Determining the trap density in the absorbing layer thin film of perovskite solar cells is a important task, as it exerts a direct influence on the efficiency of the devices. Here, we proposed the utilization of time-resolved photoluminescence (TRPL) as a non-destruction method to evaluate trap density. A model has been formulated to investigate carrier recombination and transition processes in perovskite materials, subsequently employed for numerical computations and successfully fitted to TRPL signals. Moreover, a genetic algorithm was implemented to optimize the relevant parameters. Finally, statistical methodologies were applied to obtain the parameters associated with the trap states inherent to the material. This comprehensive approach facilitates the successful determination of trap densities across varying samples, enabling clear differentiation.
perovskite solar cell time-resolved photoluminescence genetic algorithm trap density methylammonium lead triiodide Solar Energy and Photovoltaics Chinese Optics Letters
2024年22卷8期
Abstract.Fluorescence confocal laser-scanning microscopy (LSM) is one of the most popular tools for life science research. This popularity is expected to grow thanks to single-photon array detectors tailored for LSM. These detectors offer unique single-photon spatiotemporal information, opening new perspectives for gentle and quantitative superresolution imaging. However, a flawless recording of this information poses significant challenges for the microscope data acquisition (DAQ) system. We present a DAQ module based on the digital frequency domain principle, able to record essential spatial and temporal features of photons. We use this module to extend the capabilities of established imaging techniques based on single-photon avalanche diode (SPAD) array detectors, such as fluorescence lifetime image scanning microscopy. Furthermore, we use the module to introduce a robust multispecies approach encoding the fluorophore excitation spectra in the time domain. Finally, we combine time-resolved stimulated emission depletion microscopy with image scanning microscopy, boosting spatial resolution. Our results demonstrate how a conventional fluorescence laser scanning microscope can transform into a simple, information-rich, superresolved imaging system with the simple addition of a SPAD array detector with a tailored data acquisition system. We expected a blooming of advanced single-photon imaging techniques, which effectively harness all the sample information encoded in each photon.
fluorescence lifetime image scanning microscopy digital frequency domain single photon Advanced Photonics
2024年卷期
1 南京大学现代工程与应用科学学院
2 东南大学信息科学与工程学院
透镜阵列是由多个透镜按照一定的方式排布而成的多功能光学元件。与单个透镜相比，其可以采集更多的光场信息，具有高速运动探测、三维光场成像、并行信息处理等功能。近年来研究人员将人工微结构材料——超构表面制备成超构透镜阵列，不仅具有传统微透镜阵列的功能，更具有灵活设计、超轻超薄等优势，在光学器件和系统的微型化、智能化、集成化方面具有重要的应用潜力。本文将首先介绍透镜阵列的工作原理，其次将介绍近年来超构透镜阵列在成像和信息技术领域的成功应用，并最终展望超构透镜阵列技术未来的发展。
超构表面 超构透镜阵列 光学器件 先进成像
1 西安邮电大学通信与信息工程学院
2 西安邮电大学电子工程学院
高速率通信和高精度感知一体化是6G网络的关键技术之一，提出了一种基于相移键控（PSK）与线性调频（LFM）的光载太赫兹通信一体化信号产生与传输方案，利用几何成形（GS）技术以提高一体化信号的通信容量。理论分析了基于GS-PSK-LFM通感信号的产生、传输、感知和通信原理，并对一体化信号的模糊函数进行了分析。基于MATLAB和VPI仿真环境，分别分析了8PSK-LFM和GS-8PSK-LFM调制格式在4Gbaud/8Gbaud速率下通信和感知性能，以及不同直流（DC）偏移对通信和感知性能的影响。结果表明：所提出的一体化信号理论的峰值旁瓣比（PSLR）在4GBaud速率下高达10.5dB，距离分辨率达到0.97cm。在50m的无线信道传输条件下，通信传输速率最高可达24Gbit/s，误码率低于硬判决门限3.8×10-3。在相同误码率下，结合GS后通感信号PD输入光功率相较于8PSK-LFM最大降低0.43dB。当DC偏移量为1时，通信性能和感知性能达到平衡。在未来以感知为主的场景中可能会得到考虑。
通感一体化 线性调频 几何成形 太赫兹光子学 PSK调制
1 湘潭大学机械工程与力学学院
2 深圳大学机电与控制工程学院
为了研究超声振动物理场对激光抛光的辅助作用，并且分析超声振幅和激光参数对氧化锆陶瓷表面粗糙度的影响。本文基于响应曲面试验设计，以表面粗糙度为优化目标，利用脉冲激光器对氧化锆陶瓷进行抛光处理，研究了抛光后材料的表面粗糙度、硬度、摩擦磨损系数以及表面元素的变化。结果表明：超声辅助激光抛光氧化锆陶瓷的最佳工艺参数为激光功率P=75.9W，脉冲频率f =3.28kHz，扫描速度v=345mm/s、超声振幅A=25%，振动频率为19.42kHz。采用脉冲激光器抛光，可将表面粗糙度从2.479μm降低至0.595μm，采用超声振动物理场辅助激光抛光，粗糙度进一步降低至0.477μm，总降低率达80.7%。同时超声振动作用会使重熔层产生残余压应力，且超声辅助激光抛光所产生的竖向裂纹宽度要略窄于激光抛光所产生的竖向裂纹宽度。相比于激光抛光表面，超声辅助激光抛光表面硬度略有提高，但表面元素含量几乎没有太大变化。
超声辅助 响应曲面 氧化锆 表面粗糙度 激光抛光 表面硬度
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院
2 陕西省文物保护研究院
3 西安博物院
城墙表面病害类型复杂多样且分布不均，光谱数据对具有空间相似性的病害识别准确率低。针对单一数据无法全面建立城墙表面复杂病害类别及严重程度特征表征的问题，本文采用一种多源数据特征融合的古城墙病害检测方法，分别构建独立的特征提取网络提取光谱与真彩数据源的空间—光谱特征与纹理—颜色特征，在每个卷积层后引入BN层，加快网络收敛；通过特征融合模块将光谱数据与彩色数据多维度特征融合，在全连接层完成高级特征学习，通过线性整流函数将特征图映射到非线性空间，增加模型的非线性表达能力；构建了基于对比损失与分类损失的联合损失函数对融合数据权重优化，提升对空间特征相似病害的区分度；最后利用softmax层进行逐像素点分类，实现对古城墙病害情况定量评估以及可视化分析。实验结果表明，总体分类精度和Kappa系数为96.46%和94.20%，与光谱及真彩单一数据对比，分类精度分别提高了6.63%和12.05%。本文方法对于城墙复杂病害区域的识别以及病害分布可视化具有重要意义。
多源数据 特征融合 古城墙 病害识别检测
1 东北林业大学机电工程学院
2 东北林业大学计算机与控制学院
水下三维光学成像可在复杂水域进行重建成像，与传统成像不同，水下三维光学成像需要克服水介质的散射和吸收影响来进行目标重建，在海洋工程、资源探索及国防建设等领域具有重要的应用价值。总结国内外水下三维光学成像技术的研究进展，依次介绍5种水下三维光学成像模式，包括水下距离选通技术、水下单光子探测技术、水下结构光三维点云成像技术、水下条纹管激光成像技术、水下多目相机成像技术。基于各成像技术的探测距离、成像特点、重建环境等方面的特点和存在的局限性，分析并讨论水下三维光学成像的发展趋势。
水下成像 三维重建 点云重构 激光扫描 激光雷达
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室
2 极端光学协同创新中心
孪生光束是一种明亮的纠缠光束，在量子信息领域具有重要应用。空间结构为贝塞尔分布的光束具有自愈特性，遇到障碍物后能够恢复其贝塞尔分布特性。本文提出并实现一种阈值仅为60 mW的低阈值非简并光学参量振荡器。基于工作于阈值以上的非简并光学参量振荡器，实验产生功率为8 mW、强度差压缩为5.1 dB的高斯分布孪生光束。随后，使用贝塞尔光束转换器产生了其强度差压缩为5 dB的零阶贝塞尔分布孪生光束。进一步研究了该贝塞尔分布孪生光束经过障碍物后的自愈特性。结果表明，虽然贝塞尔孪生光束的空间分布能够恢复，但是障碍物引入的损耗使得强度差压缩降低。研究结果为基于贝塞尔分布孪生光束的应用研究提供了参考。
孪生光束 压缩光 光学参量振荡器 贝塞尔光束
1 北京大学生物医学工程系
2 北京大学力学与科学工程系
3 北京大学生命科学学院
荧光偏振成像通过测量样品中荧光分子的偏振状态，得到样品的取向结构特征，在生物学领域有着广泛的应用。偏振成像常与其他荧光显微技术结合，用来解析细胞结构的排列方向、生物大分子的实时动态取向和组织的有序性等信息，以研究细胞的生理过程、药物对细胞的作用及异常结构的检测。本文阐述了荧光偏振成像在生物学等领域的应用，对利用偏振信息获取不同样品取向结构的研究方法进行分析比较，并对其未来发展趋势进行展望。
荧光偏振成像 分子取向解析 生物显微成像
1 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
InGaAs/Si雪崩光电二极管（APD）因其灵敏度高、信噪比高、响应速度快等优点在微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等领域具有广泛的应用前景。然而由于InGaAs和Si之间存在7.7%失配晶格和极大的导带带阶，外延InGaAs/Si异质结界面穿透位错密度极高，导致器件暗电流偏大、雪崩特性差。为研制高性能InGaAs/Si APD，本文在InGaAs/Si键合界面处引入8层InGaAs渐变层缓冲InGaAs/Si键合界面带阶，以减少载流子在异质结界面处的积累，并创新在Si倍增层加入空气凹槽环替代电荷层调节电场，研究了键合界面不同凹槽环深度对无电荷层InGaAs/Si APD性能的影响。研究表明，当凹槽环深度为150 nm和300 nm时，InGaAs/Si APD的电流、复合率、碰撞电离率、电场、增益带宽积等性能较为理想，该结果将为后续研发工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。
InGaAs/Si APD 无电荷层 凹槽深度 键合 失配晶格
