提高了约5.3和5.6倍。因此,该PENG可以通过简单的整流电路有效地回收利用并存储微小的机械能。另外,采用压电信号作为触发信号设计了自驱动机械传感系统,并应用于消防安全,有望减少火灾造成的人员伤亡。我们相信这项工作建立了一条制备高性能柔性PENG的绿色途径,并有望进一步促进PENG在机械传感系统应用中的快速发展。(2)在第二个工作中,同样基于压电势这一物理基础,通过同时施加应变和外电场极化,利用压电光电子学效应和铁电极化成功增强了BLFO/ZnO异质结的光电性。BLFO/ZnO异质结的VOC和短路电流密度(Jsc)从零应变的下的0.379 V和0.271 m A/cm2,最终在-2.3%压应变与+10 V脉冲电压极化下增加到了0.411 V和0.419 m A/cm2,这与零应变下的测试结果相比,提升了约8.4%和54.6%,器件响应速度大幅下降,有望应用于光电探测器。为了更深入的分析BLFO/ZnO异质结在加应变与正向电场极化条件下性能增强的原因,我们分析了BLFO/ZnO异质结的能带图,提出了一个合理、可行的解释。同时也通过COMSOL对ZnO纳米线阵列的压电势和BLFO/ZnO异质结能带结构进行了仿真计算,实验结果和仿真计算一致。本工作提高铁电半导体异质结的光电响应的同时,还拓宽了极化电子学器件的研究思路。
林雨[6](2020)在《基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究》文中研究指明柔性智能光电子器件在未来显示、人工智能和生物医学等诸多科技领域具有巨大的应用潜力。当前,性能优异、轻薄便携且易于集成的柔性智能光电子器件的理论设计研究和实验加工制备技术的相对滞后已逐步成为阻碍相关技术领域进步的瓶颈。本文重点研究新型智能材料的电控光学特性,并将亚波长结构与新型智能材料相集成,通过理论设计、仿真模拟和微纳加工制备出相关器件,并进一步研究相关柔性智能光电子器件的调控机制及性能特征,从而为获得实用化的柔性光电子器件打下一定的基础。具体研究内容及创新成果如下:(1)研究了有机电致变色材料:聚3,4—乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)薄膜在不同还原态下的光学性能。首先使用旋涂法在惰性金属电极上制备了均匀致密的PEDOT:PSS薄膜,然后在含有钠离子的电化学电池中对其进行梯度的氧化和还原反应,采用计时电流法研究其电化学特性。最终,经过对PEDOT:PSS薄膜材质特有的双稳态性质加以运用,使用椭偏仪对不同反应状态下的PEDOT:PSS薄膜的在整个可见光波段(400-800nm)光学特性进行了研究,获得了材料在不同反应状态下的折射率和消光系数。电化学实验结果显示,不同的工作电压(相对于参比电极)可使PEDOT:PSS薄膜处于不同的反应状态。当在电化学电池中对PEDOT:PSS薄膜施加0.6 V工作电压,可使其处于完全氧化态,即0%还原态,当对其依次施加-0.6 V、-0.8 V、-1 V、-1.2 V、-1.4 V的工作电压,可使其分别处于20%、40%、60%V、80%、100%的还原状态。椭圆光谱数据显示,在PEDOT:PSS薄膜由氧化态向还原态转化的过程中,材料的折射率随材料还原程度的增加而递增,材料的消光系数则随材料还原程度的增加而上升。(2)理论设计并实验制备了一种柔性可调谐超构透镜。该器件由柔性基底、透明电极、金属纳米块阵列、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,利用金属纳米块结构单元方位角旋转度数的梯度变化,可以获得(0-2π)的全相位延迟。当PEDOT:PSS层由氧化态转变为还原态时,具有不同旋转角的单元结构的透射相位均增加相同数值,而透射振幅均减小相同数值。根据该独特性质,我们应用于可见光波段的聚焦能量可调谐的超构透镜进行了理论设计。采用电子束曝光光刻技术、电子束蒸发镀膜技术、剥离工艺以及丝网印刷技术在柔性衬底上加工制备了该器件。最后自主设计和搭建测试光路对器件性能做了测试和分析。实验结果显示,该可调谐超构透镜可以有效的对入射光进行聚焦,并且可以通过施加较小(<2.5V)的工作电压实时动态的对其聚焦能量进行实时动态调控,调制深度可超过80%。该调控过程不会影响器件的其他聚焦性能,焦距、焦点位置、聚焦模式均保持不变,并且是完全可逆的,响应速度小于1.3 s,平均功耗低于2.1 mW。(3)理论设计并实验制备了一种柔性智能彩色显示屏。该器件由柔性基底、集成有波导模式光栅的透明电极、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,由不同周期的波导模式光栅阵列构成的全介质超表面可以显示不同的颜色。利用电压来动态控制PEDOT:PSS薄膜材料光学性质可以动态调控波导模式光栅阵列周围的介电环境,使其与入射电磁波共振模式发生改变,就可以“开启”或“关断”波导模式光栅阵列的颜色显示性能,由此可以实现彩色动态显示效果。利用电子束曝光光刻、激光直写光刻、感应耦合等离子刻蚀、丝网印刷以及刮涂等工艺在超薄的柔性衬底上加工制备了相关器件,自主搭建测试光路对器件性能做了测试和分析,并拍摄了相关动态显示视频。实验结果表明,该器件可以有效的显示各种颜色以及各种图案,当施加-1.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于氧化状态时,即器件处于“开”状态时,器件单元具有良好的彩色显示特性,可以同时显示红、橙、黄、绿、青、蓝等不同颜色,绝对反射率在12%到28%之间。而当施加2.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于还原状态,即器件处于“关”状态时,器件在整个可见波段的反射率几乎为零,意味着没有颜色显示出来,调制深度可以达到78%-90%该过程是完全可逆的且具有良好的循环特性。(4)提出并理论设计了一种基于柔性衬底和全介质超表面的高效超宽带反射式分束器。该器件由二氧化钛纳米圆柱阵列和叠层高效反射器组成。仿真计算结果表明所设计的全介质分束器具有出色的异常反射能力,能够在70 nm带宽(490-560 nm)范围内实现效率高于90%分束效果,尤其是在某些波长(530 nm)下,已经可以实现高于94%的转换效率。提出并理论设计了一种基于柔性衬底和二氧化钛纳米圆柱阵列的全介质透射式高效分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示该分束器具有出色的异常透射能力,能量转换效率高达90%以上。提出并理论设计了一种基于柔性衬底、PEDOT:PSS和二氧化钛纳米圆柱阵列的透射式全介质可调谐分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示通过电压可以在保持分束效果的前提下,动态调控该分束器的能量转换效率,能量转换效率的调制深度可达78%。
刘渝城[7](2020)在《大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究》文中研究表明有机无机铅卤化物钙钛矿半导体由于其组分可调、简单的溶液制备方法、强的光吸收能力、低的材料成本等优点使得它们的多晶薄膜在光伏和光电应用研究方面取得了快速进展。然而,在多晶薄膜中存在的大量晶界和缺陷被证明是导致离子迁移和快速分解的主要原因,这也是导致钙钛矿太阳电池低稳定性和严重迟滞效应的两个主要因素。与多晶薄膜相比,没有晶界的钙钛矿单晶由于具有更优异的性质,如更长的载流子寿命和扩散长度,更低的体缺陷态密度,更高的载流子迁移率以及更宽的光谱吸收范围等,显着增强了其光电特性。然而,目前报道的钙钛矿单晶仍然存在以下不足:(1)单晶尺寸较小,质量不够高,限制了器件性能进一步提升和应用。(2)单晶的体电阻率较小,使得其光电器件暗电流过高。(3)单晶内部的离子容易迁移,尤其是在高电场下离子迁移异常明显,导致探测器响应不稳定,响应速度较慢,器件信噪比低,基线漂移严重,器件电极被破坏,继而降低器件的稳定性。(4)钙钛矿单晶中普遍含有大量的高毒性铅,极大地限制了其广泛应用。因此,针对以上问题,本文围绕高质量大尺寸钙钛矿单晶的生长策略、反应机理、溶解-结晶平衡、结构维度设计、毒性铅的替换及其光电探测性能,开展的系统研究工作如下:Ⅰ.通过优化晶体成核和生长过程,研发了一种低温梯度结晶(LTGC)的方法,制备了尺寸为47 × 41 × 14 mm3的高质量三维(3D)结构钙钛矿CH3NH3PbBr3单晶。该单晶表现出优异的光电性质,如低的缺陷态密度、高的载流子迁移率、长的载流子寿命和扩散长度。使用该单晶制备的光探测器具有高的工作稳定性,大的外量子效率(13453%),高的探测率(8 × 1013 Jones)以及短的响应时间(15.8μs)。Ⅱ.开发了迁移率为81±5 cm2 V-1s-1、载流子寿命为899±127 ns、缺陷态密度为6.2±2.7×109 cm-3的高质量3D结构钙钛矿单晶。基于该单晶进一步设计和制备了由729像素组成的大面积(约1300mm2)传感器阵列成像组件,实现了优异的成像性能。Ⅲ.提出了一种外围诱导结晶策略,成功地生长了大面积可弯曲的2D结构钙钛矿(C6H5C2H4NH3)2PbI4薄膜单晶(SCM),最大面积超过2500 mm2,厚度最薄为0.6μm。这些薄膜单晶具有低的缺陷态密度、优异的光响应均匀性和长期稳定性。利用这些薄膜单晶,设计并制备了柔性光探测器,其外量子效率为26530%,响应率为 98.17 AW-1,探测率为 1.62 × 1015 cm Hz1/2 W-1。Ⅳ.研发了一种溶液表面张力控制结晶的方法成功生长了大尺寸2D结构块体钙钛矿单晶,最大尺寸为36mm。基于这些单晶,设计制备了光探测器,研究了光电响应的各向异性,发现在(001)面制备的探测器具有更高的光响应性能。V.开发了一种有效的多余晶核消除策略生长英寸级高质量0D结构、非铅类钙钛矿(CH3NH3)3Bi2I9单晶。该单晶具有非常低的离子迁移率,高的体电阻率和优异的环境稳定性。基于该单晶制备的X射线探测器灵敏度高达1947 μC Gyair-1 cm-2,探测限为83 nGyair s-1,响应时间为23.3 ms。此外,由于该单晶探测器具有低的基线漂移(5.0 × 10-10 nA cm-1 s-1 V-1)和良好的X射线响应性能,进而实现了首例0D结构无铅类钙钛矿单晶X射线成像系统。
刘雁军[8](2019)在《ZnO复合微球的可控制备及光电性能与生物传感》文中研究表明回音壁模(WGM)微腔能使光在高折射率介质内壁形成全反射,不仅保证了光学增益回路的有效形成,大大降低了光学散射与透射带来的损耗,并可获得低阈值和高品质因子,在激光、生物探测以及量子物理等领域中具有广阔的应用前景。在众多WGM微腔结构中,各向同性的微球结构更有利于减小光学损耗,提高微腔品质。氧化锌(ZnO)具有直接带隙宽、激子束缚能高、折射率高、形貌可控、制备方法简单和生物相容性好等优点,对称几何形状的ZnO是一种天然的WGM微腔材料,且不需要增益介质。如何制备ZnO微球并有效控制微球的结晶性和表面粗糙度,提高ZnO微腔性能,并结合实际应用领域制备各种ZnO复合微腔,成为一个很有意义的研究课题。随着等离激元光子学(Plasmonics)的发展,表面等离激元增强半导体材料的性能引起了人们的广泛关注。光激发引起金属表面自由电子的集体振荡,能够将光场能量高度局域在表面,并表现出极强的近场增强特性,与微腔表面传播的倏逝波发生高效耦合,实现发光增强和吸收增强。这一奇特的物理效应,能有效提高ZnO材料的本征发光效率以及对光的利用率,对设计和构建新型光电子器件和生物传感器有着巨大应用前景。本文旨在利用水热法和激光烧蚀法,通过改变实验参数实现ZnO微结构的可调控制备,并根据不同应用领域灵活选择各种ZnO微球结构。将微腔与表面等离激元耦合后,进而能实现ZnO微腔材料的紫外发光增强、光催化增强和表面拉曼散射增强等在光电和生物传感领域的应用。主要内容如下:1.利用水热法和激光烧蚀法成功制备出各种ZnO微球结构。利用六次甲基四胺和柠檬酸三钠的协同作用,合成尺寸和表面粗糙度不同的ZnO微球;改变水热反应后样品的沉淀陈化时间调控球的内部结构,获得核壳结构和球壳结构的ZnO;利用激光烧蚀法中脉冲激光的瞬时加热,制备出光滑的高品质ZnO微球。2.在光滑ZnO微球表面修饰金属纳米粒子和石墨烯,增强了ZnO微球的紫外发光。利用Au纳米粒子的局域表面等离子体共振效应(LSPR)和电子转移过程,显着增强了ZnO微球的WGM激光并降低阈值;调控单层石墨烯对ZnO微球的覆盖程度,可导致光致发光强度不同程度的增强,进一步证明石墨烯表面等离激元与ZnO激子之间可以形成有效耦合。3.ZnO/金属复合微球结构能拓宽光谱的吸收范围并促进电子空穴的分离和迁移,实现高效光催化。在不同光源条件下,光化学沉积法一步合成的空心ZnO/Ag微球,对亚甲基蓝、甲基橙、苯酚红和罗丹明6G均表现出高的降解效率;构建Pt/ZnO/CdS复合实心球、核壳和球壳结构用于光解水产氢,借助其形貌优势大大提高了产氢效率。4.利用ZnO/Ag微球的多孔结构和半导体的光催化过程,构建了一种具有可循环性、高稳定性和超灵敏特性的表面增强拉曼散射(SERS)基底,对罗丹明6G、苯酚红、多巴胺和葡萄糖均表现出超高灵敏度的检测效果;ZnO/Ag释放的活性氧物质、Zn2+能有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌的生长。
王进[9](2019)在《特殊环境下光纤光栅传感技术与高速解调方法研究》文中提出本文针对光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简写为FBG)传感技术的工程应用需求,开展了特殊环境下FBG传感相关技术与高速解调方法的研究。提出了一种基于光延时微波实时相位检测(optical true time delay microwave phase detection,简写为OTTD-MPD)的FBG高速、高分辨率解调方法,将微波光子学中的实时相位检测方法应用于FBG解调;针对特殊环境下的工程应用,提出了全镀工艺的全金属无胶化抗啁啾(All-metal Non-gelatinized Anti-chirp,简称AM-NG-AC)FBG封装方法,实现了FBG传感器全温(-192~140℃)条件下AM-NG-AC封装;开展了基于FBG的特殊环境长度检测方法的研究,并根据FBG长度检测理论,研制了两种不同应用背景的基于FBG的盾构机刀具磨损检测传感器以及刀具磨损解调系统,实现了盾构机刀具磨损实时多通道检测;开展了基于FBG的特殊环境弯曲检测方法的研究,并根据FBG弯曲检测理论,设计了一种新型基于嵌入式半剖应力管的光纤布拉格光栅-光学相干断层扫描(Fiber Bragg Grating-Optical Coherence Tomography简写为FBG-OCT)导管,用于实时恢复血管内OCT三维形貌。论文完成的主要工作:1.系统研究了FBG解调相关理论,特别是高速、高分辨率解调相关理论。结合微波光子学以及色散延迟相关理论,提出了一种OTTD-MPD方法,实现了FBG高速和高分辨率解调。实验结果表明,OTTD-MPD解调系统在群速度色散为79.5ps/nm,射频本振信号频率为40GHz时,FBG解调测量分辨率为0.8pm,解调速率10K/s以上。2.系统研究了用于特殊环境的FBG全金属无胶化抗啁啾(AM-NG-AC)封装方法。分别使用化学镀和蒸发镀的方法对FBG进行金属化,通过测试金属化FBG的温度传感性能,分析了两种金属化FBG方法的结构稳定性和温度稳定性。实验结果表明,封装好的基于铝基底的AM-NG-AC封装结构,不仅实现了FBG的保护性封装,还使封装后FBG达到了30.8pm/℃的温度灵敏度,并实现了液氮条件下无啁啾以及0.3pm/℃低温重复稳定性。3.开展了基于FBG的特殊环境长度检测方法的研究,建立了基于FBG的长度检测理论模型以及分析方法。根据FBG长度检测理论,提出了两种基于FBG的盾构机刀具磨损检测方法。本文综合了FBG功率检测以及波长编码的优点,提出了FBGA的盾构机刀具磨损检测方案,降低了对反射谱功率的检测要求,FBGA方案既满足磨损检测精度的要求也实现了大温度范围磨损测量。CFBG方法采用单根光纤,传感器体积小,适合应用在盾构机小刀具磨损检测,实现了1mm检测精度以及20~80℃的磨损端面温度范围;FBGA传感器方法,能够适应主推进刀头的1mm检测精度以及20~200℃磨损端面温度范围需求,并能适应坚硬地质带来的温度骤变。4.开展了基于FBG的特殊环境弯曲检测方法的研究,建立了基于FBG的弯曲检测理论模型以及分析方法。根据FBG弯曲检测理论,研制了一种新型FBG-OCT导管,通过FBG应变的周期变化获取血管曲率和弯曲方向实时恢复血管三维形貌。血管假体恢复实验重建了带有弯曲信息的血管假体三维形貌。实现了血管弯曲半径200mm以上的,OCT转速100转/s的血管内OCT三维形貌恢复。
二、光电子耦合器件图像传感研究进展及现状分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光电子耦合器件图像传感研究进展及现状分析(论文提纲范文)
(1)飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 飞秒表面等离激元时空表征的显微技术 |
1.3 飞秒表面等离激元时空成像的研究进展 |
1.4 飞秒表面等离激元时空成像的研究现状分析 |
1.5 本文的研究目的和意义 |
1.6 本文主要内容及安排 |
第二章 飞秒表面等离激元时空演化理论 |
2.1 引言 |
2.2 飞秒局域表面等离激元的动力学特性 |
2.3 飞秒传输表面等离激元的时空演化理论 |
2.4 时间分辨的光发射电子显微实验中的近场干涉理论 |
2.5 本章小结 |
第三章 飞秒局域等离激元的超快时空成像研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验装置、样品制备和FDTD模拟设置 |
3.3 金bowtie纳米天线中飞秒局域表面等离激元的时空成像研究 |
3.4 飞秒局域表面等离激元场的超快动力学研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 飞秒传输表面等离激元的近场成像研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验装置、样品制备和波形模拟理论 |
4.3 飞秒传输表面等离激元近场成像研究的结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 飞秒传输表面等离激元横向和纵向电场的时空成像研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验装置与FDTD模拟设置 |
5.3 单束飞秒光激发飞秒传输表面等离激元的近场成像研究 |
5.4 飞秒传输表面等离激元横向和纵向电场的时空成像研究 |
5.5 本章小结 |
第六章 飞秒操控传输表面等离激元定向激发的近场成像研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验方案、样品制备和FDTD模拟设置 |
6.3 飞秒传输表面等离激元的定向激发研究 |
6.4 飞秒尺度操控传输表面等离激元的定向激发研究 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
致谢 |
(2)LiNbO3与硅基材料表面活化低温直接键合及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 LiNbO_3材料键合和应用研究现状 |
1.2.1 LiNbO_3/Glass键合及应用 |
1.2.2 LiNbO_3/SiO_2键合 |
1.2.3 LiNbO_3/SiO_2键合应用 |
1.2.4 LiNbO_3/Si键合 |
1.2.5 LiNbO_3/Si键合应用 |
1.3 MIM结构超构表面研究现状 |
1.3.1 生物分子检测 |
1.3.2 气体分子传感与检测 |
1.3.3 结构色图像 |
1.3.4 全息成像 |
1.4 等离子激元-微纳流体器件研究现状 |
1.4.1 等离子激元-微流体器件 |
1.4.2 等离子激元-纳流体器件 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 实验材料与研究方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 铌酸锂直接键合工艺研究 |
2.1.2 铌酸锂光学器件制备 |
2.2 实验设备 |
2.2.1 真空紫光活化键合设备 |
2.2.2 等离子体活化键合设备 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 真空紫光活化键合 |
2.3.2 等离子体活化键合 |
2.4 材料表征及分析方法 |
2.4.1 原子力显微镜测试 |
2.4.2 润湿角测试 |
2.4.3 X射线光电子衍射能谱测试 |
2.4.4 傅里叶红外光谱测试 |
2.4.5 拉曼光谱测试 |
2.4.6 拉伸测试 |
2.4.7 扫描电子显微镜测试 |
2.4.8 透射电子显微镜测试 |
2.5 铌酸锂光学器件制备流程 |
2.6 器件设计、加工及性能表征方法 |
2.6.1 器件模拟仿真软件 |
2.6.2 器件微纳加工设备 |
2.6.3 器件性能表征仪器 |
第3章 铌酸锂与石英玻璃的低温直接键合 |
3.1 引言 |
3.2 铌酸锂与硅基材料键合分析 |
3.3 真空紫外光活化直接键合 |
3.3.1 铌酸锂与石英玻璃直接键合 |
3.3.2 硅基材料直接键合 |
3.3.3 碳化硅与硅基材料直接键合 |
3.4 等离子体活化直接键合铌酸锂和石英玻璃 |
3.4.1 等离子体活化工艺参数探究 |
3.4.2 不同等离子体活化对晶片表面粗糙度的影响 |
3.4.3 不同等离子体活化对晶片表面润湿性的影响 |
3.4.4 不同等离子体活化对晶片表面化学结构的影响 |
3.4.5 两步等离子体活化LiNbO_3/Glass直接键合界面分析 |
3.4.6 两步等离子体活化LiNbO_3/Glass键合样品透光率测试 |
3.5 真空紫外光活化键合与等离子体活化键合对比分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 铌酸锂与热氧化硅的低温直接键合 |
4.1 引言 |
4.2 铌酸锂/氧化硅等离子体活化直接键合工艺参数探究 |
4.3 不同等离子体活化对氧化硅表面物理化学状态的影响 |
4.3.1 等离子体对晶片表面粗糙度和形貌的影响 |
4.3.2 等离子体对晶片表面润湿性的影响 |
4.3.3 等离子体对晶片表面元素种类和元素价态的影响 |
4.4 铌酸锂/氧化硅直接键合强度及键合界面显微结构分析 |
4.4.1 不同等离子体活化下的直接键合强度及对比分析 |
4.4.2 两步等离子体活化的铌酸锂/氧化硅直接键合界面分析 |
4.5 铌酸锂/石英玻璃与铌酸锂/氧化硅等离子体活化直接键合机理 |
4.6 本章小结 |
第5章 铌酸锂与硅的低温直接键合 |
5.1 引言 |
5.2 铌酸锂/硅等离子体活化直接键合工艺参数探究 |
5.3 不同等离子体活化对硅晶片表面物理化学状态的影响 |
5.3.1 等离子体对硅表面粗糙度和形貌的影响 |
5.3.2 润湿性的影响 |
5.3.3 不同等离子体活化对晶片表面化学结构的影响 |
5.4 铌酸锂/硅直接键合强度及键合界面显微结构分析 |
5.4.1 不同等离子体活化下的键合强度对比及分析 |
5.4.2 键合界面显微观察及失效分析 |
5.5 水蒸气辅助两步等离子体活化直接键合铌酸锂/硅 |
5.5.1 预键合工艺参数探究 |
5.5.2 等离子体对晶片表面粗糙度和润湿性的影响 |
5.5.3 等离子体对晶片表面元素种类及价态的影响 |
5.5.4 铌酸锂/硅直接键合强度和键合界面显微结构分析 |
5.6 铌酸锂/硅等离子体活化直接键合机理 |
5.7 本章小结 |
第6章 铌酸锂直接键合在高光谱成像中的应用 |
6.1 引言 |
6.2 直接键合在等离子激元-纳流体器件制备中的必要性 |
6.3 等离子激元-纳流体器件制备及高光谱成像工作原理 |
6.4 等离子激元-纳流体器件工作机理及设计 |
6.5 等离子激元-纳流体器件的制备及性能测试 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(3)高性能硅光滤波器及其应用研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 硅基光电子学 |
1.2 硅光滤波器概述 |
1.2.1 基于马赫-曾德干涉仪的硅光滤波器 |
1.2.2 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
1.2.3 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
1.2.4 基于阵列波导光栅的硅光滤波器 |
1.2.5 总结 |
1.3 本论文主要内容及创新点 |
1.3.1 主要内容 |
1.3.2 主要创新点 |
2 硅基集成光电子器件的理论仿真、制备和测试 |
2.1 硅波导光学仿真 |
2.1.1 硅波导模式理论 |
2.1.2 硅波导模式计算 |
2.1.3 硅波导的光场传输计算 |
2.2 硅基光电子器件的制备 |
2.3 硅基光电子器件的测试 |
2.4 本章小结 |
3 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
3.1 微环谐振器的基本原理 |
3.1.1 全通型微环谐振器 |
3.1.2 插分型微环谐振器 |
3.2 具有超大自由频谱范围的插分型单环滤波器 |
3.2.1 结构和设计 |
3.2.2 制备和测试 |
3.2.3 结果和分析 |
3.3 具有超大自由频谱范围的平顶型高阶环滤波器 |
3.3.1 结构和设计 |
3.3.2 制作和测试 |
3.3.3 结果和分析 |
3.4 本章小结 |
4 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
4.1 波导布拉格光栅滤波器的基本原理 |
4.2 2 μm波段的硅基多模波导光栅滤波器 |
4.2.1 结构和设计 |
4.2.2 制备和测试 |
4.2.3 结果和分析 |
4.3 基于双光栅的偏振不敏感光学滤波器 |
4.3.1 结构和设计 |
4.3.2 制备和测试 |
4.4 本章小结 |
5 基于级联多模波导光栅的多通道波分复用器 |
5.1 面向短距通信的四通道粗波分复用器 |
5.1.1 结构和设计 |
5.1.2 加工和测试 |
5.1.3 结果和分析 |
5.2 面向无源光网络的硅基单纤三向复用器 |
5.2.1 结构和设计 |
5.2.2 制作和测试 |
5.2.3 结果和分析 |
5.3 面向无源光网络融合升级的硅基单纤四向复用器 |
5.3.1 结构和设计 |
5.3.2 制备和测试 |
5.3.3 结果和分析 |
5.3.4 总结和讨论 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
作者在学期间所取得的科研成果 |
(4)基于光子晶体光纤的全光纤器件研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光子晶体光纤的研究进展与应用 |
1.2.1 光子晶体光纤的研究进展 |
1.2.2 光子晶体光纤的特性 |
1.2.3 光子晶体光纤的应用 |
1.3 双芯光子晶体光纤的研究进展与应用 |
1.3.1 双芯光纤的研究与进展 |
1.3.2 双芯光子晶体光纤的研究与进展 |
1.4 本文研究内容和章节安排 |
2 光子晶体光纤的理论分析 |
2.1 引言 |
2.2 光子晶体光纤的模式计算方法 |
2.2.1 数值等效法 |
2.2.2 有限元法 |
2.3 双芯光子晶体光纤的模式特性 |
2.3.1 双芯光纤耦合模理论 |
2.3.2 双芯光纤的调制理论模型 |
2.3.3 双芯光子晶体光纤的模式特性 |
2.3.4 双芯光子晶体光纤的耦合特性 |
2.4 本章小结 |
3 基于光子晶体光纤的传感器研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于光子晶体光纤的SPR折射率传感器 |
3.2.1 金属表面等离子体理论基础 |
3.2.2 传感器特性研究 |
3.3 基于光子晶体光纤的温度应力传感器 |
3.3.1 结构与理论 |
3.3.2 基于空芯光子晶体光纤的传感器特性 |
3.3.3 基于实芯光子晶体光纤的传感器特性 |
3.4 本章小结 |
4 基于光子晶体光纤的全光纤偏振滤波器研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于D型光子晶体光纤的偏振滤波器 |
4.2.1 理论模型 |
4.2.2 滤波性能分析 |
4.2.3 调谐特性分析 |
4.3 D型光子晶体光纤的制作 |
4.3.1 D型单模光纤 |
4.3.2 D型光子晶体光纤 |
4.4 本章小结 |
5 基于双芯光子晶体光纤的全光纤偏振分束器研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于圆形空气孔的TCPCF可调谐偏振分束器 |
5.2.1 理论模型 |
5.2.2 结构优化 |
5.2.3 性能分析 |
5.3 基于椭圆与圆形混合空气孔的TCPCF可调谐偏振分束器 |
5.3.1 偏振分束特性 |
5.3.2 偏振态的调谐特性 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本论文研究成果 |
6.2 下一步工作计划 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)基于压电势的BiFeO3基极化器件与传感应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 压电材料、压电势及压电纳米发电机 |
1.2.1 压电材料简介 |
1.2.2 压电势简介 |
1.2.3 压电纳米发电机 |
1.2.4 目前压电纳米发电机研究现状 |
1.3 铁电光伏效应 |
1.4 压电光电子学效应 |
1.4.1 压电光电子学效应简介 |
1.4.2 目前压电光电子学研究现状 |
1.5 本论文研究内容与意义 |
参考文献 |
第2章 样品的制备、表征和性能测试 |
2.1 引言 |
2.2 样品的制备 |
2.2.1 固相法制备压电陶瓷 |
2.2.2 溶胶凝胶法制备BLFO薄膜 |
2.2.3 磁控溅射制备ZnO籽晶层 |
2.2.4 水热法制备纳米线 |
2.3 样品表征 |
2.3.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.3 拉曼光谱测试(Raman) |
2.4 性能测试 |
2.4.1 铁电性能 |
2.4.2 压电性能 |
2.4.3 压电纳米发电机的输出性能 |
2.4.4 光伏性能 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第3章 基于三维结构设计的BSFTO制备柔性压电纳米发电机 |
3.1 引言 |
3.2 压电纳米发电机的制备 |
3.2.1 BSFTO样品的制备 |
3.2.2 制备基于BSFTO的三维互联压电填料的PENG |
3.3 材料与器件的形貌、结构表征与性能测试 |
3.3.1 BSFTO颗粒的表征 |
3.3.2 三维压电互连压电填料与纳米发电机的基本结构 |
3.3.3 压电纳米发电机的工作原理 |
3.3.4 压电纳米发电机的电学性能测试 |
3.4 COMSOL多物理场仿真计算 |
3.4.1 COMSOL Multiphysics简介 |
3.4.2 三维互连结构的COMSOL Multiphysics仿真计算 |
3.5 压电纳米发电机的实际应用 |
3.6 本章小结 |
参考文献 |
第4章 外场极化、应变调控增强BLFO/ZnO异质结光电性能 |
4.1 引言 |
4.2 BLFO/ZnO器件的制备 |
4.2.1 BLFO的薄膜的制备 |
4.2.2 ZnO纳米线阵列的制备 |
4.3 BLFO/ZnO异质结的基本表征 |
4.3.1 BLFO/ZnO异质结微观形貌 |
4.3.2 BLFO/ZnO异质结的晶体结构 |
4.3.3 BLFO薄膜的铁电性 |
4.3.4 BLFO薄膜与ZnO纳米线的紫外-可见光谱分析 |
4.4 BLFO薄膜与BLFO/ZnO异质结的光伏性能测试 |
4.4.1 BLFO薄膜光电性能测试 |
4.4.2 外场极化、应变调控下BLFO/ZnO异质结光电性能测试 |
4.5 BLFO/ZnO异质结能带理论分析 |
4.5.1 异质结性能增强的理论分析 |
4.5.2 ZnO压电势与异质结能带的COMSOl仿真计算 |
4.6 本章小结 |
参考文献 |
第5章 总结与展望 |
致谢 |
攻读学位期间研究成果 |
(6)基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 可调谐柔性超表面的国内外研究现状 |
1.3 课题的意义和主要研究内容 |
第2章 可调谐柔性超表面的相关理论与制备技术 |
2.1 表面等离子激元的理论基础 |
2.2 波导模式共振的理论基础 |
2.3 时域有限差分(FDTD)数值计算方法 |
2.4 可调谐柔性超表面的制备技术介绍 |
2.4.1 镀膜系统简介 |
2.4.2 光刻系统简介 |
2.4.3 感应耦合等离子刻蚀系统简介 |
2.5 本章小结 |
第3章 有机电致变色材料PEDOT:PSS的电调控光学特性研究 |
3.1 引言(电致变色材料简介) |
3.2 PEDOT:PSS薄膜材料简介 |
3.3 PEDOT:PSS薄膜材料的电控光学特性测试 |
3.3.1 PEDOT:PSS薄膜的制备 |
3.3.2 PEDOT:PSS薄膜的电化学性质测试 |
3.3.3 PEDOT:PSS薄膜的表征及光学性质测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐超构透镜的理论设计和实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 可调谐超构透镜发展现状 |
4.2.1 机械可重构超构透镜 |
4.2.2 基于智能材料的可调谐超构透镜 |
4.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的理论设计 |
4.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的实验制备 |
4.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的性能检测 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐显示器件的理论设计和实验研究 |
5.1 引言(结构色超表面简介) |
5.2 可调谐显示器件发展现状 |
5.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的理论设计 |
5.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的实验制备 |
5.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的性能检测 |
5.5.1 全彩显示性能测试 |
5.5.2 柔性彩色显示性能测试 |
5.5.3 柔性彩色显示器件电学性能测试 |
5.5.4 实时动态动画显示器件的制备与性能测试 |
5.6 本章小结 |
第6章 基于柔性基底的全介质分束器和可调谐分束器的设计与仿真 |
6.1 引言 |
6.2 反射式全介质分束器的设计和数值仿真 |
6.3 透射式全介质分束器的设计和数值仿真 |
6.4 透射式可调谐分束器的设计和数值仿真 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(7)大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 钙钛矿晶体结构及单晶研究进展 |
1.1.1 钙钛矿晶体结构 |
1.1.2 钙钛矿单晶研究进展 |
1.2 光探测器的分类、工作原理及基本参数 |
1.2.1 光探测器的分类 |
1.2.2 光伏探测器工作原理 |
1.2.3 光电导探测器工作原理 |
1.2.4 光探测器中的暗电流 |
1.2.5 光探测器的基本参数 |
1.3 X射线探测器的工作模式、原理及基本参数 |
1.3.1 X射线探测器工作模式及其工作原理 |
1.3.2 X射线探测器的基本参数 |
1.4 钙钛矿光探测器及X射线探测器研究进展 |
1.4.1 钙钛矿用于光探测器的优势 |
1.4.2 钙钛矿用于X射线探测器的优势 |
1.4.3 钙钛矿光探测器研究进展 |
1.4.4 钙钛矿X射线探测器研究进展 |
1.5 本论文的研究意义、研究内容与创新点 |
1.5.1 研究意义 |
1.5.2 研究内容与创新点 |
第2章 晶体成核与生长理论基础、模型 |
2.1 晶体成核理论 |
2.1.1 均相成核 |
2.1.2 异相成核 |
2.2 晶体生长理论与模型 |
2.2.1 扩散-控制生长模型和反应控制的增长模型 |
2.2.2 奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening) |
2.3 本章小结 |
第3章 基础材料制备与表征方法 |
3.1 实验所用试剂,仪器与材料合成 |
3.1.1 实验所用试剂 |
3.1.2 合成所用仪器设备 |
3.1.3 基础材料合成 |
3.2 主要表征方法与简单原理 |
3.2.1 表征仪器与设备 |
3.2.2 器件性能表征方法与简单原理 |
3.3 本章小结 |
第4章 低温梯度结晶生长大尺寸三维钙钛矿单晶及其光探测性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 基本表征和测试 |
4.2.2 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶过程研究 |
4.3.2 溶液中钙钛矿单晶生长过饱和模型 |
4.3.3 单晶晶体结构 |
4.3.4 单晶光电性质 |
4.3.5 单晶的光探测性能 |
4.4 本章小结 |
第5章 大尺寸高质量三维钙钛矿单晶及其数字图像传感性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 CH_3NH_3Br晶体合成 |
5.2.2 单晶生长 |
5.2.3 单晶探测器的制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 单晶的晶体结构 |
5.3.2 单晶的缺陷态密度和光学性质 |
5.3.3 单晶光探测性能 |
5.3.4 单晶探测器阵列及数字图像传感性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 外围诱导结晶生长大面积二维钙钛矿单晶薄膜及其柔性光探测器 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 单晶薄膜的生长 |
6.2.2 单晶薄膜器件制备 |
6.2.3 单晶及其探测器表征方法 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 单晶薄膜生长过程研究 |
6.3.2 单晶薄膜的厚度控制及其弯曲性 |
6.3.3 单晶薄膜晶体结构表征 |
6.3.4 单晶薄膜的光学和电荷传输性质 |
6.3.5 柔性单晶探测器及探测性能 |
6.4 结论 |
第7章 表面张力控制结晶生长高质量二维钙钛矿单晶及其各向异性光探测性能研究 |
7.1 引言 |
7.2 实验部分 |
7.2.1 表面张力控制结晶生长块体2D钙钛矿单晶 |
7.2.2 平面型钙钛矿单晶探测器制备 |
7.2.3 单晶材料及器件性能表征 |
7.2.4 理论计算 |
7.3 结果与讨论 |
7.3.1 表面张力控制溶液表面成核分析 |
7.3.2 晶体结构的各向异性 |
7.3.3 单晶的光学性质和缺陷态密度 |
7.3.4 钙钛矿单晶的各向异性电荷传输 |
7.3.5 单晶探测器及其各向异性光探测性能 |
7.4 结论 |
第8章 大尺寸零维结构非铅类钙钛矿单晶生长及用于高灵敏稳定X射线成像 |
8.1 引言 |
8.2 实验部分 |
8.2.1 单晶生长 |
8.2.2 单晶X射线探测器制备 |
8.2.3 单晶材料表征与X射线探测器性能测试 |
8.2.4 理论计算 |
8.3 结果与讨论 |
8.3.1 单晶晶体结构 |
8.3.2 单晶光学性质与稳定性 |
8.3.3 单晶X射线探测器及其性能 |
8.3.4 单晶X射线探测器中的离子迁移 |
8.3.5 单晶X射线成像 |
8.4 结论 |
第9章 总结与展望 |
9.1 结论 |
9.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间的科研成果 |
(8)ZnO复合微球的可控制备及光电性能与生物传感(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 回音壁模微腔的研究现状 |
1.1.1 回音壁模微腔的基本性质 |
1.1.2 回音壁模微腔的材料种类及特点 |
1.2 微球腔结构的应用 |
1.2.1 微球腔的光电性能与应用 |
1.2.2 微腔的传感与检测 |
1.3 ZnO微腔的研究现状 |
1.3.1 ZnO微腔的应用 |
1.3.2 ZnO微腔的制备 |
1.4 表面等离激元的概述及应用举例 |
1.5 本文的研究意义、内容和创新点 |
第二章 ZnO微球结构的可控制备 |
2.1 研究背景 |
2.2 水热法制备ZnO微球 |
2.2.1 实验试剂和设备 |
2.2.2 ZnO微球的制备及表征 |
2.3 沉淀陈化法制备ZnO球壳 |
2.3.1 实验试剂和设备 |
2.3.2 ZnO球壳的制备及表征 |
2.4 激光烧蚀法制备ZnO微球 |
2.4.1 实验材料和设备 |
2.4.2 ZnO微球的制备及表征 |
2.5 本章小结 |
第三章 ZnO微球的回音壁模激光与增强 |
3.1 研究背景 |
3.2 ZnO微球的紫外激光 |
3.3 Au表面等离激元增强ZnO微球的紫外激光 |
3.3.1 ZnO/Au微米球的制备及表征 |
3.3.2 ZnO/Au微球的紫外激光 |
3.4 石墨烯表面等离激元增强ZnO微球的紫外激光 |
3.4.1 ZnO/石墨烯微米球的制备及表征 |
3.4.2 ZnO/石墨烯微球的紫外激光 |
3.5 本章小结 |
第四章 ZnO复合微球的光催化降解与产氢 |
4.1 研究背景 |
4.2 空心ZnO/Ag微球的光催化性质研究 |
4.2.1 空心ZnO/Ag微球的制备及表征 |
4.2.2 空心ZnO/Ag微球的光催化降解性能 |
4.3 Pt/ZnO/CdS结构的光催化性质研究 |
4.3.1 Pt/ZnO/CdS结构的制备及表征 |
4.3.2 Pt/ZnO/CdS结构的光催化产氢 |
4.4 本章小结 |
第五章 ZnO复合微球的表面增强拉曼散射与抑菌 |
5.1 研究背景 |
5.2 多孔ZnO/Ag微球的制备及表征 |
5.3 多孔ZnO/Ag微球超灵敏表面增强拉曼散射基底 |
5.4 多孔ZnO/Ag微球的抑菌性 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 论文总结 |
6.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
博士期间发表论文及其他学术成果 |
(9)特殊环境下光纤光栅传感技术与高速解调方法研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光纤传感技术研究现状 |
1.2.1 光纤光栅高速解调方法研究现状 |
1.2.2 光纤光栅传感器封装技术研究现状 |
1.3 光纤光栅传感技术的应用 |
1.3.1 光纤光栅在生物医学领域的应用 |
1.3.2 光纤光栅在工程领域的应用 |
1.4 本文的主要内容和创新点 |
第2章 光纤光栅传感及解调基本理论 |
2.1 光纤光栅传感理论分析方法 |
2.2 啁啾光纤光栅传感理论分析方法 |
2.3 光纤光栅封装理论分析方法 |
2.4 光纤光栅高速解调理论 |
2.4.1 傅里叶频域锁模激光器扫频光纤光栅解调法 |
2.4.2 边缘检测滤波光纤光栅解调法 |
2.4.3 非平衡马赫-曾德干涉光纤光栅解调法 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于光延时微波实时相位检测(OTTD-MPD)光纤光栅解调方法研究 |
3.1 基于OTTD-MPD的光纤光栅传感解调系统 |
3.2 基于OTTD-MPD的光纤光栅传感解调系统理论分析 |
3.3 基于OTTD-MPD的光纤光栅传感特性研究及噪声分析 |
3.4 基于OTTD-MPD的参考微波光子链路相位补偿方法研究 |
3.5 本章小结 |
第4章 用于特殊环境的光纤光栅封装设计方法研究 |
4.1 光纤光栅金属化封装方法和传感特性研究 |
4.1.1 基于化学镀Ni的光纤光栅金属化方法及传感特性研究 |
4.1.2 基于蒸发镀Ni-Cr的光纤光栅金属化方法及传感特性研究 |
4.1.3 化学镀和蒸发镀金属化光纤光栅传感性能分析 |
4.2 铝基底光纤光栅全金属无胶化抗啁啾封装方法及传感特性研究 |
4.2.1 基于铝基底的全金属光纤光栅封装方法研究 |
4.2.2 基于铝基底的全金属光纤光栅温度特性研究 |
4.2.3 铝基底光纤光栅封装温度液氮低温抗啁啾性能测试 |
4.3 本章小结 |
第5章 基于光纤光栅技术的特殊环境长度检测方法研究 |
5.1 盾构机刀具磨损检测技术以及方法概述 |
5.2 基于光纤光栅技术的盾构机刀具磨损检测系统研究 |
5.3 基于啁啾光纤光栅(CFBG)的盾构机刀具磨损传感研究 |
5.3.1 用于盾构机刀具磨损检测的CFBG封装方法 |
5.3.2 基于CFBG的盾构机刀具磨损传感系统算法实现 |
5.3.3 基于CFBG的盾构机刀具磨损标定实验 |
5.3.4 基于CFBG的盾构机刀具磨损检测实验 |
5.4 基于光纤光栅阵列(FBGA)的盾构机刀具磨损传感研究 |
5.4.1 用于盾构机刀具磨损检测的FBGA长度检测原理 |
5.4.2 用于盾构机刀具磨损检测的FBGA封装方法 |
5.4.3 基于FBGA的盾构机刀具磨损传感系统及算法实现 |
5.4.4 基于FBGA的盾构机刀具磨损检测实验 |
5.5 本章小结 |
第6章 基于光纤光栅技术的特殊环境弯曲检测方法研究 |
6.1 基于半剖应力管结构的光纤光栅微管弯曲测量方法研究 |
6.2 用于血管内OCT三维形貌恢复的FBG-OCT导管制备研究 |
6.2.1 用于血管内OCT三维形貌恢复的FBG组件制备流程 |
6.2.2 用于血管内OCT三维形貌恢复的FBG组件应变旋转实验 |
6.3 用于血管内OCT三维形貌恢复的FBG-OCT系统研究 |
6.4 用于血管内OCT三维形貌恢复的FBG-OCT导管系统标定 |
6.5 基于FBG-OCT导管的血管内OCT假体三维恢复研究 |
6.6 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 课题展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
四、光电子耦合器件图像传感研究进展及现状分析(论文参考文献)
- [1]飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究[D]. 秦楡禄. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]LiNbO3与硅基材料表面活化低温直接键合及应用研究[D]. 许继开. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]高性能硅光滤波器及其应用研究[D]. 刘大建. 浙江大学, 2021(01)
- [4]基于光子晶体光纤的全光纤器件研究[D]. 王建帅. 北京交通大学, 2020(03)
- [5]基于压电势的BiFeO3基极化器件与传感应用[D]. 张远征. 河南大学, 2020(02)
- [6]基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究[D]. 林雨. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究[D]. 刘渝城. 陕西师范大学, 2020(02)
- [8]ZnO复合微球的可控制备及光电性能与生物传感[D]. 刘雁军. 东南大学, 2019(06)
- [9]特殊环境下光纤光栅传感技术与高速解调方法研究[D]. 王进. 天津大学, 2019