采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性; 通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在; 通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源, 掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。

采用Ar等离子体处理GaAs纳米线,通过光致发光测试研究了等离子体偏压功率对GaAs纳米线发光性能的影响。在不同测试温度和不同激发功率密度下,研究了发光光谱各个发光峰的来源和机制。研究结果表明:随着功率增加,GaAs自由激子发光逐渐消失,束缚激子发光强度先减小后增大;当功率增加到200 W时,出现施主-受主对(DAP)发光。通过对比不同样品在283 ℃下的发光光谱,得到了等离子体处理过程中GaAs纳米线的结构变化:当处理功率较小时,Ar等离子体在消除表面态的同时将空位缺陷引入GaAs中;当处理功率较大时,GaAs的晶体结构遭到破坏,形成施主类型的缺陷,出现DAP发光。

最近十几年来,随着飞秒激光技术及非线性晶体制备技术的逐渐成熟,非线性光学频率变换技术得到了飞速发展。非线性光学频率变换技术的研究旨在突破激光增益介质发射谱线的限制,使激光器输出波长拓展至传统激光器所无法直接输出的波段范围,以满足更加广泛的科研及应用需求。到目前为止,非线性频率变换技术是获得多波长和可调谐飞秒激光的最简捷有效的途径。近些年来,本研究室在研究光纤飞秒激光器的基础上,开展了基于掺Yb ³⁺光子晶体光纤飞秒激光系统抽运不同介质的非线性频率变换研究,主要包括:基于块状晶体的光学参量振荡(OPO)技术、基于砷化镓(GaAs)纳米线的频率上转换、基于高非线性光子晶体光纤的超连续谱及三次谐波的产生。简要介绍国内外相关研究成果,重点综述了本研究室近五年来在上述研究领域的科研成果,分别介绍了OPO技术、砷化镓(GaAs)纳米线的频率上转换和基于高非线性光子晶体光纤的超连续谱及三次谐波的产生技术的基本原理、研究进展以及前沿应用。

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率，通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性，并对其直径、密度等结构参量进行优化，优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上，利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能，并根据光生载流子在纳米线中的分布，对轴向pin结结构进行优化，最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明，通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率，可显著提升电池的功率转换效率，而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积，可减少载流子复合损耗，从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.