1 1.北京科技大学 钢铁冶金新技术国家重点实验室, 北京 100083
2 2.北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083
钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速, 其能量转换效率(PCE)被一再刷新, 但长期稳定性还有待提高。目前大部分高效率钙钛矿太阳能电池在惰性气体环境中完成制备, 成本高且操作空间有限, 不利于产业化应用。本研究成功在空气中制备了具有超长稳定性的混合阳离子钙钛矿太阳能电池, 系统探究了A位阳离子掺杂对钙钛矿微观结构、光电性能以及稳定性的影响。实验结果表明, 掺杂FA+和Cs+可以提高钙钛矿薄膜质量, 优化钙钛矿/SnO2的能级排列, 抑制载流子复合, 显著提高器件的光电转换效率、长期以及湿热稳定性。Cs0.05MA0.35FA0.6PbI3电池的最佳PCE为19.34%, 在(20±5) ℃, 相对湿度<5%的黑暗环境中放置242 d后, 仍保持初始效率的85%。MAPbI3电池在同样测试条件下放置112 d后, 效率下降为初始值的30%。掺杂FA+和Cs+也显著提高了电池的抗热和抗湿性。Cs0.05MA0.35FA0.6PbI3电池分别在(85±5) ℃、相对湿度20%~30%和(20±5) ℃、相对湿度80%~90%的黑暗环境中放置96 h后, PCE分别为初始值的99%和84%, 而MAPbI3在同样条件下的PCE仅为初始值的70%和56%。本研究为在空气环境制备高效、超长稳定的混合阳离子钙钛矿太阳能电池提供了参考。
钙钛矿太阳能电池 混合阳离子 长期稳定性 全空气环境制备 perovskite solar cell mixed cation long-term stability full-air environment preparation
河南理工大学材料科学与工程学院, 焦作 454000
由创伤、肿瘤和感染等原因引起的骨缺损通常面积较大, 超过了骨自愈范围而不能自修复。因此, 需要使用骨水泥对面积较大的骨缺损部位进行填充修复。磷酸钙水泥(calcium phosphate cement, CPC)是目前临床常用的一种骨水泥, 可任意塑形, 具有良好生物活性和生物相容性, 近几十年来得到国内外学者的广泛研究。然而, 从临床实践经验来看, CPC的应用范围有限, 仍需要对其进行性能改进。本文主要分为两部分: 在理化性能部分总结了CPC在力学强度、可注射性、抗溃散性和放射不透明性等四方面的改性方法; 在生物学性能方面讨论了CPC成骨活性、生物可降解性和载药性方面的改性研究。
磷酸钙水泥 力学强度 可注射性 抗溃散性 放射不透明性 成骨活性 生物可降解性 载药性 calcium phosphate cement mechanical strength injectability anti-collapsibility radiation opacity osteogenic activity biodegradability drug loading property
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 长春长光格瑞光电技术有限公司，吉林长春13010
3 长春国科医工科技发展有限公司，吉林长春10102
为了实现超宽谱段与高分辨率特点兼具的中阶梯光栅光谱仪系统，提出了一种光路结构设计，并针对其深紫外波段的有效探测方法进行了研究及验证。该光路结构结合准Littrow结构与C-T结构的优势，保证了色散光路具备高衍射效率，同时很好地抑制了杂散光。在有限可选光学材料下，采用多重评价优化方式获得中阶梯光栅光谱仪的光学结构参数。通过加入由球透镜及柱透镜组成的校正结构，有效地校正了像差，提高了光谱分辨率。最后，针对深紫外波段探测的解决方案进行模态分析，验证了所设计方案的可行性。最终在160~1 000 nm的超宽波段范围内，成像光斑的RMS值优于12.1 µm，在257.61 nm处的光谱分辨率优于0.009 nm，能够满足超宽谱段、高分辨率检测系统的色散分光需求。
光学设计 中阶梯光栅光谱仪 超宽谱段 高分辨率 optical design echelle spectrometer ultra-wide wavelength range high resolution
1 吉林省光栅应用中试中心，长春3002
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 长春130033
3 长春国科医工科技发展有限公司，长春100
完成以高速FPGA技术为核心，实现根据外部需求使用外触发同步控制的线阵CCD采集光谱信号的驱动。通过测试，设计的CCD驱动采样固定延时时间为2.809 9 μs，延时精度不大于86.1 ns，线阵CCD采集到的光谱信号满足光谱分析要求。设计实现外触发方式控制TCD1304采集光信号，可以为后期工业测试提供应用参考。
光电传感器 外触发同步控制 硬件逻辑驱动 CCD external trigger synchronization control FPGA driver
1 长春长光格瑞光电技术有限公司, 吉林 长春 130102
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了基于中阶梯光栅光谱仪特殊的二维原始光谱图像实现各波长与其强度信息的一一对应, 进而得到可以直接读取所需波段或波长光信号强度信息的一维光谱曲线。对其原始光谱进行分析研究, 通过获得接收像面上各波长光斑位置与探测器像元的精确对应关系, 实现谱图的还原处理。采用多项式拟合方法分别对中阶梯光栅光谱仪的棱镜色散方向和光栅色散方向上光斑的位置坐标进行拟合, 建立起波长与像面之间的关系式, 为减小光线追迹数量, 同时采用级次间拟合的方式建立谱图还原模型。实验结果表明: 通过该方法, 可实现快速、高精度的谱图还原模型建立, 模型的计算误差最大为0.023 92 mm, 即谱图还原精度优于1个像元。该算法具有较强的灵活性和普适性, 适用于各类中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型计算。
中阶梯光栅光谱仪 谱图还原 交叉色散 多项式拟合 光线追迹 echelle grating spectrometer spectrogram reduction crossed dispersion polynomial fitting ray tracing
针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点, 建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上, 提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能, 为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明, 与传统控制策略相比, 改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差, 动态跟踪误差由606 μrad降低至13 μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性, 总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。
激光通信 粗跟踪 复合控制 跟踪误差 永磁同步电机 laser communication coarse tracking system compound control tracking error Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
研究了光学元件装调加工误差引起的光斑尺寸和光轴偏转对空间光混频器混频效率的影响。推导了高斯模型下的光混频效率表达式, 得到当光斑尺寸与靶面尺寸的比例为0.64时, 混频效率最高。在此基础上推导了光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率的表达式。并进行仿真分析, 得到光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率变化曲线。当混频效率大于10%时, 光斑尺寸偏差范围为-42~250 μm, 光轴偏转范围为203 μrad。通过计算光斑尺寸偏差和光轴偏转综合误差发现, 调整光斑尺寸偏差可以改善光轴偏转带来的混频效率恶化。进一步搭建空间光混频器影响因素实验平台, 进行了三种光斑尺寸偏差下光混频效率随光轴偏转变化的实验。实验所测曲线与仿真结果趋势一致, 受实验器件插入损耗的影响, 实验值略低于仿真值。所得影响规律为空间光混频器设计、装调和加工提供了一定参考。
光混频效率 光斑尺寸 光轴偏转 空间光混频器 heterodyne efficiency light spot size ray axis deflection space optical hybrid 红外与激光工程
2017, 46(4): 0422001
1 长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
3 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
90°混频器对空间相干激光通信中实现高灵敏度探测起着重要作用。研究了信号光偏振态与空间相干探测混频效率的关系。圆偏振光比传统方案所用的线偏振光具有更好的稳定性, 且有利于实现高效率混频, 因此提出了在信号入射端引入1/4波片的方法来改变信号光的偏振态, 以模拟信号光受到外界因素影响时的偏振态变化情况。将计算得到的信号功率作为参量, 研究信号光偏振态对混频效率的影响。假定入射本振光相同且忽略其他限定条件, 可以得到: 混频器在接收圆偏振态信号光时, 可获得最大的相对信号功率, 即混频效率最高。
光通信 空间相干探测 混频效率 偏振态 激光与光电子学进展
2017, 54(2): 020604
1 西南科技大学 理学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
采用脉冲激光气相沉积(PLD)法, 研究了氢气压强对非晶CH薄膜性能的影响。原子力显微镜图和白光干涉图显示,薄膜表面平整致密, 随着氢气压强增大, 粗糙度变大。拉曼光谱分析表明, 氢气压强增加, G峰和D峰位置都在向高波数方向移动。傅里叶变换红外光谱分析显示, 薄膜中存在sp3—CH2和sp2—CH等基团。最后, 采用PLD漂浮法在最优参数氢气压强为0.3 Pa下, 成功制备了不同厚度(100~300 nm)、满足一定力学强度、无明显宏观缺陷的自支撑CH薄膜。
非晶CH薄膜 脉冲激光沉积 自支撑 光谱分析 amorphous hydrogenated carbon thin film pulsed laser deposition self-supporting spectral analysis
