电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 610054
为了探究特定沉积工艺参数下，不同沉积角度对SiO2光学薄膜损耗及应力双折射的影响，本文采用一种高灵敏探测方法?偏振光腔衰荡技术表征单层SiO2光学薄膜。该技术基于测量光学谐振腔内偏振光来回反射累积后的衰荡时间特性及产生的相位差振荡频率，实现光学元件的光学损耗和残余应力的同点、同时绝对测量。实验对60°、70°和80°沉积角度条件下制备的单层SiO2薄膜样品进行了应力和光学损耗的测量分析。结果显示了不同沉积角度条件下制备的SiO2薄膜表面粗糙程度和致密性变化对薄膜损耗和应力双折射效应的影响，该结果对制备低光学损耗、低应力SiO2光学薄膜提供了技术指导。
偏振光腔衰荡 光学损耗 应力双折射 SiO2光学薄膜 polarized cavity ring-down optical loss stress induced birefringence SiO2 films
1 南昌大学光伏研究院, 江西 南昌 330031
2 常州大学, 江苏省光伏科学与技术国家重点实验室培育建设点, 江苏 常州 213164
目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,以平面硅为衬底,设计了一种双层TiO2/SiNx减反膜。考虑到太阳光谱分布和异质结太阳电池的光谱响应,本文以加权平均光学损耗作为评价函数,将TiO2/SiNx双层减反膜与玻璃、衬底作为一体进行了优化,并将本文设计的减反膜与绒面硅上单层ITO减反膜的加权平均光学损耗进行了对比。结果表明,与绒面硅上单层ITO减反膜相比,所设计的双层减反膜的加权平均光学损耗更小,为4.69%,较单层ITO减反膜减小了1.97个百分点,且吸收损耗显著降低。本文研究为平面硅替代绒面硅提供了理论支持。
薄膜 晶硅异质结太阳电池 ITO 平面硅 TiO2/SiNx 光学损耗
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室, 上海 200241
3 中国科学院大学, 北京 100049
铌酸锂光子集成是推动未来高速光通信和光信息处理领域变革性发展的重要前沿技术。介绍了利用铌酸锂光子芯片制造技术制备集成光路中关键光子结构与器件的最新研究进展。得益于单晶铌酸锂晶体的高非线性系数和强电光效应,利用制备的高性能铌酸锂光子器件演示了多种高效的非线性光学过程。
光学器件 铌酸锂 飞秒激光 微谐振腔 光波导 光损耗 集成光路
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
管棒法加工的氟锆酸盐玻璃光纤预制棒表面和亚表面存在缺陷,这会增加氟锆酸盐玻璃光纤的界面损耗并降低光纤强度。研究了一种非水有机溶液体系的表面处理剂,其中溶剂是乙醇和戊醇的混合物,酸是盐酸和草酸的混合物,添加剂是二氯氧化锆和乙二胺四乙酸的混合物。相比于常规的水溶液体系的表面处理剂,该处理剂能更有效去除光纤预制棒的表面和亚表面缺陷,并且不存在水侵蚀表面引起的水化层和沉积杂质,降低了光纤拉制过程中的析晶和失透风险,可大幅增大光纤强度并降低光纤的损耗。光电子能谱(XPS)显示,利用该处理剂处理过的氟锆酸盐玻璃表面和本体的组分含量更接近。原子力显微镜(AFM)观测结果显示,利用该处理剂处理过的氟锆酸盐玻璃的表面粗糙度更低。实验结果表明,由该表面处理剂处理过的光纤预制棒拉制的光纤损耗更低且抗拉强度更强。说明对于氟锆酸盐玻璃光纤预制棒而言,非水有机溶液体系的表面处理剂比传统的水溶液体系表面处理剂更为合适。
1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院，合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,纳米器件与应用重点实验室，苏州 215123
氮化镓(GaN)基蓝光和绿光激光器在投影显示、激光加工、激光照明、存储等领域具有重要的应用前景与广泛的市场需求。本文着重介绍了GaN基蓝光和绿光边发射激光器的技术难点和相应的解决方案。在GaN基蓝光与绿光激光器中,就制备高质量InGaN/GaN多量子阱、减少内部光学损耗、增加空穴注入效率等方面分别介绍了一些结构与工艺方面的优化方法。简要介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)、分布式反馈激光器(DFB)的研究现状。
半导体激光器 氮化镓 热退化 In偏析 内部光学损耗 载流子注入效率 semiconductor laser diode GaN thermal degradation In segregation internal optical loss carrier injection
1 南昌大学光伏研究院, 江西 南昌 330031
2 常州大学, 江苏省光伏科学与技术国家重点实验室培育建设点, 江苏 常州 213164
晶硅异质结太阳电池表面的减反层是ITO薄膜,其低的紫外透过率、高的近红外光学损耗限制了电池效率的提升。为此,本文设计了三层减反膜来减小ITO薄膜的光学损耗。利用光学薄膜膜系设计软件TFCalc、光线追迹程序(OPAL 2)和太阳电池模拟软件 PC1D 对三层减反膜的光学性能和相应电池的电学性能进行了模拟和分析,并对折射率色散效应、晶硅表面形貌以及各膜层的厚度容差进行了讨论。结果表明:考虑折射率色散效应的三层减反膜比ITO薄膜的寄生吸收更小,减反射带宽更大;绒面硅表面减反膜比平面硅表面减反膜的加权平均光学损耗降低了2.43个百分点,相应电池的短路电流密度和转换效率分别提高了0.82 mA/cm 2和0.34个百分点;减反膜中低折射率的SiOx 膜层具有更大的厚度容差范围。
薄膜 三层减反膜 ITO 晶硅异质结太阳电池 加权平均反射率 光学损耗 光学学报
2020, 40(24): 2431001
1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
高功率氮化镓基蓝光激光器在激光显示、激光照明和材料加工等领域具有很大的应用前景。通过优化蓝光激光器p-AlGaN限制层的生长温度,抑制了量子阱热退化,通过优化量子阱结构,改善了载流子分布,研制出了高功率蓝光激光器。利用变腔面反射率法获得蓝光激光器的内部光学损耗为6.8 cm -1,载流子注入效率为90%。在脉冲工作条件下,蓝光激光器的阈值电流密度为1 kA/cm 2,斜率效率为1.65 W/A,预计在6 kA/cm 2电流密度下,输出光功率能达到4 W;在连续工作条件下,激光器的阈值电流密度为1 kA/cm 2,由于封装散热性能不佳,斜率效率下降为1 W/A,预计在6 kA/cm 2的电流密度下,输出光功率为2.2 W。
激光器 氮化镓 蓝光激光器 热退化 内部光学损耗 载流子注入效率
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春130022
目前, 利用氧化锌(ZnO)微纳米线结构形成具有自然谐振腔的紫外激光器件引起国内外广泛关注。针对ZnO本征缺陷导致器件发光及稳定性不足等问题, 开展金属局域等离子激元局域场发光增强方面的研究, 对ZnO基紫外激光器件的应用具有十分重要的意义。本文通过理论仿真构建氧化锌微米线结构模型, 对微腔光学损耗及Fabry-Perot(F-P)谐振腔模式演化进行了理论分析。得到ZnO微腔直径变化与F-P谐振模式演化、光学损耗和光强分布的关系。在此基础上通过金属Ag纳米颗粒对ZnO微米线6个表面进行修饰, 发现金属局域表面等离子激元共振耦合效应对微腔周围的损耗光有明显的抑制作用, 并且在金属与微腔的交叉区通过共振耦合效应实现局域场增强。模拟结果表明, 在损耗较大的微腔表面修饰Ag纳米颗粒以后, 光场限域能力提高672%, 而在金属颗粒之间沿X轴方向产生二次耦合现象, 其电场强度更有2倍的增强效果。
F-P谐振腔 金属局域表面等离子激元 光学损耗 局域场增强 F-P resonator metal local surface plasmons optical loss local field enhancement
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
在蓝宝石衬底上制备了具有不同铝(Al)掺杂浓度的掺铝氧化锌(AZO)薄膜, 并对其进行了紫外-可见吸收光谱、霍尔效应、折射率及介电常数测试, 研究了Al组分对AZO薄膜的光电、表面等离子体性质的影响。随着Al组分浓度的逐渐增大, AZO薄膜吸收边发生蓝移且吸收强度逐渐减小, 光学损耗减小;同时, 载流子浓度与迁移率先增大后减小, 而电学损耗先减小后增大。
薄膜 表面等离子体 掺铝氧化锌 光学带隙 光学损耗 电学损耗
