江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
采用先低温O2气氛退火，后高温N2气氛退火的两步退火法工艺，探究了两步退火法对化学浴沉积（CBD）制备的多晶硫化铅（PbS）薄膜光电性能的影响。结果表明，相比于一步退火法，两步退火法所得的PbS薄膜具有较大的晶粒尺寸、较少的晶界和良好的光电性能。在两步退火法中，当第二步退火时间为80 min时，PbS薄膜的响应度为2.33 A·W-1，比探测率为1.18×1010 cm·H1/2·W-1，与一步退火法相比分别提高了259%和236%，即两步退火法可以在传统一步退火法的基础上进一步提高PbS红外光电探测器的性能。
薄膜 硫化铅薄膜 退火 化学浴沉积 响应度 比探测率 光学学报
2023, 43(10): 1031001
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为了消除Michelon测量光路中PBS胶合层所引入的寄生条纹误差, 提出了一种以TP(Twin-PBS)结构为分光核心的动态干涉光路。结构以Mach-Zehnder光路为起点, 融合同步移相的偏振光学需求、开放的外部测量臂需求、紧凑化与调校便利性需求以及测试光束和参考光束只在PBS内的镀膜面进行分光的需求。采用琼斯矩阵构建了偏振光传输模型, 通过Zemax等软件的仿真模拟, 对新式光路进行了紧凑化设计和调校工艺流程设计, 压缩了调校步骤。最后利用配置光源组件、成像组件、模块化光路与偏振CCD构成的TP型动态干涉仪对三反系统进行了镀膜前预测量, 实现了(4%)3极弱反射光下的精密测量。
同步移相 偏振干涉 动态干涉仪 三反系统 twin PBS Twin-PBS synchronous phase shift polarization interference dynamic interferometer three mirror system
1 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
2 北京工业大学 材料与制造学部 新型功能材料教育部重点实验室，北京 100124
3 北京工业大学 信息学部 光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
PbS胶体量子点因其带隙可调、可溶液加工、吸收系数高等优异特性而广泛应用于光电探测器领域。然而基于光电二极管结构的PbS量子点光电探测器通常会使用不同的材料来制备N型层，从而增加了器件设计和工艺的复杂性，不利于这类光电探测器未来在面阵成像芯片中的应用。为简化制备工艺，提出了一种PbS量子点同质P-N结光电探测器，仅通过一种工艺过程实现了器件P型层和N型层的制备。经测试，探测器对不同入射光强度的探测表现出了良好的线性响应；在0.5 V反向偏压作用下，器件在700 nm处的响应度为0.11 A/W，比探测率为3.41×1011 Jones，展现出了其对弱光探测的优异能力。结果表明文中提出的PbS量子点同质PN结光电探测器有助于推动其在面阵成像领域中的发展。
PbS胶体量子点 同质P-N结 光电探测器 表面钝化 PbS colloidal quantum dot P-N homojunction photodetector surface passivation 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220053
1 昆明冶金高等专科学校建筑工程学院, 云南昆明 650033
2 昆明理工大学现代农业工程学院, 云南昆明 650023
3 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
PbS胶体量子点由于其制备简单、成本低廉, 在近红外波段通过调节尺寸就能改变带隙, 在太阳能电池、红外探测、 LED、生物成像等多个领域均有广泛的应用, 但稳定性限制了其大规模推广。本文总结了影响 PbS胶体量子点稳定性的机理, 从制备、结构、保存、使用等多个环节探讨提高其稳定性的具体措施。提出进一步改进 PbS胶体量子点稳定性的具体方法和原理, 对其应用和发展具有一定的参考价值。
PbS胶体量子点 量子点的应用 稳定性 核壳结构 PbS colloidal QDs, applications of colloidal QDs,
1 国防科技大学 电子对抗学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学 电子对抗学院 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 国防科技大学 电子对抗学院 电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
开展了不同重频下2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论，利用有限元法对2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析，并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响，分析了2.79 μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理，获取了相关阈值数据。研究表明，2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主，在温度没有达到PbS熔点时，PbS就会发生热分解反应，析出黄色沉淀物PbO；计算得到单脉冲2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm2，且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大，损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。
激光损伤 数值分析 2.79 μm中红外激光 PbS探测器 laser damage numerical analysis 2.79 μm mid-infrared laser PbS detector
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, Guangdong Provincial Key Laboratory of Fiber Laser Materials and Applied Techniques, Guangdong Engineering Technology Research and Development Center of Special Optical Fiber Materials and Devices, School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
2 Department of Chemistry, City University of Hong Kong, Kowloon 999077, Hong Kong, China
3 Analytical and Testing Center, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
4 School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
With the rapid growth of optical communications traffic, the demand for broadband optical amplifiers continues to increase. It is necessary to develop a gain medium that covers more optical communication bands. We precipitated PbS quantum dots (QDs) and nanocrystals (NCs) in the same glass to form two independent emission centers. The NCs in the glass can provide a crystal field environment with low phonon energy for rare earth (RE) ions and prevent the energy transfer between RE ions and PbS QDs. By adjusting the heat treatment schedule, the emission of the two luminescence centers from PbS QDs and ions perfectly splices and covers the ultra-broadband near-infrared emission from 1200 nm to 2000 nm with bandwidth over 430 nm. Therefore, it is expected to be a promising broadband gain medium for fiber amplifiers.
PbS quantum dot Tm3+ nanocrystal-glass composite broadband near-infrared emission Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021603
上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
锥形光纤的结构形态对优化锥形光纤放大器光学性能具有重要意义。分析了不同结构形态锥形光纤的渐逝波透射深度的变化, 提出了2种锥形结构的优化方案, 并结合速率方程、功率方程及有限差分波束传输法建立了量子点锥形光纤放大器模型, 研究了锥形光纤结构形态对放大器性能的影响。仿真结果表明: 改变初始熔融长度和拉伸长度可使入射角在满足全反射条件下更接近临界角, 从而增加锥区表面的渐逝波深度, 优化后的锥形光纤结构形态有利于光纤放大器性能的提升。
锥形光纤 渐逝波 量子点光纤放大器 光学特性 PbS纳米材料 tapered fiber evanescent wave quantum dot fiber amplifier optical properties PbS nanomaterials
上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
为了解决光纤传输的信号衰减和容量限制的问题, 利用改进的化学气相沉积(MCVD)法制备了硫化铅(PbS)掺杂环形芯光纤, 并且搭建反向泵浦光放大实验装置实现了在C波段的宽带放大, 为后续利用PbS掺杂光纤实现少模光纤放大器提供了可能性。实验结果表明: 随着泵浦功率的增加, 样品光纤在C波段的开关增益增大; 而随着信号功率的增大, 开关增益减小; 当泵浦功率为750 mW、信号光功率为0.003 nW时, 样品光纤在C波段的开关增益为8 dB左右。
光纤放大器 硫化铅掺杂 环形芯光纤 开关增益 optical fiber amplifier PbS doped ring core fiber on-off gain
上海大学 上海先进通信与数据科学研究院, 上海200444
普通单模光纤的喇曼增益低, 严重制约了喇曼放大器的发展。因此, 研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品, 并测得其传输损耗谱和喇曼光谱, 实验结果表明: 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下, 分别进行了喇曼放大实验, 相比于普通单模光纤, 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。
石英玻璃光纤 硫化铅掺杂 喇曼散射 喇曼增强 喇曼增益 silica fiber PbS-doped Raman scatting Raman enhancement Raman gain
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 中国科学院 可再生能源重点实验室, 广东 广州 510640
利用吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和循环伏安等表征技术, 分析了利用四丁基碘化铵(TBAI)和1,2-乙二硫醇(EDT)配体钝化处理的PbS胶体量子点的光学性质、表面化学及其能级结构, 并在此基础上分别以PbS-TBAI薄膜、PbS-EDT薄膜和PbS-TBAI/PbS-EDT薄膜作为有源层制备了PbS胶体量子点/ZnO纳米粒子异质结太阳能电池, 以比较研究表面配体和器件结构对器件光伏性能及其稳定性的影响。结果表明, TBAI和EDT均能与PbS胶体量子点表面原有的油酸配体实现良好置换, 但是配体置换之后量子点表面均残留少量油酸分子; PbS-TBAI薄膜的导带底为-5.12 eV, 价带顶为-3.86 eV, 而PbS-EDT薄膜的导带底为-4.99 eV, 价带顶为-3.74 eV, 后者相对前者出现了明显的能带上移; PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件的光伏性能最优, 能量转化效率达到4.43%; 随着空气暴露时间的增加, PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件和PbS-TBAI单配体器件表现出相似的性能变化趋势, 于3 d后达到最优光伏性能, 而PbS-EDT单配体器件的空气稳定性差, 3 d后的能量转换效率下降至初始效率的1/4。本工作的研究结果将不仅有助于加深对PbS胶体量子点电池性能变化规律的认识, 而且有望促进该类电池制备技术的进一步优化。
PbS胶体量子点 太阳能电池 配体 能级结构 稳定性 PbS colloidal quantum dots solar cells ligands energy level structure stability
