掺杂量子点的光频转换性质及其在紫外探测上的应用研究

论文摘要

基于锰掺杂量子点具有大的Stokes位移和长荧光寿命的特性,本文提出一种基于掺杂量子点光频转换的紫外探测系统。量子点将紫外信号转换成硅基CCD工作波段的荧光信号,结合其长荧光寿命导致的信号时间延迟,从而提高成像器件在紫外波段的探测效率,实现了单通道全景式紫外成像探测。首先,针对锰掺杂量子点长荧光寿命的特点,在成像光路中引入光学斩波器,将入射的可见光和紫外光的混合信号变为周期性的脉冲信号,当单位周期内的入射光被切断时,可见光信号迅速衰减,而源于紫外信号的荧光由于长寿命的性质出现缓慢的拖尾,将这部分信号提取出来就可以获得紫外信号的信息。当入射光处于开/关状态时,单通道成像系统分别获得可见/紫外信号图像,从而实现单通道全景式紫外成像探测。其次,对探测系统中出现的时间延迟进行了理论分析。当脉冲光入射到锰掺杂量子点薄膜时,探测器接收到的信号上升沿和下降沿都产生了一定程度的时间延迟,这部分延迟是由斩波器裁剪出的光照面积的和量子点荧光延迟共同产生的,并以卷积形式呈现。本文将这二者的模型进行了简化,并给出了相应的数学表达式,还通过实验结果验证了模型的正确性。此外,本文提出了一种新型的合金量子点制备方法,具有良好的光学性质,且可重复性高。进一步优化的核/壳结构也显著提高了材料的光稳定性,拓宽了量子点的使用范围。最后,针对量子点薄膜由散射导致的光能利用率低的问题,设计了一款基于反射膜的微透镜阵列模型,在提高微透镜填充因子的前提下,使量子点的荧光利用效率提高了50%以上。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 量子点的介绍

1.1.1 量子点的定义

1.1.2 量子点的基本性质

1.1.3 掺杂量子点

1.1.4 量子点的应用

1.2 紫外探测的介绍

1.2.1 紫外探测的优势

1.2.2 紫外探测的发展

1.3 量子点在紫外探测上的应用

1.3.1 基于量子点波长转换的紫外探测

1.3.2 基于量子点复合结构的紫外探测

1.4 本论文的主要研究内容

第二章大尺寸Zn CdS:Mn核壳结构量子点的制备与表征

2.1 量子点合成所用试剂和装置

2.1.1 实验材料

2.1.2 合成装置

2.2 相关光学性质的测量表征

2.2.1 测量仪器

2.2.2 测量方法

2.3 量子点制备方法

2.3.1 前驱体溶液制备方法

2.3.2 ZnCdS:Mn/ZnS量子点的合成方法

2.3.3 厚壳层ZnCdS:Mn/ZnS量子点的合成方法

2.3.4 量子点@聚合物薄膜的制备

2.4 量子点合成方法优化过程

2.4.1 ZnCdS:Mn量子点晶核的合成方法优化

2.4.2 ZnS壳层包覆方法的优化

第三章量子点的光学性质分析

3.1 半导体纳米材料的带隙调控

3.2 ZnCdS:Mn/ZnS量子点吸收光谱的调控

3.3 量子产率与壳层厚度的关系

3.4 壳层厚度对量子点光稳定性的影响

第四章基于掺杂量子点的紫外探测系统研究

4.1 量子点薄膜基本光学性质

4.2 紫外探测系统工作原理

4.3 量子点薄膜对光电二极管及成像器件的改善作用

4.4 量子点薄膜产生的时间延迟理论分析

第五章量子点薄膜的性能改进

5.1 量子点薄膜的光能利用率问题

5.2 微透镜阵列简介

5.3 量子点与普适透镜模型的结合

5.4 基于增反膜的微透镜阵列模型设计

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁玉芬

导师: 张家雨

关键词: 量子点,掺杂,紫外探测,光频转换

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 东南大学

基金: 国家973计划项目(2015CB352002),江苏省科技计划项目(BE2018117)

分类号: TN23;O471.1

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.002385

总页数: 71

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