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[IEEE 2018年第20届透明光学网络国际会议(ICTON)- 布加勒斯特(2018年7月1日-2018年7月5日)] 2018年第20届透明光学网络国际会议(ICTON)- 利用反谐振氧化物岛提升VCSEL单模发射性能的方法
摘要: 本文提出了一种新型ARROW VCSEL结构,该结构利用平面氧化技术在谐振腔内设置抗共振氧化岛。氧化岛不仅能改善单模发射(这是垂直腔面发射激光器VCSELs最期望的效果之一),还会对每个横向模式相关的模态损耗产生显著影响,并改变其光场分布形态。本研究探究了这种影响的物理机理,揭示了氧化岛尺寸如何决定ARROW VCSEL的光学特性,从而实现最强的模态区分度。
关键词: 光学建模、氧化、抗谐振反射光波导、垂直腔面发射激光器、反谐振、波导
更新于2025-09-23 15:23:52
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光伏组件光学污垢建模与检测的最优波长选择
摘要: 污垢通过减少到达光伏电池的光量以及改变其外部光谱响应来影响光伏组件的性能。目前,污垢监测市场正转向测量透射率或反射率的光学传感器,而非直接测量污垢对光伏组件性能的影响。这些采用单一光学测量的传感器无法校正取决于太阳辐照光谱和被监测光伏材料光谱响应的污垢损失。本研究探索了仅通过两到三次单色测量提取完整污垢光谱特征来改进污垢光学检测的方法。通过分析在西班牙哈恩进行的为期46周实验性污垢研究期间,使用分光光度计测量的光谱透射率数据发现:采用被污染光伏玻璃半球透射率的光谱特征能显著提升污垢检测效果,在不同光伏材料和辐照条件下均呈现最低误差。此外,研究还表明可根据被监测光伏半导体材料(硅、碲化镉、非晶硅、铜铟镓硒及代表性钙钛矿)选择测量波长以最小化污垢损失检测误差。与单波长测量技术相比,本文讨论的方法对潜在测量误差也表现出更强的鲁棒性。
关键词: 污垢、灰尘、光学建模、光伏、光谱损失、可靠性
更新于2025-09-23 15:21:01
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维持晶状体光学特性需要保持其折射率梯度的动态平衡
摘要: 为确定晶状体细胞生理功能是否主动维持其光学特性,以及抑制晶状体转运是否影响整体视觉质量。实验将一对牛晶状体中的一枚置于人工房水(AAH)中培养,另一枚则分别置于高钾AAH(AAH-High-K+)或含0.1 mM毒毛花苷K的AAH中培养4小时。随后通过4.7特斯拉高场小动物磁共振仪对成对晶状体或完整摘除的眼球进行成像。从培养晶状体中提取表面曲率、水分含量T1值及水/蛋白比例T2值,从完整眼球获取定义光路几何参数。根据T2测量值计算折射率梯度(GRIN),并将该梯度与几何参数输入独立晶状体及完整牛眼的光学模型。通过毒毛花苷K抑制Na+/K+-ATP酶循环通量,或采用高钾使晶状体电位去极化,均导致培养晶状体出现水分含量、水/蛋白比例(GRIN)及表面几何形态改变,表现为屈光力增强和负性球差减小。这些晶状体光学特性变化在牛眼光学模型中引发近视漂移,造成视觉质量下降。实验证明晶状体细胞生理功能主动维持其光学特性,而抑制Na+/K+/ATP酶会诱发类似临床白内障患者出现的近视漂移现象。
关键词: 生理光学、光学建模、白内障、折射率梯度、晶状体生理学、磁共振成像
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于量子点薄膜的GaN微LED光学性能影响因素分析
摘要: 分析了结合红/绿量子点(QDs)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的蓝光GaN基微发光二极管(micro-LEDs)在光效、色串扰和环境对比度方面的光学性能。量子点薄膜的厚度和质量比是影响微LEDs性能的两个关键因素。首先,基于双积分球(DIS)测试系统和逆向倍增算法(IADA)理论,建立了量子点-PMMA薄膜的精确光学模型。红色和绿色量子点-PMMA薄膜分别由ZnCdSe/ZnS量子点和绿色ZnCdSeS/ZnS量子点组成,成功获取了量子点-PMMA薄膜的基本光学参数,包括散射系数、吸收系数和各向异性系数。其次,基于这些光学参数,采用蒙特卡罗光线追迹法分析了量子点-PMMA薄膜的厚度和质量比对微LEDs光学性能的影响。结果表明:由于量子点的散射特性,光效随量子点薄膜厚度或质量比的增加先升后降;与光效的变化趋势不同,相邻像素间的串扰随量子点-PMMA薄膜厚度或质量比的增加而增大,而环境对比度在厚度增加时保持稳定。量子点薄膜的质量比变化比厚度更能有效改变微LEDs的光学性能,这表明质量比是影响微LEDs光学性能更重要的因素。
关键词: 微发光二极管、量子点、光学建模、光效
更新于2025-09-23 15:19:57
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遗传算法在太阳能电池多层膜厚度优化中的高效应用
摘要: 薄膜太阳能电池主要采用堆叠结构设计。优化这种堆叠结构中的各层厚度对实现太阳能电池最佳效率至关重要。在优化模拟中(例如优化光学间隔层厚度),常用的方法是参数扫描法。我们的模拟研究表明,与单层和多层优化中的暴力参数扫描法相比,采用遗传算法等元启发式方法能实现显著更快且更精确的搜索。虽然其他扫描方法也可能优于暴力扫描法,但它们不像我们的遗传算法那样始终能保证100%的优化结果准确性。我们采用经过充分研究的P3HT基结构来测试该算法,在最佳情况下,其模拟次数比暴力扫描法减少了60.84%。
关键词: 光学建模、时域有限差分法、遗传算法、太阳能电池优化
更新于2025-09-23 15:19:57
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单根垂直纳米线与纳米线阵列中的光吸收
摘要: 单个III-V族半导体纳米线及其阵列在太阳能电池应用中均展现潜力。然而,单根纳米线与纳米线阵列光学特性之间的对应关系尚未被研究。本研究通过电磁建模分析了InP纳米线,发现单根纳米线在吸收峰值处可呈现超过几何横截面积50倍以上的极高吸收截面。通过优化单根纳米线直径,其短路电流密度可达体材料太阳能电池的30倍?;谡庵智课招в?,我们预测单根纳米线太阳能电池表观效率可超过500%。与之对比,研究表明高效纳米线阵列太阳能电池不能仅依赖吸收峰处的强吸收,而是需要紧密排布以增强全光谱吸收。在纳米线阵列的最优直径下,相邻纳米线会在吸收峰值处激烈竞争入射光子吸收,使得单根纳米线的吸收量受限达18倍。因此,单根InP纳米线在110纳米直径时达到最优,而阵列中纳米线在更大的180纳米直径时最优。重要的是,我们通过解析法论证了入射光耦合至HE11基模及该模式在纳米线内连续吸收的过程。该分析解释了单根纳米线存在两种吸收路径——一种是通过耦合进入导模,另一种是通过侧壁耦合进入纳米线;同时揭示了阵列中相邻纳米线开始竞争入射光子吸收的临界周期间距。
关键词: III-V族半导体纳米线、光学建模、吸收、太阳能电池
更新于2025-09-23 01:42:05
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富勒烯对平面异质结有机太阳能电池电流的贡献。
摘要: 最近,通过用新型电子受体分子替代富勒烯,在有机光伏电池领域取得了重大进展,这归因于富勒烯的吸收率相当低。然而,我们在本研究中证明,对于倒置电池(即采用透明底部电极为阴极的情况),富勒烯对电池短路电流(Jsc)的贡献即便非主导性也不可忽视,且主要体现在短波长光谱范围内。光学模拟验证了这一实验结果。由于富勒烯对Jsc的重要贡献,透明电极在紫外波段的光传输对倒置电池性能至关重要。当采用基于替代介质/金属/介质结构的透明导电电极(如ZnS/Ag/TiO2)替代ITO时,尽管TiO2在波长低于400 nm时透射率下降会导致性能损失,但研究仍获得了有前景的结果。
关键词: 吸收、光学建模、外量子效率、有机太阳能电池、平面异质结
更新于2025-09-19 17:13:59
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[IEEE 2019年国际光电器件数值模拟会议(NUSOD) - 加拿大安大略省渥太华(2019.7.8-2019.7.12)] 2019年国际光电器件数值模拟会议(NUSOD) - 利用进化算法优化太阳能电池光学间隔层厚度的替代方法
摘要: 这项工作受到达尔文生物进化论(自然选择学说)的启发。我们提出采用遗传进化算法来优化太阳能电池中实现短路电流密度最大化的最佳厚度搜索。为使太阳能电池实现对入射光的最大吸收,需要对光学间隔层厚度进行优化。为获得最佳光学间隔层厚度,我们通过设置不同种群数量、迭代代数、变异概率、比特位数以及选择与交叉方法进行了多次模拟。初步实验表明,与暴力搜索法相比,引入进化算法能实现令人满意的精确搜索效果。关于充分发挥进化算法潜能的后续研究将在会议上展示。
关键词: 有限差分时域法、进化算法、有机太阳能电池、光学建模
更新于2025-09-12 10:27:22
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平面钙钛矿太阳能电池光学优化指南
摘要: 有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池已成为一种效率飞速提升的通用光伏技术。其中平面结构因其低温加工特性、与叠层太阳能电池的兼容性及商业化潜力,成为首选结构。尽管该领域已取得诸多突破,但实现高效钙钛矿太阳能电池的光学机制仍缺乏深入认知。本文提出了一套综合指导方案,包含前/后传输层、钙钛矿层及透明导电氧化物的半解析厚度优化方程,通过改善减反射和光捕获性能来最大化钙钛矿太阳能电池的光电流。研究表明,通过调整(增减)CH3NH3PbI3(MAPI)型钙钛矿太阳能电池各功能层厚度,可实现超过2 mA cm?2的光电流提升。该指导方案经实验验证,并与已发表的MAPI实验及模拟结果相互印证。此外,针对各类钙钛矿提出的指导方案可推广至其他采用衬底结构设计的直接带隙吸光材料太阳能电池。
关键词: 钙钛矿太阳能电池、光捕获、平面太阳能电池、减反射、厚度优化、优化指南、光学建模
更新于2025-09-11 14:15:04
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通过分级能带对齐提升PbS胶体量子点串联太阳能电池性能
摘要: 胶体量子点固体因其可调谐的带隙范围广,成为叠层太阳能电池的有力候选材料。然而量子点叠层太阳能电池的发展远落后于单结器件。胶体量子点太阳能电池的一个根本问题是扩散长度较短,这限制了量子点吸光层的厚度,从而影响了光电转换效率。本研究通过光学建模指导并采用梯度能带排列策略,成功制备出两端单片溶液法加工的量子点叠层太阳能电池,实现了6.8%的光电转换效率。该能带分级方法通过精心选择纳米颗粒表面化学性质和量子点限域尺寸,实现了功函数与能带排列的互补调控。这项工作为提升薄膜叠层太阳能电池效率提供了通用方案。
关键词: 串联太阳能电池、光学建模、胶体量子点固体、梯度能带排列、功率转换效率
更新于2025-09-11 14:15:04