1 北京科技大学计算机与通信工程学院，北京 100083
2 北京科技大学顺德创新学院，广东 佛山 528000
为了能够精准和快速地复现可见光波段自然光谱，实现全光谱照明，使用具有强大非线性拟合能力的神经网络完成光谱匹配。首先，利用全连接神经网络的自学习能力，在采用基于修正高斯分布拟合函数的多个单色LED合成光谱模型生成训练和测试数据集的基础上，构建充分体现合成光谱和各单色LED光强系数比例关系的神经网络模型，即该模型能够针对输入光谱得到对应的单色LED光强比例系数，进而实现光谱复现。其次，针对标准太阳光谱和实测得到的不同时刻、天气的自然光谱进行光谱复现，并与采用基于遗传算法的光谱复现方法得到的结果进行对比。结果表明，基于全连接神经网络的自然光谱复现方法能够以小于5%的误差实现标准太阳光谱和实测太阳光谱的匹配，证明可使用同一个训练模型在不改变单色LED数量和种类的条件下得到多种与目标光谱高度吻合的不同类型光谱。对比其他光谱匹配算法，所提方法的拟合速度提高了数倍，还具有稳定性高、调控灵活、操作简便等优势。
光谱学 自然光谱 LED 神经网络 光谱复现 光学学报
2023, 43(10): 1030001
1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
3 江苏省纳米器件重点实验室，江苏 苏州 215123
4 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
5 苏州晶湛半导体有限公司，江苏 苏州 215000
矢量测量是表征太赫兹波段天线与准光系统波束特性的主流技术。该文介绍了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（High-electron-mobility transistor, HEMT）混频探测器的太赫兹矢量测量系统。该系统核心器件为以准光-波导为耦合方式的高灵敏度太赫兹混频探测器，在340 GHz频率外差模式下，其噪声等效功率达−113 dBm/Hz。为了抑制系统相位噪声，搭建了基于二次下变频原理的硬件电路。通过对固定位置天线的长时间测量，表明系统相位稳定度优于4°，系统最小可测功率达到119 nW。基于相干AlGaN/GaN HEMT混频探测器实现了太赫兹连续波幅度和相位分布测量，该工作为后续阵列化太赫兹矢量测量提供了基础。
矢量测量 太赫兹探测器 相干探测 高电子迁移率晶体管 氮化镓 vector measurement terahertz detector coherent detection HEMT GaN 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220278
1 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201204
为满足同步辐射装置中X射线单色器的需求，在直线式磁控溅射设备上制备了W/Si和Ru/C双通道多层膜反射镜。制备的W/Si多层膜和Ru/C多层膜的周期厚度均为3 nm，平均界面宽度分别为0.30 nm和0.32 nm。在320 mm长度范围和20 mm宽度范围内，W/Si多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.30%和0.19%，Ru/C多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.39%和0.20%。对制备的样品进行了表面形貌测试和非镜面散射测试，对比了W/Si多层膜和Ru/C多层膜的表面和界面粗糙度大小。硬X射线反射率测试结果表明，W/Si多层膜和Ru/C多层膜在8.04 keV能量点处的一级布拉格峰测试反射率分别为63%和62%，角分辨率均为2.6%。基于以上研究，在尺寸为350 mm×60 mm的高精度Si平面镜表面镀制了W/Si和Ru/C双通道多层膜，并且其被成功应用于上海同步辐射光源线站中。
X射线光学 双通道多层膜 磁控溅射 均匀性 反射率
1 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
2 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
3 中国科学院纳米器件与应用重点实验室 江苏省纳米器件重点实验室，江苏 苏州 215123
4 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势，文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77 K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面 (Focal-Plane Array, FPA)芯片的低温系统，实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时，探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍，平均噪声有小幅增大，340 GHz时平均噪声等效功率 (Noise Equivalent Power, NEP)从45.1 pW/Hz1/2降低到了19.4 pW/Hz1/2，灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比，阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致，导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性，文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。
太赫兹探测器 低温焦平面 成像芯片 氮化镓HEMT terahertz detector low-temperature focal-plane imaging chip gallium nitride HEMT 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220225
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 XOI Technology Co., Ltd., Shanghai 201899, China
The 4H-silicon carbide on insulator (4H-SiCOI) has recently emerged as an attractive material platform for integrated photonics due to its excellent quantum and nonlinear optical properties. Here, we experimentally realize one-dimensional photonic crystal nanobeam cavities on the ion-cutting 4H-SiCOI platform. The cavities exhibit quality factors up to and mode volumes down to 0.63 × (λ/n)3 in the visible and near-infrared wavelength range. Moreover, by changing the excitation laser power, the fundamental transverse-electric mode can be dynamically tuned by 0.6 nm with a tuning rate of 33.5 pm/mW. The demonstrated devices offer the promise of an appealing microcavity system for interfacing the optically addressable spin defects in 4H-SiC.
photonic crystal cavities silicon carbide thermo-optic effect Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031302
1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
3 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
4 苏州晶湛半导体有限公司，江苏 苏州 215000
利用天线耦合AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的自混频和外差混频效应，分别设计并测试了340 GHz频段直接检波式和外差混频式接收机前端。通过接收机信噪比的测量和接收功率的定标，得到了两种接收机的等效噪声功率。直接检波模式下探测器的响应度约为20 mA/W，直接检波模式和外差混频模式下接收机的等效噪声功率分别约为−64.6 dBm/Hz1/2和−114.79 dBm/Hz。在相同的载波功率和接收信号带宽条件下，当本振太赫兹波功率大于−7 dBm时，外差混频接收的信噪比优于直接检波的信噪比。当本振功率大于0 dBm时，外差混频接收机表现出优良的解调特性，其信噪比高出直接检波接收机的信噪比10 dB以上。
氮化镓 太赫兹无线通信 太赫兹探测器 直接检波 外差混频 gallium nitride terahertz wireless communication terahertz detector homodyne heterodyne 红外与激光工程
2021, 50(5): 20210202
1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 国际实验室，江苏 苏州 215123
3 上海大学 材料科学与工程学院，上海 200444
4 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
5 新加坡国立大学 化学与生物分子工程系，新加坡 117585
6 伊比利亚国际纳米科技实验室 葡萄牙 布拉加 4715-330
由于太赫兹波与众多物质之间存在着丰富的相互作用，太赫兹技术在众多领域均有应用需求。因此，基于独特物理机制和优异材料特性的高灵敏度、便携式太赫兹探测器的研制刻不容缓。黑砷磷是一种新型二维材料，其带隙和输运特性随化学组分可调，在光电探测领域被广泛关注。目前基于黑砷磷的研究集中在红外探测方面，而对于太赫兹探测的应用未见报道。本文介绍了一种基于黑砷磷的天线耦合太赫兹探测器。实验结果表明，在探测过程中存在两种不同的探测机制，并且两者之间存在竞争关系。通过改变黑砷磷的化学组分可以定制不同的探测机制，使其达到最优响应性能。在平衡材料带隙和载流子迁移率的情况下，探测器实现了室温下对0.37 THz电磁波的灵敏探测，其电压响应度和噪声等效功率分别为28.23 V/W和0.53 nW/Hz1/2。
二维材料 太赫兹 黑砷磷 天线耦合探测器 two-dimensional material terahertz black arsenic-phosphorus antenna-coupled detector
