微脉冲激光雷达技术是大气气溶胶观测的重要手段, 当使用紫外激光光源时, 可利用激光诱导荧光信号探测环境中的有机气溶胶。建立了微脉冲荧光激光雷达水平探测有机气溶胶的仿真模型, 并对回波光子数及信噪比进行了数值仿真计算。根据仿真结果设计并搭建了一台微脉冲荧光激光雷达, 通过对系统进行几何重叠因子标定, 减小了近场荧光回波信号的强度误差。以营养肉汤溶液为气溶胶样本对该激光雷达系统开展了测试实验, 实验表明该MPFL系统空间分辨率为7.5m, 实验最大探测距离达到200m。同时与另一台低重频高脉冲能量的荧光激光雷达进行了对比实验, 对比结果显示, 两型激光雷达接收的荧光信号强度变化趋势具有很好的一致性, 相关系数达82%以上。在相同的累加时间下, MPFL荧光信号变化率矩阵标准误差小于0.02%, 具有更好的抗干扰性能, 能够实现对有机气溶胶准确探测, 验证了系统有效性和实用性。

大范围、快速、高精度扫描是光电探测、激光雷达、红外对抗等领域的一项关键技术，目前传统的扫描方式很难兼顾这些指标。首先分析了旋转双棱镜用于大范围、快速、高精度扫描的优势；其次介绍了前向扫描和反向扫描的原理和方法，并重点对反向扫描的不同算法（一阶近似法和矢量光学法）进行了分析；最后建立了旋转双棱镜快速扫描仿真系统，对两种反向扫描方式的有效性和精度进行了验证，结果显示，在±1.5°扫描范围内，一阶近似方法精度约 20″，而矢量光学方法约 1″。文中为大范围快速高精度扫描领域提供了新的技术途径。

采用改变有机探测器活性层中给受体比例的方法,实现器件工作电压的可调性.研究PBDT-TT-F∶PC61BM∶C60光电倍增型器件中不同PC61BM浓度对空穴隧穿注入电压的影响.在接近600%的外量子效率下,通过调控PC61BM的浓度,既可以获得－3 V较低工作电压器件,也可以获得－6 V较高工作电压器件.结果表明,通过调节活性层中PC61BM的浓度 ,可以改变激子解离率和空穴传输能力,引起阳极对空穴注入电流收集率的变化,最终达到调控工作电压要求. 本文为实现工艺简单、低工作电压且可调的倍增型有机光电探测器提供了参考.

采用P3HT∶PBDT-TT-C∶PC61BM为活性层,通过溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了覆盖可见光范围的高探测率有机光电探测器.利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了窄带隙聚合物红光吸收材料PBDT-TT-C掺入P3HT∶PC61BM对活性层薄膜光学特性和器件电学特性的影响.研究发现当活性层中P3HT∶PBDT-TT-C∶PC61BM质量比为8∶2∶10时,活性层的响应光谱范围拓宽到350~780 nm.其探测器在－1 V偏压下红绿蓝三基色的光响应度和外量子效率分别达到了422 mA/W、464 mA/W、286 mA/W和83%、108%、77%,比探测率均达到1012Jones以上.结果表明,在有机光电探测器活性层中掺入吸收光谱互补的有机材料,在保证薄膜微观形貌的基础上,通过调节三元混合材料的质量比,不仅可以优化载流子的产生和输运,提高器件的光电流,还可通过第三组分的掺入促进薄膜结晶,减小器件的暗电流.

采用溶液旋涂方法将单壁碳纳米管与有机红光材料结合并制作出红光探测器, 研究了单壁碳纳米管对PBDTTT-F∶PCBM本体异质结活性层薄膜的影响机理及其红光探测器的光电特性.利用原子力显微镜, 荧光光谱和紫外-可见吸收光谱等方法对器件进行性能表征及优化.当单壁碳纳米管为最优掺入比1.5 wt%时, 在－1 V偏置电压时, 红光光照下该探测器响应度为535 mA/W, 比探测率达到3.8×1012 Jones, 外量子效率达到104%.结果表明, 将单壁碳纳米管与有机红光材料结合, 有利于提高有机共轭聚合物的聚集以及结晶度, 增强光吸收, 可为活性层提供高迁移率的电荷传导通道, 优化薄膜互穿网络形貌.同时, 利用碳纳米管的多激子产生效应, 使得有机光电探测器的光电性能大大改善, 外量子效率超过100%, 为无机-有机光电探测器的进一步开发提供参考.

选取光电倍增结构探测器, 在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶［6,6］-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)中掺入小比例碳60(C60)作电子陷阱, 研究了在陷阱辅助作用下引入阴极空穴隧穿注入产生光电倍增的机理以及C60浓度对器件光电性能的影响.当电子陷阱C60浓度为1.5 wt.%时, －0.5 V偏压下探测器在波长为455 nm、光功率为0.21 mW·cm－2光照下外量子效率为436.4%, 响应度为1.62 A·W－1, 比探测率为2.21×1013 Jones, 线性动态范围约为100 dB.光照下部分光生电子被活性层中的陷阱俘获, 特别是在靠近阴极Al处的电子积累, 将诱导阴极空穴隧穿注入, 结合利用体异质结探测器低工作电压的优势, 可大幅提高光电流, 从而获得低工作电压、高比探测率的探测器.

为实现有机光电探测器对三基色(红、绿、蓝)的全响应以及器件性能的改善, 研究了在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶［6,6］-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)活性层中, 掺入窄带隙材料(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并［1,2-b: 4,5-b′］二噻吩)-(4-氟代噻并［3,4-b］噻吩)(PBDT-TT-F)实现光谱拓宽以及通过提高阳极修饰层电子注入势垒来降低暗电流, 改善探测器性能的方法, 研究了PBDT-TT-F掺杂浓度以及修饰层厚度对探测器光电学性能的影响规律.在此基础上, 获得了一个覆盖400~750 nm波长范围的探测器, 并且在低偏压－1 V下三基色的线性动态范围和比探测率分别达到了81、80、81 dB和2.7×1012、2.0×1012、2.6×1012 Jones.结果表明: 在保持原有二相体异质结薄膜的微观形貌和电学特性前提下, 掺入13 wt.%少量光谱拓宽材料可实现活性层的光谱拓宽.采用合适厚度的三氧化钼(MoO3)层替换原有的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)阳极修饰层, 可使探测器的三基色线性动态范围和比探测率大幅提高.该研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路.

采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器, 利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上, 对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明, 混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域, 对350~700 nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1 V偏置电压下, 对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×1011 Jones、3.22×1011 Jones、1.97×1011 Jones, 表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果, 尤其对红光的探测率有3~4倍提升.