微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题, 文章基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器, 以金属走线层构建微型墙结构, 两侧均匀分布pn结构成光电传感器, 通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。文章从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件的合理性和可行性。最终, 片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g, 尺寸为304.2mm3, 检测精度为±1.6°, 视场范围为80°, 可满足微型化需求。

该文介绍了一种由5×5个半径为200 μm圆形阵列组成, 应用于水听器的高性能压电微机电系统(MEMS)声波器件, 尺寸为3 mm×3 mm。采用钪掺杂(质量分数为20%)增强了AlN薄膜的压电系数, 并通过双电极结构配置及优化结构尺寸来增强声压作用下的电信号输出, 以实现压电MEMS声波器件具有更好的接收灵敏度。声波器件在空气中的接收灵敏度为-166.8 dB(Ref.1 V/μPa), 比相同结构基于AlN薄膜的声波器件约高2.6 dB。在50 Hz~3 kHz带宽范围内, 器件灵敏度曲线变化小于1.5 dB, 具有平坦的声学响应。结果表明, 基于Al0.8Sc0.2N薄膜的压电MEMS声波器件具有更高的接收灵敏度, 经水密封装制成的水听器可应用于管道泄漏探测及海洋噪声监测等工程中。

局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。 提出了一种方体及环/盘阵列结构, 该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。 利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。 仿真结果表明, 当线性偏振光入射到金属表面时, 在结构中激发局域表面等离子体共振现象, 表现出明显的共振效应, 在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。 通过对结构电场电荷仿真图的对比分析, 发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。 当调整金属结构的各项参数时, 金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变, 因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、 右圆环直径R, 结构高度H, 左圆环到方体的距离D等), 通过对结构各项参数的改变, 可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控, 达到对结构光学性质可控的目的。 由于该结构具有独特的非对称性, 进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。 结果表明, 随着光源偏振角度的增加, 共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。 但当偏振角度为90°时, 共振谷J3处不能产生法诺共振现象。 由此, 可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。 更为重要的是, 该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度, 最高可达755 nm·RIU-1, 传感的品质因数(figure of merit, FOM)为18.4, 该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。

本文采用光纤激光器在不锈钢表面上制备圆形阵列结构来增强不锈钢与塑料的连接强度。研究了激光制备的圆形阵列结构参数以及连接参数对不锈钢与塑料连接强度的影响。结果表明，不锈钢表面经过激光扫描构形处理后能显著提高不锈钢与塑料的连接强度，在压力作用下，熔融塑料渗入激光构造微孔形成的机械互锁是增强不锈钢与塑料连接强度的主要机制。激光构形后不锈钢表面上的毛刺高度、数量以及覆盖率对连接接头的连接强度有重要影响。毛刺高度为10~20 μm,毛刺数量占比Tm小于14.82%时，不锈钢与塑料在连接面处断裂，剪切力随着Tm的增加而增加；当Tm值高于14.82%时，在塑料处断裂，且剪切力数值在塑料的平均拉伸断裂力(950 N)上下浮动。不锈钢与塑料连接接头断裂于塑料处时所对应的最小覆盖率为38.5%，此时剪切力为900 N。此外，激光扫描处理过程中不锈钢与塑料连接的温度与压力对连接强度有重要影响，在加热温度为400℃时，不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强；当压力为75 kN时，不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强。

提出一种多圆孔周期性银膜阵列结构,并利用时域有限差分算法探究该结构的光学特性。计算结果表明,当线性偏振光入射时,该结构表面激发出表面等离激元,且纳米孔间产生了局部表面等离子体共振,使得该结构的异常透射增强。针对这一现象,通过对中心孔与边孔所呈角度、入射光偏振角度、结构参数(中心孔直径、边孔直径、结构厚度、边孔与中心孔的间距)的调控来实现结构光学透射属性的优化。此外,分析所提结构在不同环境折射率条件下透射峰的变化规律, 发现该结构也对周围的环境折射率具有较高的敏感度。因此该结构在表面等离激元滤波器和折射率传感器中具有广泛的应用前景。

设计了褶皱石墨烯波导结构激发表面等离子体激元，通过设计周期阵列结构实现了表面等离子体激元传播损耗的补偿.理论分析了周期阵列结构的表面等离子体激元传播模型和补偿损耗的方式，结果表明褶皱衍射激发表面等离子体激元波导不仅能够激发表面等离子体激元，还能利用表面等离子体激元波矢关系实现器件参数控制，周期阵列增益全程补偿损耗的方式可以显著增加表面等离子体激元的传播距离.数值分析结果进一步表明：该结构具备了保持亚波长尺寸的强局域化优势；周期阵列增益全程补偿可以显著提高纳米腔中的电场强度，降低传输损耗；波导结构的粒子反转水平较高，自发辐射噪声的扰动较低.设计的石墨烯波导器件可以为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供理想的亚波长光子器件.

利用太赫兹时域光谱技术, 研究了金属亚波长狭缝阵列结构的太赫兹透射特性。结果表明, 太赫兹波会激发金属狭缝阵列结构的表面等离体波共振, 表面等离子体共振产生太赫兹波段超强透射现象。由于表面等离子体共振效应, 这种狭缝结构对于透射的太赫兹产生很高偏振度, 这些实验结果为制作太赫兹波段偏振器件提供了有益的参考。

为了解决垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵中金丝难以键和和电流注入不均匀的问题, 提出了一种非闭合型VCSEL列阵结构。该结构通过腐蚀非闭合环形凹槽形成器件台面, 从而简化了工艺步骤, 减少了器件的损伤。分别对2×2,3×3,4×4阵列的850 nm 非闭合型顶发射VCSEL器件进行了测试和分析, 结果显示其室温连续输出功率分别达到80, 140和480 mW; 阈值电流分别为0.15, 0.25和0.4 A; 平行方向和垂直方向上的远场发散角分别为9°和9.6°, 13.5°和14.4°, 15°和14.4°。在脉宽为50 μs、重复频率为100 Hz 时, 最大输出功率分别为90, 318和1 279 mW; 阈值电流分别为0.2, 0.5和0.7 A。分别测试了芯片在封装前后的功率曲线, 发现芯片在封装之后的热饱和电流要远远高于封装之前, 从而说明良好的封装技术可以提高器件的散热效率, 降低器件内部发热对器件性能的影响。

理论分析了不同填充因子、不同腔长的阵列器件在同样的连续输出功率下的热分布情况,讨论了金刚石热沉对阵列器件散热的影响以及比较了双面散热与单面散热时阵列器件的热分布效果。在理论分析的基础上,采用宽波导结构,2 mm腔长,80%填充因子阵列结构,实现了176 W的连续输出。