全光器件

光电转换器件是光电光谱仪接收系统的核心部分，主要是利用光电效应将不同波长的辐射能转化成光电流的信号。光电转换器件主要有两大类：一类是光电发射器件，例如光电管与光电倍增管，当辐射作用于器件中的光敏材料上，使发射的电子进入真空或气体中，并产生电流，这种效应称光电效应；另一类是半导体光电器件，包括固体成像器件，当辐射能作用于器件中光敏材料时，所产生的电子通常不脱离光敏材料，而是依靠吸收光子后所产生的电子—空穴对在半导体材料中自由运动的光电导（即吸收光子后半导体的电阻减小，而电导增加）产生电流的，这种效应称内光电效应。光电转换元件种类很多，但在光电光谱仪中的光电转换元件要求在紫外至可见光谱区域（160-800nm）很宽的波长范围内有很高的灵敏度和信噪比，很宽的线性响应范围，以及快的响应时间。目前可应用于光电光谱仪的光电转换元件有以下两类：即光电倍增管及固体成像器件。[b]光电倍增管[/b] 外光电效应所释放的电子打在物体上能释放出更多的电子的现象称为二次电子倍增。光电倍增管就是根据二次电子倍增现象制造的。它由一个光阴极、多个打拿极和一个阳极所组成(见下图)，每一个电极保持比前一个电极高得多的电压（如100V）。当入射光照射到光阴极而释放出电子时，电子在高真空中被电场加速，打到第一打拿极上。一个入射电子的能量给予打拿极中的多个电子，从而每一个入射电子平均使打拿极表面发射几个电子。二次发射的电子又被加速打到第二打拿极上，电子数目再度被二次发射过程倍增，如此逐级进一步倍增，直到电子聚集到管子阳极为止。通常光电倍增管约有十二个打拿极，电子放大系数（或称增益）可达10[sup]8[/sup]，特别适合于对微弱光强的测量，普遍为光电直读光谱仪所采用。光电倍增管的窗口可分为侧窗式和端窗式两种[b]1.光电倍增管的基本特性[/b]1.1 灵敏度和工作光谱区 光电倍增管的灵敏度和工作光谱区主要取决于光电倍增管阴极和打拿极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射，即1/2mv[sup]2[/sup]=hn-ф,( hn为光子能量，ф为电子的表面功函数，1/2mv[sup]2[/sup]为电子动能)。当hnф时，不会有表面光电发射，而当hn=ф时，才有可能发生光电发射，这时所对应的光的波长λ=C/n称为这种材料表面的阈波长。随着入射光子波长的减小，产生光电子发射的效率将增大，但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然，光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗材料，而长波响应的极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗，而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料，如红外谱区选用银-氧-铯阴极，可见光谱区用锑-铯阴极或铋-银-氧-铯阴极，而紫外谱区则采用多碱光电阴极或锑-碲阴极。光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度，即S=i/F，单位为µ A/lm。显然，灵敏度随入射光的波长而变化，这种灵敏度称为光谱灵敏度，而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线(见右图)，由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。例如我们常用的R427光电倍增管，其曲线偏码为250S，光谱响应范围为160-320nm，峰值波长200nm，光阴极材料Cs-Te，窗口材料为熔炼石英，典型电流放大率3.3×10[sup]6[/sup]。1.2 暗电流与线性响应范围光电倍增管在全暗条件下工作时，阳极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光，光电倍增管输出的光电流为： i= KI[sub]i[/sub]+i[sub]0 [/sub]，式中，I[sub]i[/sub]对应于产生光电流i的入射光强度，k为比例系数，i[sub]0[/sub]为暗电流。由此可见，在一定的范围内，光电流与入射光强度呈线性关系，即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度过大时，输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和（见上图）。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其他部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和玻璃闪烁等引起。当光电倍增管在很低电压下工作时，玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分，暗电流随工作电压的升高成正比增加；当工作电压较高时，暗电流主要来源于热电子发射，由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低，甚至在室温也可能有热电子发射，这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增；当工作电压较高时，光电倍增管内的残余气体可被光电离，产生带正电荷的分子离子，当与阴极或打拿极碰撞时可产生二次电子，引起很大的输出噪声脉冲，另外高压时在强电场作用下也可产生场致发射电子引起噪声，另外当电子偏离正常轨迹打到玻壳上会出现闪烁现象引起暗电流脉冲，这一些暗电流均随工作电压升高而急剧增加，使光电倍增管工作不稳定，因此为了减少暗电流，对光电倍增管的最高工作电压均加以限制。

中国科技网讯 据美国物理学家组织网5月3日报道，美国联合量子研究所（JQI）的科学家最新研制出迄今能耗最低的一款全光开关。新开关有望成为光子学和电子学“联姻”的纽带，科学家们可据此研究出能工作的光电通讯协议。研究发表在《物理评论快报》杂志上。 新开关能引导光束从一个方向到达另一个方向，整个过程只需耗费120皮秒（120万亿分之一秒），而且能耗仅为90阿焦（即1×10-18焦耳），是目前能耗最低的全光开关，其能耗仅为此前日本研制出的全光开关的五分之一，是其他全光开关的百分之一。科学家们使用了波长为921纳米的近红外线，约有140个光子。 大多数电子设备的核心部件是晶体管，它是一种固体半导体器件，在其中，一个门信号被施加到附近细小的导电通路上，以此打开和关闭信息信号的传送通道。而在光子学内，固体器件全光开关既能像门一样，打开或关闭光通过附近波导的通路；也能像路由器一样，将不同方向上的光束打开或关闭。 实验由马里兰大学的埃多·沃克斯和同事在马里兰大学和国家标准与技术研究所（NIST）进行。他们使用置于共振光腔内的一个量子点（相当于一个门）制造出了该全光开关。该共振光腔是一个拥有很多小洞的光子晶体，只允许少数光波通过该晶体。量子点由铟和砷组成，仅为1纳米大小，使在其内部移动的电子只能散发出波长不连贯的光。 当光沿着附近的波导行进时，其中的一些光会进入共振光腔内，同量子点相互作用，正是这种相互作用改变了波导的传输特性。尽管140个光子都需要在波导内来产生开关行为，但其实只有6个光子做到了。 以前研制出的全光开关只能通过使用笨重的非线性晶体和高输入功率来工作。而新开关使用单个量子点和非常低的输入功率就获得了极高的非线性相互作用，不过，尽管其能耗比日本研制出的全光开关低，但日本的开关能在室温下操作，而新开关只能在40开（-233.15摄氏度）左右工作。 JQI的科学家拉诺伊·鲍斯表示，该量子点开关还不能完全算是一个“光学晶体管”，目前还只能使用低光子数量脉冲来调制一束光，他希望能增加（减少）打开和关闭共振腔所需要的光子数量。 不过，鲍斯也强调称，新开关预示着科学家们可以制造出一种能工作的、超快速、低能耗的芯片信号路由器。鲍斯说：“最新研究表明，只需要使用6个光子的能量就能执行开关任务，以前从来没有人做到这一点；以前也没有人研制出能耗低于100阿焦的全光开关，这是基础物理学领域的一个里程碑。”（刘霞） 《科技日报》（2012-5-7 二版）

[b]职位名称：[/b]华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室-有机聚合物太阳电池材料与器件 [b]职位描述/要求：[/b]导师：马於光（ygma@scut.edu.cn）、苏仕建（mssjsu@scut.edu.cn）、陈江山(msjschen@scut.edu.cn) 1） 已取得或将于近期取得博士学位，35周岁以下； 2） 具有新型高效有机发光材料（含钙钛矿）开发、有机电致发光器件设计与制备、有机电致发光材料及器件中的光物理及器件物理机制研究、有机激发态研究（含自旋光电子器件）等研究背景； 3） 热爱科研、勤奋努力，有良好的团队协作精神和沟通协调能力，须全时工作，不得兼职； 4） 良好的英文阅读、写作、及交流能力，在重要学术刊物上发表至少1篇学术论文； 5） 能独立开展相关课题的研究，协助指导研究生，配合完成项目申报。 [b]公司介绍：[/b] 仪器信息网仪器直聘栏目针对高校科研院所的免费职位发布平台，汇集了全国数十所高校科研院所的招聘信息。发布信息请联系010-51654077...[url=https://www.instrument.com.cn/job/user/job/position/59920]查看全部[/url]