Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
In this work, a two-step metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method was applied for growing β-Ga2O3 film on c-plane sapphire. Optimized buffer layer growth temperature (TB) was found at 700 °C and the β-Ga2O3 film with full width at half maximum (FWHM) of 0.66° was achieved. A metal?semiconductor?metal (MSM) solar-blind photodetector (PD) was fabricated based on the β-Ga2O3 film. Ultrahigh responsivity of 1422 A/W @ 254 nm and photo-to-dark current ratio (PDCR) of 106 at 10 V bias were obtained. The detectivity of 2.5 × 1015 Jones proved that the photodetector has outstanding performance in detecting weak signals. Moreover, the photodetector exhibited superior wavelength selectivity with rejection ratio (R250 nm/R400 nm) of 105. These results indicate that the two-step method is a promising approach for preparation of high-quality β-Ga2O3 films for high-performance solar-blind photodetectors.
MOCVD two-step growth β-Ga2O3 solar-blind photodetector responsivity Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 022502
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
3 长春理工大学电子信息工程学院,吉林 长春 130022
4 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南 洛阳 471000
针对航空平台气动光学效应影响航空平台激光通信系统性能的问题,研究了航空器在不同飞行速度和海拔条件下,气动光学效应对激光通信系统通信光传输性能的影响。采用大涡模拟方法分别模拟了在不同飞行速度、海拔下激光通信系统周围的气动流场,计算得到流场的密度变化分布,并根据密度数据建立折射率场,采用龙格-库塔方法求解光束传播方程并进行光线追迹,计算并分析了通信光束经过气动流场后的全视场光程差分布和斯特列尔比。仿真计算结果表明:随着飞行速度的增大,流场密度的变化更为剧烈,光程差逐渐增大,斯特列尔比降低;在飞行速度相同的情况下,随着海拔的增加,流场密度波动减小,光程差减小,斯特列尔比有所提升。所研究成果对补偿机载激光通信过程中的气动光学效应产生的影响以及获得更好的通信质量具有一定指导意义。
机载激光通信 气动光学 数值仿真 光程差 斯特列尔比 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706017
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Expanding the optical communication band is one of the most effective methods of overcoming the nonlinear Shannon capacity limit of single fiber. In this study, GeSn resonance cavity enhanced (RCE) photodetectors (PDs) with an active layer Sn component of – were designed and fabricated on an SOI substrate. The GeSn RCE PDs present a responsivity of 0.49 A/W at 2 μm and a 3-dB bandwidth of approximately 40 GHz at 2 μm. Consequently, Si-based 2 μm band optical communication with a transmission rate of 50 Gbps was demonstrated by using a GeSn RCE detector. This work demonstrates the considerable potential of the Si-based 2 μm band photonics in future high-speed and high-capacity optical communication.
Photonics Research
2024, 12(4): 767
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130022
2 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
4 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心, 长春 130022
5 中国人民解放军32215部队
为了研究在大气湍流、指向误差以及各种噪声的共同影响下的星地激光通信系统平均误码率性能,采用Gamma-Gamma信道模型,建立了大气湍流与指向误差的组合衰减模型,并结合各种噪声推导出关于组合衰减模型的星地激光通信系统平均误码率的闭合表达式。研究结果表明,当卫星轨道高度为400 km、天顶角为45°、波长为1 550 nm以及等效波束半径和指向误差位移标准差(抖动)的归一化比值为4时,总噪声、热噪声、背景噪声对应的平均误码率分别为1.519×10-7、6.907×10-8、1.357×10-8。
星地激光通信 指向误差 各种噪声 Gamma-Gamma信道 平均误码率 相干光通信 satellite-earth laser communication, pointing erro
强激光与粒子束
2023, 35(12): 124008
昆明理工大学机电工程学院,云南 昆明 650500
红外光学镜头的工作环境复杂,常受到外部载荷冲击。针对某款长波红外光学镜头建立了ANSYS有限元分析模型,对其进行峰值加速度为100g、持续时间为6 ms的半正弦冲击仿真分析。对提取的数据进行刚体位移、峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的计算,并运用泽尼克多项式对冲击之后的透镜面形进行拟合,求解泽尼克多项式系数,分析冲击对红外光学镜头性能的影响。基于响应面法对红外光学镜头进行优化,对优化之后的模型进行冲击仿真,并进行对比分析。分析结果表明:对红外光学镜头进行优化,冲击之后透镜的最大变形量与最大等效应力有所降低,表征透镜面形变化的PV、RMS也有所下降;对结构进行优化,能够在一定程度上降低冲击对其造成的影响。
长波红外光学镜头 半正弦冲击 泽尼克多项式 响应面优化 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2322001
1 长春理工大学 电子信息工程学院,吉林长春30022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春1300
针对无人机端目标检测中存在图像尺度变化大、目标尺寸小和无人机机载嵌入式计算资源有限的问题,提出一种应用于无人机平台轻量化的目标检测网络。该网络以YOLOv5作为基准模型,首先增加检测分支以处理尺度变化的问题;然后提出基于归一化Wasserstein距离与传统IOU混合的小目标检测度量方法,用于解决小目标检测精度低的问题;随后提出FasterNet与C3融合的C3_FN轻量化网络结构,降低网络计算量,使其更适合无人机平台使用。最后将算法分别在仿真平台与嵌入式平台上利用无人机目标检测数据集VisDrone进行性能测试。仿真平台上的测试结果表明,本文提出的网络相较于基准网络在mAP0.5指标上提升了6.6%,mAP0.5-0.95指标上提升了4.8%,推理时间仅需45.9 ms,对比其他主流的无人机目标检测网络具有更好的检测效果。在嵌入式设备NVIDIA Jetson Nano上的测试结果表明,本文算法能够在有限的硬件资源下获得高精度接近实时的检测性能。
无人机 目标检测 归一化Wasserstein距离 轻量化网络 drone target detection normalize wasserstein distance lightweight network 光学 精密工程
2023, 31(20): 3021
昆明理工大学机电工程学院,云南 昆明 650500
硫系玻璃是热成像系统元件的重要材料,虽然适合成型,但这些脆性材料的加工特性在很大程度上是未知的。因此为了解硫系玻璃的微观变形机理,采用纳米压痕仪对硫系玻璃进行压痕实验、变载划痕实验和恒载划痕实验。纳米压痕实验中获得的数据表明,硫系玻璃在压痕的过程中出现了不连续阶梯状(pop-in)现象,从而表明材料发生了弹塑性转变,并得出材料的弹性模量和硬度;通过对压痕后的形貌进行观察,发现有边缘存在材料堆积现象,这将使通过Oliver-Pharr方法计算得出的弹性模量和硬度偏大,因此需要使用半椭圆模型进行校正。通过变载划痕实验得出划痕深度-长度曲线图,分析了硫系玻璃在每种阶段的去除方式,得出了脆塑转变的临界载荷为92.3 mN;通过对恒载划痕实验数据进行分析,得出脆塑转变的临界载荷为50~120 mN,证实了变载划痕实验所得临界载荷的准确性。
材料 硫系玻璃 纳米压痕 脆塑转变 变载划痕实验 恒载划痕实验 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2116002
以天然鳞片石墨粉末为原材料、热固性酚醛树脂为黏结剂,基于微热压技术原理实现了石墨碳化硅陶瓷复合材料快速制备,重点研究混合粉末组成对其抗压强度、导热性能的影响。研究结果表明,当天然鳞片石墨粉末质量分数为85%、热固性酚醛树脂质量分数为15%,高纯硅粉、短切碳纤维、中间碳微球质量分数分别为25%、4%、21%时,石墨碳化硅陶瓷复合材料抗压强度、导热系数分别达到30.82 MPa、21.65 W/m·K;并测试其热膨胀系数和抗氧化性能,在1200 ℃条件下,其氧化失重为23.679%、热膨胀系数为3.14×10-6 K-1。该复合材料有望代替石墨铸型材料,在铸造行业获得应用。
石墨碳化硅陶瓷 微热压 抗压强度 导热系数 性能 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316023