厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
为了进一步提升蓝光激光器的性能，基于实验样品结构，详细研究了不同结构的p型波导层和有源区的组合对InGaN基边发射蓝光激光器性能的影响。利用PICS3D软件模拟计算其光输出功率-电流-电压特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布、激射复合率等光电特性。结果表明，In组分渐变的p型波导层和前两个量子垒层、最后一个量子垒层使用AlGaN材料的新结构，可以很好地抑制电子泄漏，增加空穴注入，提高受激辐射复合率，从而提升蓝光激光器的发光效率。在1.5 A注入电流下，新结构的光输出功率可达2.69 W，相较标准结构提升了47.8%。
激光器 蓝光激光器 InGaN 波导层 有源区 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714007
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075013
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
气溶胶通过吸收和散射效应与太阳辐射相互作用, 对地球辐射收支和气候造成扰乱, 对云凝结核形成和云的光学性质造成间接影响。 利用黑碳仪和积分浊度计于2019年11月5日至12月10日在合肥市分别开展了气溶胶吸收系数(σap)、 散射系数(σsp)的外场观测, 结合气象数据, 分析了气溶胶吸收系数(σap)、 散射系数(σsp)的日变化特征及风依赖性。 结果表明, 合肥市秋季PM2.5, σsp和σap均值分别为(43±25) μg·m-3, (238.70±161.52) Mm-1, (32.04±17.01) Mm-1。 研究期间σsp, σap的时间变化趋势与PM2.5较为一致。 PM2.5, σsp和σap均具有显著的双峰日变化特征, 分别在早8点至10点和晚20点至21点出现峰值, 主要与交通排放和气象条件有关。 合肥市气溶胶光学性质的风依赖性主要体现在PM2.5, σap与σsp的高值大多处在弱风(风速<3 m·s-1)的区域, 低温高湿小风的天气条件有利于污染物的积累和形成, 但较高的风速也易输送周边的污染物, σsp和σap部分高值主要受西北风向的污染气团影响。 同时, 基于HYSPLIT后向轨迹模型, 通过聚类分析不同输送途径的空间特征, 并利用潜在源贡献法(PSCF)和浓度权重轨迹法(CWT), 探讨了研究期内合肥σsp的潜在源区分布及其贡献特性。 结果发现污染气团主要来源于合肥的西北方向, 占比最高的气团1和3来自于内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区, 而对散射系数贡献较大的气团2来自于陕西省宝鸡市, 气团6源于内蒙古, 途径山西省、 山东省、 江苏省, 从安徽省的东南方向到达合肥, 携带较多的污染物。 PSCF较大值(>0.5)主要分布在合肥的西北方向和西南方向。 合肥冬季CWT高值主要分布在河南省东北部、 山东省西南部、 安徽省北部地区。 尤其是山东济宁市、 河南商丘市的污染物远距离传输是影响合肥地区秋季空气质量的重要源区。
气溶胶 风依赖 散射系数 合肥 潜在源区 Aerosol Wind dependence Scattering coefficient Hefei Potential source region 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3014
1 厦门大学电子科学与技术学 院微纳光电子研究室, 福建 厦门 361005
2 中山大学物理学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
围绕高性能GaN基垂直腔面发射激光器(VCSELs), 设计了两种具有不同光电耦合强度的InGaN/GaN量子阱(QWs)样品, 研究了它们的光学性质。样品A在腔模的两个波腹处各放置两个InGaN耦合量子阱, 而样品B在腔模的一个波腹处放置5个InGaN耦合量子阱。计算表明样品A具有较大的相对光限制因子1.79, 而样品B为1.47。光学测试发现样品A有着更高的内量子效率(IQE)和更高的辐射复合效率。使用两种样品制作了光泵VCSEL结构, 在光激发下实现激射, 其中基于样品A的VCSEL有着更低的激射阈值。结果表明有源区结构会显著影响量子阱与光场的耦合作用、外延片的内量子效率、辐射复合寿命和VCSEL激射阈值, 同时也说明样品A的有源区结构更有利于制作低阈值的VCSEL器件。
有源区 相对光限制因子 内量子效率 复合寿命 垂直腔面发射激光器 active region relative optical confinement factor internal quantum efficiency recombination lifetime vertical cavity surface emitting laser
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275
2 国家珠宝玉石质量监督检验中心, 广东 深圳 518000
红外光谱分析可以有效地厘定金刚石类型和杂质成分, 揭示金刚石形成的物理化学条件及其源区特征, 约束金刚石的形成机制。 对湖南现代河流砂矿金刚石红外光谱原位分析结果显示, 样品以ⅠaAB型为主(93%), 含有少量ⅠaA型(5%)、 ⅠaB型(<1%)和Ⅱa型(1%); 大部分表现为中-低氮含量(35.0~436 μg·g-1)和中-低氮聚集度(3%~57%, 平均转化率为37%), 少数具有高氮特征(517~2 848 μg·g-1, 甚至高达6 829 μg·g-1)。 这些金刚石在地幔中的存储温度集中在1 100~1 230 ℃, 与前人根据金刚石内包裹体矿物得出的形成温度基本一致。 此外, 它们在地幔中的存储时间普遍较短(大部分<0.2 Ga)。 这些特点暗示湖南现代河流砂矿的金刚石可能主要形成于上地幔, 其来源与超基性岩或榴辉岩有关; 少数高氮含量、 低聚集氮特征的金刚石的存在则显示它们与榴辉岩关系更密切。 与扬子克拉通贵州原生金刚石红外光谱数据的对比显示, 贵州金刚石以高比例极低氮含量的Ⅱa型金刚石为主(占约75%), 同时具有破碎度大、 表面熔蚀强烈等特点, 表明其来源较深, 且在岩浆上升过程中经历了高温熔蚀作用。 红外光谱数据显示, 湖南砂矿和贵州原生矿来源的金刚石形成深度及其地球化学环境存在明显的差异, 可能是在扬子克拉通地幔不同深度范围或者不同阶段形成的产物。 进一步分析表明, 湖南砂矿金刚石和贵州原生金刚石可能构成了扬子克拉通内一个完整的金刚石形成序列, 它们分别与不同源区或不同的地球化学环境相对应。 前者搬运距离较短, 推测其源区可能主要来自近源补给区。 现代河流砂矿金刚石的红外光谱分析为进一步探索扬子克拉通金刚石的源区特征和形成环境提供了新的指示和约束。
金刚石 红外光谱 氮杂质 源区 现代河流砂矿 Diamonds FTIR spectrometry Nitrogen impurities Source Modern river placer 光谱学与光谱分析
2019, 39(12): 3833
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 621999
为研究太赫兹量子级联激光器 (THz QCLs)中的热传输及有效散热方法, 建立了二维 /三维有限元热分析模型, 模拟计算了 GaAs/AlGaAs THz QCLs低温工作时的温度及热流分布; 并讨论了源区结构参数、热沉材料及散热膜层对器件热传输的影响规律。研究结果表明, 器件源区温度水平方向分布较均匀, 垂直方向温差大, 源区热量主要依靠热沉导出; 减小源区厚度、增加腔长与减小脊宽均有利于促进热传导并降低源区温度; 在器件顶部增加 AlN薄膜具有显著的辅助散热效果, 当薄膜厚度大于 8 μm时, 源区温降趋于缓慢。
太赫兹量子级联激光器 有限元 热分析 源区温度 Terahertz Quantum CascadeLasers finite element method thermal analysis temperature of active region 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(2): 184
青岛科技大学 数理学院, 山东 青岛 266061
垂直腔面发射激光器(VCSEL)已成为短距离数据通信传输系统的首选光源。热限制是VCSEL器件调制带宽进一步增加的一个主要的制约因素。本文基于有限元分析的方法对影响980 nm-VCSEL器件有源区温度的参数, 如驱动电流、氧化孔径尺寸、氧化层材料等做了比较分析, 还数值分析了二元系GaAs/AlAs材料DBR用于高速低能耗VCSEL器件的优势, 为绿色光子器件设计提供优化思路。
垂直腔面发射激光器 热分析 高速 有源区 VCSEL thermal analysis high-speed active region
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
利用LASTIP软件理论分析了有源区量子阱数目对不同组分的InGaAsSb/AlGaAsSb 2 μm半导体激光器能带、电子与空穴浓度分布以及辐射复合率等性能参数的影响。研究表明：量子阱的个数是影响激光器件性能的关键参数，需要综合分析和优化。量子阱数太少时，量子阱对电子束缚能力弱，电子在p层中泄漏明显，辐射复合率低。量子阱数过多时，载流子在阱内分配不均匀，p型层中电子浓度升高，器件内损耗加大，辐射复合率下降。结合对外延材料质量的分析，InGaAsSb/AlGaAsSb 半导体激光器有源区最优量子阱数目为2~3。该研究结果可合理地解释已有实验报道，并为2 μm半导体激光器结构设计提供理论依据。
多量子阱激光器 有源区量子阱数目 数值模拟 MQW laser quantum well number in the active region numerical simulation
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130022
2 中国计量学院 光电技术研究所, 杭州 310018
设计了一种由12只单条形芯片分为2组以从高到低阶梯排列的百瓦级半导体激光器结构。针对其在稳态工作条件下的热特性利用ANSYS软件进行了模拟分析，通过改变Cu热沉的宽度、间距和高度差，得到了最高和最低Cu热沉封装的芯片有源区温度及两者温度差值的变化规律。最后设计了一种较为理想的百W级半导体激光器的散热结构。
多芯片 半导体激光器 稳态 有源区温度 multi-chip semiconductor laser steady-state temperature of active region 强激光与粒子束
2014, 26(1): 011015
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室， 长春 130022
半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛，但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析，模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线，并提出一种散热较好的结构方案。
单芯片半导体激光器 有源区 热沉 稳态热分析 single-chip semiconductor laser active region heat sink ANSYS ANSYS steady-state thermal analysis
