南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 物理科学学院&泰达应用物理研究院, 天津 300071
基于过饱和掺杂硅材料制备的光电探测器表现出低电压高增益、可见光到近红外波段宽光谱响应等优点,主要介绍了飞秒激光过饱和掺杂的作用机制,以及相应硅基光电探测器的国内外研究进展,具体讨论了如何提升器件响应、抑制暗电流、改善材料晶格质量、提升载流子输运能力等问题,介绍了器件在柔性光电子领域的应用拓展,并展望了飞秒激光过饱和掺杂硅基光电探测器的发展前景。
激光光学 飞秒激光 黑硅 过饱和掺杂 光电探测器 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111430
1 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室，物理科学学院&泰达应用物理研究院，天津 300457
2 广西民族大学理学院，南宁 530006
飞秒激光利用其超快的作用时间、超强的峰值功率的特性，可以与半导体材料表面发生瞬态光化学反应，从而对材料进行有效的掺杂，且可以实现超过材料固溶度极限的过饱和掺杂，同时能在材料表面形成准周期的微纳结构。导致半导体表面性质发生改变，产生超宽光谱高吸收的特性，从而突破传统物理限制，并由此产生了一系列全新的应用。本文总结了飞秒激光与硅相互作用的基本理论和几种物理模型，介绍了其在相关领域的应用，并对飞秒激光过饱和掺杂及改性硅的发展前景作出展望。
过饱和掺杂 飞秒激光掺杂 飞秒激光加工 硅 hyperdoping femtosecond laser doping femtosecond laser processing silicon
1 南开大学物理科学学院和泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
2 喀什师范学院物理系, 新疆 喀什 844000
研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响，分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线，得到退火导致黑硅材料光谱变化的可能机理。采用热扩散理论说明退火造成氧缺陷的增加和非平衡载流子辐射复合率的增大，导致退火黑硅的PL强度随着退火温度的升高而增大。退火后时间常数增大且慢衰减过程比重增大，说明退火消除并修复了微构造表面及内部的一些缺陷，增加表面束缚态，减小非辐射复合中心的密度，从而增大了辐射复合所占的比重，导致退火黑硅的PL谱强度增大。黑硅发光的最佳退火条件是800 ℃真空退火30 min。
光谱学 时间分辨光谱 退火 黑硅 衰减 扩散
南开大学 泰达应用物理学院 弱光非线性教育部重点实验室， 天津 300457
利用变温光致发光(PL)研究了In0.182Ga0.818As/GaAs应变及应变补偿量子阱在77~300 K温度范围内的发光特性。随着温度T的升高，PL峰位向低能方向移动。在应力作用下In0.182Ga0.818As/GaAs量子阱的价带顶轻空穴带和重空穴带发生了劈裂。通过理论计算推导应变随温度变化对InxGa1-xAs/GaAs量子阱带隙能量的影响。在Varshni公式基础上，引入由应力导致的带隙能量变化项ΔEg。带隙能量计算结果与实验数据吻合较好。通过不同温度下光致发光半峰全宽的变化验证了应力随温度变化对量子阱发光峰的影响。
分子束外延 应变量子阱 变温光致发光 MBE InGaAs/GaAs InGaAs/GaAs strained quantum wells variable-temperature photoluminescence
1 天津理工大学电子信息工程学院，天津市薄膜电子与通信器件重点实验室，通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 南开大学物理科学学院, 天津 300071
建立了超短激光脉冲在准相位匹配晶体中传输的物理模型，并对修正后的非线性薛定谔方程进行了数值求解，获得了飞秒激光脉冲在周期极化铌酸锂晶体中传输的时空演化过程。模拟结果发现当入射基频光功率超过晶体自聚焦的临界功率时，发生自聚焦过程。自聚焦效应使激光脉冲在时域上产生分裂和在空间上发生聚焦。脉冲宽度随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处脉冲宽度最小；脉冲在空间上被聚焦，聚焦半径随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处半径最小，经过焦点后发散；脉冲峰值强度在焦点处最强，经过焦点后峰值强度逐渐降低。超短脉冲倍频过程中，自聚焦效应限制了准相位匹配晶体的长度。
非线性光学 飞秒激光 准相位匹配 周期极化 倍频 自聚焦
1 天津城市建设学院, 天津 300384
2 弱光非线性光子学教育部重点实验室 南开大学 泰达应用物理学院, 天津 300475
为了理解在三势垒结构中准束缚能级Ez和隧穿寿命对磁场的依赖性，采用传输矩阵的方法研究了在三势垒结构中的共振隧穿过程。分别研究了在三势垒结构中的透射几率特征和隧穿寿命。结果表明：随着中间势垒厚度L的增加，第一准束缚能级E1z增加，而第二准束缚能级E2z却减小。随着磁场强度B和朗道量子数n的增加，与第一和第二准束缚能级(E1z，E2z)对应的寿命τ缩短。对于B=15 和 n=15的情况，L对τ的影响很小。
共振隧穿 三势垒结构 传输矩阵理论 resonant tunneling triple-barrier structure transfer matrix theory
1 南开大学 物理科学学院，天津 300071
2 南开大学 物理科学学院，天津 300071
研究了飞秒激光加工参量对刻写质量的影响，分析了激光能量吸收的多光子效应，测试了刻写通道的传输特性.实验结果表明，激光刻写的通道具有良好的波导特性：当激光脉冲能量在20 μJ左右，扫描速度在300 μm/s～400 μm/s之间时，刻写通道的传输损耗小于1 dB/cm，低于晶体的传输损耗，其原因是激光诱导锂离子的扩散引起了晶体内部局部折射率的增加.
飞秒激光 光波导 铌酸锂 传输损耗 Femtosecond laser Optical waveguide LiNbO3 Propagation loss
1 南开大学,弱光非线性光子学教育部重点实验室
2 南开大学,天津,300457
3 南开大学,物理科学学院,天津,300071
对基于多周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN) 的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO)进行了实验研究.以输出波长为1.064靘的声光调Q Nd:YAG固体激光器作为基频泵浦源对周期为29～31.5靘的多周期掺镁(5mol%)铌酸锂极化光栅进行了光学参量振荡温度、周期调谐实验,光参量振荡阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz).通过温度调谐(20～180℃)与周期调谐(29.0～31.0靘)相结合,实现了调谐范围为1445～1685nm的信号光稳定输出.
非线性光学 光参量振荡器 周期极化掺镁铌酸锂晶体 准相位匹配
随着新型高质量的非线性晶体的出现,准相位匹配技术成为非线性频率变换的最有效的方法.从周期极化晶体准相位匹配二次谐波发生器(QPM-SHG)的基本原理出发,简要介绍了实现周期极化晶体的方法和技术,总结了准相位匹配技术在光子学微结构晶体材料和波导材料中的最新研究进展和发展趋势,展望了用微结构波导QPM-SHG实现飞秒光纤光源的发展应用前景.
准相位匹配 周期极化 光纤光源
南开大学弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部重点实验室，信息光子材料与技术重点实验室，泰达应用物理学院，天津 300457
通过考虑不同因素对压应变和张应变量子阱激光器阈值电流和特征温度的影响，得到了俄歇复合和非俄歇复合对阈值电流起主要作用的转变温度Tc，小于Tc时，主要是非俄歇复合；大于Tc时，主要是俄歇复合，而且张应变量子阱激光器转变温度要比压应变量子阱激光器的转变温度要高；张应变量子阱激光器与压应变量子阱激光器相比，阈值电流更低，特征温度更高。
光电子学 俄歇复合 应变量子阱 阈值电流密度 特征温度 optoelectronics Auger recombination strained quantum well threshold current density characteristic temperature
