1 光能转换材料湖南省高校重点实验室， 湖南 长沙 410081
2 湖南师范大学 化学化工学院， 湖南 长沙 410081
Mn4+掺杂的氟化物红色荧光粉的耐湿性差，严重影响了白色发光二极管（WLEDs）的光色稳定性。本工作基于绿矾溶液的还原性，将K2SiF6∶Mn4+颗粒表面的Mn4+还原成可溶的低价态Mn2+，实现了氟化物粒子的表面钝化及高耐湿性。在水浸360 h后，表面钝化的K2SiF6∶Mn4+粒子的发光强度仍保持初始强度的95%，而未处理的K2SiF6∶Mn4+颗粒发光强度迅速降为初始值的46%。此外，采用绿矾溶液对表面已水解的氟化物荧光粉进行简单的浸泡，可使其完全恢复原来的发光强度。电感耦合等离子体-原子发射光谱、X射线光电子谱、元素能谱等表征结果显示，经绿矾溶液处理的K2SiF6∶Mn4+粒子表面的Mn4+浓度显著减小，证实了惰性壳层K2SiF6的形成，揭示了氟化物粒子耐湿性显著提升的原因。此外，经高温（85℃）高湿（85%）的条件老化1 000 h后，WLEDs器件中表面钝化的K2SiF6∶Mn4+粒子仍保持着100%的红色发光强度，明显高于未钝化的氟化物的59%，进一步证实了绿矾溶液钝化的K2SiF6∶Mn4+红色荧光粉具有非常优异的环境稳定性。
Mn4+掺杂 红色荧光粉 耐湿性 绿矾溶液 表面钝化 Mn4+ doping red phosphor moisture resistance green alum solution surface passivation
东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210089
采用高温固相法制备Na+、In3+、Ge4+单掺或共掺杂的LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉，通过漫反射光谱、光致激发和发射光谱、量子效率测试等手段对其光吸收及光致发光性能进行了研究。实验结果表明，Na+、In3+、Ge4+等离子单独掺杂均可提升LiScSi2O6∶Cr3+荧光粉对460 nm蓝光的吸收，而多格位阳离子共掺可进一步增强光吸收能力，吸收效率可从最初的50.5%提升至60.9%。多格位离子单掺或共掺引起Cr3+占据八面体结构畸变程度增加，从而导致光吸收增强。优化荧光体系LiSc0.4In0.6Si1.6Ge0.4O6∶Cr3+的近红外发射峰波长为860 nm，半高宽为160 nm， 内、外量子效率分别为72.5%和41.8%，封装制成的荧光转换型LED器件在100 mA驱动电流下近红外光输出功率为 63.1 mW，近红外电光转换效率为22.3%，表现出较好的近红外发光综合性能。本研究工作为增强Cr3+激活近红外荧光粉的光吸收提供了一种有效手段。
近红外荧光粉 Cr3+激活 多格位掺杂 光吸收调控 NIR phosphor Cr3+ activated multisite cation substitution light absorption regulation
1 广西大学 化学化工学院， 省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室， 广西 南宁 530004
2 广州大学 化学化工学院， 清洁能源与材料研究所， 广东 广州 510006
在铜基金属卤化物Cs3Cu2I5中掺杂Mn2+是拓宽发光范围的重要途径，但是已报道的掺杂方法大多需要高温、惰性气氛、较长时间和专用设备等。本工作将CsI固体粉末直接投加至CuI和MnCl2的氢碘酸溶液中，在较低温度（60 ℃）、空气条件下快速（3 min）合成Mn2+掺杂Cs3Cu2I5微晶，并测试了其结构和发光性能。通过系列对比实验，提出一种由反应物溶解度控制的“缓释生长-掺杂”机制，证实CsI固体粉末在高浓度氢碘酸中的缓慢溶解能够降低Cs3Cu2I5晶体的生长速率，为Mn2+的低温、可控掺杂提供有利的动力学条件。该方法为全无机金属卤化物体系的掺杂发光和掺杂动力学研究提供了新的思路。
Mn2+掺杂 缓释生长-掺杂 Cs3Cu2I5 Mn2+ doping slow-release growth-doping Cs3Cu2I5
1 东华理工大学 信息工程学院，江西南昌33003
2 东华理工大学 软件学院，江西南昌330013
3 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心，江西南昌001
为了获得高性能和低成本的氧化锌（ZnO）基紫外光探测器，使用Ga掺杂ZnO（ZnO∶Ga）作为光敏层，采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒，Ga与Zn的原子比分别为0%（未掺杂），0.5%，1%，2%和4%。使用X射线衍射仪（XRD）测试所有样品的晶体结构，发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO。采用扫描电子显微镜（SEM）观察它们的形貌，都呈现棒状结构。进一步，制备叉指图案氟掺杂的氧化锡（FTO）导电玻璃基底，将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上，得到5种简单结构的紫外光探测器，系统研究了它们的性能。结果表明：所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应。其中，1% Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳，经计算，在365 nm波长处，它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W （5 V），44.63 （5 V），3.31×1012 Jones，响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s。说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能。该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的紫外光探测器及相关器件发展。
紫外光探测器 镓掺杂氧化锌 微米棒 水热法 响应度 ultraviolet photodetector Ga-doped ZnO microrods hydrothermal method responsivity
闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室，福建 漳州 363000
Ge/Si雪崩光电二极管（APD）被广泛应用于近红外探测领域，但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配，故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅（poly-Si）键合中间层，弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化，导致APD内部的电场重新分布，极大地影响了器件性能。因此，重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控，探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响，最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。
材料 Ge/Si雪崩光电二极管 晶格失配 poly-Si键合层 掺杂浓度
刘帅 1,2,3陈锴 1,2,3孙悦 1,2,3闫超 1,2,3[ ... ]姚建铨 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室，天津 300072
3~5 μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率，因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器（OPO）。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO，OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz，4.08 μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%，斜效率为19.3%，中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时，OPO运转30 min时输出功率的均方根（RMS）为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式，OPO在3.49~4.18 μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6 μm以及温度25~200 ℃的调节范围内，闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48 μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出，其在光电对抗领域具有应用价值。
激光器 中红外激光 掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂 全固态激光器 光参量振荡器
1 南京航空航天大学 航天学院，江苏 南京 211106
2 安徽北方微电子研究院，安徽 蚌埠 233000
硅基光电子与CMOS工艺兼容，借助成熟的微电子加工工艺平台可以实现大规模批量生产，具有低成本、高集成度、高可靠性的优势。其中，硅基半导体探测器是目前应用最为广泛的可见光波段探测设备，将其工作频段拓展到近红外波段具有重要意义。由于硅的禁带宽度，硅基材料在近红外波段电磁波吸收存在明显限制，硅基探测器在近红外波段的应用受到挑战。根据纳米金属粒子发生局域表面等离子共振时产生的近场增强效应，提出了一种纳米金属粒子梯度掺杂的硅基结构。通过应用等效介质理论，模拟了复合硅基结构在可见光与近红外波段的吸收特性。结果表明：该结构在近红外波段具有电磁波吸收提升效果，并且当选择纳米金粒子梯度递增掺杂时，可以在610~1450 nm波段提升吸收性能，最高提升可达到10.7 dB。所提出的结构可以有效增强硅基材料在近红外波段的吸收效率，研究结果为硅基半导体探测器在近红外波段的应用提供了重要参考。
超材料 梯度掺杂 等效介质理论 近红外吸收增强 metamaterials gradient doping effective medium theory near infrared absorption enhancement 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230519
1 天津工业大学纺织科学与工程学院 天津 300387
2 江苏大学材料科学与工程学院高分子材料研究学院 镇江 212013
本研究通过γ辐照与氮掺杂协同调控改性制备石墨炔，将二维石墨炔转变为一维管状结构并作为基底负载铁纳米粒子用于燃料电池阴极氧化还原反应（ORR）。运用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、等温氮气吸附和其他表征手段，对制备出的复合材料的表面形貌、元素组成、结晶结构、缺陷程度等进行了表征分析。在碱性溶液中，采用循环伏安测试、线性扫描伏安测试、电化学交流阻抗谱测试等电化学测试方法分析制备催化剂的ORR性能、动力学以及稳定性。结果表明：经γ射线辐照后，氮掺杂石墨单炔负载铁纳米粒子（NGY-Fe）催化剂具有更大的比表面积（411.3 m2/g）和多级孔结构，利于暴露出活性中心，O2渗透屏障也有所下降，NGY-Fe的ORR活性显著提高，尤其是在稳定性与耐甲醇性上远优于市售的商业Pt/C催化剂。
γ辐照 缺陷 催化 石墨单炔 掺杂 γ-ray irradiation Defects Catalysis Graphyne Dope 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010201
1 北京航空航天大学物理学院，北京 100191
2 澳大利亚国立大学物理学院电子材料工程研究室，澳大利亚堪培拉 2601
超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。
荧光显微 超分辨成像 上转换纳米颗粒 镧系离子掺杂 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618018
1 河北工业大学先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体，采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子（）与束腰位置对模式匹配效率的影响，并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到，在不同的泵浦光参数下，与均匀掺杂晶体相比，梯度掺杂晶体均具有更稳定的模式匹配；当泵浦光为10和50，束腰半径为0.5 mm时，对于任意位置的束腰，梯度掺杂晶体的模式匹配效率都高于均匀掺杂晶体。在实验上对比分析了泵浦光不同束腰位置的输出功率，结果表明，梯度掺杂晶体的模式匹配效率受泵浦光束腰位置的影响较小。当晶体位于谐振腔中心时，在高于70 W的泵浦条件下，梯度掺杂晶体的输出功率高于均匀掺杂晶体，最高输出功率为44.8 W，与均匀掺杂晶体相比，提高了4.67%；当晶体紧贴输入镜时，梯度掺杂晶体的最高输出功率为34.0 W，与均匀掺杂晶体相比，提高了11.84%。因此，梯度掺杂晶体更适用于高功率泵浦。
激光器 梯度掺杂晶体 模式匹配 激光器理论 端面泵浦 高功率激光
