一、Optical Waveguides from Organic/Inorganic Hybrid Materials(论文文献综述)
刘峰[1](2021)在《低维有机无机金属卤素材料的可控制备及其光学性质研究》文中提出近年来,低维有机无机金属卤化物材料因其广泛的应用而备受关注。多元的化学组成和可调的晶体结构使该材料具有了独特的光学性质和优于三维(3D)传统钙钛矿化合物的化学稳定性。二维(2D)层状钙钛矿具有高光吸收系数和广载流子扩散长度等特性,适合于多种光电应用。零维(0D)有机无机金属卤化物材料由于其高光致发光量子产率与大斯托克斯位移的宽带发射特征,广泛应用于固体照明等。利用多种合成方法和引入功能化有机基团来设计、合成新型低维杂化发光材料,从而实现该材料的功能优化和结构、形貌的可控制备,这对促进此类材料的实际应用具有重要的科学意义。然而,人们对其研究内容主要集中在设计合成不同光学性质的晶体材料上,而对这类材料形貌与性质可控制备的研究却几乎没有。本论文工作内容主要为低维有机无机杂化卤素金属材料的可控制备与光学性质及应用研究,主要研究成果如下:(1)选用固相研磨法,实现了2D层状杂化钙钛矿的绿色合成,通过简单控制投料前驱体的卤素比例,完成了对2D层状杂化钙钛矿带隙与发射的精准调控;利用固相“一锅法”原位合成了Mn掺杂2D层状杂化钙钛矿,无需高温处理便可得到高效的橙光发射(最高PLQYs 64.3%);而且实现了Mn掺杂(C12H25NH3)2Pb I4发光,拓展Mn掺杂层状杂化钙钛矿的红光区发射范围,并以此材料构建了蓝光驱动的白光LED器件,其色温为5734 K,色坐标为(0.33,0.30),具有较好的暖白光性质。(2)设计合成了一种新型0D有机无机杂化金属卤素材料(DTA)2Cu2I4,其晶体具有二维形貌特征,结合光学实验与理论计算明确了该材料自陷域激子发光的机理;该材料具有良好的化学稳定性和大斯托克斯位移的宽带发射(PLQYs为60%),通过简单高效且绿色的固相“一锅法”制备得到了双组分铜基磷光粉,成功构建了高显色指数85.7的紫外光驱动白光LED器件。(3)将具有强范德华力的长烷基链季铵盐构成的0D杂化体系应用于Sb基发光材料的设计,成功制备了具有双宽带发射、1D/2D形貌特征的(DTA)2Sb Cl5·DTAC晶体材料,实现了0D有机无机杂化金属卤素单晶的可控制备,为设计、合成具有特定形貌的0D杂化晶体提供了可靠的理论依据;该材料具有较高的光致发光量子产率(90%),这种高效自陷域激子发光与各向异性形貌的结合也赋予了该晶体优异的光波导(光损耗系数0.0019 d Bμm-1)和线偏振发射性质(偏振对比度0.57),扩展了0D有机无机金属卤化物材料在光通信微米级器件上的应用。
牛东海[2](2021)在《基于聚合物材料的MZI型光波导热光器件研究》文中研究指明近年来,大数据、云计算、5G通信等新兴技术飞速发展,人类社会已然进入了新的信息时代。信息时代的到来,不仅为人类的生活带来的极大的便利,方便了人类交流,而且使得物品之间实现了互通互联,向着智能化方向发展。这些变化促使着现代社会对信息传输和处理的需求与日俱增,催生了光网络向着高集成度、低功耗、大带宽、低时延等方向发展,光波导器件作为光网络领域的重要元器件,具有重要的应用潜力并受到国内外的广泛关注和研究。对于光波导器件而言,其结构是多种多样的,并且不同的结构可以实现对光信号的个性化调制。通常来说,可以通过设计不同的结构进而实现不同的功能。在众多的光波导结构中,MZI(Mach-Zehnder Interferometer)是光波导器件设计中常用且简单的结构,因其可以实现较为简单的制作过程而被广泛应用于光开关、光传感器、滤波器、波分复用器、模分复用器等器件的设计。本文以MZI结构以及热光效应为基础,研制了工作在1550 nm和850 nm波长下的热光开关以及长度非对称、宽度非对称和材料非对称的温度传感器件。此外,本文以聚合物材料为基础,结合其热光系数大、成本低、生物兼容、易于制备等优势,来降低热光开关的功耗或者增加温度传感器的灵敏度。在设计过程中,我们将结构设计、理论分析、器件制备、功能测试等内容贯穿其中。现将本论文的主要工作总结如下:1.在理论分析阶段,我们先以光波导模式理论作为基础,通过有效折射率法推导了非对称三层平板波导、矩形波导以及脊形波导的模式特性。然后通过对公式的分析详细介绍了光波导器件所涉及的热光效应。最后以光开关为例,介绍了MZI结构及其工作原理。2.针对1550 nm的工作波长,我们在硅衬底上采用传统的半导体工艺制备得到了聚合物光波导型热光开关。通过采用具有较大热光系数的聚合物NOA 73作为波导芯层材料,具有较大热导率的无机材料二氧化硅作为波导下包层,实现了在降低开关功耗的同时较小的响应时间。此外,我们在MZI结构的平行传输臂两侧引入空气隔离槽结构并且通过对电极宽度的优化来进一步减小开关功耗。通过实验测得器件的功耗是1.7 m W,消光比是23.27 d B,上升时间和下降时间分别为177.5μs以及175.7μs。3.针对850 nm的工作波长,我们首先理论分析了波导芯层尺寸、上/下包层厚度以及电极宽度对所设计热光开关性能的影响,然后以优化得到的波导尺寸制备了不同电极宽度的热光开关。在器件的制备上,通过采用全聚合物材料作为波导的包层和芯层,仅仅通过湿法刻蚀即可完成对器件结构的制备,极大地简化了工艺流程。本器件的制备材料均为聚合物,有望在柔性显示、可穿戴设备等领域得到应用。经过测试,在850 nm的工作波长下,热光开关的功耗是4.5 m W,消光比是26.5 d B,上升时间和下降时间分别为400.0μs以及600.0μs。4.提出了一种基于MZI结构的长度非对称温度传感器。较大的长度差虽然有利于增加传感器的灵敏度,但是也会造成器件损耗以及尺寸的增大。我们先从理论上优化得到了最佳的长度差,然后通过实验制备得到了具有不同长度差和波导芯层材料的传感器件,以验证MZI两个干涉臂之间的长度差以及波导芯层材料对所设计传感器温度灵敏度的影响。最终通过优化设计,在25℃-75℃的测试温度范围内,我们所设计的温度传感器可以实现的最大灵敏度为-431 pm/℃。这种结构的温度传感器具有结构简单、易于制备、成本低等优势,且较大的温度探测范围使其能得到更广泛的应用。5.提出了一种基于MZI结构的宽度非对称温度传感器,并通过全矢量有限差分方法研究了MZI两个干涉臂之间的宽度差以及波导上包层材料对所设计传感器温度灵敏度的影响。最终通过优化设计,在25℃-27℃的温度范围内可以实现的最大灵敏度为30.8 nm/℃。这使得温度传感器的灵敏度相较于之前的设计提升了多个数量级,因而对周围温度变化极其敏感。这种结构的温度传感器具有灵敏度大、结构简单、成本低、柔韧性的特点,但也因为其较大的灵敏度使得能够监测的温度范围有限。这种传感器可以被应用于生物和化学传感领域。6.提出了一种基于MZI结构的材料非对称温度传感器,并论证了当在其MZI的两个干涉臂中填入具有不同热光系数且折射率相近的材料时,能够表现出对温度的敏感特性。在本次设计中,我们面向于微流控系统的应用,将测试温度设定为从37.0℃到37.6℃变化,以迎合生物培养过程中培养环境所需要的温度范围。在器件的制备过程中,我们首先刻蚀得到PMMA凹槽然后通过两次填入波导芯层材料的方法得到材料非对称的波导结构。通过选择折射率相近的两种聚合物材料EpoClad和NOA 73以实现光信号在传输过程中由于材料转换所引起的损耗。经过测试,器件的温度灵敏度为-1.685℃-1,对温度的上升时间为511.6μs,下降时间为551.9μs。这一测试结果使得所设计传感器能够应用于对生物培养环境温度的实时、高精度监测。
刘雨婷[3](2021)在《铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究》文中提出伴随着时代的不断发展和进步,通信技术渗透至人们日常生活的脚步逐渐加快,传统的电通信模式越来越不能实现人们对高速、稳定通信的需求。这一需求的出现促进了光通信技术的发展,但光在长距离传输过程中产生的损耗问题无法避免,因此能够对信号损耗进行补偿的光放大器成为了光网络系统的核心。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA)因其低的损耗、宽的频带以及高的增益等优点得到了广泛应用,但通信中光纤长度至少以米为数量级,使其在短距离通信和平面光子集成中应用困难,掺铒光波导放大器(Erbium Doped Waveguide Amplifier:EDWA)逐渐成为研究焦点。EDWA的基质主要分为无机和有机聚合物两种,与无机基质相比,有机聚合物基质材料成本低、制备工艺简单且易于集成,因此广大学者将研究风向逐渐聚焦在有机聚合物光波导放大器上。在有机聚合物EDWA中,铒离子4I13/2能级上的电子向基态4I15/2能级的跃迁会发出波长为1530 nm的光子,刚好与光通信网络的低损耗通信窗口1530~1565nm相对应。在基质中掺入Yb3+作为敏化剂时,可缓解由于Er3+浓度过高产生的浓度猝灭,有效降低器件的泵浦阈值功率,实现器件在更小的泵浦光功率下产生更高的增益性能。基于这些理论模型,本论文合成了一系列不同Er3+、Yb3+掺杂浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,系统研究了Er3+、Yb3+掺杂浓度对纳米晶下转换发光性质的影响,并利用优化后的纳米晶材料实现了在光波导放大器中的应用。论文利用高温热分解法合成了9种不同Er3+、Yb3+浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并表征了纳米晶的粒子形貌,可见纳米晶粒径均匀、形貌清晰无团聚;测试了吸收光谱和发射光谱,经分析,Yb3+掺杂浓度相同时,随Er3+浓度的提高,吸收强度和发射强度先增强再逐渐减弱。当Er3+、Yb3+在纳米晶中的掺杂浓度分别为2%、18%时,NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶获得最强的吸收和发射强度以及最大的发射光谱的半高全宽,为62.5 nm。将合成优化后的NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶均匀分散在SU-8聚合物中,在硅片上旋涂成膜,利用椭偏仪测试出芯层材料的折射率;并设计制备了矩形波导结构,该器件下包层为Si O2基片、芯层材料为掺杂NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶的SU-8光刻胶、上包层为PMMA聚合物。利用COMSOL软件模拟了波导截面的光场分布,利用Matlab软件模拟了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子及信号光功率等参数对器件增益性能的影响。用旋涂、光刻、湿法腐蚀等半导体工艺制备了聚合物光波导放大器,搭建光波导耦合平台测试了器件增益性能,在信号光波长1525 nm,功率0.1 m W,980 nm泵浦光功率为400 m W时,7 mm长的器件获得最大相对增益为2.44 d B,单位最大相对增益为3.49 d B/cm。
葸宇浩[4](2020)在《掺稀土氧化物纳米晶TiO2基有机-无机复合光波导薄膜的制备及上转换发光性能研究》文中认为稀土离子上转换发光是一个反斯托克斯过程。稀土上转换发光材料由于具有发光稳定性好,效率高,耐高温,不易发生化学反应等优势,而被广泛应用于激光防伪、生物成像、光催化、太阳能电池等领域,近年来得到了科研工作者极大的研究兴趣。另外,由溶胶-凝胶方法制备的有机-无机复合材料兼具有机材料和无机材料的优点,通过改变材料中有机组分和无机组分的种类或者在材料中掺杂不同的功能基团,可以制备得到具有优良光学性能的功能复合材料,因此,近年来科研工作者就此材料做了大量的研究。本论文首先通过反相微乳液法分别制备得到氧化钕和氧化铒纳米晶,通过溶胶-凝胶方法制备得到TiO2基有机-无机复合薄膜,进一步将制备的氧化钕和氧化铒纳米晶分别掺杂到TiO2基有机-无机复合薄膜中,系统地研究了氧化钕和氧化饵纳米晶的结构和发光性能,研究了掺杂氧化钕以及掺杂氧化饵纳米晶复合薄膜的表面形貌特性、光波导特性以及上转换发光性能等。具体研究内容如下:采用反相微乳液法制备氧化钕和氧化铒纳米晶体,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱和高分辨透射电镜分别对氧化钕和氧化铒纳米晶晶体结构、化学成分以及晶体表面形貌进行了表征和分析。结果表明,制备得到的氧化钕和氧化铒纳米晶具有较高的纯度和结晶度。结合溶胶-凝胶法和旋涂法分别制备得到掺杂氧化钕和氧化铒纳米晶TiO2基有机-无机复合薄膜,利用扫描电镜观察了复合薄膜的表面形貌,研究了不同热处理温度下复合薄膜的光学透过率,当热处理温度低于300℃时,该复合薄膜在紫外-可见波段具有较高的光学透光率;基于棱镜耦合技术测试分析了包括薄膜折射率与厚度以及光学传输模式在内的光波导特性,结果表明,制备得到的薄膜厚度在0.7~2.0μm之间,且薄膜厚度随热处理温度升高而减小。最后通过荧光光谱仪研究了不同热处理温度下复合薄膜的上转换发光性能,具体研究了在580nm光源激发下,掺杂氧化钕纳米晶复合薄膜的上转换发光性能,发光光谱中出现多个紫色和蓝色的发光峰,其中436nm处的紫色发光最明显。测试了在818nm光源激发下,掺杂氧化铒纳米晶复合薄膜的上转换发光性能,发光光谱中出现绿色和红色的发光峰。另外,复合薄膜发光强度随热处理温度上升而增大,热处理温度为200℃时发光强度达到最大。最后,基于该复合薄膜中加入了紫外光敏功能基团,使得该复合薄膜同时具有紫外光固化功能,通过紫外纳米压印技术分别在掺杂氧化钕和氧化铒纳米晶复合薄膜上制备得到微透镜阵列结构和条形波导阵列结构,其中,微透镜直径约为25μm,高度约为5μm,条形光波导阵列中波导宽度在5-20μm之间。本研究有望在LED、光放大器、光通信等领域中得到广泛应用。
薛楚[5](2020)在《掺偶氮苯有机-无机光敏复合薄膜的制备及性能研究》文中研究说明近年来,含偶氮苯分子的聚合物材料,因其在光子学等领域具有广泛的应用前景,引起了科研工作者的极大兴趣。另外,有机-无机复合材料是由有机材料和无机材料在分子水平上结合,因此,具有很多独特的物理和化学性质,在光学、电磁学等领域具有广泛的应用。本文通过低温溶胶-凝胶技术结合旋涂方法,制备得到了掺偶氮苯和光敏功能基团的二氧化钛基/有机改性硅烷复合光波导薄膜材料,由于掺杂偶氮苯,使得该复合薄膜具有良好的光响应特性,另外掺杂的光敏功能基团使该复合薄膜具有紫外光固化功能,另外,该复合薄膜在低温下即可获得数微米的厚度,表面光滑致密,且具有较高的光学透过率以及优良的光波导特性,因此,该复合薄膜材料在光子学以及微光学等领域具有非常重要的应用价值。基于偶氮苯分子的光致异构化特性,研究了钛含量、偶氮苯含量以及热处理温度对该复合薄膜光响应特性的影响。结果表明,钛含量为0.2mol、偶氮苯含量为3wt.%、热处理温度为50°C的薄膜具有较好的光响应特性。通过棱镜耦合技术研究了不同钛含量、不同偶氮含量以及不同热处理温度下该复合薄膜的折射率与厚度、传输模式和传输损耗等光波导特性。结果表明,制备得到的复合薄膜光传输损耗值在0.2 d B/cm左右,可以满足微光学元器件中光传输损耗的要求。通过原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和热重分析等研究了该复合薄膜的表面形貌以及光化学结构特性。最后,基于该复合薄膜具有紫外光固化功能,以聚苯乙烯微球模板和光刻胶模板作为母模,通过紫外软压印技术,在该复合薄膜上压印得到了微透镜阵列结构,并研究了复合薄膜微透镜阵列结构的光学成像等性能。
钱梦丹[6](2020)在《基于固态发光材料微纳功能器件的制备与应用研究》文中研究说明有机发光材料由于发光效率高、结构修饰性强、波长可调控范围广等优点,在固态照明,发光二极管,荧光传感和光学显示设备等领域有良好的应用前景,因而引起了广泛的关注和研究。考虑到实际应用需求,发光材料往往最终要以固态形式呈现在器件中,然而大多数的有机发光材料由于受到聚集荧光猝灭(ACQ)作用的影响,在高浓度液体和固态薄膜状态下分子间π-π堆积作用增强,导致发光效率急剧降低甚至猝灭,严重限制了其实际应用价值。为了减少ACQ效应对发光材料带来的负面影响,可以将染料分子均匀分散在固体介质中阻止其聚集,或者在分子的侧链修饰上空间位阻大的基团(比如一些有机共轭聚合物材料)以降低共轭主体之间的π-π堆积作用造成的发光猝灭。这些方法虽然能在某种程度上降低ACQ的影响,但是无法从根本上消除此现象。聚集诱导发光(AIE)材料的出现很好地解决了以上问题,基于新颖的发光机理(分子内运动限制)和扭曲的分子构象,实现了固态形式下的高效发光,为固态发光器件的发展注入了新的活力。目前基于AIE材料的固态发光器件发展仍处于起步阶段,器件制备以及应用等方面都不成熟。已经报道的基于AIE材料而衍生的固态发光器件以薄膜器件为主,经过发展也出现了一些简单工艺制备的一维微纳结构阵列,尽管有所进步,但这些简单的结构模式已经逐渐不能满足器件在性能及功能上的发展需求。因此,寻找合适的加工方式,制备出能实现AIE材料功能价值的器件结构具有重要的现实意义。这也是我们研究工作的切入点,围绕着固态发光材料及其器件加工方面存在的问题,从材料选择、分子设计合成、器件加工和实际应用等方面开展了一系列的相关工作。具体地,我们立足于现阶段AIE材料固态器件不成熟的现状,研究一些成熟微纳加工技术(如紫外光刻、飞秒激光直写等)在AIE固态微纳器件制备方面的应用可能性,同时探究了加工器件在微光学传感等领域的应用。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:1、从分子尺度设计并合成了三种AIE发光材料,并研究了其固态器件化加工的可能性。针对AIE小分子成膜性差的问题,我们将其掺杂在环氧树脂SU-8基质中,得到SU-8/AIE智能型树脂以满足器件的加工需求。AIE分子在复合树脂薄膜中呈现很高的荧光量子效率,同时具有很好的化学稳定性、光稳定性以及热稳定性,非常适合来制备一些固态发光器件。并且,我们在AIE分子结构上修饰了氧杂环丁烷基团(AIEoxe),这样做不仅提高了AIEoxe在SU-8主体中的混溶性,还促成二者之间的光交联反应,保证了复合树脂可加工性的同时也避免了掺杂过程中出现聚集团簇现象而影响加工器件的形貌。2、我们利用紫外光刻工艺实现了大面积AIEoxe微结构阵列的简单制备,并探究了微结构在液相有机溶剂方面的传感应用。光刻制备出不同形状和尺寸微结构发光阵列,结构表面形貌光滑,并且在紫外显微镜下呈现强烈而均匀的荧光。三种单色的AIEoxe微结构对丙酮(Acetone)、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇(EtOH)的混合水溶液有不同程度的荧光猝灭响应,用这种单色AIEoxe传感体系实现了对水溶液中痕量VOC的检测。另外,我们加工了三色混色的微结构阵列,利用三种AIEoxe分子之间的能量传递过程,构建了比率型的荧光传感体系。相比于上述的单色荧光强度传感器,这种比率型传感器在VOC检测方面明显具有更好的抗干扰性以及灵敏度。3、我们利用飞秒激光直写技术(FsLDW)实现了对精细且复杂的二/三维AIEoxe微纳结构的可控性制备,很好地弥补了光刻技术在高精度三维器件加工方面的不足。用FsLDW技术加工了不同尺寸的微纳米线,光滑的表面形貌(粗糙度为4.4nm)及内部AIEoxe材料较低的自吸收作用,使得微纳米线在紫外光激发下表现出良好的光波导特性。这些聚合物光波导的损耗系数很低,蓝色、绿色和红色光波导的传输损耗分别为0.0309 dB/μm,0.0274 dB/μm和0.0412dB/μm,其波导性质甚至可以与一些有机晶体光波导相比。基于AIE聚合物波导的荧光猝灭放大效果,波导型传感体系对液相VOC具有灵敏的检测效果,其检测限(LOD)相比于单纯的微结构阵列提高了10倍以上(LOD=0.004 v/v%)。4、我们进一步研究了光刻和飞秒激光直写这两种加工技术在其他固态发光材料加工中的应用可能性。以有机共轭聚合物为例,我们对具有优秀光电性质的聚芴(PFO)材料进行适当的化学修饰,在其侧链上增加可交联的氧杂环丁烷基团(do-PFO),使其在光照下可以发生光交联反应以适应上述加工工艺。利用掩膜光刻-反应离子刻蚀的方法,我们制备了共轭聚合物的大面积发光微结构阵列,而用FsLDW的方法可以灵活完成不同形状微结构的制备。加工出的微结构呈现良好的表面形貌和荧光特性,兼具优秀的化学稳定性和光增益性能,在有机微激光器及激光传感等方面有很好的应用前景。综上,我们的工作立足于一些具有优秀性质的固态发光材料,利用成熟的微纳结构加工技术,实现了高精度微纳器件的灵活制备,并将器件的结构功能和材料的发光性质很好地结合在一起应用到微光学传感、微激光器等领域,极大地推动了高效固态发光材料在微纳发光器件以及可集成化功能器件中的应用和发展。
张学红[7](2020)在《金属卤化物钙钛矿纳米异质结构的制备和红外光电性质研究》文中进行了进一步梳理近年来,金属卤化物钙钛矿材料由于具有大的光吸收系数、长的载流子寿命、和高的缺陷容忍度等优异的性质而得到极大的关注。同时,纳米钙钛矿材料较块体钙钛矿材料在比表面积、载流子传输行为等方面更具优势,从而被用于诸多高性能光子、电子、和光电子器件的构建。作为光电集成器件的重要单元,光电探测器也因纳米钙钛矿材料的出现而得到长足发展。相比于以往基于其它材料体系的探测器,纳米钙钛矿探测器具有光响应度高、开关比大、和响应速度快等优点。因此,纳米钙钛矿被认为是构建高性能光电探测器的重要候选材料。然而,尽管纳米钙钛矿探测器具有许多优异的性能,但其较宽的带隙却限制了器件在红外波段的响应,而对红外波段的光电探测有红外成像、红外传感、以及红外通信等极其重要的应用,因此,若能增强纳米钙钛矿材料对红外波长的光探测,这类材料将会在光电集成器件的构建中发挥更加重要的作用。制备纳米钙钛矿异质结构,并基于钙钛矿光生载流子行为的改善,会是一种增强纳米钙钛矿红外光电探测的有效策略。因此,本文通过探索钙钛矿纳米材料的生长条件,制备多种卤化物钙钛矿纳米材料的异质结构,实现优异的红外探测性能。论文取得以下几项研究成果:(1)基于有机-无机杂化钙钛矿薄膜/硅酸铒纳米片异质结构的红外通讯波段光电探测通过化学气相沉积法得到具有上转换功能的单晶硅酸铒纳米片,并通过气相法与液相法相结合的方式进一步在硅酸铒纳米片上生长有机-无机杂化钙钛矿薄膜,制备了钙钛矿薄膜/硅酸铒纳米片异质结构并实现在红外通讯段的光电探测。异质结构的光学研究表明,在红外光激发下,硅酸铒纳米片的上转换作用能够将红外光转换为可以被钙钛矿吸收的可见光。利用硅酸盐纳米片优异的光限域功能,将上转换光有效地限域在纳米片腔体内,通过纳米片-钙钛矿界面有效地耦合至钙钛矿薄膜,从而实现钙钛矿薄膜对上转换光的有效吸收,电场分布的理论模拟结果进一步证实了该能量转移过程。基于钙钛矿薄膜/硅酸铒纳米片异质结构,通过微纳加工技术,制备了光电探测器件,并研究了其红外光电响应行为。结果表明,所制备的光电器件在~1.55μm近红外通讯波段有显着的光电响应,其光响应度远高于纯钙钛矿和硅光电器件,且响应时间低至~900μs。这一研究成果对纳米钙钛矿光电子器件的发展具有重要意义。(2)基于全无机钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的红外光电探测使用气相沉积法制备了全无机钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构,并实现优异的红外光电探测。研究了异质结构的生长行为。通过调控固体源的加热温度,可依次实现三氧化二锑纳米颗粒和钙钛矿纳米材料的生长。同时,发现钙钛矿纳米材料的生长方式取决于三氧化二锑纳米材料的形貌,当三氧化二锑为纳米颗粒时,钙钛矿生长为纳米片并覆盖在纳米颗粒上,形成具有大的界面的异质结构;光学测试表明,在红外光(800 nm)激发下,三氧化二锑颗粒可显着延长钙钛矿纳米片的载流子复合寿命,这种钝化作用使钙钛矿纳米片的有效红外光电响应成为可能;基于所生长的异质结构,制备了光电探测器。受益于三氧化二锑高效的表面钝化,钙钛矿异质结探测器实现了优异的红外光电探测性能,其红外光响应度为~102A/W,该研究结果拓展了钙钛矿纳米材料在光电器件领域中的应用。(3)基于全无机钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构的红外光电探测通过气相沉积法制备了窄带隙的磷化铟纳米线,并进一步通过化学气相沉积法在磷化铟纳米线上生长全无机钙钛矿纳米颗粒,得到全无机钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构并实现了灵敏的红外光电探测。研究了材料的生长行为和结构。发现钙钛矿纳米颗粒优先生长在磷化铟纳米线上,这是因为纳米线的表面具有较高的活性,可以为钙钛矿的生长提供形核位点;光致发光光谱测试表明,在光激发下,磷化铟纳米线中的载流子可以通过异质界面转移至钙钛矿中,这一过程有助于增强和拓宽钙钛矿的光响应;基于所生长的异质结,制备了光电探测器。受益于磷化铟纳米线的红外光吸收和异质界面的载流子转移,器件实现了灵敏的红外光电探测;此外,鉴于异质结优异的性能,进一步制备了钙钛矿纳米颗粒/砷化铟纳米线异质结。该工作可为高性能红外器件的构筑提供新的材料保障。(4)基于全无机钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构的红外光电探测制备了全无机钙钛矿单晶纳米片/砷化镓纳米线异质结,并实现了对红外光的高性能光电探测。采用气相沉积法制备了砷化镓纳米线,并通过调控钙钛矿的气相前驱体流速和沉积时间,生长了钙钛矿单晶纳米片/砷化镓纳米线异质结构;对异质结的生长行为和微观结构进行细致的研究,发现钙钛矿气相前驱体流速和钙钛矿沉积时间对钙钛矿纳米片的形成和砷化镓纳米线的晶体质量有显着的影响,并且钙钛矿纳米片会优先生长在砷化镓纳米线上,通过结构分析和理论计算可知,这是由于砷化镓纳米线表面具有高的吸附能;研究了异质结的光学性质。光谱测试表明在异质界面处发生光生载流子分离,该过程有助于增强异质结的光电响应性能;基于所生长的异质结,制备了光电探测器件。受益于钙钛矿纳米片的单晶特质、砷化镓纳米线的窄带隙(~1.43 e V)、和界面处的载流子分离,异质结器件实现高效快速的红外光电探测;最后,进一步对异质结中钙钛矿材料的维度进行调控。通过改变生长温度实现钙钛矿纳米线/砷化镓纳米线异质结的制备,这种维度调控有望继续优化钙钛矿纳米材料的红外光电探测性能。
杨育[8](2020)在《用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究》文中研究说明光通信技术的出现不仅提高了信息传递的效率,改变了人类的生活方式,更极大的促进了世界的发展与进步。在此技术领域中,以二十世纪八十年代诞生的掺铒石英光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)为代表的全光放大技术解决了在远距离传输中由于光信号衰减损耗而对光通信网络传输中的速率的问题与距离的限制。随着网络通信需求呈指数性增长对数据传输的要求也在不断提高。如何实现更大容量信息传输和更快实时信息处理以满足在网络通信中日益增长的需求已经成为人们关心的焦点问题。目前在C+L(15301625 nm)波段的光放大技术研究已经有了长足的进展,但关于S波段(14601530 nm)的光放大技术还处于探索阶段。稀土元素铥掺杂的材料因Tm3+离子3H4-3F4能级辐射的1.4μm近红外光位于光通信S波段,所以研制掺Tm3+离子的光放大器对S波段光信号的放大具有重要意义。用于全光放大通信系统的光放大器主要有光纤放大器和光波导放大器。当前,掺Tm3+离子的光纤放大器TDFA研制已经取得较大的进展,但是由于光纤放大器以光纤为载体,实现信号光的有效放大需要较长的光纤,所以在集成器件、光纤到户、车载、机载等短距离通信系统中受到了一定的限制。而于光纤放大器相比而言,光波导放大器可以通过提高稀土离子的掺杂浓度来实现在单位长度的较高增益。并且小型化、可与其他电子器件集成的光波导放大器在短距离、集成通信系统中能够有效地降低其插入损耗和耦合损耗,因而更具有集成化发展前景。光波导放大器根据增益介质的不同,可分为无机光波导放大器和有机光波导放大器。相对于无机的晶体等材料,有机聚合物有着加工工艺简单、价格低廉和更利于制备且易于与硅基基质兼容等特点。因此,有机光波导放大器成为最有发展前途的光波导器件之一。为了能够有效地在光波导器件中掺杂稀土离子,研究人员采用在稀土纳米粒子表面修饰油溶性基团,并将其掺杂在聚合物中制备有机光波导放大器。当前,面向S波段有机光波导放大器的掺铥纳米复合聚合物的制备与及发光性质的研究还处于起步阶段。在这项研究中有许多关键性科学问题需要探索解决。首先,稀土纳米粒子形貌、尺寸,铥离子及敏化剂离子的掺杂浓度以及铥离子在1.4μm处的发光性质,这些参数如何影响光波导器件在单位长度上的增益?其次,稀土纳米粒子的尺寸、表面性质、纳米粒子在聚合物中的比重及掺杂方式等如何影响其在聚合物基质中的分散程度,进而影响光波导器件的散射损耗?对这些科学问题进行探索将对S波段有机光波导放大器的制备提供理论基础。针对以上的问题,在本论文中我们开展了如下的实验工作:(1)利用高温热解法制备了分散性良好,尺寸均匀的NaYF4:20%Yb,x%Tm纳米粒子。探索了纳米粒子中Tm3+离子的掺杂比例,从0.2%、0.4%、0.6%一直增加到2.0%。利用高分辨透射电子显微镜和XRD对制备的纳米粒子的形貌、尺寸和晶体结构进行了表征;利用FTIR对材料的表面性质进行了表征;利用SPEX 1000M荧光光谱仪和示波器对纳米材料的发光性质和激发态寿命进行了测试。实验结果表明:制备的掺杂不同浓度Tm3+的纳米粒子尺寸相近,均约为11 nm,且分散性良好,晶体结构均为六角相。通过光谱手段,获得了纳米粒子在1.4μm处的下转换发光强度,随着Tm3+的掺杂浓度增加呈现先增加再减弱的趋势。找到了NaYF4:20%Yb,x%Tm纳米粒子在1480 nm处发光最强的Tm3+掺杂浓度,并通过纳米粒子的激发态能级寿命变化验证了纳米粒子发光强度减弱主要是因为Tm3+浓度升高猝灭导致的。红外吸收光谱数据表明,纳米粒子的表面被成功修饰上C=C不饱和官能团,为下一步将纳米粒子与聚合物单体共聚,为实现纳米粒子在聚合物中的化学掺杂做好了准备。(2)利用共聚法,将纳米粒子NaYF4:Yb,Tm与PMMA通过共价键镶嵌的方式链接在一起,实现了纳米粒子在聚合物中均匀、稳定掺杂,获得了无色透明的NaYF4:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物。利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质,获得了在S波段能够实现光放大的有机光波导放大器。首先,在聚合反应过程中,通过调整反应温度与反应时间来改变复合聚合物的粘稠度。然后,当复合聚合物具有适宜粘度时将复合聚合物旋涂在经过ICP刻蚀的聚甲基丙烯酸甲酯凹槽中,再通过烘干处理制备出倒脊型结构的光波导器件。在长度为13mm的光波导器件中,以1480 nm的光为信号光测得1.4 dB的相对增益,这是首次在稀土NaYF4:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益。实验结果表明通过化学方法将稀土纳米粒子链接在聚合物基质中制备有机/无机复合聚合物有利于稀土纳米粒子的分散,减小团聚。利用这种NaYF4:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物制备的聚合物光波导器件具有较好的光放大性能。在稀土NaYF4:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益,对未来利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质制备光波导放大器,实现全光放大和短距离通信波段的展宽具有重要研究意义。
符越吾[9](2020)在《基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究》文中进行了进一步梳理光通信是一种基于光波载波的通信方式,自20世纪70年代以来,随着人们对通信的要求愈加强烈,光通信因其具有的传输容量大、中继距离长、保密性能好等优点获得了突飞猛进的发展,并成为了通信行业的重要支柱。在光通信网络中,存在着大量的平面光电子集成器件,如光调制器、光开关、复用/解复用器等,它们作为光网络的构成基础,正随着光网络的发展而快速发展。这些光电子器件在工作过程中会不可避免地产生损耗,如果不对此进行补偿,就会大幅降低信号的传输距离、增加误码率。光放大器是一种可以通过泵浦源激励对信号光进行放大的光学器件,能够实现对器件损耗的补偿功能,掺铒光波导放大器作为光放大器的一种,兼具体积小、增益高的特点,在集成光学中得到了广泛的应用。掺铒光波导放大器有着易于集成的特点,但是当插入独立的光放大单元时,其他功能器件的使用空间会不可避免的降低。如果可以让光学器件在实现基础功能的同时,还能够通过具有增益特性的波导材料对自身的损耗进行补偿,就可以在降低器件损耗的同时浪费芯片的使用空间。本论文提出采用具有光放大性能的掺杂聚合物作为集成波导器件的芯层制备Y分支功率分束器,在不占据多余空间的前提下,通过泵浦光的作用使器件具有补偿自身损耗的功能,是一种解决器件芯片空间使用效率和插入损耗这一矛盾的有效方法。论文设计并制备了基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的倒脊形聚合物光波导放大器。采用高温热分解法制备了NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并对其吸收谱、发射谱、粒子形貌等方面进行了表征;根据表征得到的参数,利用Matlab、COMSOL等软件对器件的增益特性及光功率分布进行了模拟仿真;将纳米晶均匀分散在SU-8光刻胶中作为波导芯层材料,PMMA聚合物和SiO2分别作为器件的上下包层,采用半导体工艺制备了倒脊形结构的聚合物光波导放大器。测试结果显示,当1530 nm信号光功率为0.1 mW,980 nm泵浦光功率为267.7 mW时,器件获得的最大相对增益为3.5 dB。在光波导放大器的研究基础上,论文提出并实现了一种基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的具有损耗补偿功能的聚合物Y分支功率分束器。根据材料性能,利用Rsoft、COMSOL等软件对器件结构参数进行了优化设计,并模拟仿真了器件中的光场传输。以纳米粒子掺杂的SU-8聚合物作为芯层材料,刻蚀SiO2作为下包层,PMMA聚合物作为上包层,通过光刻、刻蚀、旋涂等工艺制备了器件。经测试,器件两分支的插入损耗约15 dB,当输入1530 nm信号光功率为0.05 mW时,980 nm泵浦光功率267.7 mW下两分支波导分别获得了5.81 dB和5.41 dB的损耗补偿特性。论文最后针对光纤隔离器在集成光芯片上使用受到限制的问题设计并模拟了一种能够进行残余泵浦光解复用的集成波导结构。根据波导的定向耦合理论和光波导设计理论,优化设计出泵浦光解复用器的波导宽度、高度、间距等参数。模拟结果显示,该结构可以对980 nm泵浦光激发的1550 nm和540 nm两种放大器实现输出端泵浦光解复用功能。通过将该结构集成在波导放大器或损耗补偿器件的输出端,可以将输出波导中的泵浦光与信号光解复用,以避免残余泵浦光对器件性能测试的影响。
翟嘉祜[10](2020)在《基于热光效应的光开关-复用器设计与仿真》文中研究说明随着人工智能、物联网、5G等新技术的兴起,高速通信带来了网络数据的剧增,当今的光纤通信系统急需提高传输容量、完善网络功能、实现信息传输的高灵活性。结合光开关和光波分复用技术的优势,可在同一根光纤内同时传递多路信号,做到信号之间的独立切换、互不干扰,进一步提升信息的逻辑处理能力和信息传输速率及容量。本论文运用弯曲波导、光开关、光复用器等基本光波导器件,设计了具有光路连续切换以及光复用功能的集成光波导芯片。可以实现对1.55?m、1.3?m波长光信号的切换、耦合及复用功能,提高光器件的集成度,降低光网络系统的建设及维护成本。本文具体的工作有:(1)选用具有优良热光特性的紫外固化胶(Norland Optical Adhesive,NOA)和聚合物氟化环丁烯(PFCB),分别设计了Y分支热光开关、定向耦合型热光开关和弯曲波导。(2)优化了Y分支热光开关、定向耦合型热光开关和弯曲波导。实现了各个器件对特定波长信号传输能量的最大化,开关在低功率的驱动下,可以在低串扰状态下连续输出或切换光通道。(3)通过模块组合得到一个具有光路切换以及复用功能的集成光波导芯片。芯片整体长为15000?m,宽901?m。实现了对1.3?m和1.55?m信号的切换和复用,输出端的能量透过率可达0.97330.9314,对应的插入损耗为171.00.308 dB。Y分支热光开关在电极温度提高20K时,在0.1ms时间内,完成对1.55?m信号的切换,驱动功率为5.9mW,最低串扰为-18.32dB。定向耦合型热光开关在电极温度提高18K时,在0.17ms时间内,完成对1.55?m信号的切换,驱动功率为2.3mW,最低串扰为-30.96dB;当工作波长为1.3?m的信号,在0.149ms时间内,电极温度提高14K时,可实现对其进行光路切换,驱动功率为2.18mW,最低串扰为-24.28dB。复用器在变化电极功率的条件下,可连续改变1.3?m、1.55?m复用信号的功率,能量透过率可达0.9800。结果表明所设计的集成光波导芯片达到低功耗、低串扰、低损耗的设计要求。
二、Optical Waveguides from Organic/Inorganic Hybrid Materials(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Optical Waveguides from Organic/Inorganic Hybrid Materials(论文提纲范文)
(1)低维有机无机金属卤素材料的可控制备及其光学性质研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 低维有机无机杂化卤素金属材料的概述 |
1.2 低维有机无机杂化卤素金属材料的构效 |
1.2.1 低维有机无机杂化钙钛矿 |
1.2.2 低维非钙钛矿有机无机卤素金属材料 |
1.3 低维有机无机杂化卤素金属材料的光学性质与发光机理 |
1.3.1 自由激子发射 |
1.3.2 自陷态激子发射 |
1.3.3 本征缺陷发光 |
1.3.4 d-d轨道辐射跃迁发光 |
1.4 低维有机无机卤素金属材料的合成方法 |
1.4.1 液相法 |
1.4.2 固相法 |
1.5 低维有机无机杂化卤素金属材料的应用 |
1.5.1 太阳能电池 |
1.5.2 存储设备 |
1.5.3 电极材料 |
1.5.4 磁性和多铁性材料 |
1.5.5 发光材料 |
1.6 本文的立题思想与主要内容 |
1.6.1 立题思想 |
1.6.2 主要内容 |
第2章 2D层状有机无机杂化钙钛矿及衍生物的固相制备及光学性质的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 试剂和药品 |
2.2.2 仪器与测试 |
2.2.3 2D层状钙钛矿(C_(12)H_(25)NH_3)_2Pb X_4(Cl,Br,I)及其衍生物固相研磨制备 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 2D层状钙钛矿的制备与表征 |
2.3.2 (C_(12)H_(25)NH_3)_2PbX_4的光学性质研究 |
2.3.3 Mn掺杂(C_(12)H_(25)NH_3)_2PbX_4的“一锅法”制备与表征 |
2.3.4 Mn掺杂(C_(12)H_(25)NH_3)_2PbX_4的光学性质研究 |
2.3.5 基于Mn掺杂(C_(12)H_(25)NH_3)_2PbI_4构建蓝光驱动白光LED |
2.4 本章小结 |
第3章 0D有机无机Cu基卤素材料可控制备及其光学性质研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 试剂和药品 |
3.2.2 仪器与测试 |
3.2.3 (DTA)_2Cu_2I_4单晶结构解析 |
3.2.4 (DTA)_2Cu_2I_4晶体理论计算 |
3.2.5 0D有机无机金属卤化物材料(DTA)_2Cu_2I_4的合成制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 制备与表征 |
3.3.2 0D有机无机杂化(DTA)_2Cu_2I_4晶体形貌研究及调控 |
3.3.3 0D有机无机(DTA)_2Cu_2I_4晶体光学性质的研究 |
3.3.4 Cu基双组分光驱白光LED的构建 |
3.4 本章小结 |
第4章 0D有机无机Sb基卤素材料可控制备及其光学性质研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 试剂和药品 |
4.2.2 仪器与测试 |
4.2.3 (DTA)_2SbCl_5·DTAC单晶结构解析 |
4.2.4 (DTA)_2SbCl_5·DTAC晶体理论计算 |
4.2.5 (DTA)_2SbCl_5·DTAC材料合成制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 制备与表征 |
4.3.2 0D有机无机杂化Sb基晶体形貌研究及调控 |
4.3.3 (DTA)_2SbCl_5·DTAC晶体光学性质的研究 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(2)基于聚合物材料的MZI型光波导热光器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 集成光学的研究进展 |
1.2.1 集成光学研究现状 |
1.2.2 集成光学常用材料及相关特性 |
1.3 光开关的分类及研究进展 |
1.3.1 光开关的分类 |
1.3.2 聚合物热光开关的研究进展 |
1.4 光波导温度传感器的分类及研究进展 |
1.5 本论文主要工作及创新点 |
第二章 聚合物平面光波导器件的理论基础 |
2.1 平面光波导理论 |
2.1.1 三层平板波导理论 |
2.1.2 矩形波导 |
2.1.3 脊型波导 |
2.2 热光效应 |
2.3 MZI型光开关工作原理 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于聚合物平面光波导的低功耗热光开关 |
3.1 面向长距离光通信领域的低功耗热光开关 |
3.1.1 面向长距离光通信领域的低功耗热光开关的设计 |
3.1.2 面向长距离光通信领域的低功耗热光开关的制备 |
3.1.3 面向长距离光通信领域的低功耗热光开关的测试 |
3.2 面向短距离光通信领域的低功耗热光开关 |
3.2.1 面向短距离光通信领域的低功耗热光开关的设计 |
3.2.2 面向短距离光通信领域的低功耗热光开关的制备 |
3.2.3 面向短距离光通信领域的低功耗热光开关的测试 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于非对称MZI结构的光波导温度传感器 |
4.1 干涉臂长度非对称温度传感器 |
4.1.1 干涉臂长度非对称温度传感器的设计 |
4.1.2 干涉臂长度非对称温度传感器的制备 |
4.1.3 干涉臂长度非对称温度传感器的测试 |
4.2 干涉臂宽度非对称温度传感器 |
4.2.1 干涉臂宽度非对称温度传感器的设计 |
4.2.2 干涉臂宽度非对称温度传感器的制备 |
4.2.3 干涉臂宽度非对称温度传感器的测试 |
4.3 干涉臂材料非对称温度传感器 |
4.3.1 干涉臂材料非对称温度传感器的设计 |
4.3.2 干涉臂材料非对称温度传感器的制备 |
4.3.3 干涉臂材料非对称温度传感器的测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结及展望 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(3)铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 光波导放大器简介 |
1.2 光波导放大器的分类 |
1.2.1 无机光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
1.3 光波导放大器的研究进展 |
1.3.1 无机光波导放大器的研究进展 |
1.3.2 有机聚合物光波导放大器的研究进展 |
1.4 本论文的主要研究内容 |
第2章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论基础 |
2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺系统介绍 |
2.1.1 稀土元素 |
2.1.2 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构 |
2.1.3 Er~(3+)、Yb~(3+)的跃迁模型 |
2.2 EDWA基本结构 |
2.3 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论模型 |
2.3.1 原子速率方程 |
2.3.2 光功率传输方程 |
2.4 Judd-Ofelt理论 |
第3章 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的合成与优化 |
3.1 纳米晶合成方法简介 |
3.1.1 微波辐射法 |
3.1.2 共沉淀法 |
3.1.3 水热/溶剂热法 |
3.1.4 原位水热法 |
3.1.5 高温热分解法 |
3.2 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的制备 |
3.2.1 反应试剂及工具 |
3.2.2 纳米晶制备流程 |
3.3 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的表征及分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺聚合物光波导放大器的设计制备 |
4.1 聚合物光波导放大器的结构设计 |
4.2 聚合物光波导放大器的增益特性模拟 |
4.3 聚合物光波导放大器的制备及测试 |
4.3.1 聚合物光波导放大器的制备 |
4.3.2 聚合物光波导放大器的测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(4)掺稀土氧化物纳米晶TiO2基有机-无机复合光波导薄膜的制备及上转换发光性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 稀土发光材料 |
1.1.1 稀土元素概述 |
1.1.2 上转换发光 |
1.1.3 稀土离子的上转换发光机制 |
1.1.4 稀土上转换发光材料的应用 |
1.2 氧化钕、氧化铒纳米晶 |
1.2.1 氧化钕、氧化铒纳米晶的制备方法 |
1.2.2 Er~(3+)离子的发光特征 |
1.2.3 Nd~(3+)离子的发光特征 |
1.3 有机-无机复合材料 |
1.3.1 有机-无机复合材料的优点 |
1.3.2 有机-无机复合材料的制备方法 |
1.3.3 有机-无机复合材料的应用 |
1.4 本论文的选题依据以及主要的研究工作 |
第二章 稀土氧化物纳米晶及薄膜制备 |
2.1 氧化钕纳米晶的制备 |
2.1.1 实验仪器和材料 |
2.1.2 实验过程 |
2.2 掺氧化钕纳米晶TiO_2基有机-无机复合薄膜的制备 |
2.2.1 实验仪器和材料 |
2.2.2 实验过程 |
2.3 氧化铒纳米晶的制备 |
2.3.1 实验仪器和材料 |
2.3.2 实验过程 |
2.4 掺氧化铒纳米晶TiO_2基有机-无机复合薄膜的制备 |
2.4.1 实验仪器和材料 |
2.4.2 实验过程 |
2.5 通过紫外纳米压印技术制备复合薄膜微阵列结构 |
2.5.1 紫外纳米压印技术 |
2.5.2 PDMS软模版的制备 |
2.5.3 条形波导和微透镜阵列结构复合薄膜的制备 |
2.6 本章小结 |
第三章 氧化钕纳米晶及掺氧化钕纳米晶复合薄膜性能分析 |
3.1 测试方法 |
3.2 氧化钕纳米晶的形貌特征及发光性能分析 |
3.2.1 XRD图谱 |
3.2.2 XPS能谱 |
3.2.3 形貌特征 |
3.2.4 上转换发射光谱 |
3.2.5 上转换发光机制 |
3.3 掺氧化钕TiO_2有机-无机复合薄膜表面形貌及光学性能分析 |
3.3.1 表面形貌 |
3.3.2 紫外-可见透射光谱 |
3.3.3 光波导特性 |
3.3.4 上转换发射光谱 |
3.3.5 紫外软压印技术制备复合薄膜条形波导和微透镜阵列 |
3.4 本章小结 |
第四章 氧化铒纳米晶及掺氧化铒纳米晶复合薄膜性能分析 |
4.1 测试方法 |
4.2 氧化铒纳米晶的形貌特征及发光性能分析 |
4.2.1 XRD图谱 |
4.2.2 XPS能谱 |
4.2.3 形貌特征 |
4.2.4 上转换激发、发射光谱 |
4.2.5 上转换发光机制 |
4.3 掺氧化铒纳米晶TiO_2基复合薄膜的形貌及性能分析 |
4.3.1 光波导特性 |
4.3.2 上转换发射光谱 |
4.3.3 紫外软压印技术制备复合薄膜条形光波导阵列 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
附录3 攻读硕士学位期间申请的专利 |
致谢 |
(5)掺偶氮苯有机-无机光敏复合薄膜的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 偶氮苯的介绍 |
1.1.1 偶氮苯的结构及物理性质 |
1.1.2 偶氮苯的光学性质 |
1.1.3 偶氮苯的应用 |
1.2 有机-无机纳米复合材料 |
1.2.1 有机-无机纳米复合材料的定义 |
1.2.2 有机-无机纳米复合材料的特点 |
1.2.3 有机-无机纳米复合材料的制备方法 |
1.3 国内外的研究现状 |
1.4 本论文的研究内容 |
第二章 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜制备及表征 |
2.1 本章引论 |
2.2 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的制备 |
2.2.1 前驱体原料 |
2.2.2 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的制备过程 |
2.3 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的表征方法 |
2.4 本章总结 |
第三章 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的性能分析 |
3.1 本章引论 |
3.2 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的表面形貌及结构特性 |
3.2.1 表面形貌 |
3.2.2 傅里叶红外吸收光谱 |
3.2.3 X射线光电子能谱 |
3.2.4 热重分析 |
3.3 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的光响应特性 |
3.3.1 热处理温度对薄膜光响应特性的影响 |
3.3.2 钛含量对薄膜光响应特性的影响 |
3.3.3 偶氮苯含量对薄膜光响应特性的影响 |
3.3.4 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的光开关特性 |
3.4 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜的光波导特性 |
3.4.1 棱镜耦合原理 |
3.4.2 折射率、厚度 |
3.4.3 传输模式 |
3.4.4 传输损耗 |
3.5 本章总结 |
第四章 掺偶氮苯TiO_2/ormosils光敏复合薄膜紫外光固化特性 |
4.1 本章引论 |
4.2 通过纳米软压印技术在光敏复合薄膜上制备微透镜阵列结构 |
4.2.1 复合薄膜的紫外光固化机理 |
4.2.2 母模的制备及压印过程 |
4.2.3 压印结果 |
4.3 本章总结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文工作总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
致谢 |
(6)基于固态发光材料微纳功能器件的制备与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 聚合物微光学器件加工技术简介 |
1.2.1 掩膜光刻技术 |
1.2.2 激光和电子束直写技术 |
1.2.3 纳米压印技术 |
1.3 聚合物发光器件的应用以及存在的问题 |
1.4 本论文的主要工作 |
第二章 AIE智能复合树脂的制备及表征 |
2.1 聚集诱导发光材料介绍 |
2.1.1 聚集诱导发光 |
2.1.2 聚集诱导发光机理 |
2.1.3 聚集诱导发光材料应用 |
2.2 AIEoxe复合型树脂的制备和表征 |
2.2.1 AIEoxe分子的设计与表征 |
2.2.2 SU-8/AIEoxe复合树脂的制备以及发光性质分析 |
2.2.3 复合物薄膜的光交联性质 |
2.2.4 复合物薄膜的光/热稳定性 |
2.3 AIEoxe复合树脂薄膜对有机蒸汽的荧光响应 |
2.4 本章小结 |
第三章 紫外光刻制备AIEoxe复合微结构及其液相VOCs传感 |
3.1 挥发性有机物(VOC) |
3.1.1 挥发性有机物简介 |
3.1.2 挥发性有机物的检测 |
3.2 基于AIE材料的VOCs传感体系发展介绍 |
3.3 紫外光刻法制备AIEoxe复合微结构阵列 |
3.3.1 样品准备以及紫外光刻 |
3.3.2 光刻微结构的表征 |
3.4 SU-8/AIEoxe微结构阵列对气相VOCs的荧光响应 |
3.5 单色AIEoxe微结构的液相VOCs传感 |
3.5.1 SU-8/b AIEoxe微结构的VOCs传感 |
3.5.2 SU-8/g AIEoxe微结构的VOCs传感 |
3.5.3 SU-8/r AIEoxe微结构的VOCs传感 |
3.5.4 三种单色微传感体系的荧光响应机理以及性能比较 |
3.6 三色混合微结构的比率型传感器用于液相VOCs传感 |
3.7 AIEoxe荧光传感体系的稳定性测试 |
3.8 本章小结 |
第四章 飞秒激光加工AIEoxe光波导器件及其液相VOCs传感 |
4.1 飞秒激光直写技术加工聚合物微纳器件 |
4.1.1 飞秒激光直写技术(FsLDW)简介 |
4.1.2 聚合物微纳器件的飞秒激光直写 |
4.1.3 聚合物微纳光波导的传感应用 |
4.2 Fs LDW对 AIEoxe复合树脂的微纳结构制备和表征 |
4.2.1 FsLDW加工参数优化和复杂二/三维微结构加工 |
4.2.2 FsLDW的微纳米线加工和表征 |
4.2.3 微纳米线的波导性能测试 |
4.3 AIEoxe复合光波导的液相VOCs传感 |
4.3.1 聚合物单色光波导的液相THF荧光传感 |
4.3.2 聚合物单色光波导对液相THF传感机理 |
4.3.3 聚合物单色光波导传感的可逆性测试 |
4.3.4 聚合物三色光波导的FRET荧光传感 |
4.4 本章小结 |
第五章 有机半导体共轭聚合物的微纳加工与应用 |
5.1 半导体共轭聚合物 |
5.1.1 有机共轭聚合物材料简介 |
5.1.2 基于共轭聚合物的激光产生和应用 |
5.2 基于聚芴(PFO)微纳结构阵列的制备与表征 |
5.2.1 聚芴材料的性质改进与表征 |
5.2.2 do-PFO的光交联特性 |
5.2.3 do-PFO的放大自发辐射性质 |
5.2.4 聚芴材料的微纳结构化加工 |
5.3 微盘的激光性质测试 |
5.3.1 聚合物微盘的测试系统 |
5.3.2 聚合物微腔激光测试 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(7)金属卤化物钙钛矿纳米异质结构的制备和红外光电性质研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 金属卤化物钙钛矿纳米材料简介 |
1.1.1 有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿纳米材料 |
1.1.2 全无机金属卤化物钙钛矿纳米材料 |
1.2 金属卤化物钙钛矿纳米材料的制备方法 |
1.2.1 液相法 |
1.2.2 气相法 |
1.2.3 其它制备技术 |
1.3 金属卤化物钙钛矿纳米材料的物性 |
1.3.1 光吸收系数 |
1.3.2 光致发光寿命 |
1.3.3 载流子扩散长度和迁移率 |
1.4 金属卤化物钙钛矿纳米材料的器件应用 |
1.4.1 纳米光波导 |
1.4.2 纳米激光器 |
1.4.3 纳米光伏器件 |
1.4.4 纳米光电探测器 |
1.4.5 纳米电致发光器件 |
1.5 研究目的、研究内容、创新性和本文构成 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 研究内容 |
1.5.3 创新性 |
第2章 钙钛矿薄膜/硅酸铒纳米片异质结构的近红外通讯光探测器 |
2.1 引言 |
2.2 硅酸铒纳米片及钙钛矿/硅酸铒异质结构的生长研究 |
2.2.1 硅酸铒纳米片 |
2.2.2 钙钛矿薄膜 |
2.2.3 钙钛矿/硅酸铒异质结构 |
2.3 钙钛矿/硅酸铒异质结构的光学研究 |
2.3.1 硅酸铒纳米片的光波导 |
2.3.2 钙钛矿薄膜/硅酸铒纳米片异质结构的能量转移 |
2.4 钙钛矿/硅酸铒异质结构的红外光电探测 |
2.5 本章小结 |
第3章 全无机钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的红外光电探测 |
3.1 引言 |
3.2 钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的生长研究 |
3.2.1 三氧化二锑纳米材料生长 |
3.2.2 全无机钙钛矿纳米材料生长 |
3.2.3 钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构 |
3.2.4 钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的生长机理研究 |
3.3 钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的荧光增强 |
3.4 钙钛矿纳米片/三氧化二锑纳米颗粒异质结构的红外光电探测 |
3.5 本章小结 |
第4章 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构的红外光电探测 |
4.1 引言 |
4.2 磷化铟纳米线 |
4.2.1 磷化铟纳米线的生长 |
4.2.2 磷化铟纳米线的结构研究 |
4.3 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构 |
4.3.1 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构的生长 |
4.3.2 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结的结构研究 |
4.4 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构中的荧光淬灭 |
4.5 钙钛矿纳米颗粒/磷化铟纳米线异质结构的红外光电探测 |
4.6 钙钛矿纳米颗粒/III-V族纳米线异质结构的组分调控 |
4.7 本章小结 |
第5章 钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构的红外光电探测 |
5.1 引言 |
5.2 钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构的生长研究 |
5.2.1 砷化镓纳米线 |
5.2.2 钙钛矿纳米片 |
5.2.3 钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构 |
5.3 钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构中的荧光淬灭 |
5.4 钙钛矿纳米片/砷化镓纳米线异质结构的红外光电探测 |
5.5 钙钛矿/砷化镓纳米线异质结构的维度调控 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
附录 B 攻读学位期间所获奖项 |
附录 C 攻读学位期间所参与的研究项目 |
致谢 |
(8)用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 全光通信系统中光放大器的发展 |
1.2 光波导放大器的分类 |
1.3 稀土元素在光器件和光通信中的应用 |
1.3.1 稀土元素 |
1.3.2 稀土元素在光放大器中的应用 |
1.3.3 稀土元素在聚合物有机光波导放大器的应用 |
1.4 本论文的内容及研究意义 |
第二章 NaYF_4:20%Yb,x %Tm纳米材料的制备与表征 |
2.1 引言 |
2.2 NaYF_4:20%Yb,x %Tm纳米粒子的制备与表征 |
2.2.1 化学试剂 |
2.2.2 高温热分解法制备β-NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子 |
2.2.3 表征手段 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 样品的形貌及结构表征 |
2.3.2 样品的光学性质表征 |
2.4 本章小结 |
第三章 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子在聚合物基质光波导放大器中的应用研究 |
3.1 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子表面性质表征 |
3.2 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子-聚合物复合材料的制备与性能测试 |
3.2.1 共聚合的方法制备有机/无机复合材料 |
3.2.2 有机/无机复合材料的各项性质测试 |
3.3 聚合物基质光波导放大器的制备与性能测试 |
3.3.1 利用复合材料制备聚合物基质光波导放大器 |
3.3.2 聚合物基质光波导放大器的各项性质测试 |
第四章 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(9)基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 光波导放大器 |
1.2 掺铒光波导放大器 |
1.2.1 无机光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
1.3 具有损耗补偿功能的光波导器件 |
1.4 论文研究内容 |
第二章 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的工作原理和基本结构 |
2.1.1 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构和放大原理 |
2.1.2 光波导放大器的结构与工作原理 |
2.2 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器增益性能的模拟计算 |
2.2.1 原子速率方程 |
2.2.2 光功率传输方程 |
2.3 Judd-Ofelt理论 |
第三章 基于铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器 |
3.1 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米粒子的合成与表征 |
3.2 波导放大器结构设计 |
3.3 波导放大器增益特性模拟 |
3.4 波导放大器的工艺制备 |
3.5 波导放大器性能测试 |
3.6 本章小结 |
第四章 基于铒镱共掺纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器 |
4.1 具有损耗补偿特性器件的研究背景 |
4.2 Y分支波导功率分束器的设计与模拟 |
4.3 Y分支波导功率分束器的制备 |
4.4 Y分支波导功率分束器的性能测试 |
4.5 本章小结 |
第五章 光波导放大器输出端的泵浦光解复用器结构设计 |
5.1 光波导的定向耦合 |
5.1.1 定向耦合理论 |
5.1.2 倒脊形波导的耦合系数 |
5.2 器件设计与模拟 |
5.2.1 泵浦光解复用器件设计 |
5.2.2 解复用器中传输特性模拟 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结 |
参考文献 |
个人简介及科研成果 |
致谢 |
(10)基于热光效应的光开关-复用器设计与仿真(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 光开关与波分复用技术的作用 |
1.2 光开关的分类 |
1.2.1 电控光开关 |
1.2.2 其他类型的光开关 |
1.2.3 聚合物热光光开关 |
1.2.4 热光开关的研究进展 |
1.3 光分复用技术分类 |
1.3.1 光波分复用技术(OWDM) |
1.3.2 光码分复用技术(OCDMA) |
1.3.3 光时分复用技术(OTDM) |
1.3.4 光频分复用技术(OFDM) |
1.3.5 光副载波复用(OSCM) |
1.4 光分复用器的研究 |
1.4.1 光分复用器的研究进展 |
第二章 设计原理与理论分析 |
2.1 平面光波导理论 |
2.1.1 三层平板波导 |
2.1.2 矩形波导 |
2.2 定向耦合器原理 |
2.3 Y分支波导原理 |
2.4 基于有限差分法的光束传播法(FDM-BPM) |
2.5 热光效应 |
2.6 小结 |
第三章 系统设计与模拟 |
3.1 热光开关-复用器的设计 |
3.1.1 设计原则 |
3.1.2 材料的选用 |
3.2 Y分支热光开关的设计及优化(工作波长1.55?m) |
3.2.1 Y分支型热光开关截面结构的设计(横截面设计) |
3.2.2 电极宽度的优化 |
3.2.3 Y分支水平结构的设计(水平布局设计及优化) |
3.3 弯曲波导的设计及优化 |
3.4 定向耦合器型热光开关的设计及优化(工作波长1.55?m和1.3?m) |
3.5 复用器的设计及优化(工作波长1.55?m、1.3?m) |
3.6 热光开关-复用器芯片系统分析 |
3.7 小结 |
第四章 总结与展望 |
4.1 总结 |
4.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
四、Optical Waveguides from Organic/Inorganic Hybrid Materials(论文参考文献)
- [1]低维有机无机金属卤素材料的可控制备及其光学性质研究[D]. 刘峰. 吉林大学, 2021(01)
- [2]基于聚合物材料的MZI型光波导热光器件研究[D]. 牛东海. 吉林大学, 2021
- [3]铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究[D]. 刘雨婷. 吉林大学, 2021(01)
- [4]掺稀土氧化物纳米晶TiO2基有机-无机复合光波导薄膜的制备及上转换发光性能研究[D]. 葸宇浩. 南京邮电大学, 2020(03)
- [5]掺偶氮苯有机-无机光敏复合薄膜的制备及性能研究[D]. 薛楚. 南京邮电大学, 2020(02)
- [6]基于固态发光材料微纳功能器件的制备与应用研究[D]. 钱梦丹. 吉林大学, 2020(01)
- [7]金属卤化物钙钛矿纳米异质结构的制备和红外光电性质研究[D]. 张学红. 湖南大学, 2020(02)
- [8]用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究[D]. 杨育. 吉林大学, 2020(08)
- [9]基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究[D]. 符越吾. 吉林大学, 2020(10)
- [10]基于热光效应的光开关-复用器设计与仿真[D]. 翟嘉祜. 云南大学, 2020(08)