微腔 PeLED 角度发射
Microcavity top-emission perovskite light-emitting diodes
作者： Yanfeng Miao、Lu Cheng、Wei Zou、Lianghui Gu、Ju Zhang、Qiang Guo、Qiming Peng、Mengmeng Xu、Yarong He、Shuting Zhang、Yu Cao、Renzhi Li、Nana Wang、Wei Huang、Jianpu Wang
期刊： Light: Science & Applications 9, 89（2020） · 对照目标： Figure 2a-b · 许可： CC BY 4.0
本案例复现 Miao 等报道的 15 nm Au 顶发射 PeLED 的角度依赖电致发光。对照内容包括 800 nm 附近的光谱峰、斜视角下向短波方向的移动，以及前向集中的角度分布。结果采用可审计的数值锚点进行定性复现，不以逐点拟合为目标。
Figure 2a 显示光谱峰在 60° 时向短波移动并明显减弱，Figure 2b 显示发射主要集中在法线附近；下文复现这两个光学特征。
背景
器件以厚 Au 底部反射镜和半透明 Au 顶电极构成 Fabry–Pérot 微腔。微腔同时改变光谱以及光子离开器件的方向，因此需要使用 Emission 计算；只计算外部入射光传播的光谱，无法包含发光偶极子的位置与取向。
论文还报道了优化器件的高外量子效率。本次复现只对应 Figure 2a-b 的光学行为，不计算电注入，也不预测器件实测 EQE。
论文参数与 TMM 模型映射
| 项目 | 本案例实现 | 来源或假设 |
|---|---|---|
| 出光侧 | Air / 15 nm Au | 半透明顶电极 |
| 有机接触层 | 7 nm MoO₃ / 76 nm TFB | Figure 1a 与补充信息 |
| 发光层 | 35 nm 钙钛矿 MQW | 相对位置 0.5 处的单个各向同性 Delta 发射体 |
| 电子接触层 | 37 nm ZnO | 论文器件膜系 |
| 底部反射镜 | 100 nm Au | 视为光学厚层，省略其后的玻璃 |
| 光学常数 | 分别数字化 MoO₃、TFB、MQW、ZnO、15 nm Au 与 100 nm Au | Figure S9 |
| 源光谱 | 15 nm Au 器件的 EL 光谱 | 数字化自 Figure S7a；限制见偏差分析 |
| 偶极子设置 | Probability 各向同性；Delta；位置 0.5；量子效率 1 | 论文未给出偶极取向与发光区剖面，采用中性基线 |
| 探测器 | Intensity | 波长 725–875 nm，步长 5 nm；角度 0–90°，步长 5° |
复现目标与验收准则
同时满足以下条件时认为复现通过：
- 法向光谱集中在
800 nm附近。 - 观察角增大时，光谱最大值与 Figure 2a 一样向短波方向移动。
60°信号明显弱于0°与30°。- 分波长角度曲线保持前向集中，复现 Figure 2b 的主要形态。
由于缺少无微腔影响的源光谱和发光区分布，本案例不要求精确复现 0° 至 60° 约 14 nm 的峰位移动。
Dreapex TMM 建模路径
结构
膜系和厚度见上表。15 nm 与 100 nm Au 使用各自的光学常数，Emission 只在 MQW 层启用。
光学设置
启用 Intensity，波长设为 725–875 nm、步长 5 nm，角度设为 0–90°、步长 5°。对照时读取 Total 偏振结果。
Optimize。页面下方若出现仅与 Optimize 有关的提示，可继续执行 Run；该提示不会阻塞本案例。示例配置
以下截图来自把导出的 .tmm.json 模型导入线上正式应用之后的界面；结构与材料数据见前文映射表，其余复建参数汇总如下。
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 发光层 | 钙钛矿 MQW，35 nm |
| 发射体取向 | 各向同性 Probability 分布 |
| 深度分布 | 相对位置 0.5 的 Delta |
| 发射体量子效率 | 1 |
| 波长 | 725–875 nm，步长 5 nm |
| 观察角 | 0–90°，步长 5° |
| 结果偏振 | Total |
截图中的 Bottom Medium 不代表可用的后向通道；100 nm Au 已阻断后方光路，因此模型不再加入玻璃。
相对位置 0.5 把偶极面置于 MQW 中央；改变该位置会改变偶极子与两侧镜面的相位关系。
论文曲线未区分偏振，因此本案例使用 Total 结果，而不以单一偏振进行对照。
仿真结果与 Figure 2 对照
Figure 2a 比较固定观察角下的光谱峰位与幅值，Figure 2b 比较固定波长下的角度方向性；两者共同检验光谱蓝移与前向集中。
Figure 2a：角度光谱移动
三条代表光谱分别按自身最大值归一化，以比较峰位和线形；幅值差异采用下表中的原始峰值强度。
| 观察角 | 论文峰位 | 仿真峰位 | 仿真峰值强度 |
|---|---|---|---|
0° | 约 802 nm | 800 nm | 0.28936 |
30° | 约 796 nm | 800 nm | 0.24676 |
60° | 约 788 nm | 795 nm | 0.05541 |
法向峰位接近论文，60° 的原始峰值强度明显衰减；计算得到 0° 至 60° 的移动为 5 nm，小于论文图中约 14 nm 的移动。
Figure 2b：角度发射形态
原始热图的横轴为观察角、纵轴为波长；深色高值区集中在约 790–810 nm 和小观察角，并随角度增大快速变浅，但其颜色也包含源光谱幅值，不能单独用于比较归一化角宽。
论文对应的 760、775、790、800、815 与 830 nm 曲线均按自身最大值归一化；各曲线在 0° 附近保持高值并向 90° 衰减，主瓣没有转向大角度。
偏差分析
- 理想输入应为不受微腔影响的 MQW 光致发光光谱。论文只公开了器件 EL 光谱，因此导入的源光谱已经包含一次微腔响应，再经过模型中的微腔会影响线宽与峰位。
- 发光区用 MQW 中央的单个 Delta 面表示。分布式复合区或不同偶极取向比例都会改变强度与角宽。
5 nm波长步长和5°角度步长限制了峰位定位。定量拟合峰移时应进一步加密。- 电输运、粗糙度、横向散射和非平面出光结构不在该平面光学模型内。
这些限制影响精确峰移与线形，但不改变复现结论：Au 微腔增强前向发射，并使较大观察角下的光谱向短波方向移动。
后续扩展
- 使用独立测量的 MQW PL 光谱替换 EL 源并重新对照。
- 扫描发射体在
35 nmMQW 内的位置，量化前向强度敏感性。 - 对比各向同性与以水平偶极为主的取向分布。
- 扫描顶部 Au 厚度，复现论文其他部分的电极厚度优化。