1 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心 盐城师范学院, 江苏 盐城 224007
2 东莞理工学院国际微电子学院, 广东 东莞 523000
3 金鉴科技有限公司, 广东 广州 511338
4 北京大学物理学院, 北京 100871
5 北京大学东莞光电研究院, 广东 东莞 523808
6 半导体所 鸿海研究院, 台湾 新北 236
7 上海应用技术大学, 上海 201418
本文通过分析目前显示器用的高均匀宽角度灯珠的光学要求，采用新型非朗伯（non-Lambertian）分布封装Micro-LED芯片，实现了宽光束、高均匀性的微型LED芯片光珠。分析了在不同封装倾角、封装高度、封装材料、封装支架材料、蓝宝石厚度和图案化蓝宝石衬底尺寸下，使用由不同封装材料（铜、钛、铝和银）和材料类型（完全反射和完全吸收）组成的支架模拟固定灯珠的光输出效率和出光角度的变化情况。研究发现通过调整材料、芯片和封装参数，可以得到一个、两个或三个光束，具有贴片灯珠的宽角度、高均匀性的远场光分布特性，满足当前LED和LCD的显示要求。
非朗伯分布 朗伯分布 显示 贴片灯珠 non-lambertian distribution lambertian distribution displays SMD lamp beads
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。
大气光学 准稳态自聚焦效应 激光大气传输 部分相干脉冲光 靶面光斑尺寸 光学学报
2023, 43(12): 1201005
为探讨掺循环流化床固硫灰(简称固硫灰)硬化水泥浆的体积变化规律, 将固硫灰以不同质量取代水泥制备水泥浆试件, 结合扫描电子显微镜、压汞仪、X射线衍射仪及TG-DSC同步热分析仪分析了固硫灰及试件的微观形貌、矿物组成和热效应, 对三种养护条件下试件的体积膨胀性能进行了试验研究。结果表明: 固硫灰的掺入能显著提高浆体标稠用水量, 固硫灰掺量80%（质量分数, 下同）的浆体标稠用水量是基准组的1.6倍; 封闭养护时, 硬化浆体体积随固硫灰掺量的增加由收缩(掺量低于40%)变为膨胀(掺量高于60%), 且收缩率高于基准组; 相较于封闭养护, 标准养护使硬化浆体内部水化更充分, 大毛细孔含量减少, 微观结构更密实, 硬化浆体体积膨胀, 固硫灰掺量80%的试件28 d膨胀率最高达0.42%; 空气养护的试件体积均呈收缩趋势, 80%固硫灰掺量的试件水灰比较大, 但干燥引起的收缩变形高于膨胀产物产生的膨胀变形。
循环流化床固硫灰 钙矾石 膨胀性能 养护条件 封闭养护 标准养护 circulating fluidized bed fly ash ettringite expansion performance curing condition closed curing condition standard curing condition
在恐怖袭击中，爆炸袭击为最常见的恐怖袭击方式，爆恐袭击已经严重威胁公众的日常生活，因此对爆炸物的检测越来越受到关注。通过激光诱导击穿光谱技术在空气和低气压条件下分别对RDX和TNT两种有机爆炸物进行检测，检测到原子谱线和分子谱线两种特征谱线，发现CN (421.3 nm)和C2 （516.2 nm）是有机爆炸物最有研究价值的两条谱线。研究结果表明：谱线强度与样品分子式比以及分子结构有关，分子谱线比原子谱线更具有研究价值。与空气条件相比，低气压环境下RDX的相对标准偏差由5.1 %降低到1.8 %，TNT的相对标准偏差由15.7 %降低到2.7 %，低压环境可以有效提高LIBS检测有机物光谱的分析精密度，增加光谱分析准确性，为LIBS对有机爆炸物的检测和分析精密度提高提供了帮助。
激光诱导击穿等离子体 低气压 有机爆炸物 分析精密度 laser induced breakdown of plasma depression organic explosives analytical precision 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210720
1 天津科技大学 电子信息与自动化学院，天津 300222
2 天津三星视界移动有限公司，天津 300385
针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题，提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列，通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标，并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标，结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系，从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下，进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系，再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度，设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明：该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm；方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此，该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定，且具有操作简便、精度高等特点，可用于双屏视觉标靶的标定。
视觉测量 顶管机导向 坐标点云 网格标定 vision measurement guidance of pipe jacking machine coordinate point cloud grid calibration 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210933
南京邮电大学 电子与光学工程学院， 南京 210023
MoS2是一种具有特殊能带结构的二维半导体材料，当层数较少时，其带隙会随层数显著减小。因此，基于MoS2势垒层的磁性隧道结会展现出更丰富的物理特性。文章通过理论计算分别得到了单层、双层、三层以及五层MoS2势垒层磁性隧道结的温度偏压相图，研究了铁磁电极半交换劈裂能对相图特性的影响。计算结果表明: 单层和三层MoS2势垒层磁性隧道结适合应用于低温器件中。其中，单层MoS2势垒层磁性隧道结在高功率工作环境下具有优异的性能。双层MoS2势垒层磁性隧道结的优化区域位于室温和低偏压区，因此适用于信息存储领域。五层MoS2势垒层磁性隧道结可通过调节铁磁电极参数使其工作在较宽的功率范围内。上述研究结果为MoS2势垒层磁性隧道结的应用奠定了坚实的理论基础。
磁性隧道结 隧穿磁阻效应 二维材料 温度偏压相图 magnetic tunnel junction tunneling magnetoresistance MoS2 MoS2 twodimensional materials temperaturebias effect
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
理论分析了降低雪崩光电二极管(APD)噪声、提高其增益及带宽的一般方法。面向APD综合响应度与带宽之间存在的固有矛盾问题, 提出了采用三维纳米化技术降低APD的噪声, 以及采用集成光学技术提高APD的响应度的解决方案。在此基础上, 从表面等离基元聚光结构与垂直光入射型APD的混合集成、超透镜与垂直光入射型APD的混合集成, 以及阵列波导光栅(AWG)与光侧入射倏逝波耦合波导(EC)APD的单片集成等三个方面, 综述了集成化高速APD的研究进展, 对该领域的发展趋势进行了展望。
InP集成光子学 光通信 光电探测器 雪崩光电二极管 InP integrated photonics optical communication photodetedtor APD
水污染已是当今世界最严重的环境问题之一, 如何提高水体重金属污染检测灵敏度、 降低检测限、 减少样品预处理程序、 实现原位分析等已成为科研工作关注的热点。 基于明胶水凝胶固化方法开展了CuSO4溶液中Cu元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)检测研究。 采用Nd∶YAG激光器（输出波长1 064 nm, 脉宽8 ns）作为激光光源, 将明胶与CuSO4溶液混合并通过加热、 搅拌、 老化等操作将CuSO4溶液制成凝胶状固体, 选取Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm作为分析谱线, 通过研究铜等离子体光谱强度随明胶与CuSO4溶液质量比例的变化关系, 获得了明胶CuSO4溶液质量比例为2.5%的最佳实验条件, 与直采CuSO4溶液相比Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm的光谱强度分别增加了2.26和2.11倍, 信背比分别增强了190.74和318.77倍。 在明胶与CuSO4质量分数比为2.5%的最佳实验条件下, 制备了Cu2+浓度分别为8, 12, 16, 24, 48和64 mg·L-1的CuSO4标准溶液的明胶凝胶样品, 分别采用100, 80和60 mJ激光能量对制备的6种浓度的CuSO4标准溶液的明胶凝胶样品进行LIBS检测分析, 建立了分析线Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm的定标曲线。 在激光能量100, 80和60 mJ下, Cu Ⅰ 324.7 nm的线性拟合系数R2分别为0.999, 0.989, 0.984, 检测限分别为0.30, 0.66和6.37 mg·L-1; Cu Ⅰ 327.4 nm的线性拟合系数R2分别为0.997, 0.973和0.956, 检测限分别为0.45, 0.88和10.20 mg·L-1。 研究结果表明: 明胶水凝胶固化方法能够增强CuSO4溶液中铜元素LIBS光谱强度, 有效提高了LIBS在水体重金属检测中的灵敏度, 减低了检测限。 分析线Cu Ⅰ 324.7 nm线性拟合系数和检测限均优于Cu Ⅰ 327.4 nm, 检测限和线性拟合系数随激光能量的增加改善程度增强, 在激光能量100 mJ时, Cu Ⅰ 324.7 nm的定标曲线的线性拟合系数R2为0.999, 检测限为0.30 mg·L-1, 达到了富集方法的检测水平。 明胶水凝胶固化方法样品制备程序简单, 未引入污染元素, 为LIBS技术应用于水体重金属污染检测提供了一种新方法。
激光诱导击穿光谱 明胶 水凝胶固化 检测限 Laser-induced breakdown spectroscopy Gelatin Hydrogel curing Limit of detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1537
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211006
激光诱导击穿光谱（LIBS）因具有实时快速、 多元素分析、 样品损伤性小等优势, 已成为检测未知物质元素组分以及相应元素含量的重要手段。 近期的一些研究表明, 百纳秒级别激光脉冲由于在确保有效击穿阈值的条件下延长了激光与样品作用时间, 使得其LIBS光谱质量相对于传统10 ns级激光脉冲得到了提高; 适度降低环境气压（至104 Pa量级）, LIBS光谱强度和信背比均得到明显提高。 为探究低气压对长脉宽（百纳秒级）激光诱导铜合金等离子体光谱特性的影响, 采用自主研发80 ns脉宽Nd∶YAG激光器（波长1 064 nm, 单脉冲能量20~200 mJ）作为激发光源, 样品为BYG19431的锡青铜（基体元素Cu质量百分数为92.9%, 低含量元素Fe质量百分数为0.007 8%）, 通过样品气氛控制系统改变环境气压, 分别研究了低环境压力（1.01×105, 9.6×104, 9.2×104, 8.8×104和8.4×104 Pa）下铜合金基体元素Cu与低含量元素Fe光谱特性。 实验中, 激光脉冲重复频率为1 Hz, 每次打击均为新鲜表面（通过真空腔内的可控旋转平台更换样品位置）, 每个能量和气压下分别选取5个脉冲能量较稳定的光谱, 取平均值作为当前实验条件的最终实验结果, 激光脉冲能量的实时监测由透反比1∶1分束镜及能量计完成。 研究发现, 基体元素谱线（Cu Ⅰ 324.75 nm）, 常压下低能量（20 mJ, 40 mJ）时均存在较严重的自吸收现象。 在60 mJ时, 虽自吸收效应得到改善, 但谱线背景强度升高, 且激光对样品的损伤加大。 为在低光谱背景, 微样品损伤的条件下实现光谱质量的进一步提升, 实验激光能量为20 mJ。 结果表明, 随着环境气压降低, 基体元素Cu自吸收程度大幅度降低, 样品中低含量Fe元素谱线信背比增加, 等离子温度升高, 谱线展宽变窄。 气压为8.4×104 Pa时, 与常压相比基体元素铜（Cu Ⅰ 324.75 nm）与微量元素铁（Fe Ⅰ 330.82 nm）谱线信背比分别增强5.31和2.43倍; 等离子体温度提升了21.6%; Fe Ⅰ 330.82 nm谱线展宽由0.29 nm降到0.21 nm, 在一定程度提高了LIBS元素谱线的分辨率。
80 ns 长脉宽 低气压 自吸收 信背比 等离子体温度 80 ns long-pulse-width Low-pressure Self-absorption SBR Plasma temperature 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2891
