中北大学 电子测试技术重点实验室 山西 太原 030051
为了解决传统的荧光光谱采集系统与光探测磁共振(optically detected magnetic resonance，后文简称ODMR)光谱采集系统存在的搭建繁琐、检测样品聚焦精度较低、采集系统之间转换困难以及ODMR光谱采集信号信噪比和采集精度较低的问题，设计了基于光纤传感的荧光采集与ODMR光谱采集转换系统。通过光纤将激发光源电路、微波传感天线、光纤传感器、显微聚焦光路、PD(photodetector)放大电路、信号处理模块以及荧光光谱仪各模块进行耦合集成，为信号处理的软件提供硬件部分支持。在软件部分，通过开源程序编写实现信号数据处理以及光谱成像功能，利用PD放大电路对数据进行初步处理之后，在软件部分通过信号处理模块进行进一步处理，数据以图谱形式呈现，并且最终磁灵敏度达到0.51nT/Hz1/2。
荧光光谱 ODMR曲线 信号处理 转换系统 灵敏度 高信噪比 fluorescence spectrum optically detected magnetic resonance spectrum signal processing transcription system sensitivity High SNR 量子光学学报
2023, 29(1): 010901
昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
针对点云精简算法提取特征时较为依赖传统参数、特征提取不全面和特征边界易丢失等问题，提出一种使用冯·米塞斯（vMF）分布提取特征的点云精简方法。该方法首先利用邻域重心点构建向量，通过与法向之间的夹角关系设置阈值划分曲面，降低噪声对细节特征的影响；然后利用冯·米塞斯分布提取曲面点的优先度，实现全局特征提取；最后基于特征进行八叉树分级精简。实验结果表明：所提方法可有效提取细节特征，相比于基于曲率、Hausdorff距离的方法所提取到的特征，有着更好的特征提取效果；利用基于曲率、栅格、随机的精简算法与所提方法进行关于重建结果、3D偏差、定量分析的对比，证明所提精简方法效果更优。所提方法为点云特征提取和精简提供一种新的思路。
点云精简 特征提取 冯·米塞斯分布 八叉树 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0228002
1 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心，四川 成都 610200
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621900
3 电子科技大学 电子科学与工程学院，四川 成都 611731
实现了一种基于“对差分”结构的高效率285 GHz三倍频器。相比于传统的基于片上旁路电容的平衡式三倍频电路，这种理念能够将电路的功率容量提高一倍。同时，这种结构的三倍频能够提供高度的幅度和相位平衡性，进而实现更好的直流馈电回路，并通过省去高工艺需求的片上电容而降低了相应的插入损耗。同样，这种电路能够通过“对差分”结构实现偶次谐波的本征抑制，从而保证了在管结数量倍增前提下的更高变频效率。测试结果表明该三倍频器能够在140~210 mW的驱动功率条件下提供12%的最高效率。
平衡式 三倍频器 太赫兹 功率容量 肖特基二极管 balanced frequency tripler THz power handling Schottky diode 
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Chongqing Key Laboratory of Precision Optics, Chongqing Institute of East China Normal University, Chongqing 401120, China
3 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
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Promoting the sensitivity of mid-infrared (MIR) spectroscopy to the single-photon level is a critical need for investigating photosensitive biological samples and chemical reactions. MIR spectroscopy based on frequency upconversion is a compelling pioneer allowing high-efficiency MIR spectral measurement with well-developed single-photon detectors, which overcomes the main limitations of high thermal noise of current MIR detectors. However, noise from other nonlinear processes caused by strong pump fields hinders the development of the upconversion-based MIR spectroscopy to reach the single-photon level. Here, a broadband MIR single-photon frequency upconversion spectroscopy is demonstrated based on the temporal-spectral quantum correlation of non-degenerate photon pairs, which is well preserved in the frequency upconversion process and is fully used in extracting the signals from tremendous noise caused by the strong pump. A correlation spectrum broader than 660 nm is achieved and applied for the demonstration of sample identification under a low incident photon flux of 0.09 average photons per pulse. The system is featured with non-destructive and robust operation, which makes single-photon-level MIR spectroscopy an appealing option in biochemical applications.
Photonics Research
2022, 10(11): 2614
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401147
3 南开大学现代光学研究所，天津 300071
将时间拉伸色散傅里叶变换测量方法应用于飞秒光丝成像研究。通过光谱-空间编码的方式，结合高速单点探测器及示波器，实现了对飞秒光丝瞬态演化过程的一维成像。成像空间分辨率为60 μm，刷新速率为54.54 MHz。本文方法避开了CCD对图像刷新率的限制，为研究光丝与物质相互作用动力学提供了新方法。
超快光学 光丝 成像 傅里叶变换 飞秒激光 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1336001
1 中北大学, 电子测试技术重点实验室山西 太原 030051
2 中北大学仪器与电子学院, 测试技术及仪器国家级实验教学示范中心山西 太原 030051
3 中北大学理学院山西 太原 030051
本文提出了一种基于电子自旋共振效应的位移振动检测方法, 以金刚石氮空位色心为敏感单元, 利用其对磁场强度的高敏感机理来进行。我们设计并搭建了振动发生装置和磁场检测系统。其中, 该系统由荧光聚焦系统、载流磁线圈和直尺组成。荧光聚焦系统负责高效地激发和收集荧光, 并确定电子自旋效应的分裂程度。载流线圈负责产生一个高线性的梯度磁场, 标尺作为振动源, 产生振动信号, 驱动载流线圈振动。然后, 通过严格的静态与动态实验分析, 当磁线圈携带0.1 A的电流时, 该位移灵敏度为25.11 nmHz12, 理论位移灵敏度约为2.106 nmHz12, 最小磁灵敏度极限为0.198 nTHz12, 振动信号的频率为6.31 Hz, 振幅为0.744 mm。该实验验证了检测方法的可行性。这为高精度位移振动检测方法提供了新的途径。
振动检测 NV色心 电子自旋共振 vibration detection NV center electron spin resonance
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Institute of Materials Research and Engineering, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore 138634, Singapore
Photon nanosieves, as amplitude-type metasurfaces, have been demonstrated usually in a transmission mode for optical super-focusing, display, and holography, but the sieves with subwavelength size constrain optical transmission, thus leading to low efficiency. Here, we report reflective photon nanosieves that consist of metallic meta-mirrors sitting on a transparent quartz substrate. Upon illumination, these meta-mirrors offer the reflectance of , which is higher than the transmission of visible light through diameter-identical nanoholes. Benefiting from this configuration, a meta-mirror-based reflective hologram has been demonstrated with good consistence between theoretical and experimental results over the broadband spectrum from 500 nm to 650 nm, meanwhile exhibiting total efficiency of . Additionally, if an additional high-reflectance layer is employed below these meta-mirrors, the efficiency can be enhanced further for optical anti-counterfeiting.
metasurfaces nanosieves holograms reflective mirrors Chinese Optics Letters
2022, 20(5): 053602
1 中国科学技术大学物理学院，光学与光学工程系，合肥 230026
2 黄山精工凹印制版有限公司，黄山 245900
现代显微镜中的物镜受限于瑞利衍射极限，其分辨率不能满足生物成像、材料科学以及光刻等领域的需求。目前，突破瑞利衍射极限的方法可分为近场(如扫描近场光学显微镜、超透镜、微球透镜)和远场(如受激辐射损耗显微镜、光激活定位显微镜、随机光学重建显微镜)方法。然而，前者利用纳米探针散射物体表面一个波长范围内的倏逝波，极具挑战性；而后者对样品有选择性，只适用于荧光分子样品，且会对样品造成损伤。近年来，平板透镜利用波带片、光子筛以及梯度超构表面等人工微纳结构来控制光的衍射，具有小型化、高数值孔径、大焦深、亚衍射极限聚焦等功能，为远场无标记超分辨率成像提供了一个可行的解决方案。本文从衍射聚焦光学的统一理论出发，总结平面衍射透镜的最新进展，揭示基于光场调控实现纳米聚焦的物理机制，介绍平板衍射透镜的设计原理、光学性能、微纳结构特性和材料影响，详细讨论平板衍射透镜的光学像差(如离轴像差和色差)及其校正，平板衍射透镜在纳米成像、光刻以及光电子能谱仪中的应用，最后展望其未来的发展方向和机遇。
平板衍射透镜 人工微纳结构 远场超分辨率成像 光学像差 亚衍射极限聚焦 planar diffractive lens artificial micro/nano-structure far-field superreslution imaging optical aberration subdiffraction-limit focusing
