一种基于半导体材料的新型光纤温度传感器

一种基于半导体材料的新型光纤温度传感器

一、基于半导体材料的新型光纤温度传感器(论文文献综述)

杨添宇[1](2021)在《基于ZnO@Gr温敏材料的电缆光纤温度传感特性研究》文中研究指明随着电网系统在城市中的飞速发展,地下电缆由于具有隐蔽性好、可靠性高以及传输能力强的优点,得到了广泛的工程应用。然而,在广泛应用的同时,也增加了地下电缆的故障率,电缆在运行当中引起其发生故障的重要因素之一就是温度参数的影响。因此,对电缆安全运行临界温度的监测成为了检测其是否产生故障的重要标准和有效方法。光纤传感测温技术在近些年逐渐发展成为各个传感领域的主力军之一,更是成为了研究者们的热点研究内容。论文将ZnO复合石墨烯(ZnO@Gr)温敏材料与光纤传感技术结合,进行电缆安全运行临界温度的探测研究。与现有的温度探测技术相比,本文研究的光纤温度传感器具有灵敏度高、耐高温、抗电磁干扰能力强、灵活性好等突出优势。论文结合ZnO@Gr温敏材料的温度传感特性理论、光纤倏逝场理论和七芯模式干涉理论设计了多模-拉锥七芯-多模(M-TSc-M)的光纤结构,并基于COMSOL Multiphysics仿真软件,设计了多物理场耦合模型,在充分考虑各种环境影响因素下,对地下电缆的温度场分布进行了有限元仿真分析。理论分析结果表明,当环境温度增强时,ZnO@Gr材料对温度的敏感程度相比于单纯的ZnO材料更高;而对于地下电缆的运行温度来说,空气和土壤温度、土埋深度以及土壤导热系数成为了影响其温度分布的主要因素。在温敏材料研究方面,通过水热法制备了锥型ZnO@Gr、粒型ZnO@Gr以及片型ZnO@Gr三种不同形状的复合材料,并利用扫描电子显微镜(SEM)对得到的三种不同形状的复合材料进行形貌表征。设计了新型增敏的光纤结构,首先利用熔接机制得单模-多模-单模(SMS)和多模-七芯-多模(M-Sc-M)两种结构的光纤传感单元;进一步,利用氢氧焰熔融拉锥机将M-Sc-M光纤传感单元结构中的七芯光纤处进行拉锥,由此制得M-TSc-M光纤结构。对两种结构的光纤传感单元分别进行温度探测,得到设计的M-TSc-M光纤结构温度灵敏度较高的结论,选定其为后续进一步实验的温度传感单元结构。在传感单元设计方面,利用滴涂法将三种不同形状的ZnO@Gr温敏材料滴涂至选定好的M-TSc-M光纤传感单元,由此制得温度传感头。设计并搭建了直通式的光纤温度传感光路,在91~95℃的电缆安全运行临界温度范围内,测试光纤温度传感器性能。实验结果表明,未涂覆敏感材料的M-TSc-M结构光纤温度传感器灵敏度为115 pm/℃,R2值为0.99769;相比于此,涂覆了锥型M-TSc-M/ZnO@Gr的温度灵敏度提高了2.5倍;粒型M-TSc-M/ZnO@Gr的温度灵敏度提高了3.3倍;片型M-TSc-M/ZnO@Gr的温度灵敏度提高了3.6倍。本文所提出的ZnO@Gr温敏材料复合M-TSc-M光纤传感结构的温度传感器为电缆温度探测领域提供了一种新的解决方案。

马德正[2](2021)在《表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究》文中提出二十一世纪是信息时代,信息学科和信息产业的迅猛发展离不开微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机科学与技术以及自动化、精密机械等科学技术综合发展。分布反馈(DFB)半导体激光器作为微电子器件的重要元件,以其单模成品率高、光电转化效率高、窄线宽、易于单片集成、可直接调谐的特性逐步成为光纤通信、医疗、材料加工等日常生活领域不可或缺的重要光源。传统的折射率耦合(Index-Coupled)DFB半导体激光器存在模式简并的问题,尽管引入λ/4相移光栅可以实现单模、窄线宽的激光输出,但在激光器内部不均匀的光子分布会导致空间烧孔效应,大大影响激光器的输出特性。另一种方案为增益耦合(GC,Gain-Coupled)DFB半导体激光器,其主要优势在于高的增益对比、单模成品率高以及由于驻波效应带来的高稳定性,但是传统的增益耦合DFB半导体激光器需要高精度的光栅刻蚀技术以及二次生长外延技术,这使得激光器的制作成本与工艺难度大幅增加,不利于其大批量生产和广泛应用。因此,本论文创新性的提出采用普通i-line光刻技术和等离子刻蚀技术,利用较为简单的芯片制造工艺,设计并制备1045 nm纯增益耦合DFB半导体激光器,实现了低阈值、高效率、高稳定性的单模激光输出。由于纯增益耦合激光器的内部增益耦合效应系数较小,激光器内部F-P效应显着,容易加剧激光器内部的模式竞争,导致激光器的输出模式不稳定,出现多模输出的现象。为了实现波长的精准锁定,创新性的提出了基于不同倾斜角度的795 nm纯增益耦合半导体激光器倾斜波导阵列。通过物理模型的建立、模拟仿真以及器件制备,从实验和理论上分析并验证了倾斜波导增益耦合半导体激光器的输出特性与对应的倾斜角度之间的关系,并且通过改变倾斜角度实现了一定的可调谐性能,对未来倾斜波导的结构设计有着重要意义。具体的研究内容及研究成果如下:(1)建立具有增益耦合机制的半导体激光器物理模型,根据耦合模理论与传输矩阵的方法对激光器内部原理进行分析,通过COMSOL Multiphysics、Rsoft、Matlab等商业软件进行模拟仿真,计算激光器内部的载流子分布、增益曲线、耦合系数以及光场分布,并根据仿真的结果对激光器的相关参数进行优化,获得了器件结构的优化方案。(2)设计并制备了表面周期性电注入实现激射波长在1045 nm的纯增益耦合分布反馈半导体激光器。利用周期性电极实现了有源区内部载流子的周期性分布,进而实现了较大的增益对比,对折射率的虚部进行了调制,最终实现了纯增益耦合机制。器件的阈值电流为40 m A,在240 m A的电流下的输出功率达51.9m W(HR和AR镀膜),远超过文献中报道的单模增益耦合DFB半导体激光器(单腔面输出功率15.42 m W)。斜率效率达0.24 W/A,超过钛金属表面光栅增益耦合分布反馈半导体激光器(约0.11 W/A)的2倍。单模区间的范围内,最大边模抑制比超过35 d B,最窄线宽为1.12 pm,远低于文献报道的侧向耦合光栅的结构(约160 pm)以及高阶表面光栅型(线宽小于40 pm)增益耦合分布反馈半导体激光器。器件采用了和法布里-珀罗激光器几乎同样的工艺流程,大幅简化了增益耦合DFB半导体激光器的制作方法,对其大规模制造加工和广泛应用有着重要的推动作用。(3)设计并建立了倾斜脊形波导的物理模型,通过改变脊形波导的倾斜角度来改变有效光栅周期。通过COMSOL Multiphysics软件进行模拟仿真,得到了倾斜角度与激光器腔面反射率的关系,计算了倾斜波导所带来的激光器腔面损耗,进一步分析由于倾斜波导所引起的对激光器性能的影响。与传统的分布反馈激光器不同,倾斜波导纯增益耦合半导体激光器的输出特性与腔面反射率相关,倾斜角度越大,腔面反射率越小,也就意味着激光器的输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大。(4)制备倾斜脊形纯增益DFB半导体激光器,来验证倾斜波导所带来的对激光器输出性能的影响。通过设计不同的倾斜角度来实现不同光栅周期,不同角度的光栅周期对应于激光器不同的激射波长,从而实现了激光器的可调谐特性。器件被解理成2 mm腔长,包含设计的5种倾斜角度,分别为0°、0.39°、1.86°、2.60、3.65°。在20℃的测试结果表明,5种倾斜角度的波导所制成的激光器的输出功率均超过了30 m W,输出光谱的边模抑制比均超过30 d B,波长的覆盖范围从789.392 nm到798.048 nm,共8.656 nm,覆盖了铷原子泵浦的吸收峰。验证了倾斜波导纯增益耦合半导体激光器输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大的分析结果。另外测试的结果还表明倾斜波导的应用会降低激光器的波长随电流的漂移系数,提高激光器稳定性。本文提及的表面周期性电注入实现的增益耦合半导体激光器均是采用与FP激光器相似、较为简单的工艺制备技术。与目前采用精密光刻技术或二次外延制备方式相比,其优点在于制备工艺简单、容差大、可重复性高,能够满足工业化批量生产的需求。本文提及的表面周期性电注入增益耦合分布反馈半导体激光器的性能参数指标满足应用需求,但是其成本低和生产周期较短,在军事国防、工业生产加工、光通信、医疗美容等领域具有巨大的商业价值和应用前景。

刘楠[3](2021)在《In2O3基纳米材料制备及光、气敏性能研究》文中认为金属氧化物纳米材料具有纳米尺寸效应、高比表面积等特点,受到科研人员广泛关注。在众多的金属氧化物中,In2O3由于具有宽禁带、低电阻率及高导电性的特性,成为最具优势的光、气敏传感材料之一。然而,在检测NO2的过程中,In2O3有以下需要迫切解决的问题:高温下NO2气体与敏感材料之间的吸附和解吸附过程不能达到快速平衡;常温下受环境湿度的干扰使NO2气敏性能下降。在In2O3紫外光敏传感器应用方面,光敏响应值低、探测范围窄等问题限制了其发展。本论文围绕以上问题开展研究,具体工作如下:(1)采用水热法通过调控NH4F与In(NO3)3的质量比(1:2、1:3、1:4)制备了三维分级多孔In2O3纳米材料。结果表明,当NH4F与In(NO3)3的质量比为1:3时可获得高比表面积、大孔隙率的In2O3微立方体,为NO2吸附提供了大量的活性位点,并为NO2的快速扩散提供了有效的传输通道。该材料在150℃时对50 ppm的NO2 8 s内即可获得快速的吸附-解吸附平衡,10s内可完全恢复到基电阻状态,其响应值高达2329,探测浓度极限可低至10 ppb。此外,由于In2O3的疏水性,在室温下湿度(RH)为80%时其湿敏响应值仅为5.0,在此条件下对50 ppm的NO2气敏响应值仍高达463(RH为20%时,50 ppm的NO2响应值为492),表明所得In2O3微立方体在室温下具有抗湿性。(2)在水热法的基础上通过调节热处理温度(600℃、700℃、800℃)制备了三维分级多孔微立方In2O3纳米材料。研究结果表明,当热处理温度为800℃时对365 nm紫外光具有优异的光敏性能,在25℃时对100%p紫外光在10 s内可获得光响应平衡,21 s内恢复到基电阻状态,其响应值可高为10013。随着工作温度的升高,光敏响应值逐渐下降(工作温度200℃时光敏响应值为387)。此外,In2O3在室温下的光响应范围在365 nm-515 nm之间,对应的响应值为1289-10.4,这说明In2O3更适合于紫外传感器或探测器。(3)采用溶剂热法制备出In2O3-ZnO光敏复合材料(IZO Ⅰ、IZO Ⅱ、IZO Ⅲ)。结果表明,与In2O3 800℃相比,IZO Ⅲ对365 nm紫外光具有更优异的光敏性能,在25℃时对100%p紫外光(365 nm)的响应值与In2O3相比提升至18372,响应/恢复时间为11 s/12 s。同时,在工作温度为200℃时的光敏响应值也提升至854。IZO Ⅲ对425 nm蓝光和515 nm绿光的响应值也分别提升至4611和38。复合ZnO不仅为器件吸收紫外光提供了更多的活性位点,而且也提高了器件的电子传输能力,这是器件性能提高的主要原因。

辛鑫[4](2021)在《基于氢敏光纤Bragg光栅的TiO2薄膜电极光电催化产氢性能研究》文中认为能源是影响国民经济和社会体系的重要物质基础,是影响国家发展权与核心竞争力的关键要素。氢能以其来源广泛,燃烧热值高,清洁无污染等优异特性成为一种理想的能源供应形式。光电催化水分解技术产氢过程清洁无污染,无副产品产生,是一种具有潜力的氢气生产方式。氢气作为光电催化产氢系统的主要产物,对光电催化系统产氢过程氢气浓度及其分布进行在线原位监测,对于认识产氢机理及其过程优化控制都尤为重要。但是目前未见关于封闭式光电催化产氢反应器电极表面及其周围液相空间氢气浓度在线原位检测方法;同时现有光纤氢气传感器性能存在易受环境温湿度影响的问题。基于此,本文首先研制了一种耐变温高湿环境的氢敏光纤Bragg光栅传感器,然后制备TiO2纳米管阵列光电阳极材料,并对其性能进行表征。最后搭建TiO2薄膜电极光电催化产氢反应器及其在线监测系统,探究光电催化产氢过程机理及规律。其主要研究结果如下:(1)本文提出了一种新的基于聚多巴胺辅助化学镀的光纤Bragg光栅氢气传感器制作方法,并利用氧化硅超疏水涂层和温度补偿光栅进一步消除变温和高湿环境对FBG传感器氢敏响应的影响。实验结果表明,水合肼作为还原剂更适用于聚多巴胺辅助化学镀钯技术,所制备钯膜致密均匀无裂纹,次亚磷酸钠作为还原剂制备钯膜易开裂,氢敏响应性能较差;当聚多巴胺涂层厚度为8.9 nm时,水合肼化学镀钯厚度为130.7 nm,涂覆15层氧化硅疏水薄膜时,FBG氢气传感器同时获得较高的响应灵敏度和较快的响应时间。传感器在温度30-70℃、湿度20-90%RH范围内,能稳定准确地响应氢气浓度变化,灵敏度达到10.80 pm/%、相对误差小于7.2%。(2)利用阳极氧化法制备的TiO2纳米管薄膜SEM图像表明,TiO2薄膜呈现取向一致的纳米管阵列,表面管口孔径均匀,无裂纹产生,管口直径约100 nm,薄膜厚度约4μm。XRD和XPS等分析表明TiO2纳米管材料由Ti和O两种元素组成,符合锐钛矿相TiO2的衍射特征峰,具备良好的光吸收能力。光电化学性能测试结果表明,TiO2纳米管光电阳极具有高效光电响应能力,光电流达到1.1 m A/cm2。(3)本文构建的光纤Bragg光栅传感器阵列能够准确有效地监测反应器阴极室内电极界面和附近溶液中氢组分浓度和温度变化信息。实验研究发现,受光照射下反应器阴极室内温度呈现先上升,在6000 s后趋于稳定。电极表面处氢敏光纤表明141 s时过饱和溶解氢浓度达到峰值,随后降低至稳定值。

吕桓林[5](2020)在《近红外波段聚合物基微环谐振器的研究》文中提出近年来,集成光学在光通信和传感领域发挥着重要的作用。用于制备平面集成光路的聚合物材料引起了人们的兴趣,它们为光子元件和集成光学器件制造开辟了新时代,具有极高的透光性、机械和化学稳定性以及低成本生产的潜力。平面光波导微环谐振器作为集成光子器件受到了广泛的关注,具有体积小、容易与光学和流体器件集成等优点。为了将光限制在微环谐振器中,人们使用了多类材料,如二氧化硅、绝缘体上硅、氮化硅、玻璃和聚合物。聚合物材料常用于制备微环谐振器,其具有比半导体材料更大的化学柔性,更容易调节折射率。与硅基材料所需的化学或物理沉积和干法刻蚀工艺相比,聚合物波导的制备工艺更简单,且在可见光范围内是透明的,因此可以扩展集成传感器的工作窗口。在红外波段的聚合物微环谐振器已经有大量的研究,然而,在可见光或该波段附近,水的吸收比近红外波段低2000倍左右,且在这一波段有低成本的光源,聚合物基光子器件的发展面临着紧迫的需求。本文基于聚合物材料,对工作于近红外波段(890 nm)的多模干涉耦合结构微环谐振器和狭缝波导微环谐振器进行了研究:(1)聚合物基微环谐振器以其高Q值、低成本、易加工等优点,引起了人们的广泛关注。在低成本、易制备的聚合物平台上,制备了基于50:50分光比的多模干涉耦合微环谐振器。为了减小微环谐振器的总损耗,利用束传播法对多模干涉耦合器的结构和微环半径进行了模拟和优化。对于传统的压印技术,通常采用刻蚀硅和金属来制造硬模。然而,刻蚀过程会导致表面粗糙度问题,从而增加波导的散射损耗。因此,我们使用了紫外软压印光刻技术。为了避免刻蚀过程,使用SU8-2材料利用光刻技术在硅衬底制备了母版模。在复制过程中使用PFPE复合材料模具,在不施加压力的情况下而保持较高的分辨率和逼真度。采用在近红外波段透光性好、成本低的聚合物Ormocore为芯层,通过优化Ormocore与稀释剂maT的配比,制备出几乎没有残留层的器件。制备的器件Q因子高达23000,在生物传感应用方面具有巨大潜力。(2)狭缝波导是一种能将光限制在低折射率材料区域的特殊结构,此特性使狭缝波导在传感应用中极具吸引力。通常情况下,狭缝波导是由工作在近红外波段的半导体材料制备而成。本研究利用聚合物材料制备狭缝波导,提出并设计了工作在近红外波段(890nm)的聚合物基微环谐振器。对狭缝波导的模态特性进行了详细的分析,分析了折射率传感灵敏度与波导高度、宽度和狭缝宽度的关系。传统的弯曲缝隙波导具有较大的传输损耗,对微环的品质因子和消光比有较大的影响。为了减小弯曲损耗,设计了非对称波导结构,使模场在狭缝波导中央传输。为了提高条形-狭缝波导的耦合效率,引入了一种多模干涉结构的模式转换器。仿真结果表明,所设计的微环谐振器的灵敏度可达109 nm/RIU。采用电子束曝光技术制备了硅基母版模。利用独特的聚合物全氟聚醚PFPE从硅母版模上成功地复制了柔性软模具。利用紫外软压印技术制备了狭缝波导,狭缝波导具有较高的高宽比,并与低成本的生产工艺兼容。

丛佳[6](2020)在《可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究》文中进行了进一步梳理可见光通信(VLC)技术,在照明的同时,可进行高速通信,已成为国内外通信领域中研究的热点之一。其具有频谱资源丰富、系统容量大、保密性好、无电磁干扰和可与现有照明网络结合等特性。特别是集成化的VLC系统,还具有成本低、尺寸小、功耗低、可靠性高等优点,是VLC技术进一步普及和产业化的必然要求。为实现VLC系统集成化,本论文基于标准CMOS工艺,研究了可适用于VLC系统的Si-LED和彩色光电探测器(PD)等新型光电器件,及光电负阻、全差分和伪差分光接收机等电路。这些器件与电路都进行了单独流片,且测试结果良好。本文主要完成了以下工作:1、发射端全集成的相关研究。研究了一款高光功率密度的正向偏置CMOS Si-LED,发现并科学解释了两个新特性,即,大电流下,光输出功率随电流增大呈非线性指数增长;电致发光光谱主峰位置随电流增大而蓝移,且光谱中有新峰出现。设计并流片实现了一款基于UMC 0.18μm标准CMOS工艺的新型光互连系统,其可以实现片上VLC。测试、评价了几款VLC系统中常见可见光光源。2、新型集成彩色光电探测器的设计。基于导模共振效应,提出了采用标准CMOS工艺设计多晶硅亚波长光栅(SWG)滤光片的方案。依据此方案,首次设计并流片实现了三个基于TSMC 40 nm标准CMOS工艺具有二维SWG的彩色PD芯片。彩色PD的最大峰值波长分别为660 nm、585 nm和465 nm,它们有足够的光谱选择性。显微照片颜色区分明显,与仿真的相应SWG反射光谱对应。3、新型全差分集成光接收机的设计。首次实现了一款基于CMSC 0.25μm标准CMOS工艺的双PD可见光全差分OEIC(光电集成电路)光接收机芯片,两PD结构不同、面积较大,均可接收光信号。通过PD光谱响应和等效电路分析,设计出两PD的结构。为使两PD具有相等电容和带宽,研究了集成PD的带宽提高技术、光频响应和光谱响应特性,合理设计了每个PD的的总面积及其最小单元尺寸。为弱化输入负载电容过大对接收机带宽的影响,电路中采用了多种带宽拓展技术。基于OOK调制,全差分接收机芯片的最高实时数据传输速率达480 Mbit/s,电压摆幅为550 mV。该芯片相对于等面积的伪差分参照光接收机芯片(电压摆幅为350 mV),响应更灵敏。4、高峰谷比集成光电负阻的设计。采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计出一款具有较高峰谷比(PVCR)的光电负阻。在光控下,该光电负阻的PVCR可达4827,比已报道的光控负阻高出2个数量级,谷值电压小于0.5 V,其具有较好的节能特性。另外,该光电负阻还具有较好的S型光电负阻特性。

王超[7](2020)在《太赫兹激光作用下新型电子材料的光电及磁光电物理特性研究》文中研究指明太赫兹波(THz)作为在电磁波谱中被人们发现的新的电磁波,具有广阔的应用范围,其在电磁波谱中特殊的位置决定了它既具有光子学特性,又具有电子学特性,是连接长波长光学和电子学的桥梁。太赫兹光子能量较弱,非常适合用于无损检测,在医学、国防、航天、公共安全等方面具有重要的应用前景。在物理学中,应用太赫兹非接触式的探测特性,在科研中太赫兹时域光谱技术、泵浦探测技术等得到了较深入的应用和发展,帮助研究人员获得光电子材料的重要内在物理参数。例如通过太赫兹时域光谱技术可以直接得到材料光电导的实部和虚部,无需通过Kramers-Kronig变换。此外,红外光谱技术也是材料分析的一种重要手段。因此,本论文主要研究了半导体材料(如二硫化钼、锑化镓、石墨烯等)的太赫兹和红外光学特性,主要包括以下几部分内容:(1)首先介绍了目前常用的自由空间类和光纤类太赫兹时域光谱系统,描述了它们的组成部分、产生单元和探测单元,并分析了各自的优缺点。目前,太赫兹时域光谱系统已经取得了较为广泛的应用,我们在该光学平台的基础上进行了附加磁场和低温装置的集成,使该强场低温太赫兹时域光谱仪具有了更多的光学测量功能。此外,介绍了基于Labview程序编写的系统控制及测量软件和其操作方法。归纳总结了在零磁场和非零磁场两种条件下的样品数据处理方法以及THz TDS的应用。(2)通过太赫兹光谱测量单层二硫化钼中衬底诱导的电子局域化效应的研究。我们研究了不同衬底上(例如二氧化硅/硅,蓝宝石和石英)上单层(ML)二硫化钼(MoS2)的太赫兹光电特性。通过测量太赫兹傅里叶变换光谱(2.5-6.5 THz)和太赫兹时域光谱(0.2-1.2 THz),我们发现,二氧化硅/硅和蓝宝石衬底上的单层二硫化钼的实部光电导率随辐射频率的增加而增加,然而石英衬底上的实部光电导率随辐射频率的增加而减小。结果表明,由THz-TDS测量得到的ML MoS2的复光电导率可以通过Drude-Smith公式很好地拟合。因此,ML MoS2的光电导率与不同衬底的依赖关系可以通过电子局域化机理来理解,并且样品的电子浓度、弛豫时间和局域化因子也可以通过光学方法测定。此外,我们检测了温度对不同衬底ML MoS2的这些关键参数的影响。从中得到的结果表示太赫兹光谱是研究和表征基于ML MoS2电子系统的一种非常有效的工具,特别是用于检测不能直接通过传统的电输运测量获得的电子局域化效应,使我们对ML MoS2的光电特性和不同衬底诱导的邻近效应有了更深的理解。(3)单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测光学系统的搭建及对n-GaSb电子能量弛豫时间的研究。中国工程物理研究院十所(应用电子学研究所)搭建的中国首台太赫兹自由电子激光(Chinese Terahertz Free Electron Laser,CTFEL)于2017年8月饱和出光且投入使用。所辐射的太赫兹激光具有宏—微式脉冲结构,微脉冲为皮秒量级,且太赫兹激光具有频率可调的特性。基于此特殊的光源,我们设计并搭建了单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测光学系统,将太赫兹自由电子激光分为泵浦脉冲和探测脉冲,通过电控位移平台实现皮秒级时间延迟。利用单色皮秒太赫兹(THz)泵浦—皮秒探测实验,提出了一种测量电子气系统中电子能量弛豫时间的新方法。利用中国太赫兹自由电子激光器特有的太赫兹脉冲结构,实现了这一技术,可用于研究电子和光电子材料及器件的太赫兹动力学性质。在室温和自由空间中分别测量了高迁移率n-GaSb半导体在1.2 THz、1.6 THz和2.4 THz下的太赫兹动力学电子性质。得到的n-GaSb的电子能量弛豫时间与四波混频技术测量的电子能量弛豫时间一致。讨论了单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测在电子和光电子材料研究中的主要优势,并与其它超快光电测量技术进行了比较。这项工作与脉冲太赫兹自由电子激光器的应用和先进的超快测量技术的发展有关。(4)石墨烯太赫兹磁光特性和中红外透射特性研究。应用Faraday光学配置的光纤太赫兹时域光谱系统研究了低温下双层和三层石墨烯在不同偏振角的太赫兹时域光谱随磁场的变化,通过傅里叶变换得到其频谱,进而得到了双层和三层石墨烯的纵向和横向光电导率。通过磁光Drude模型对实验数据的拟合,获得了石墨烯重要的材料参数,如电子浓度、电子弛豫时间、有效电子质量等。得到了弛豫时间与磁场的变化关系,还讨论了研究中使用的多层石墨烯的碳原子层堆叠方式。此外,我们测量了室温下可见光辐照可以显着地调节单层、双层和三层石墨烯的中红外(MIR)透射。以波长532 nm、功率110 mW的泵浦激光作为调制光源,利用傅里叶变换红外光谱仪在14~24 μm范围内测量石墨烯的光透射。我们发现石墨烯的中红外透过率随石墨烯碳层的增加而降低,与可见光到近红外波段的情况相似。而且,在可见光辐照下,不同层数石墨烯的中红外透射率显着降低。这种效应主要是由于可见光泵浦能够诱导石墨烯中产生光生载流子,从而导致光电导率的增加,光透射率的降低。这一有趣而重要的发现表明,可见光辐照可用于光学调制石墨烯光电器件的中红外响应,可适用于电子通信和红外探测等方面的应用。因此,论文研究内容主要包括光纤太赫兹时域光谱系统的应用,基于太赫兹自由电子激光的单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测系统的搭建和应用,以及傅里叶光谱仪的应用,样品的制备和表征,实验测量,数据分析,理论拟合。论文获得了一些重要的原创成果。

孙文钊[8](2020)在《基于甲氨基卤化物钙钛矿的片上集成光器件研究》文中指出功能性器件的片上集成技术是半导体行业蓬勃发展的基础,历经几十年的开拓,片上集成化成为了半导体器件研究的重中之重。在这其中光学器件是半导体的研究领域中的重要组成部分,光学器件不仅仅需要片上集成化,而且要不断朝向亚波长尺寸和材料体系多元化的方向前进。伴随着硅基材料体系通过纳米制备技术的发展不断突破摩尔定律的同时,其他材料体系的研究也为片上半导体器件提供了补充甚至创造了新的方向。仅仅近在十年前,甲氨基卤化铅钙钛矿从光伏领域出发逐步走入研究者们的视野。钙钛矿材料表现出了非常稳定的自发辐射放大和激光出射的光学性质并且带隙可调,而量子效率甚至能够接近100%,种种优异性质将带来的是光电子器件领域的产业革新。在当前的研究中,针对材料性质进行深入探索的同时也在成熟的半导体器件架构中将钙钛矿材料直接制备成光器件。然而问题在于目前产业中尚未开发出应用于卤化物钙钛矿的制备工艺,在大多数情况下自然合成生长的钙钛矿微米片和纳米线通常具有随机的尺寸大小,无法成为形状可控且激光模式可调的片上集成器件。钙钛矿半导体的更丰富的片上器件应用则受到了阻碍。本论文从解决卤化物钙钛矿的片上集成中面临的重要问题的研究点出发,首次实现了激光腔体可构型,激光性质可重复的卤化物钙钛矿片上激光源。创造了拓扑荷数从-4到+4变化的携带轨道角动量的钙钛矿涡旋片上激光器。将卤化物钙钛矿直接在光波导上集成,并且实现了半径约70 nm的颗粒的实时检测。一系列的钙钛矿片上集成光器件研究极大的促进了钙钛矿激光在片上光互联,生物传感和量子光学领域的应用,拓展了钙钛矿材料的光学器件实际应用。本论文开展以下研究:(1)从甲基氨基卤化铅钙钛矿材料性质出发,在微纳米制备技术的基础上探究甲基氨基卤化铅钙钛矿单晶的片上集成能力。详细分析了多组利用溶液法生长的钙钛矿单晶的激光性质并结合数值仿真计算验证了其各自激光模式。验证了钙钛矿单晶在片上集成光源应用中的可重复性困难,并提出了解决问题方向。利用液晶封装钙钛矿单晶实现了激光出射受温度调控的钙钛矿激光器单元。(2)开发了一种针对钙钛矿单晶的自上而下改良制备,成功制备出了钙钛矿圆盘腔体及图案化器件。其中主要研究内容包括用电子束光刻对钙钛矿微米片进行掩膜图案化,并用感应耦合等离子体进行刻蚀加工,获得高质量的圆盘形钙钛矿单晶腔体。圆盘钙钛矿单晶能够产生高品质因子激光出射,激光品质因子高于自然生长的单晶一个量级以上。与此同时,通过对器件的模式间隔和激光波长的分析,发现此激光器拥有可控性和可重复性。还通过制造变形圆盘腔体实现了独特的单向激光发射特性,解决了钙钛矿半导体器件发展中的重要难题。(3)甲氨基卤化物钙钛矿可以作为片上激光光源应用到光器件中。但是现有的钙钛矿激光普遍是线性偏振的,也就是只具有均匀的波前而缺少携带轨道角动量的结构化激光,这与下一代光通信的高容量需求相悖。本论文通过优化制备工艺制备了钙钛矿薄膜的圆环光栅结构,获得了钙钛矿垂直面发射激光器(VCSEL)。进一步将结构改变成为不同臂数的阿基米德螺旋光栅,片上钙钛矿激光器的波阵面变为螺旋形,为钙钛矿激光器赋予了-4到+4的拓扑荷数。具有高方向性出射和拓扑荷数可控的钙钛矿涡旋片上激光器的研究将极大地发掘了钙钛矿片上激光器在光学网络、生物传感和量子光学中的应用潜力。(4)通过将卤化物钙钛矿纳米片集成到氮化硅Si3N4波导上,实现了钙钛矿波导光的片上光电探测器。其可以用作光学传感器,甚至在极性溶液中也可以探测纳米级物体。这种集成波导钙钛矿光电探测器的性能参数可以与采集表面空间光的探测器一样好,同时兼具检测波导中光信号微小变化的能力。可以通过光电流的实时变化检测到半径为70-80 nm的纳米级物体,更重要的是得益于片上探测器的集成性,整个传感系统仅使用常规的半导体激光光源和标准的光纤耦合系统,设备应用性和便携性都得到了显着提高。研究中的片上集成钙钛矿光学传感器能够在未来的点护理(POC)、生物芯片以及可穿戴设备中发挥重要作用。综上所述,本论文以甲基氨基卤化铅钙钛矿为材料体系,利用微纳米制备技术作为基础并针对性改良,研究了从钙钛矿半导体片上激光光源到片上光电探测器的器件创新。开发出了针对钙钛矿单晶的自上而下器件制备技术,解决了钙钛矿半导体器件发展的重要困难,并在此基础上进一步将携带相位信息的涡旋激光引入钙钛矿片上系统。成功利用钙钛矿材料半定量探测半径约70 nm的聚苯乙烯颗粒。本论文的研究工作进一步促进了片上光互联,生物传感以及量子光学的发展。

李鑫[9](2020)在《温度补偿型半导体应变计研制》文中认为高超声速风洞是开展现代空气动力学研究最基础、最重要的地面模拟设备,广泛应用于航天航空,军事武器等领域的产品研发。而应变计是进行高超声速风洞实验时,用于检测作用于飞行器模型受力的应力天平的核心元件。现今,随着高超声速技术的快速发展,传统的金属箔式应变计因灵敏度低不能满足需求,需要研制一种具有更高精准度的应变计。扩散型半导体应变计是基于压阻效应而制成的一类传感器,具有灵敏度高、线性度大、迟滞性低、蠕变性小、体积小和耗电小等优点,广泛应用于各类机械量的测试。然而,半导体应变计对温度敏感,制约其在高超声速风洞实验中的应用。因此,为了充分利用半导体应变计优异特性,本文进行了温度补偿型半导体应变计的设计与验证。(1)通过理论分析,从材料选择、电阻设计和压敏电阻布局三个方面进行了温度补偿型半导体应变计的设计;仿真结果表明,基于硅材料和蛇形布局设计的温度补偿型应变计具有高的灵敏度、高的线性度和良好温度补偿特性。(2)采用先进的集成电路工艺完成了对设计的温度补偿型半导体应变计的流片。电阻一致性测试显示,半导体应变计片内电阻间相对偏差低于1.24%,具有良好一致性,灵敏度和线性度可分别达到71和-0.026%FS。(3)研究了粘贴胶和试件对半导体应变计性能影响,提出了半导体应变计通过串联NTC电阻进行灵敏度温度补偿,测试并对比分析了半导体应变计串联NTC电阻前后性能变化。结果表明,本文研制的温度补偿型半导体应变计具有优异的灵敏度补偿性能;在20-80℃温度区间,灵敏度保持在50±1范围内。(4)研制的温度补偿型半导体应变计成功应用于三分量杆式应变天平,静态校准结果显示:三分量杆式应变天平的各分量准度优于0.28%,重复性精度优于0.15%。静态校准结果表明,粘贴本文研制的半导体应变计的三分量杆式应变天平可有效测量飞行器模型的气动载荷。

刘旺旺[10](2020)在《有机分子聚集激光研究》文中研究说明微型化是激光技术发展的重要方向。有机微纳激光具有柔性易加工、激发态可控等优点,在化学、生物和光信息处理等应用领域备受关注。本论文基于“聚集激光”概念,以有机分子作为范例,通过调控聚集的方式、路径,实现了有机微纳激光的性能调控和动态感知。聚集激光是指通过聚集作用,使不发光或发光效率低的增益材料在聚集过程中发光效率显着增加,转变为高光学增益的激光介质,同时聚集过程中形成谐振腔,在泵浦作用下实现激光出射。论文围绕聚集激光的实现、性能优化与调控、传感应用等开展研究,取得的主要成果如下:1. 基于聚集激光概念,探索了低阈值、高Q值的聚集激光的多种实现方式,即液相自组装、光固化和分子自聚集。利用聚集过程中范德华力作用下分子运动受限导致发光增强的机理,以四苯基乙烯-氟化硼二吡咯(TPE-BODIPY)和苯并噻二唑修饰的乙烯氰基衍生物(BPMT)分子聚集为例,实现了液相自组装的聚集激光。TPE-BODIPY分子在聚集后发光强度提高7倍;聚集的微球在激光泵浦下实现了阈值为0.266 MW cm-2、Q值为3090的激光发射。BPMT分子在聚集后,同时实现发光增强和谐振腔自发形成,实现了阈值为17.1 k W cm-2、Q值约4000的深红-近红外(745 nm)聚集激光。在光固化实现聚集激光方案中,TPE-BODIPY分子在光固化后发光强度增加15倍,形成高增益的激光材料;同时由于光固化作用聚集形成微柱腔,在激光泵浦下实现了阈值为28.8k W cm-2、Q值为2300的激光输出。利用发光分子在聚集过程中产生新的激发态能级和激光谐振腔,同时相应的发光效率显着增加,从而实现了基于分子自聚集的激光。聚集过程中,高度极化的3-(N,N-二苯基胺)-11-氮杂苯并蒽酮(CNDPA)分子自发地从溶液聚集到聚合物微球中,CNDPA分子内电子给体和电子受体之间的轨道交叉角度减小,其发光效率从0.5%迅速增大至38%,实现了低阈值(3.0 k W cm-2)、高Q值(~4200)的深红-近红外聚集激光。2. 聚集激光性能优化,实现了高掺杂浓度、高光稳定性、单纵模发射的高品质有机微纳激光。通过有机分子结构设计与聚集程度优化,获得了两类高掺杂与高光稳定性的聚集激光,其中黄绿光聚集激光的掺杂浓度超过10 wt%、光稳定性大于5.4×104脉冲数;深红-近红外聚集激光的掺杂浓度超过22 wt%、光稳定性大于107脉冲。此外,发展了具有高稳定性、可大规模制备微纳尺度单纵模激光的新方法:通过聚集过程中引入腔内损耗,实现了低阈值(2.08 k W cm-2)、高边模抑制比(20.3 d B)的单纵模聚集激光;利用结构光纤作为聚集模板,实现了边模抑制比为22.9 d B,中心波长位于735.6 nm的单纵模聚集激光,克服了微纳操作制备耦合腔中重复性与稳定性差的缺点。3. 聚集激光性能调控,制备了波长大于700 nm的可调谐微纳激光。利用CNDPA中氮原子与溶液中氢质子的可逆氢键相互作用,导致聚集过程中的CNDPA构象变化,激发态分子驰豫到能量更低的扭曲的分子内电荷转移(TICT)态,激射波长发生显着的红移(从720 nm改变为760 nm),实现了近红外波长可调谐的聚集激光。通过温度调制有机分子聚集过程中的弱相互作用,从而显着改变增益介质的折射率,实现了波长从737.3 nm到739.7 nm连续可调的单纵模可调谐聚集激光。4. 基于微纳尺度下聚集微腔的高灵敏响应特性,探索了聚集激光在高灵敏度的化学传感、温湿度传感等方面的应用。利用溶液中过氧化氢(H2O2)与聚合物分子的吸附作用,导致聚集激光的腔长发生变化,激光波长随H2O2浓度增大而发生线性红移,实现了溶液中H2O2浓度的传感检测,相应的探测灵敏度为5.06 wt%nm-1。利用温度调节聚集微腔的折射率变化,实验得到了激光发射波长与温度变化的对应关系,实现了灵敏度为-0.14 nm K-1的单纵模温度传感。利用湿度对聚集的影响,基于BPMT分子的自组装微半球谐振腔,制备得到了灵敏度为37.3 pm(%RH)-1的湿度传感器。

二、基于半导体材料的新型光纤温度传感器(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、基于半导体材料的新型光纤温度传感器(论文提纲范文)

(1)基于ZnO@Gr温敏材料的电缆光纤温度传感特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 ZnO@Gr复合材料的研究现状
        1.2.1 ZnO纳米材料的性质及应用
        1.2.2 ZnO@Gr纳米材料的性质及应用
    1.3 电缆光纤温度传感器的研究进展
    1.4 论文的研究内容
第2章 ZnO@Gr复合材料的光纤温度传感特性研究
    2.1 ZnO@Gr复合材料对温度敏感特性的分析
    2.2 光纤倏逝场研究
    2.3 七芯光纤模式干涉研究
    2.4 电缆模型的建立及电缆温度场影响因素的分析
        2.4.1 电缆温度场计算方程
        2.4.2 模型建立与结构优化
        2.4.3 环境因素对电缆导体温度场分布的影响
    2.5 本章小结
第3章 不同光纤传感结构的温度传感特性测试
    3.1 SMS结构光纤传感单元的制备
    3.2 M-TSc-M结构光纤传感单元的制备
    3.3 实验设计与系统搭建
    3.4 实验结果分析
    3.5 本章小结
第4章 ZnO@Gr复合材料的温度传感特性
    4.1 M-TSc-M/锥状ZnO@Gr复合材料的温度传感实验
        4.1.1 锥状ZnO@Gr复合材料的制备与表征
        4.1.2 M-TSc-M/锥状ZnO@Gr传感单元的制备
        4.1.3 实验结果分析
    4.2 M-TSc-M/粒状ZnO@Gr复合材料的温度传感实验
        4.2.1 粒状ZnO@Gr复合材料的制备与表征
        4.2.2 M-TSc-M/粒状ZnO@Gr传感单元的制备
        4.2.3 实验结果分析
    4.3 M-TSc-M/片状ZnO@Gr复合材料的温度传感实验
        4.3.1 片状ZnO@Gr复合材料的制备与表征
        4.3.2 M-TSc-M/片状ZnO@Gr传感单元的制备
        4.3.3 M-TSc-M/片状ZnO@Gr温度传感实验
    4.4 传感器稳定性探究
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢

(2)表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 半导体激光器的应用与发展历程
        1.1.1 半导体激光器的应用
        1.1.2 半导体激光器的发展历程
    1.2 增益耦合分布反馈半导体激光器的研究进展
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
    1.3 本论文主要研究内容
第2章 半导体激光器理论与分析
    2.1 半导体激光器的工作原理
        2.1.1 增益介质内部的粒子数反转与光增益
        2.1.2 电泵浦与光泵浦
        2.1.3 光学谐振腔
    2.2 半导体激光器的基本特性
        2.2.1 光电特性
        2.2.2 光谱特性
        2.2.3 空间模式特性
        2.2.4 温度特性
        2.2.5 调制特性
        2.2.6 退化与灾变特性
    2.3 增益耦合分布反馈半导体激光器的原理
        2.3.1 半导体激光器的模式特征
        2.3.2 耦合模理论
    2.4 本章小结
第3章 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器的制备与封装
    3.1 半导体激光器制备技术
        3.1.1 半导体材料外延生长技术
        3.1.2 光刻技术
        3.1.3 材料刻蚀技术
        3.1.4 介质薄膜生长技术
        3.1.5 欧姆电极制备技术
        3.1.6 腔面薄膜生长技术
    3.2 半导体激光器的解理与封装
        3.2.1 半导体激光器的解理
        3.2.2 半导体激光器的封装
    3.3 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器制备流程
    3.4 本章小结
第4章 周期性电注入1045 nm纯增益耦合半导体激光器
    4.1 引言
    4.2 结构设计
    4.3 器件制备与封装
    4.4 实验结果与分析
    4.5 本章小结
第5章 基于倾斜波导的795 nm增益耦合半导体激光器
    5.1 引言
    5.2 器件结构与制作步骤
    5.3 实验结果与分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 本文结论
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(3)In2O3基纳米材料制备及光、气敏性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究前言
    1.2 气敏传感器概述
        1.2.1 气敏传感器研究背景
        1.2.2 气敏传感器分类
        1.2.3 气敏传感材料
    1.3 紫外光敏传感器概述
        1.3.1 紫外光敏传感器研究背景
        1.3.2 紫外光敏传感器分类
        1.3.3 紫外光敏传感材料
    1.4 In_2O_3基纳米材料在传感方面的应用
        1.4.1 In_2O_3基纳米材料概述
        1.4.2 In_2O_3基纳米材料在气敏传感器中的应用
        1.4.3 In_2O_3基纳米材料在光敏传感器中的应用
    1.5 研究目的及意义
        1.5.1 In_2O_3气敏传感器的研究目的及意义
        1.5.2 In_2O_3基紫外光敏传感器的研究目的及意义
    1.6 本课题研究的主要内容
2 实验方法与研究过程
    2.1 实验材料及仪器
        2.1.1 实验药品
        2.1.2 实验设备
    2.2 研究方法及技术路线
    2.3 材料的制备方法
        2.3.1 In_2O_3气敏材料的制备方法
        2.3.2 In_2O_3光敏材料的制备方法
        2.3.3 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的制备方法
    2.4 样品表征仪器
        2.4.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.4.2 扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)
        2.4.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.4.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.4.5 全自动快速比表面积仪(BET)
        2.4.6 傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)
        2.4.7 紫外可见光分光光度计(UV-Vis)
        2.4.8 荧光分光光度计(PL)
        2.4.9 拉曼光谱分析仪(Raman)
        2.4.10 智能气敏分析系统
3 In_2O_3气敏传感器的制备表征及气敏性能分析
    3.1 引言
    3.2 结构表征
        3.2.1 In_2O_3气敏材料的XRD分析
        3.2.2 In_2O_3气敏材料的SEM分析
        3.2.3 In_2O_3气敏材料的TEM分析
        3.2.4 In_2O_3气敏材料的BET-BJH分析
        3.2.5 In_2O_3气敏材料的XPS分析
        3.2.6 In_2O_3气敏材料的FT-IR分析
    3.3 生长机理
    3.4 气敏性能分析
    3.5 气敏机理分析
    3.6 本章小结
4 In_2O_3光敏传感器的制备表征及光敏性能分析
    4.1 引言
    4.2 结构表征
        4.2.1 In_2O_3光敏材料的XRD分析
        4.2.2 In_2O_3光敏材料的SEM分析
        4.2.3 In_2O_3光敏材料的XPS分析
        4.2.4 In_2O_3光敏材料的FT-IR分析
        4.2.5 In_2O_3光敏材料的Raman分析
        4.2.6 In_2O_3光敏材料的UV-Vis分析
        4.2.7 In_2O_3光敏材料的PL分析
    4.3 光敏性能分析
    4.4 光敏机理分析
    4.5 本章小结
5 In_2O_3-ZnO光敏传感器的制备表征及光敏性能分析
    5.1 引言
    5.2 结构表征
        5.2.1 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的XRD分析
        5.2.2 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的SEM分析
        5.2.3 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的XPS分析
        5.2.4 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的FT-IR分析
        5.2.5 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的Raman分析
        5.2.6 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的UV-Vis分析
        5.2.7 In_2O_3-ZnO光敏复合材料的PL分析
    5.3 生长机理
    5.4 光敏性能分析
    5.5 光敏机理分析
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本文创新点
    6.3 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(4)基于氢敏光纤Bragg光栅的TiO2薄膜电极光电催化产氢性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 概述
    1.2 TiO_2 光电催化产氢
        1.2.1 TiO_2能带结构及基本性质
        1.2.2 光电催化分解水产氢原理
    1.3 氢气在线检测技术研究现状
        1.3.1 电学氢气传感检测技术
        1.3.2 光纤氢气传感检测技术
        1.3.3 氢敏材料及存在的问题
    1.4 课题研究内容及意义
        1.4.1 已有研究工作的不足
        1.4.2 本文主要工作
        1.4.3 课题研究意义
2 氢敏光纤Bragg光栅传感器研究
    2.1 引言
    2.2 传感器制备
        2.2.1 实验材料与仪器
        2.2.2 传感器的制备
    2.3 传感器结构,检测原理及测量系统
        2.3.1 传感器结构及测量原理
        2.3.2 传感器测量系统
        2.3.3 材料表征方法
    2.4 传感器结构参数及还原剂对氢敏性能的影响
        2.4.1 聚多巴胺厚度对FBG氢气传感器性能影响
        2.4.2 还原剂种类对FBG氢气传感器性能影响
        2.4.3 钯膜厚度对FBG氢气传感器性能影响
    2.5 不同温度和湿度条件下传感器氢敏响应特性
        2.5.1 不同温度环境下传感器氢敏响应特性
        2.5.2 不同湿度环境下传感器氢敏响应特性
    2.6 本章小结
3 TiO_2光电催化产氢电极及性能测试
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料与仪器
        3.2.2 光电极的制备
        3.2.3 材料测试与表征方法
        3.2.4 光电化学性能测试
    3.3 材料表征及光电化学性能测试结果
        3.3.1 SEM-EDS
        3.3.2 XRD-XPS
        3.3.3 光电化学性能测试结果
    3.4 本章小结
4 TiO_2光电催化产氢反应器及在线测量系统
    4.1 引言
    4.2 反应器系统及在线测量系统
        4.2.1 反应器系统
        4.2.2 在线测量系统
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 温度补偿光纤标定情况
        4.3.2 氢敏FBG标定情况
        4.3.3 产氢过程传感器的响应特性
    4.4 本章小结
5 结论及展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

(5)近红外波段聚合物基微环谐振器的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 常见光波导材料与结构
    1.2 聚合物光子材料及其优点
    1.3 聚合物基光波导器件制备工艺
    1.4 微环谐振器的应用及发展现状
    1.5 本文主要研究思路与内容
2 光波导理论
    2.1 引言
    2.2 光波导模式理论分析
        2.2.1 几何光学
        2.2.2 波动光学
    2.3 波导形状
    2.4 平板波导
    2.5 条形波导
    2.6 多模干涉耦合基本原理
    2.7 MMI耦合的应用
    2.8 本章小结
3 890 nm波段聚合物基多模干涉微环谐振器的设计与制备
    3.1 引言
    3.2 微环谐振器的基本理论
        3.2.1 微环谐振器的传输函数
        3.2.2 微环谐振器的基本参量
    3.3 聚合物基MMI微环谐振器的设计
        3.3.1 波导横截面尺寸
        3.3.2 弯曲损耗的计算
        3.3.3 多模干涉耦合区的优化设计
    3.4 母版模的制备
    3.5 PFPE软模具与Ormocore光波导的制备
    3.6 压印过程中的关键问题
        3.6.1 有效控制残留层问题
        3.6.2 压印工艺的优化
    3.7 聚合物基微环谐振器的性能测试及分析
    3.8 本章小结
4 聚合物基狭缝波导微环谐振器的研究
    4.1 引言
    4.2 狭缝波导的结构和光场分布
    4.3 狭缝波导微环传感器的结构
        4.3.1 传感机理:均一传感和表面传感
        4.3.2 光子生化传感器的灵敏度和探测极限
    4.4 狭缝波导的模拟与优化
        4.4.1 狭缝波导的单模条件
        4.4.2 传感灵敏度的计算
        4.4.3 非对称狭缝波导的设计
        4.4.4 模式转换
        4.4.5 耦合效率的计算
        4.4.6 模拟结果及分析
    4.5 聚合物狭缝波导的制备
        4.5.1 母版模的制备
        4.5.2 软模具的制备
        4.5.3 狭缝波导的制备
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介

(6)可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 可见光通信技术研究背景
        1.1.1 可见光通信与LED
        1.1.2 可见光通信系统组成
    1.2 可见光通信的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 集成可见光通信的研究现状
    1.3 集成可见光通信的研究意义及挑战
    1.4 论文研究内容及结构安排
第2章 可见光通信系统光源的研究
    2.1 LED发光的理论基础
        2.1.1 LED发光原理
        2.1.2 LED常见制备材料
        2.1.3 LED电光特性
    2.2 CMOS Si-LED的研究
        2.2.1 CMOS Si-LED的研究意义
        2.2.2 高光功率密度的CMOS Si-LED的研究
        2.2.3 基于CMOS多晶硅LED的片上可见光光互连系统
    2.3 可见光通信系统光源对比与分析
    2.4 小结
第3章 可见光通信彩色光电探测器芯片的设计与测试
    3.1 引言
    3.2 硅基标准CMOS光电探测器
        3.2.1 光电探测器的主要性能参数
        3.2.2 常见的标准CMOS光电探测器
    3.3 导模共振效应
    3.4 彩色光电探测器芯片设计
    3.5 彩色光电探测器芯片测试
    3.6 性能对比
    3.7 小结
第4章 可见光全差分OEIC光接收机芯片的设计
    4.1 引言
    4.2 OEIC光接收机基础理论
        4.2.1 光接收机的性能指标
        4.2.2 标准CMOS光接收机电路
        4.2.3 光接收机的带宽拓展技术
    4.3 全差分OEIC光接收机的光电探测器设计
        4.3.1 光电探测器带宽提高技术和光谱响应分析
        4.3.2 全差分光电探测器设计
    4.4 全差分OEIC光接收机的电路设计
        4.4.1 差分跨阻放大器
        4.4.2 均衡器
        4.4.3 差分限幅放大器
        4.4.4 50Ω输出缓冲级
    4.5 仿真结果
    4.6 小结
第5章 可见光差分OEIC光接收机芯片的测试
    5.1 可见光光接收机测试方法
        5.1.1 可见光OEIC光接收机频率响应测试方法
        5.1.2 可见光OEIC光接收机数据传输速率和误码率测试方法
    5.2 伪差分OEIC光接收机芯片测试
    5.3 全差分OEIC光接收机芯片测试
    5.4 伪差分与全差分光接收机的性能对比与分析
    5.5 集成可见光接收机芯片的性能对比
    5.6 小结
第6章 可见光通信光电双控负阻芯片的设计与测试
    6.1 引言
    6.2 负阻直流参数
    6.3 负阻芯片结构及工作原理
        6.3.1 器件结构
        6.3.2 工作原理
    6.4 负阻芯片测试结果与分析
        6.4.1 电压控制负阻特性
        6.4.2 光控负阻特性
        6.4.3 光控器件的S型负阻特性
    6.5 性能对比
    6.6 小结
第7章 总结与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(7)太赫兹激光作用下新型电子材料的光电及磁光电物理特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 太赫兹简介
        1.1.1 太赫兹的产生
        1.1.2 太赫兹的探测
        1.1.3 太赫兹的应用
    1.2 二硫化钼的基本性质
        1.2.1 二硫化钼的结构和性质
        1.2.2 二硫化钼的应用
        1.2.3 单层二硫化钼的制备
    1.3 锑化镓的基本性质
        1.3.1 锑化镓的晶体结构
        1.3.2 锑化镓的特性及应用
        1.3.3 锑化镓的制备及表征
        1.3.4 锑化物的发展现状
    1.4 石墨烯的基本性质
        1.4.1 石墨烯的结构和能带特性
        1.4.2 石墨烯的制备和表征
        1.4.3 石墨烯的应用
    1.5 本论文的研究内容和意义
第二章 强场磁光太赫兹时域光谱系统
    2.1 太赫兹时域光谱系统
        2.1.1 自由空间太赫兹时域光谱系统
        2.1.2 光纤太赫兹时域光谱系统
        2.1.3 强场磁光太赫兹时域光谱系统
    2.2 系统控制及测量软件
    2.3 数据分析方法
        2.3.1 零磁场
        2.3.2 非零磁场
    2.4 太赫兹光谱应用实例
    2.5 本章小结
第三章 衬底诱导的单层二硫化钼电子局域化效应的研究
    3.1 引言
    3.2 样品制备和表征
        3.2.1 样品制备
        3.2.2 光学显微照片
        3.2.3 拉曼光谱
    3.3 太赫兹时域透射实验
        3.3.1 透射太赫兹电场时域谱和频谱
        3.3.2 太赫兹时域光谱中的参数提取
        3.3.3 太赫兹时域光谱测量结果及分析
    3.4 傅里叶变换光谱仪透射实验
    3.5 讨论与分析
    3.6 本章小结
第四章 中国太赫兹自由电子激光实现的单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测的研究
    4.1 引言
    4.2 太赫兹自由电子激光简介
    4.3 泵浦探测类型及原理
        4.3.1 光泵浦—太赫兹探测
        4.3.2 太赫兹泵浦—太赫兹探测
        4.3.3 光泵浦—光探测
        4.3.4 太赫兹泵浦—光探测
    4.4 单色皮秒太赫兹泵浦—皮秒探测实验系统
        4.4.1 皮秒THz脉冲的灵敏探测
        4.4.2 测试光路系统的搭建
    4.5 锑化镓样品的实验测量及分析
    4.6 本章小结
第五章 石墨烯太赫兹磁光特性和中红外透射特性研究
    5.1 石墨烯太赫兹磁光特性研究
        5.1.1 引言
        5.1.2 低温石墨烯太赫兹磁光特性测量
    5.2 石墨烯中红外透射特性研究
        5.2.1 傅里叶光谱仪简介
        5.2.2 光谱仪组成部分及其应用
        5.2.3 单层、双层和三层石墨烯的中红外透射特性
    5.3 本章小结
第六章 全文总结与研究展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

(8)基于甲氨基卤化物钙钛矿的片上集成光器件研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 钙钛矿片上集成器件的发展概况
        1.2.1 钙钛矿材料性质及其光学应用发展
        1.2.2 钙钛矿片上集成的研究理念
        1.2.3 钙钛矿激光研究现状
        1.2.4 钙钛矿光电探测器研究及应用前景
        1.2.5 涡旋激光在片上集成中的进展
    1.3 现有研究结果的不足
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 甲氨基卤化物钙钛矿的光集成
    2.1 引言
    2.2 甲基氨基卤化铅钙钛矿及其制备加工
        2.2.1 甲基氨基卤化铅钙钛矿的生长及半导体性质
        2.2.2 甲基氨基卤化铅钙钛矿材料的光学性质
        2.2.3 甲基氨基卤化铅钙钛矿与传统半导体工艺兼容性
    2.3 钙钛矿光电探测器工作机理
        2.3.1 工作机理
        2.3.2 光电探测器的暗电流
        2.3.3 光电探测器性能的关键参数
    2.4 钙钛矿集成涡旋激光源
        2.4.1 光学涡旋的奇点和拓扑荷数
        2.4.2 具有特定轨道角动量的涡旋光
    2.5 本章小结
第3章 钙钛矿微盘激光器的制备和表征
    3.1 引言
    3.2 钙钛矿可调集成激光器
        3.2.1 波长可调钙钛矿微盘激光器的设计
        3.2.2 可调钙钛矿激光器性能表征
        3.2.3 可调机理分析及讨论
    3.3 钙钛矿的自上而下的刻蚀制备技术
        3.3.1 刻蚀钙钛矿样品的制备流程
        3.3.2 样品的光学测量表征
    3.4 圆盘钙钛矿激光器的激光性质
        3.4.1 不同尺寸钙钛矿微盘表现的激光性质
        3.4.2 自上而下刻蚀钙钛矿微盘激光器的可重复性
        3.4.3 具有单向出射性的微盘激光器
        3.4.4 制备特殊形状钙钛矿结构
        3.4.5 利用刻蚀钙钛矿结构对光电探测器的探索
    3.5 本章小结
第4章 钙钛矿涡旋片上激光光源
    4.1 引言
    4.2 涡旋激光的片上钙钛矿器件设计和制备
        4.2.1 钙钛矿涡旋激光器设计
        4.2.2 钙钛矿薄膜的制备及图案化器件加工
        4.2.3 激光性能验证和器件制备工艺
    4.3 钙钛矿涡旋片上激光器
        4.3.1 垂直腔面发射激光
        4.3.2 具有不同拓扑荷数的涡旋片上激光器
    4.4 本章小结
第5章 片上集成钙钛矿光电探测器
    5.1 引言
    5.2 集成钙钛矿光电探测器的设计
    5.3 集成钙钛矿光电探测器的制备及性能参数
        5.3.1 光电探测器的制备
        5.3.2 光电探测器的光电性能参数
    5.4 集成钙钛矿光电探测器的纳米颗粒检测
        5.4.1 钙钛矿光电探测器的微小颗粒探测
        5.4.2 钙钛矿光电探测器的实时探测
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历

(9)温度补偿型半导体应变计研制(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景及意义
    1.2 应变天平应变计分类
        1.2.1 金属箔式应变计
        1.2.2 光纤应变计
        1.2.3 半导体应变计
    1.3 温度补偿方法概述
        1.3.1 引起温度漂移的原因
        1.3.2 温度补偿方法
    1.4 研究内容及结构安排
第二章 半导体应变计理论基础
    2.1 半导体的压阻效应
        2.1.1 压阻效应
        2.1.2 压阻系数
    2.2 半导体应变计的工作原理
    2.3 性能指标
        2.3.1 灵敏度
        2.3.2 线性度
        2.3.3 迟滞性
        2.3.4 重复性
        2.3.5 零点温漂
    2.4 本章小结
第三章 温度补偿型半导体应变计设计与仿真
    3.1 仿真软件简介
    3.2 温度补偿型半导体应变计设计
        3.2.1 材料选择
        3.2.2 电阻设计
        3.2.3 压敏电阻布局
    3.3 温度补偿型半导体应变计仿真
        3.3.1 材料参数
        3.3.2 半导体应变计温度仿真
        3.3.3 半导体应变计应力加载仿真
    3.4 本章小结
第四章 半导体应变计工艺与测试
    4.1 半导体应变计工艺流程
    4.2 半导体应变计版图设计
    4.3 半导体应变计测试
        4.3.1 电阻一致性测试
        4.3.2 粘贴胶及粘贴工艺
        4.3.3 性能测试
    4.4 灵敏度温度补偿
        4.4.1 补偿电阻研究
        4.4.2 灵敏度温度补偿后性能测试
    4.5 本章小结
第五章 半导体应变计在应变天平上应用
    5.1 应变天平简介
    5.2 应变天平粘贴
    5.3 应变天平静态校准
        5.3.1 单元校准
        5.3.2 多元校准
        5.3.3 重复性校准
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果与参与项目

(10)有机分子聚集激光研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 有机微纳激光
    1.3 有机微纳激光研究进展
        1.3.1 低阈值有机微纳激光
        1.3.2 高品质有机微纳激光
        1.3.3 波长可调谐的有机微纳激光
        1.3.4 高灵敏的有机微纳激光传感应用
    1.4 目前存在的主要问题
    1.5 本论文主要研究内容
        1.5.1 本论文的研究目的及意义
        1.5.2 本论文的主要研究工作
第二章 聚集激光的初步实现
    2.1 聚集激光
    2.2 基于TPE-BODIPY的自组装聚集激光实现
        2.2.1 TPE-BODIPY的聚集性质
        2.2.2 自组装聚集激光的实现
    2.3 基于BPMT的自组装聚集激光实现
        2.3.1 BPMT的光物理性质
        2.3.2 自组装聚集激光的实现
    2.4 本章小结
第三章 低阈值聚集激光的实现
    3.1 引言
    3.2 基于光固化的低阈值聚集激光实现
        3.2.1 基于光固化聚集过程的发光增强
        3.2.2 基于光固化的聚集激光实现
    3.3 基于分子自聚集的低阈值聚集激光实现
        3.3.1 CNDPA的光物理性质
        3.3.2 基于界面张力的光学微腔实现
        3.3.3 基于分子自聚集的聚集激光实现
    3.4 本章小结
第四章 聚集激光的性能优化
    4.1 引言
    4.2 高掺杂与高光稳定性的聚集激光实现
        4.2.1 基于TPE-BODIPY的高掺杂与高光稳定性聚集激光
        4.2.2 基于CNDPA-C12的高掺杂与高光稳定性聚集激光
    4.3 单纵模聚集激光的实现
        4.3.1 基于损耗型微腔的单纵模聚集激光
        4.3.2 基于耦合腔的单纵模聚集激光
    4.4 本章小结
第五章 聚集激光的性能调控
    5.1 引言
    5.2 基于质子化控制的波长可调谐聚集激光
        5.2.1 基于质子化CNDPA的聚集激光实现
        5.2.2 近红外波长可调谐的聚集激光
    5.3 基于温度场控制的单纵模可调谐聚集激光
    5.4 本章小结
第六章 聚集激光的传感应用
    6.1 引言
    6.2 基于自组装聚集激光的H2O2传感应用
    6.3 基于聚集激光的温度传感
        6.3.1 多模温度传感
        6.3.2 单纵模温度传感
    6.4 基于微半球聚集激光的湿度传感应用
    6.5 本章小结
结论与展望
附录
参考文献
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

四、基于半导体材料的新型光纤温度传感器(论文参考文献)

  • [1]基于ZnO@Gr温敏材料的电缆光纤温度传感特性研究[D]. 杨添宇. 哈尔滨理工大学, 2021(02)
  • [2]表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究[D]. 马德正. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
  • [3]In2O3基纳米材料制备及光、气敏性能研究[D]. 刘楠. 西安工业大学, 2021
  • [4]基于氢敏光纤Bragg光栅的TiO2薄膜电极光电催化产氢性能研究[D]. 辛鑫. 重庆理工大学, 2021
  • [5]近红外波段聚合物基微环谐振器的研究[D]. 吕桓林. 大连理工大学, 2020(07)
  • [6]可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究[D]. 丛佳. 天津大学, 2020(01)
  • [7]太赫兹激光作用下新型电子材料的光电及磁光电物理特性研究[D]. 王超. 中国科学技术大学, 2020(01)
  • [8]基于甲氨基卤化物钙钛矿的片上集成光器件研究[D]. 孙文钊. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
  • [9]温度补偿型半导体应变计研制[D]. 李鑫. 电子科技大学, 2020(01)
  • [10]有机分子聚集激光研究[D]. 刘旺旺. 华南理工大学, 2020(01)

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一种基于半导体材料的新型光纤温度传感器
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