国家自然科学基金(61077043)
- 作品数：7 被引量：33H指数：5
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- 顶端ZnO纳米结构对GaN基LED光提取效率的影响被引量：9
- 2013年
- 为了提高GaN基蓝光LED的光提取效率,本文建立了LED顶面分别铺设ZnO纳米柱和纳米锥结构的两种模型,利用时域有限差分法对两种模型进行仿真并对结果进行了比较.仿真结果表明,ZnO纳米结构的各项几何结构参量(包括排列周期P、高度L、宽度W以及斜率k等),对LED顶端光提取效率影响显著.仿真分别得到了两种结构的最佳模型,通过比较,LED顶面纳米柱和纳米锥结构对光提取效率的提高效果相近,其最佳提取效率分别增强至无任何结构时的2.5倍和2.3倍.同时,通过对各项参量扫描获得的对光提取效率的变化曲线进行了分析,并给出了相应相应的理论解释.这些模型优化和理论分析对实际的高性能GaN基LED的设计制造有着指导意义.
- 李伟岳庆炀孔繁敏李康
- 关键词：发光二极管ZNO纳米结构光提取效率时域有限差分
- 基于缺陷光子晶体结构的GaN基发光二极管光提取效率的有关研究被引量：4
- 2012年
- 现有的研究表明,利用光子晶体可以有效提高发光二极管的光提取效率.由于在制造时光子晶体中可能会存在缺陷和错位,本文基于时域有限差分法对光子晶体中的缺陷和错位对发光二极管发光效率的影响进行了研究.数值仿真结果表明,光子晶体中少量缺陷或者微小错位并不会降低发光二极管的光提取效率,其中某些缺陷反而能增强光子晶体发光二极管的光提取效率.本文对其物理机理给出了详细的理论分析,并设计了一种具有缺陷的光于晶体,在未刻蚀到有源层(离有源层20 nm)的情况下,其光提取效率达到了完美光子晶体的1.6倍.通过对这种缺陷光子晶体的空间频谱分析可知,可以通过设计具有特殊空间频谱分布的光子晶体来提高发光二极管的发光效率,这对设计高光提取效率的光子晶体结构和制造高效率的发光二极管有指导意义.
- 岳庆炀孔凡敏李康赵佳
- 关键词：发光二极管光子晶体光提取效率时域有限差分
- 基于OpenCL的图形处理器FDTD算法仿真研究被引量：2
- 2014年
- 大型电磁仿真计算的时域有限差分(FDTD)仿真计算通常是十分耗时的,通用图形处理器(GPGPU)技术为其提供了一种合适的解决方案。通过分析FDTD算法特征以及Courant稳定性及数值色散稳定条件,阐述其在并行计算方面的优势。OpenCL是一种新的开放的行业标准,可以用来开发在CPUs,GPUs及其它各种平台上通用的程序。通过阐述OpenCL硬件基础,执行环境,实现方法来增进对其概念的掌握。为充分发挥异构处理平台下GPU的计算能力,提出了基于开放运算语言(OpenCL)模型,并且利用图形处理器并行FDTD仿真的实现方法。并与传统CPU计算相比较,验证计算结果的精确性。通过分析不同网格数量的速度提升情况,结果表明基于OpenCL的GPU计算速度与单CPU相比可以提升几十倍。
- 龚兴全李康孔凡敏
- 关键词：图形处理器时域有限差分方法加速比
- 采用银纳米圆盘阵列提高LED发光特性的研究被引量：11
- 2012年
- 为了提高GaN基蓝光LED的发光效率,设计了在LED有源层上方引入银纳米圆盘阵列的模型。利用时域有限差分方法计算了银纳米圆盘阵列不同结构参数情况下LED有源层自发辐射率的变化情况及光提取效率值。通过对有源区的近场分布和LED远场方向性的分析,理论上解释了利用该金属纳米结构生成的表面等离激元对LED性能增强的影响,利用该模型可使得表面等离激元与有源层有效耦合,从而增强有源层的自发辐射率。此外,银纳米粒子组成的阵列结构所生成的栅格矢量可以补偿表面等离激元的波矢量,从而可将局域化表面等离激元转为辐射性表面等离激元,显著提高LED顶端光提取效率。结果表明,当银纳米圆盘颗粒满足直径为120nm,厚度为30nm时,含该结构的GaN基蓝光LED自发辐射率比普通LED增强了3.6倍。在此基础上,当其按照晶格常数为220nm的三角晶格排列时,顶端光提取效率增强为2.5倍。这些结果为实际的高性能GaN基LED的设计与优化提供了一定的参考。
- 张振明李康孔凡敏高晖
- 关键词：光学器件时域有限差分表面等离激元
- 纳米半球微镜阵列结构对GaN基LED光提取效率的影响被引量：5
- 2012年
- 为了分析表面纳米半球微镜结构对GaN基发光二极管(LED)光提取效率的影响,利用时域有限差分法(FDTD)分别对GaN、ZnO、SiO2、聚苯乙烯组成的半球微镜结构进行了分析和比较,同时用模式分析方法从理论上对FDTD计算结果进行了进一步验证。研究发现,在亚波长范围,折射率较小的材料不利于导模与表面结构层的耦合,不会对光提取效率的提高产生明显影响。相比之下,折射率较大的材料会使更多的模式耦合到半球微镜阵列层,更有利于光提取效率的提高;当材料选定,纳米半球半径增加时,光提取效率也逐渐增加,优化后半径为600nm的半球微镜阵列结构GaN基LED,其光提取效率比没有结构的普通平板LED增强5.66倍,在以上波导材料结构中最为优化。在此基础上,通过等效折射率的计算得到半球微镜结构的等效折射率模型,并利用非对称平板模式分析的办法对以上得到的结论进行了分析和验证。这些结果对实际的高性能GaN基LED的设计与优化具有重要意义。
- 王晓民李康孔凡敏张振明高晖
- 关键词：光学器件发光二极管时域有限差分法光提取效率
- 双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究被引量：5
- 2012年
- 为了提升氮化镓(GaN)蓝光发光二极管(LED)光提取效率,设计了双层光子晶体LED模型.提出等效折射率近似方法,简化求解了结构中的介质波导模式分布.从而对模型中顶层光子晶体刻蚀深度d,嵌入式光子晶体厚度T及其距有源层距离D等结构参数进行了优化.同时利用时域有限差分方法对优化结果进行了验证.相比其他仿真方法,模式分析极大地减小了对LED建模优化的计算复杂度,同时从理论上阐明了不同结构参数变化引起LED光提取效率改变的原因.研究发现,当顶层光子晶体满足d≈λ/n_(PhCs)时,结构内大部分高阶导模尚未被截断但源区能量向低阶导模的转化被有效抑制,光提取效率给出极大值.嵌入式光子晶体的引入将激发覆盖层模式,当满足100 nm≤T≤300 nm且100 nm≤D≤200 nm时,覆盖层模式可以从有源层获得较大能量并有效地与顶层光子晶体耦合,极大地提升了光提取效率.本文优化结果使得LED光提取效率提升了4倍,对高性能GaN蓝光LED的设计制造具有重要意义.
- 高晖孔凡敏李康陈新莲丁庆安孙静
- 关键词：发光二极管光子晶体时域有限差分
- 无序光子晶体提高GaN基蓝光发光二极管光提取效率的研究被引量：7
- 2013年
- 亚波长尺度光子晶体结构可有效提升发光二极管(LED)的光提取效率(LEE),然而在制造过程中会存在缺陷或无序.利用时域有限差分法对理想方形光子晶体结构进行了优化,在此基础上对三种无序光子晶体结构进行了仿真,研究了光子晶体结构参数的无序变化对GaN基蓝光LEDLEE的影响.结果表明,光子晶体空气孔位置和半径的无序变化使优化的80nm光子晶体LED的LEE下降,而可使非优化的60nm光子晶体LED的LEE增加;当光子晶体空气孔位置和半径的无序变化量从0到±20nm之间变化时,LEE最大会产生53.8%的浮动;光子晶体刻蚀深度的无序变化对LEE影响较小,一般可以忽略.研究结果为高性能蓝光光子晶体LED的设计制作提供了重要的理论参考.
- 陈新莲孔凡敏李康高晖岳庆炀
- 关键词：发光二极管光提取效率时域有限差分法
