1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 中芯热成科技（北京）有限责任公司，北京 100176
3 中国计量科学研究院，北京 100029
红外探测及成像具有广泛用途，在红外制导、夜视侦察、安防监控及危化品探测等方面发挥了重要作用。现有红外成像焦平面大多由碲镉汞、二类超晶格、锑化铟等块体半导体材料制成，通过倒装键合的方法实现块体材料与硅基读出电路的信号传输。倒装键合对准困难、操作复杂、对设备依赖性较强，难以满足焦平面阵列规模不断增加和像元尺寸不断减小的制备需求。为解决红外焦平面阵列规模提升的瓶颈，采用碲化汞胶体量子点，通过液相旋涂的方法，突破倒装键合限制，实现硅基读出电路直接片上集成。所制备焦平面阵列规模达1280×1024，像元间距为15 µm，80 K工作温度下探测截止波长为4.8 µm，响应非均匀性为9%，有效像元率为99.96%，最低噪声等效温差达30 mK，展现了良好的成像性能。
焦平面阵列成像 胶体量子点 百万像素 捕获型探测器 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211027
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院，浙江 嘉兴 314019
采用混相配体交换的方法成功实现了载流子迁移率近2个量级的提升，达到1 cm2/（V·s），同时还可以灵活调控N型、本征型和P型等掺杂类型。在此基础上，使用本征型碲化汞胶体量子点薄膜制备短波及中波红外光伏型探测器。截止波长为1.9 μm的短波红外探测器在300 K下的响应率为0.9 A/W，比探测率为4×1011 Jones；截止波长为4.2 μm的中波红外探测器在110 K下的响应率为1.1 A/W，比探测率为1.2×1011 Jones。在没有施加偏置电压的情况下，300 K下的短波红外光电探测器的外量子效率可以达到61%，110 K下的中波红外光电探测器的外量子效率可以达到30%。
探测器 量子点 高迁移率 光伏型红外光电探测器 配体交换 光学学报
2023, 43(22): 2204002
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230377
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
3 北京理工大学长三角研究院，浙江 嘉兴 314019
受限于复杂的分子束外延生长及倒装键合工艺，现有块体半导体红外探测器成本高昂、工艺复杂、极大制约了成像阵列规模和分辨率的进一步提升。胶体量子点作为一种新兴的半导体纳米晶体材料，因“量子限域”效应，能够实现宽谱段范围内的精准带隙调控。同时，胶体量子点可通过液相化学合成方法低成本大批量制备。此外，胶体量子点的液相加工工艺使得其可以与硅基读出电路进行直接片上电学耦合，突破了倒装键合工艺限制。因此，胶体量子点在红外探测及成像领域展现了巨大的应用前景。其中硫汞族量子点具有探测波段范围宽、物性调控易及便于硅基集成等优势，先后实现了中波红外背景限探测、双色探测及焦平面阵列成像等，在红外光电技术展示了巨大的潜力。本综述总结了近年来硫汞族胶体量子点红外光电探测技术的研究现状，并对其未来发展方向进行了展望。
硫汞族胶体量子点 红外探测器 红外焦平面阵列 红外上转换器件 光学学报
2023, 43(15): 1500001
鱼眼镜头优势在于拥有极大的视场, 可以捕获更多信息。如今鱼眼镜头在安保安防、摄影、航空航天等方面得到广泛应用, 尤其在**和**中的地位不可替代。本文首先概括了鱼眼镜头的成像原理和发展历程, 分析了现代鱼眼镜头初始结构设计中的光线溢出以及与镜面无交点等常见的关键问题和已有的思路, 介绍了现代鱼眼镜头的应用和发展趋势, 最后讨论了鱼眼镜头目前发展中存在的一些设计瓶颈以及鱼眼镜头未来的发展方向。
鱼眼镜头 光线溢出 初始结构 fisheye lens, overflow of light, initial structure
太赫兹时域光谱不但包含了样品的化学信息和物理信息, 还承载了设备噪声、 样品状态、 环境参数等多方面的背景信息, 其光谱的多元性可能影响模型的性能, 降低预测精度。 能否在复杂、 重叠、 变动背景下从光谱数据中提取目标组分的特征信息, 去除冗余变量, 筛选特征谱区, 对太赫兹光谱定量、 定性分析至关重要。 以L-酒石酸为研究对象, 在室温下采集6个浓度: 10%, 20%, 40%, 50%, 60%和80%, 共计342个样本的L-酒石酸太赫兹吸收光谱。 利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 基于6-31G*(d,p)基组对L-酒石酸单分子模型进行优化并对其太赫兹频谱特性进行理论模拟计算, 分析对应特征波峰的分子振动模式, 得到0.2~1.6 THz频段吸收谱。 与实测吸收谱进行对比, 实验所测结果与理论计算结果对应的吸收峰位置基本吻合。 采用自举软缩减法(BOSS)对L-酒石酸的太赫兹吸收谱进行特征谱区筛选, 并与竞争性自适应加权采样(CARS)、 蒙特卡洛无信息变量消除法(MC-UVE)和间隔区间偏最小二乘法(iPLS)3种经典特征谱区筛选法进行对比, 分析结果显示BOSS算法选取的有效谱区与DFT理论计算特征谱区重合度最优。 分别使用全谱PLS, CARS-PLS, MC-UVE-PLS, iPLS及BOSS五种算法对L-酒石酸光谱进行建模回归分析, 实验结果表明, 四种谱区筛选方法相较于全谱PLS模型, 预测精度均有所提高, 其中BOSS算法预测能力提高最为显著, 其交互验证均方根误差(RMSECV)、 预测均方根误差(RMSEP)、 训练集决定系数()和测试集决定系数()分别为0.026 0, 0.026 0, 0.988 1和0.987 5, 相较其他模型有更高的预测精度和模型稳定性, 为实现基于太赫兹光谱技术的快速定量检测提供了一种有效的方法。
太赫兹光谱 L-酒石酸 密度泛函 谱区筛选 自举软缩减法 Terahertz spectrum L-tartaric acid Density functional theory Spectral region Bootstrapping Soft Shrinkage 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2740
1 南阳师范学院 物理与电子工程学院, 河南 南阳 473061
2 中国人民解放军空军航空大学 基础部, 吉林 长春 130022
3 桂林理工大学 材料科学与工程学院, 广西 桂林 541004
采用粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO结合基于密度泛函理论的VASP软件包对B6C6N6进行结构预测, 得到新的二维BCN结构, 该结构由6个B、6个C、6个N组成类石墨烯六角结构, 其中B—N、B—C—N以及C—C之间形成的六环是稳定BCN结构的关键。凝聚能和声子谱计算结果表明二维BCN在热力学和动力学上均是稳定的。能带结构和电子态密度的计算分析表明BCN是禁带宽度为2.60 eV直接带隙半导体。基于形变势理论, 计算了BCN新结构的载流子迁移率, 发现BCN在“之”字边和“扶手”边方向上的电子迁移率分别为632.5, 923.3 cm2·V-1·s-1, 而空穴在两个方向上的迁移率分别为765.7, 622.6 cm2·V-1·s-1, 迁移率的值明显高于MoS2的载流子迁移率, 相对较高的迁移率说明二维BCN具有较好的输运性质。光学性质的计算研究表明BCN的介电函数虚部峰值同吸收谱和光电导率的实部峰值吻合得很好, 可见光范围内的吸收峰位于光子能量～2.61 eV处, 可见光范围内的吸收主要归因于电子从价带顶到导带底的跃迁。本研究结果为实验上实现原子比为6∶6∶6的BCN的制备以及BCN在光电器件方面的应用提供了重要的理论依据。
结构预测 二维BCN 光电性质 第一性原理 structure searching two dimensional BCN electric properties first-principle
针对已有的目标威胁评估方法中需要确定各指标的权重及过多依赖专家经验的问题，提出了目标威胁评估的突变决策方法。该方法通过梳理影响目标威胁程度的影响因素，在明确各因素主次关系的基础上构建目标威胁评估的多层次评估指标体系；然后基于突变理论的核心思想，确定各下层指标与上层指标所构成的初等突变类型，并采用归一化公式计算下层指标的突变隶属函数值来描述下层指标对上层指标的影响程度；接着基于构建的突变决策原则，计算出上层指标的突变隶属函数值。依此方法最终得到顶层指标的总突变隶属函数值，并据此对备选目标的威胁程度进行排序和决策。该方法具有严格的理论基础，计算简洁高效，且不需要确定各指标的权重，可操作性强，实际算例的计算结果验证了该方法的可行性和有效性。
目标威胁评估 突变理论 突变决策 target threat evaluation catastrophe theory catastrophe decision-making
上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240
随着探测技术的飞速发展，红外探测器获得了越来越广泛的应用。对一种快速启动的微型红外探测器内部结构进行了数值模拟和传热计算。模拟结果表明：接触热阻对探测器组件冷却过程和时间的影响显著，通过调整接触热阻的大小，探测器芯片冷却到90 K所用的时间在4~10 s之间变动。初始环境温度和光阑表面发射率对芯片的冷却效果影响不大。节流冷头温度的变化对探测器组件冷却影响较大，当节流冷头温度下降较慢时，其对芯片启动时间影响较大。在实验过程中可以通过优化接触热阻和节流冷头这两个因素来提高探测器组件冷却效果，从而达到更高的要求。
红外探测器 快速冷却 接触热阻 数值模拟 infrared detector fast cooling thermal contact resistance numerical simulation
1 大连理工大学 三束材料改性重点实验室， 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 计算机网络信息中心， 北京 100080
采用射频反应磁控溅射方法，在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO 薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质，并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示：Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向，无Cu及其氧化物相关相析出，掺杂对晶格参数的影响较小，与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性，其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小，带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率，具有明显的发光猝灭作用，但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关，这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。
ZnO∶Cu薄膜 磁控溅射 密度泛函理论 结晶特性 光学性质 thin ZnO∶Cu films magnetron sputtering density functional theory crystallinity optical properties
