作者单位
摘要
太原理工大学光电工程学院,山西 太原 030024
制备基于二维钙钛矿(PEA)2(MA)4Pb5I16[PEA为C6H5(CH2)NH3,MA为CH3NH3]的垂直结构光电探测器,当二维钙钛矿薄膜厚度为280 nm时,器件的亮电流最大,500 nm处外量子效率达到90%,响应率达到0.37 A/W,探测率达到3.4×1012 Jones(1 Jones=1 cm?Hz1/2/W)。当二维钙钛矿薄膜厚度减小时,器件的响应时间没有持续减小,而在其厚度为80 nm时器件的响应时间最短,这是受载流子渡越时间和钙钛矿薄膜质量双重影响下的结果。在二维钙钛矿薄膜厚度为80 nm的基础上,通过减小器件的有效面积,其最终实现了113 ns的响应时间。本工作对推动低成本快速响应光电探测器的发展有着重要意义。
光电探测器 二维钙钛矿 快速响应 垂直结构 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504003
胡依凡 1滑羽璐 2冀婷 1,*石林林 2[ ... ]李国辉 2,**
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件,Y6与P3HT发生分子间电荷转移,使得器件的响应波段拓展至1310 nm,在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性层之间引入原子级厚度的Al2O3,极大降低了器件的暗电流,将器件由只能反向偏压响应改善到能够正反双向偏压响应。Al2O3修饰后器件在860 nm处的外量子效率为800%,比探测率为5.6×1011 Jones;1310 nm处器件的外量子效率为80.4%,比探测率为5.13×1010 Jones。
探测器 分子间电荷转移 近红外波段 有机光电倍增探测器 双向偏压 界面修饰 
光学学报
2024, 44(4): 0404001
Zijian Liu 1†Yuying Xi 1†Wenbo Zeng 1Ting Ji 1,3,*[ ... ]Guohui Li 1,2,5,*
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics, College of Electronic Information and Optical Engineering, Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering, Taiyuan 030032, China
3 e-mail: jiting@tyut.edu.cn
4 e-mail: yanxiacui@tyut.edu.cn
5 e-mail: liguohui@tyut.edu.cn
Lead-free perovskite Cs2AgBiBr6 manifests great potential in developing high-performance, environmentally friendly, solution-processable photodetectors (PDs). However, due to the relatively large energy bandgap, the spectrum responses of Cs2AgBiBr6 PDs are limited to the ultraviolet and visible region with wavelengths shorter than 560 nm. In this work, a broadband Cs2AgBiBr6 PD covering the ultraviolet, visible, and near infrared (NIR) range is demonstrated by incorporating titanium nitride (TiN) nanoparticles that are prepared with the assistance of self-assembled polystyrene sphere array. In addition, an atomically thick Al2O3 layer is introduced at the interface between the Cs2AgBiBr6 film and TiN nanoparticles to alleviate the dark current deterioration caused by nanoparticle incorporation. As a result, beyond the spectrum range where Cs2AgBiBr6 absorbs light, the external quantum efficiency (EQE) of the TiN nanoparticle incorporated Cs2AgBiBr6 PD is enhanced significantly compared with that of the control, displaying enhancement factors as high as 2000 over a broadband NIR wavelength range. The demonstrated enhancement in EQE arises from the photocurrent contribution of plasmonic hot holes injected from TiN nanoparticles into Cs2AgBiBr6. This work promotes the development of broadband solution-processable perovskite PDs, providing a promising strategy for realizing photodetection in the NIR region.
Photonics Research
2024, 12(3): 522
作者单位
摘要
1 太原理工大学 光电工程学院,山西 太原 030024
2 西安电子科技大学 光电工程学院,陕西 西安 710071
偏振成像技术作为一种新型的光学成像技术,可以实现抑制背景噪声、提高探测距离、获取目标细节特征和识别伪装目标等功能。由于成像空间维度的不同,偏振二维成像和偏振三维成像在不同领域中具有良好的应用前景。文中从偏振光的表示与传播方式入手,先后对偏振成像系统、偏振二维成像技术、偏振三维成像技术和基于超表面偏振器件的偏振探测及成像的研究展开综述。首先,根据偏振成像系统结构的不同,偏振成像系统可分为分时型、分振幅型、分孔径型和分焦平面型四种,并对以上偏振成像系统分别进行详细介绍和比较分析。其次,阐述了基于图像增强技术的偏振二维成像。图像增强技术分为偏振差分算法和图像融合两种。对于偏振三维成像,根据所处理反射光成分的不同,分为基于镜面反射光和漫反射光的偏振三维成像。综述了三维形貌重建过程中天顶角和方位角多值性问题的解决办法。为了高效准确地获取偏振信息,基于超表面结构的偏振器件成为当前研究的热点。进一步介绍了基于超表面偏振器件的偏振探测及成像技术。最后,总结全文并对偏振成像技术的发展前景进行展望。
光学成像 偏振二维成像 偏振三维成像 超表面结构 optical imaging 2D polarization imaging 3D polarization imaging metasurface 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220808
作者单位
摘要
太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
采用两步气相沉积方法制备高品质锡基卤化物钙钛矿纳米片。首先,在云母衬底上制备出尺寸可控的碘化亚锡(SnI2)纳米片前驱体;然后,将这些纳米片转化为甲胺锡碘(CH3NH3SnI3)。根据晶体成核生长理论,系统研究了沉积时间、H2气体流量、转化时间、Ar气体流量等条件对纳米片尺寸及成分的影响规律,并实现了尺寸可控且表面颜色均匀的无铅钙钛矿纳米片制备,其中尺寸可控制在8~41 μm。光致发光(PL)光谱测试结果证明所制备的CH3NH3SnI3纳米片具有良好的近红外(920 nm)发光特性。此外,经过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)钝化的CH3NH3SnI3纳米片具有良好的稳定性,在N2氛围中可维持48 h以上的稳定性。这种尺寸可控的无铅钙钛矿纳米材料可应用到近红外光电器件中。
光学器件 锡基卤化物钙钛矿 气相沉积 晶体成核理论 纳米片 近红外特性 
光学学报
2023, 43(16): 1623022
作者单位
摘要
1 太原理工大学 物理学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学 光电工程学院,山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司,山西 吕梁 035300
宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO2复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO2层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO2复合纳米结构的协同作用,该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO2本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67 μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO2复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。
光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 photodetectors surface plasmon resonance metal nanostructure hot-electrons wide spectrum 
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220464
作者单位
摘要
1 浙江大学, 现代光学仪器国家重点实验室, 光电科学与工程学院, 杭州 310027
2 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027
3 太原理工大学物理与光电工程学院, 太原 030000
除了白炽灯、白光二极管以及非线性超连续白光光源外, 研究表明: 近红外连续激光辐照不同性质的光学活性材料可以产生一种连续宽谱白光。首先分类介绍具有近红外光驱动连续白光特性的发光材料, 包括无机材料、混合纳米结构材料、碳基材料、有机金属化合物及稀土复合物等。然后从光谱特性、温度效应和光电响应3方面讨论这种发光的内在光物理过程。随后总结分析目前报道的可能的发光产生机制及其潜在的应用价值。最后, 对这一光物理过程以及未来的研究方向进行总结和展望。
宽谱白光 连续激光驱动 非线性光学效应 固体发光材料 broadband white light continuum laser drive nonlinear optical effect solid-state luminescent materials 
硅酸盐学报
2022, 50(3): 849
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials, Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Collaborative Innovation Centre for Optoelectronic Science and Technology, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Nano Photonic Information Technology, Guangdong Laboratory of Artificial Intelligence and Digital Economy (SZ), Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 Department of Chemistry, Research Centre of Excellence for Organic Electronics, Institute of Advanced Materials, Hong Kong Baptist University, Kowloon Tong, Hong Kong, China
4 e-mail: hzhang@szu.edu.cn
5 e-mail: bong@hkbu.edu.hk
MAPbI3 perovskite has attracted widespread interests for developing low-cost near infrared semiconductor gain media. However, it faces the instability issue under operation conditions, which remains a critical challenge. It is found that the instability of the MAPbI3 nanoplatelet laser comes from the thermal-induced degradation progressing from the surface defects towards neighboring regions. By using PbI2 passivation, the defect-initiated degradation is significantly suppressed and the nanoplatelet degrades in a layer-by-layer way, enabling the MAPbI3 laser to sustain for 4500 s (2.7×107 pulses), which is nearly three times longer than that of the nanoplatelet laser without passivation. Meanwhile, the PbI2 passivated MAPbI3 nanoplatelet laser with the nanoplatelet cavity displays a maximum quality factor up to 7800, the highest reported for all MAPbI3 nanoplatelet cavities. Furthermore, a high stability MAPbI3 nanoplatelet laser that can last for 8500 s (5.1×107 pulses) is demonstrated based on a dual passivation strategy, by retarding the defect-initiated degradation and surface-initiated degradation simultaneously. This work provides in-depth insights for understanding the operating degradation of perovskite lasers, and the dual passivation strategy paves the way for developing high stability near infrared semiconductor laser media.
Photonics Research
2022, 10(6): 06001440
作者单位
摘要
太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
光子晶体激光器利用禁带效应与光局域效应,可以进一步缩小光学模式体积及降低激光阈值,以满足器件微型化和光电子集成的需求,在发光二极管、传感器等方面有广阔的应用前景,所以倍受关注。激光阈值被定义为实现激光振荡的最低能量密度,是实现激光器件集成应用的重要指标。钙钛矿材料具有高光学增益的特性,是实现低阈值激光器的理想增益材料,将其与光子晶体激光器结合,可以实现低阈值甚至无阈值泵浦激光。本文基于谐振腔和增益介质,简述了影响激光器阈值的两大因素(增益与损耗),并提出了降低激光阈值的方法。然后将光子晶体激光器按照光子晶体维数及结构分类,综述钙钛矿光子晶体激光器在低阈值方面的研究进展。最后展望了钙钛矿光子晶体激光器的发展前景,以期实现低阈值甚至零阈值、高功率、高质量激光输出,促进半导体激光器的集成与多领域应用。
激光光学 光子晶体 激光器 激光阈值 钙钛矿 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500005
沈洁莲 1冀婷 1,*李国辉 1石林林 1[ ... ]崔艳霞 1,**
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
2 中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心,上海 201210

自组装模板法是一种制作大面积图案化纳米结构的低成本方法。与聚苯乙烯微球自组装模板相比,双通阳极氧化铝(AAO)自组装模板具有结构可调、绝缘性好、稳定性好等优点,被广泛应用于制备大面积图案化纳米结构以及改善传统光电器件的性能。首先介绍了双通AAO模板的制备原理及方法,接着总结了双通AAO模板辅助制备纳米颗粒、纳米线/棒、纳米管等图案化纳米结构的具体手段,随后介绍了这些图案化纳米结构分别在太阳能电池、光电探测器、发光二极管等光电器件中的应用。最后,对双通AAO模板辅助图案化纳米结构的发展进行了展望。

材料 阳极氧化铝模板 纳米结构 太阳能电池 光电探测器 发光二极管 
激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0300001

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