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12 计划中的笔记分组
4 正在推进的研究方向
6+ 研究子页面

核心机理:泵浦脉宽如何改变 CQD 阈值

简化激子布居模型,暂不含腔体与热

激射前提是 CQD 中的平均激子占据数达到目标阈值。脉冲越短,激子越接近“先积累、后复合”; 脉冲逐渐变长后,泵浦不仅要建立激子布居,还要同步补偿辐射、非辐射和 Auger 复合造成的损失。 因此,短脉冲主要由单脉冲总能量决定,长脉冲则主要由激子产生速率能否追上损失速率决定。

短脉冲、过渡区和长脉冲下 CQD 激子积累与复合损耗机理图
三阶段机理图。上方表示不同脉宽和功率密度的泵浦脉冲,下方水桶中的液位对应平均激子占据数; 泵浦负责注入激子,辐射、非辐射与 Auger 复合构成布居损失。虚线阈值表示达到净增益所需的目标占据数。
激子布居方程 d⟨N⟩/dt = σabsp/(hc) − ⟨N⟩/τeff
阈值功率密度 Pth = ⟨N⟩thhc / [λpσabsτeff(1 − e−τp/τeff)]
能量密度 Fth = Pthτp
短脉冲:由总注入能量控制 τp ≤ τeff/100

泵浦结束前复合损失很小,达到同一占据数所需的 Fth 近似不变;同样能量分摊到更长时间后,Pth 近似按 1/τp 下降。

过渡区:积累与补偿同时发生 τeff/100 < τp < 3τeff

脉冲前段产生的激子开始在泵浦期间损失,Fth 随脉宽增加;Pth 仍下降,但下降速度逐渐减慢。

长脉冲:由产生与损失平衡控制 τp ≥ 3τeff

激子布居接近准稳态,Pth 趋近连续波极限 PCW;继续延长脉冲主要增加总能量,因此 Fth 近似正比于 τp

τeff−1 = τrad−1 + τnr−1 + τAuger−1。 当前估算采用 τeff=2 ns、λp=450 nm、σabs=1×10−14 cm²/QD、 ⟨N⟩th=0.676。模型只描述材料中的激子产生与复合,尚未计入 CBR 腔反馈、腔损耗和泵浦热效应。

8.14 当前推进

电驱动方案的下一步
测脉宽-峰值功率密度

从当前 1 ms 测试向更短脉宽推进,直接测 GaN LED 峰值光功率密度。

看任务清单
测高电流发射光谱

同步记录温度、峰位、半峰宽和积分强度,拆分注入与热的影响。

看实验页
热压制备 VCSEL

先检验器件能否稳定出光,再补阈值、模式和对照证据。

看项目路线
标定蒸镀与膜厚监控

名义 100 nm、实测约 20 nm 先按设备标定问题处理,不设置通用修正系数。

看周报记录
标定回流焊真实曲线

减小锡膏量,固定热电偶并保存器件附近的温度—时间曲线、显微图和低电流点亮结果。

看回流焊台账

手写清单放到哪里

这里写摘要,细节点进去看
FDTD 分支记录

历史 637 nm、主扫描、独立复跑和带监视器复跑分开记录,不把不同配置写成直接提升。

看分支记录
热、电、光数据

环境温度 21 °C;电输入功率与热功率分列。LED 只记录约 460.3 nm 的可信蓝光主峰。

商用 LED 测试
文献膜厚

QLED 常见发光层约 20–45 nm,也有约 100 nm 案例;文献范围不能当作当前器件厚度。

Ozguler 2020
资料时间边界

当前研究状态更新至 2026-08-14;7 月组会内容作为历史记录保留,不覆盖后续精修结果。

看核验结论

最近笔记

工作台首页
2026-08-14
机理

泵浦脉宽与阈值的三阶段图

补入短脉冲、过渡区和长脉冲下激子积累与复合损耗的核心机理,并与 Pth、Fth 的解析式对应。

激子布居 阈值模型 核心图
2026-08-12
工艺

QS-5188 回流焊试焊

三张实验原图已归档;焊料层偏厚,下一轮重点是减少锡膏并用热电偶标定真实曲线。

OSRAM LED 待标定
2026-08-11
方案

电光解耦路线

GaN LED 负责电能到蓝光,DBR-CQD-CBR 负责吸收、增益、反馈与面发射。

GaN LED DBR-CBR 电光解耦
2026-08-11
仿真

824 nm 精修与容差

峰位 823.7388 nm、Fp 105.2098;R/P 控制峰位,W 的波长容差更大。

FDTD 已确认
2026-08-11
热学

GaN LED 稳态四点

实验与 COMSOL 的 MAE 约 0.86 °C;不能外推到瞬态和高占空比。

COMSOL 实验对照
待办
写作

补实测泵浦供给

测脉宽-峰值功率、高电流光谱和温度,完成需求与供给的同口径比较。

流程 笔记

研究主题

主题入口

工具入口

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页面维护备忘

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资源检查

内存、硬盘和服务状态在终端检查,不放到首页做实时数字。

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电驱动器件的功率匹配

GaN LED -> CQD-CBR
GaN LED 与低阈值 DBR-CQD-CBR 垂直集成结构
高功率 GaN LED 提供蓝光泵浦,DBR-CQD-CBR 子单元建立红光增益与腔反馈,实现电注入单元和增益单元的电光解耦。

器件能否工作,取决于 LED 的有效泵浦供给能否超过 CBR 激光子单元的阈值需求。

供给侧依次核算 LED 输出、朗伯几何耦合、界面传输和 DBR 蓝光透射;需求侧用 CQD 激子产生与复合模型估算长脉冲阈值功率密度。当前仍需用更短脉宽下的 LED 实测结果完成这张功率预算。

泵浦供给 10 A、1 ms 条件下 LED 辐射通量 9.7-13 W;朗伯几何耦合约 41.54%。
光学传输 CQD 分支 DBR 的蓝光加权透射率约 75.25%,后续还需补真实环氧与界面损耗。
关键缺口 数十纳秒脉宽下的峰值光功率密度、高电流光谱和瞬态温升尚待同步测量。

红光 CQD-CBR 主线

主线 A
632 nm DBR-CQD-CBR 平面模场分布
632 nm DBR-CQD-CBR 的平面模场分布。当前结构峰值 Purcell 因子为 50.0,场分布与限制因子图已经补齐。

当前重点是把 GaN LED 的泵浦供给与 DBR-CQD-CBR 的阈值需求放到同一张功率预算里。

新 632 nm DBR-CQD-CBR 是当前器件分支;历史 637 nm 银反射镜结构和 630 nm TFB-CBR 继续独立归档。

当前 632 nm DBR 分支 R/P/W/H/dSiO2=570/360/275/250/288 nm,Fp_max=50.0。
泵浦供给锚点 LED 9.7–13 W;几何耦合约 41.54%,DBR 蓝光透射约 75.25%。
模型边界 阈值模型暂不含腔体和热;吸收截面与阈值占据数仍待样品级核验。

FAPbI3 / FBI 近红外路线

主线 B
824 nm FAPbI3-CBR 平面模场分布
824 nm 最优结构的平面模场分布。峰位 823.7388 nm、Fp_max 105.2098,R/P/W 容差扫描已经完成。

824 nm 精修和 R/P/W 容差已经完成;高 Purcell 仍只是光学腔起点。

它和红光 CQD 共享 CBR/DBR/FDTD/热管理方法,但材料稳定性、传输层损耗和电注入瓶颈不同,页面上分开记录,避免把两个体系的结论混用。

818 nm R/P/W=648/415/320 nm,Fp=106.506。
824 nm R/P/W=655/417/320 nm,peak=823.7388 nm,Fp=105.2098。
830 nm R/P/W=659/423/335 nm,Fp=96.995。

热仿真与器件测试

COMSOL / 工艺
GaN LED 稳态温升实测与 COMSOL 对照
四个稳态热功率点的 COMSOL 与红外实测对照:MAE 约 0.86 °C,RMSE 约 1.00 °C。

下一轮要从稳态四点走向真实脉冲功率、光谱和瞬态温升。

当前路线包含 GaN LED/PeLED 泵浦、DBR 替代底部 Ag、透明电极/传输层损耗、纳米压印或电极窗口等工艺选择。COMSOL 结果要和 FDTD 参数一起归档。

四点热校准 h_air=16 W/(m²·K):MAE≈0.86 °C,RMSE≈1.00 °C,最大误差≈1.56 °C。
脉冲功率 需要实测峰值光功率密度随脉宽减小的变化,不能由 1 ms 数据直接外推。
高电流光谱 需要同步记录温度,区分注入引起的变化与热致峰移。

项目路线图

可执行问题
材料增益 待核验 补 CQD 膜厚、PLQY、吸收系数、VSL/TA 或可辩护净增益证据;FAPbI3 单独记录稳定性窗口。
腔损耗与模式 已确认 历史 637 nm、630 nm TFB、新 632 nm DBR-CQD-CBR 与 818/824/830 nm 分支分别归档,不相互覆盖。
泵浦透过 合理推测 DBR 兼顾激射波段反馈与蓝光泵浦透射;当前加权蓝光透射率为 75.25%,实际界面损耗仍待测。
电注入链路 待核验 单列传输层/电极损耗、Joule heating、电荷平衡、J-V-L 和电流拥挤,避免光泵结果直接外推。
热管理 已确认 四个稳态热功率点与 COMSOL 结果吻合,MAE 为 0.86 °C;瞬态与高占空比工况不能据此直接外推。
工艺窗口 合理推测 下一步采用热压工艺制备 VCSEL,并标定蒸镀设备与膜厚仪,先建立可靠的实际膜厚基准。
还缺哪些实验 待核验 需要 no-cavity 或 detuned-cavity control、偏振/远场/linewidth、阈值定义和热稳定性记录。
资料整理 已确认 每次新结果都写到周报模板:结论、数据与图、卡住的点、下一步。

核心文献入口

DOI / 证据等级
Electrically driven ASE from CQDs

能借鉴:CQD 电驱 ASE 的电注入、阈值和器件证据写法。

不能外推:ASE 不等于腔激光,仍缺腔反馈和 lasing 证据。

下一步:核验泵浦/驱动条件、J-V-L、热和谱线变窄定义。

CQDASE
Low-threshold CQD circular Bragg laser array

能借鉴:CBR 腔设计、阵列一致性和面发射腔模证据。

不能外推:光泵 cavity lasing 不能直接证明电驱可行。

下一步:对照 R/P/W/H、远场、偏振和 no-cavity control。

CBRcavity
Electrically pumped surface-emitting ASE from CQDs

能借鉴:面发射、电泵链路和 CQD 器件热约束。

不能外推:电泵 ASE 仍不是电驱动腔激光终点。

下一步:核阈值单位、脉宽、重复频率、光斑和吸收校正。

面发射ASE
CQD VCSEL based on gain-integrated DBR

能借鉴:DBR、增益集成和 VCSEL 型结构折中。

不能外推:结构参考不自动解决电极损耗和泵浦透过。

下一步:比较 Ag、DBR、透明电极三种底部方案。

DBRVCSEL
Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device

能借鉴:主线 B 的 dual-cavity、电注入和 lasing 判断标准。

不能外推:FAPbI3/FBI 的材料稳定性和传输层损耗要重新算。

下一步:抽取腔结构、阈值、热稳定和对照实验清单。

perovskitelasing
Continuous-wave perovskite polariton lasers

能借鉴:CW 工作、热稳定和强耦合/极化激元证据边界。

不能外推:polariton laser 不等同普通 photon lasing。

下一步:区分相干、阈值、温升和模式证据的适用范围。

CWpolariton

仿真记录

参数锚点

每周科研日志格式

周报模板
1. 本周结论 一句话写清楚推进了哪个主线,结论属于已确认、合理推测还是待核验。
2. 数据与图 放 FDTD/COMSOL 图、谱图、表格、参数文件和失败样例,保留来源编号或文件名。
3. 阻塞点 材料增益、注入损耗、热、边界条件、文献依据或工艺可行性逐项写明。
4. 下一步 限定 1 到 3 个可执行动作,避免把周报写成愿望清单。