摘要：铈(Ce)离子的价态转变往往伴随着氧的储存与释放以及氧空位(Ov)的形成与迁移,因此二氧化铈(CeO_(2))材料被广泛地应用于汽车尾气处理、固态燃料电池、催化等领域。其中铈离子可逆的价态转变(Ce^(4+)■Ce^(3+))是二氧化铈材料发挥其优异性能的关键。在当下中国社会加速实现“双碳”目标的国家战略之下,二氧化铈材料在能源和催化等领域将有着更广阔的应用前景。已有众多研究者借助表界面催化、纳米技术和先进的球差校正扫描透射电子显微学(AC-STEM)等技术,设计与合成结构合理且性能优良的二氧化铈纳米催化剂,并从超微观角度出发对其原子结构、离子价态、化学成分等物理化学性质进行了深入的分析与研究。基于此,综述了近些年来二氧化铈纳米催化剂的可控合成、晶面调控与生长、自组装、功能性掺杂等方面的最新研究进展,深入讨论了其原子结构、化学成分和物理化学性质之间的关系,建立了纳米催化剂的超微观构效关系,为设计合成多组分、多维度、高性能的二氧化铈纳米催化剂提供可靠的实验数据和有力的理论指导。

摘要：理解电极材料的微观电化学行为、微观结构演变和反应机理,对开发高性能电化学储能材料具有重要意义,并有望为优化高性能电化学储能器件的设计提供帮助。在透射电子显微镜(TEM)中构建微型电池,可以直接观察在电池工作状态下电极材料的形貌、成分和微观结构演变,从动力学角度理解电极材料转化和存储的过程和机制,构建电极材料微观结构-宏观性能的构效关系。综述了近年来利用原位TEM研究锂离子电池重要电极材料、锂硫电池和锂-空气电池的最新研究进展,讨论并展望了原位TEM技术在电化学储能领域的未来发展趋势。原位TEM技术对于研究理解在电池工作状态下电极材料的电化学反应行为和机理具有重要的价值,对于深入理解电池失效过程和设计高性能电池具有重要的指导意义。

摘要：大功率半导体激光器是现代激光加工设备、激光再制造设备、激光医疗、激光显示以及国防设备中重要的关键基础元器件和核心组件,在工业和国防等领域有着广泛的应用。提高半导体激光器的输出功率首先需要确定影响功率输出的因素,然后通过优化外延材料、芯片结构和制备工艺来解决这些问题。因此,对大功率半导体激光器输出功率影响因素的研究具有重要的意义。基于此,主要对限制GaAs基大功率半导体激光器输出功率的因素进行了综述,总结了近几年GaAs基大功率半导体激光器在腔面灾变、载流子泄漏、双光子吸收以及纵向空间烧孔方面的研究进展,这对进一步提高半导体激光器的输出功率、优化半导体激光器的结构设计、改进外延材料的质量以及提高材料的外延技术具有重要意义。

摘要：垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低损耗、光束质量好、光纤耦合效率高、调制速率高且易于与其他光电子器件集成等优势,在光互连、光存储、高速传输和通讯等领域得到了迅猛发展。随着大数据时代的到来,对建立高带宽、低损耗的高速光通讯网络提出了更高的要求。因此,近年来VCSEL在面向高速数据通讯中提高调制速率、降低能量损耗等方面得到了广泛的研究。首先介绍了用于短距离数据通讯中的近红外波段850和980 nm VCSEL器件的基本结构,然后从高速性能的影响因素出发对其进行合理的理论设计,综述了近年来850和980 nm VCSEL高速性能的研究进展,最后展望了VCSEL在未来数据通讯领域的发展趋势。

摘要：设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构,通过调节组分参数实现应变补偿,使DBR整体应变为0,采用传输矩阵法,计算了Al_(0.7)Ga_(0.3-x)In x N/InGaN DBR、Al_(0.8)Ga_(0.2-x)In x N/InGaN DBR、Al_(0.9)Ga_(0.1-x)In x N/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比,优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序,发现对于Al_(0.8)Ga_(0.14)In_(0.06)N/In_(0.123)Ga_(0.877)N DBR,先生长高折射率层时,反射率高达99.61%,而先生长低折射率层时,反射率仅为97.73%;然后对比奇数层DBR和偶数层DBR,发现两者的反射谱几乎重合,没有显著区别;通过研究DBR对数对反射率的影响,发现对数在20~30对时,反射率随着对数的增加明显上升,30~40对时反射率增长缓慢;最后研究了材料组分对反射谱的影响,发现Al组分高的DBR折射率差大,反射性能更优,而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差,模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化,发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm,反射谱红移或蓝移4~5 nm;而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。

摘要：研究了一维TiO_(2)亚波长光栅(SWG)的衍射异常现象,具体表现为泄漏模共振效应和瑞利异常。研究表明,一定参数条件下的横磁波(TM偏振)和横电波(TE偏振)入射均会出现瑞利异常和泄漏模共振效应。在TM偏振光情况下,会出现传统的窄带、高衍射效率泄漏模共振效应,而在TE偏振光情况下,由于多个接近的泄漏模共振峰相互叠加,故会形成宽带、高衍射效率的反射谱。采用严格耦合波理论计算了一维TiO_(2)SWG的衍射效率,研究了光栅周期、高度和占空比对光栅反射率的影响。当光栅周期为0.49μm,高度为0.25μm,占空比为0.34时,SWG具有TE偏振选择性,在0.52μm波段处的反射率接近1,且高反带(反射率达到99.9%以上)宽度为26 nm。优化各结构参数,得到光栅周期、占空比、高度的制作容差分别为1.6%、8.3%、2.0%,故SWG理论上可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜。

摘要：氮化镓(GaN)基微纳米结构生长技术的成熟为微纳级GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制备提供了新的途径。本文设计了基于GaN基轴向异质结微纳米柱的微纳级VCSEL结构,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N/In_(0.2)Ga_(0.8)N应变补偿结构作为上下分布式布拉格反射镜(DBR),其中Al_(0.8)Ga_(0.2)N层的Al组分远高于传统结构中的电子阻挡层(EBL),能够更好地起到电子阻挡的作用。本文使用商用软件PICS3D构建了电子阻挡层处于不同位置的VCSEL数理模型,并进行数值模拟计算,探索和分析物理机理,解释了不同位置EBL对空穴注入效率的影响。结果表明,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N与In_(0.2)Ga_(0.8)N组成的应变补偿DBR可以更好地提高空穴注入效率,优化器件光电性能。

摘要：本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构,研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明,随着势垒层厚度的逐渐增大,两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓,当达到40 nm后,由于表面态电子完全发射,2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加,极化效应逐渐增强,使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时,两者在异质界面处电势差增大,势阱加深,束缚电子能力加强,最终导致2DEG浓度逐渐增加,当掺杂浓度增加到2.0×10^(18)cm^(-3)后,2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比,纳米线结构可以实现更高的Al组分,在高Al组分之下,2DEG面密度最高可达5.13×10^(13)cm^(-2),相比于平面结构有较大的提高。

摘要：高功率GaN基激光二极管外延结构理论仿真对提高GaN基激光二极管的光电性能具有重要的指导意义。设计了一种n侧双波导结构的绿光激光二极管外延结构,讨论了激光器外延结构中n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分对其光电性能的影响,揭示了n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层对激光二极管光电性能的影响机制。通过调控n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分,调控外延层中的光场分布,使光场发生了偏移。结果表明,当n侧In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分最佳值为0.07时,将光子损耗降低了0.2 cm^(-1),阈值电流由193.49 mA降低到115.98 mA,此外,器件的光子损耗最少,阈值电流最小,工作电压最低,从而提高了激光二极管的输出功率和电光转换效率。因此,当绿光激光二极管的注入电流密度为6 kA/cm^(2)时,功率输出达234.95 mW。n侧双波导结构设计为制备高功率绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

摘要：采用金属有机化学气相外延技术,在图形化蓝宝石衬底上通过选区外延可控生长了三种不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构,阵列尺寸均为6μm。其中,六方片状阵列结构以(0001)c面为主,高度为0.6μm;六棱台状阵列结构包括一个(0001)c面和六个等效的(10-11)半极性面,高度为1.2μm;六棱锥状阵列结构以(10-11)半极性面为主,高度为5μm。采用微区光致发光光谱仪对InGaN/GaN微米阵列结构进行发光性能表征,结果表明不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构都可实现多波长发射;阴极荧光光谱结果表明六棱台状InGaN/GaN阵列结构不同晶面位置处发射的波长明显不同,这主要是由于表面迁移效应和横向气相扩散导致各个位置的In组分不同。InGaN/GaN微米阵列结构的成功制备对实现多彩发射和新型光电子器件设计具有重要意义。