Author Affiliations
Abstract
1 Centre for Micro Nano Systems, School of Information Science and Technology (SIST), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Zhangjiang Laboratory, Shanghai 201210, China
The heterogeneous integration of photonic integrated circuits (PICs) with a diverse range of optoelectronic materials has emerged as a transformative approach, propelling photonic chips toward larger scales, superior performance, and advanced integration levels. Notably, two-dimensional (2D) materials, such as graphene, transition metal dichalcogenides (TMDCs), black phosphorus (BP), and hexagonal boron nitride (hBN), exhibit remarkable device performance and integration capabilities, offering promising potential for large-scale implementation in PICs. In this paper, we first present a comprehensive review of recent progress, systematically categorizing the integration of photonic circuits with 2D materials based on their types while also emphasizing their unique advantages. Then, we discuss the integration approaches of 2D materials with PICs. We also summarize the technical challenges in the heterogeneous integration of 2D materials in photonics and envision their immense potential for future applications in PICs.
two-dimensional materials silicon photonics heterogeneous integration photonic integrated circuits Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110007
1 华中科技大学材料科学与工程学院，材料成形与模具技术国家重点实验室 武汉 430074
2 广东华中科技大学工业技术研究院 广东 东莞 523808
3 华中科技大学光学与电子信息学院 武汉 430074
挠曲电效应是一种应变梯度与电极化(正挠曲电效应)或电场强度梯度与应变(逆挠曲电效应)之间的力电耦合效应。与压电效应不同，挠曲电效应不受材料对称性、Curie温度所限制，且随着材料尺寸减小而不断增强，因而具有广阔的研究与应用前景。本文主要总结了挠曲电效应的发展历史、挠曲电系数测量、挠曲电效应增强机制以及当前研究进展，重点介绍了挠曲电效应在传感器、致动器、机械存储器、挠曲电压电复合材料、俘能器以及新型电子器件等领域应用的最新研究进展，最后对挠曲电效应的发展前景进行了展望。
挠曲电效应 压电效应 机电耦合 应变梯度 flexoelectric effect piezoelectric effect mechanical-electric coupling strain gradient
1 常州大学材料科学与工程学院 江苏省光电热能量转化材料与应用工程实验室，江苏 常州 213164
2 湘潭大学 化学学院，湖南 湘潭 411105
将烷基芴（Fluorene，FL）基团通过柔性烷基链连接到吡啶甲酸（Picolinic acid，pic）上，合成了辅助配体功能化的供体‐受体（D‐A）型铱配合物近红外电致发光材料（CH3OTPA‐BTz‐Iq）2Ir（pic‐FL）（TPA：Triphenylamine为三苯胺，BTz：Benzotriazole为苯并三唑，Iq：Isoquinoline为异喹啉）。通过对其紫外‐可见吸收光谱和光致发光光谱研究发现，由于主配体中强D‐A作用的CH3OTPA‐BTz结构，配合物具有强分子内电荷转移跃迁（Charge transfer transition，ICT）吸收峰和720 nm左右的光致发光峰。与此同时，（CH3OTPA‐BTz‐Iq）2Ir（pic‐FL）分子中柔性烷基链和高荧光量子效率芴基团的引入，可以提高材料光致发光效率，改善材料的溶解性能和器件成膜性能，提高电致发光效率。以配合物为发光掺杂剂制备的有机电致发光器件其最大发射峰位于722 nm左右的近红外区域，最大外量子效率（EQEmax）为0.92%，是其母体配合物（CH3OTPA‐BTz‐Iq）2‐Irpic器件效率的2.24倍（EQEmax为0.41%@723 nm）。
铱（Ⅲ）配合物 芴 供体-受体 近红外 电致发光 iridium（Ⅲ）complex fluorene donor-acceptor near infrared electroluminescence
浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
硅量子点(Si QDs)的尺寸一般小于10 nm，由于量子限域效应和表面效应而表现出与体硅材料不同的电子和光学性质，因此硅量子点受到了研究者的关注。近年来，硅量子点因其新颖的光电性能已经被应用到光电器件领域，并取得了一系列的研究进展。概述了硅量子点的电子和光学性质，详细介绍了国内外有关硅量子点在发光器件、太阳电池和光探测器3个方面的研究进展，并针对不同类型的硅量子点光电器件的性能进行了分析，认为经过坚持不懈的研究，硅量子点能够在未来光电器件革新中扮演重要角色。
光电子学 硅量子点 光电器件 发光二极管 太阳电池 光探测器 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 030006
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
对GH4169合金锻件与激光成形修复(LFR)件进行显微组织观察和持久性能实验。结果表明：锻造GH4169合金组织为等轴晶，在晶界和晶内弥散析出颗粒状或短棒状δ 相，可有效阻碍位错运动以及降低裂纹扩展速率；激光修复GH4169 合金经直接双级时效处理(DA)后，与沉积态相比，组织特征变化不大，呈现为沿沉积方向外延生长的柱状枝晶，枝晶间仍然存在块状Laves 相，Laves 相作为一个脆性相，为裂纹的起源和扩展提供了有利的位置和通道。锻件试样经受高温持久载荷时的断裂机制表现为微孔聚集型断裂，其中δ相、碳化物(MC)是微孔形成的核心，并且断裂后留下了形状与尺寸各异的韧窝组织。激光修复试样经受高温持久载荷时断裂发生在修复区一侧，韧窝以枝晶间Laves相和MC为形核中心，因此留下了以枝晶间区域为韧窝中心和以枝晶干区域为撕裂棱的韧窝组织。
激光技术 激光修复 GH4169高温合金 显微组织 持久性能 断裂机制
西北工业大学材料学院 凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
针对基体表面倾斜条件下的激光沉积特性展开研究, 通过表征倾斜基体表面上激光沉积过程熔池的形貌特征以及几何特性, 揭示基体表面倾斜特性对熔池的形貌特征、几何特性和表面粘粉的影响规律, 并探讨其影响机制。研究结果表明: 在倾斜基体上, 熔池受重力作用流动铺展, 当沿着倾斜基体上坡扫描时, 熔池气液界面向下凹陷, 并且熔池随倾斜角度的增加逐渐变长; 当沿着倾斜基体下坡扫描时, 熔池随倾斜角度的增加逐渐变短。由于激光能量在斜面上分布状态不同, 上坡时熔池后沿能量低, 粉末未能完全熔化, 导致沉积层表面有粘粉, 且随着角度的增大表面粘粉增多; 下坡时熔池后沿能量高, 表面粘粉较少甚至没有粘粉, 成形表面质量较好。
倾斜基体 激光立体成形 熔池形貌 表面粘粉 inclined surface laser solid forming molten pool morphology sur face powder
西北工业大学 凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
采用实验研究的方法,探究了高功率激光成形Ti-6Al-4V合金组织演化规律和力学性能。研究结果表明: 高功率激光成形Ti-6AL-4V合金的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的柱状晶组成,层高熔覆约为0.8 mm,β柱状晶间有等轴晶过渡,且存在明显的层带现象。原始β晶粒内部由板条α相和板条间β相组成,晶间β相内分布有针状次生α相,晶粒间与晶粒内部并无明显的成分偏析。和低功率激光成形相比,高功率激光成形Ti-6Al-4V合金硬度和强度均较低,而后者强度高于锻件标准,表现出低强高塑特点。
高功率激光成形 钛合金 组织 性能 high power laser solid forming titanium alloy microstructure property
1 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，陕西 西安 710072
2 西安电子工程研究所，陕西 西安 710100
采用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)对激光立体成形TC11DT钛合金显微组织和疲劳裂纹扩展断口进行了观察，研究分析了不同取样方向的裂纹扩展机制与失效方式，包括缺口方向平行于沉积试样(平行试样)及缺口方向垂直于沉积方向(垂直试样)。结果显示，未经热处理的沉积态试样的宏观组织主要由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成，柱状晶内为编织细密的α板条和板条间β相。无论是平行试样还是垂直试样，经受载荷时失效方式均由韧性断裂逐渐转变为韧-脆混合断裂，但在瞬断区两者的失效方式区别较大，并且沉积态组织抗裂纹扩展能力的强弱与缺口的加工方向有密切联系。和盘模锻件相比，沉积态试样的抗裂纹扩展能力较低。
激光立体成形 沉积态 TC11DT钛合金 显微组织 裂纹扩展 laser solid forming as-deposited TC11DT titanium alloy microstructure crack propagation
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
分别建立了基于轮廓偏置、长光栅、短光栅三种沉积路径的Ti-6Al-4V合金T型缘条激光立体成形过程热/应力场有限元模型。结果表明熔池最大温度梯度沿竖直方向的分量GYmax比扫描方向的分量GXmax大得多，随成形高度的增加，二者都先下降后快速趋于稳定，最终稳定的GYmax约是GXmax的三倍。短光栅沉积时瞬时最大温度梯度GTmax呈现小幅度的振荡变化，且整体小于另外两种沉积路径。长光栅路径的应力增长速率略大于轮廓偏置路径，短光栅的最小。成形结束后，采用轮廓偏置路径的横、纵向缘条连接处的背面出现应力集中，长光栅沉积的缘条端部存在大范围的应力集中，而采用短光栅沉积的缘条整体应力分布最均匀。沉积结束后，三种沉积方式基板上各个方向的残余应力分布规律基本相同，但是，采用短光栅沉积的基板上应力值比其他两种路径小。
激光技术 激光立体成形 热/应力场 沉积路径 T型缘条
1 上海飞机设计研究院, 上海 201210
2 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
激光立体成形技术是一项先进的增材制造技术, 在航空航天等高技术领域具有广泛的应用前景。研究针对飞机结构件中的相交筋板结构, 探讨相交部位结构的常规设计对激光立体成形冶金质量的影响及机理, 进而根据激光立体成形路径规划特点提出相交部位的优化结构设计, 改善冶金质量, 并进行成形实验验证。
激光立体成形 飞机结构件 冶金质量 优化设计 laser solid forming aircraft structural part metallurgical quality optimization design
