Author Affiliations
Abstract
1 Jinan University, College of Physics & Optoelectronic Engineering, Institute of Nanophotonics, Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Manipulation, Guangzhou, China
2 Tsinghua University, Shenzhen International Graduate School, State Key Laboratory of Chemical Oncogenomics, Shenzhen, China
3 Jinan University, College of Life Science and Technology, Guangzhou, China
Narrowband photodetection is an important measurement technique for material analysis and sensing, for example, nondispersive infrared sensing technique. Both photoactive material engineering and nanophotonic filtering schemes have been explored to realize wavelength-selective photodetection, while most devices have a responsive bandwidth larger than 2% of the operating wavelength, limiting sensing performance. Near-infrared photodetection with a bandwidth of less than 0.2% of the operating wavelength was demonstrated experimentally in Au/Si Schottky nanojunctions. A minimum linewidth of photoelectric response down to 2.6 nm was obtained at a wavelength of 1550 nm by carefully tailing the absorptive and radiative loss in the nanostructures. Multiple functions were achieved on chip with the corrugated Au film, including narrowband resonance, light harvesting for sensing and photodetection, and electrodes for hot electron emission. Benefiting from such a unity integration with in situ photoelectric conversion of the optical sensing signal and the ultranarrowband resonance, self-contained on-chip biosensing via simple intensity interrogation was demonstrated with a limit of detection down to 0.0047% in concentration for glucose solution and 150 ng / mL for rabbit IgG. Promising potential of this technique is expected for the applications in on-site sensing, spectroscopy, spectral imaging, etc.
plasmonics hot electron sensor photodetector spectroscopy 
Advanced Photonics
2024, 6(2): 026007
马勇 1,2,*陈鑫 1徐应松 1盛宏远 1[ ... ]陈沁 5
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
3 重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065
4 中国电子科技集团第十三研究所, 石家庄 050057
5 暨南大学 纳米光子学研究院, 广州 511443
设计了一种基于双十字结构的多谐振峰太赫兹超材料传感器。整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。基本单元的表面图案呈双十字交叉状,介质材料为聚酰亚胺(Polyimide)。仿真结果表明,所提出的结构具有5个不同的谐振吸收峰,吸收率均超过90%。前3个谐振峰分别对应单元结构内部不同区域形成的基本磁谐振,后2个谐振峰则来源于单元结构间的相互作用。当传感器表面覆盖15μm厚的分析物时,该传感器各个谐振峰的灵敏度分别为72,137,234,353和252GHz/RIU,且谐振峰偏移量与待测分析物折射率变化量呈较强的线性关系,具有优越的传感特性。此外,多峰传感器稳定性优于传统的单峰或双峰传感器,具有良好的抗干扰能力,有助于降低测量误差。所提出的这种高灵敏度多谐振峰传感器在微量分子检测领域具有广阔的应用前景。
太赫兹 超材料 传感器 多谐振峰 灵敏度 terahertz metamaterial sensor multiple resonance peaks sensitivity 
半导体光电
2023, 44(5): 655
作者单位
摘要
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 湖北三峡实验室, 宜昌 443007
3 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
4 中国地质大学(武汉)材料与化学学院, 武汉 430074
5 武汉市汉阳市政建设集团有限公司, 武汉 430050
针对混凝土用人造骨料表面疏松多孔和水泥浆体结合能力不足的问题, 提出包覆和表面疏水特性修饰的新方法处理人造骨料。试验将不同质量分数的硅烷偶联剂溶液与有机硅树脂联合改性应用于碳化养护的人造骨料, 研究改性方法对人造骨料吸水率、颗粒强度、骨料-水泥砂浆黏结强度等性能的影响规律, 利用细观/微观测试分析方法表征改性前后人造骨料的微观结构以及人造骨料与水泥砂浆的界面形貌。结果表明, 较单一使用化学溶液改性人造骨料, 联合改性方法可显著优化人造骨料的表面微观结构, 提升骨料性能, 骨料吸水率可降低至1.74%。当硅烷偶联剂质量分数为5%时, 人造骨料表面形成厚度合适的改性层, 人造骨料与水泥砂浆的结合程度显著提升。
固体废弃物 人造骨料 表面改性 界面过渡区 物理性能 微观形貌 solid waste artificial aggregate surface modification interfacial transition zone physical property microstructure 
硅酸盐通报
2023, 42(5): 1615
作者单位
摘要
西南交通大学材料科学与工程学院四川省先进焊接及表面工程中心,四川 成都 610031
采用冷喷涂-激光熔覆顺序耦合技术,在高速列车车轴钢EA4T表面制备Ni30冷喷涂中间层后,采用激光熔覆技术制备Fe314涂层,以研究冷喷层作为激光熔覆中间层对激光熔覆车轴组织及性能的影响。试验结果表明,Ni30涂层对熔覆层和热影响区组织形貌没有影响,但改变了熔覆层界面处元素含量,并减小了热影响区面积。激光热导致强烈塑性变形的Ni30颗粒界面发生熔化,涂层与车轴钢由机械结合变为冶金结合,剪切强度由35.9 MPa提高为224.4 MPa。在性能方面,Ni30中间层导致复合试样熔覆层、热影响区的硬度和剪切强度均降低,塑韧性得到提升,从而性能更接近基体。但过多的激光热导致冷喷涂Ni30气孔聚集长大,且受激光热作用后涂层结合强度比单熔覆试样低115 MPa左右,因而接下来仍需对工艺进行优化。
激光技术 激光熔覆 冷喷涂 热影响区 组织与性能 
中国激光
2023, 50(12): 1202204
杨巧玲 1,*陈沁 2钮冰 2邓晓军 3[ ... ]张峰 5
作者单位
摘要
1 上海大学环境与化学工程学院, 上海 200444
2 上海大学生命科学学院, 上海 200444
3 上海海关动植物与食品检验检疫技术中心, 上海 200135
4 上海如海光电科技有限公司, 上海 201201
5 中国检验检疫科学研究院, 北京 100176
硫脲是一种含氮量高、 毒性较大的潜在蛋白掺假化合物, 常规的实验室检测方法过程复杂、 效率低, 无法满足口岸对大批次散装奶粉样本质量快速筛查的需求。 为解决口岸抽样监管缺乏快速实时评价方法的难题, 利用自主搭建的便携式点扫描拉曼高光谱成像系统, 开发了一种简单高效的奶粉中硫脲现场可视化快速检测方法, 确保散装奶粉在进出口环节的精准监管。 研究以不同添加浓度(0.005%~2.000%)的硫脲奶粉混合物为样本, 分别用Whittaker平滑方法和自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法(airPLS)消除光谱数据的背景随机噪音信号和荧光背景干扰, 峰值识别后对硫脲特征位移处的单波段数据进行二值化处理, 得到混合样本感兴趣区域的二值热图, 通过二值图中硫脲像素点的有无和坐标, 对奶粉中的硫脲进行定性判别和定位分析。 进一步分析得感兴趣区域内硫脲像素点数目与添加浓度的关系, 结果表明随着添加浓度的增加, 硫脲像素点数目呈线性增长趋势, 其中线性拟合的决定系数(R2)为0.991 3, 硫脲的最低检出浓度为0.05%。 在0.25%, 0.60%, 1.20%和1.50%的添加水平下, 利用像素点数目和线性拟合关系预测奶粉中硫脲的浓度, 结果显示预测浓度的相对误差范围为-9.41%~4.01%, 相对标准偏差小于7%。 该点扫描拉曼高光谱成像系统能在10 min内完成单个样本的检测, 结合软件控制系统, 实时对奶粉中的硫脲颗粒进行定性、 定量和污染分布分析, 方法简单高效、 准确性好、 灵敏度高、 稳定性强, 为口岸现场对散装奶粉中硫脲掺假物的实时快速检测提供了技术监管手段, 能显著提升口岸现场散装样本的监管环节质量评价的精准性, 为进口奶粉快速通关提供技术保障。
便携式拉曼高光谱成像技术 现场无损检测 硫脲 奶粉 Portable Raman hyperspectral imaging technology On-site non-destructive testing Thiourea Milk powder 
光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2156
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Nanophotonics, Jinan University, Guangzhou 511443, China
2 Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China
3 James Watt School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ, UK
Epsilon-near-zero (ENZ) modes have attracted extensive interests due to its ultrasmall mode volume resulting in extremely strong light-matter interaction (LMI) for active optoelectronic devices. The ENZ modes can be electrically toggled between on and off states with a classic metal-insulator-semiconductor (MIS) configuration and therefore allow access to electro-absorption (E-A) modulation. Relying on the quantum confinement of charge-carriers in the doped semiconductor, the fundamental limitation of achieving high modulation efficiency with MIS junction is that only a nanometer-thin ENZ confinement layer can contribute to the strength of E-A. Further, for the ENZ based spatial light modulation, the requirement of resonant coupling inevitably leads to small absolute modulation depth and limited spectral bandwidth as restricted by the properties of the plasmonic or high-Q resonance systems. In this paper, we proposed and demonstrated a dual-ENZ mode scheme for spatial light modulation with a TCOs/dielectric/silicon nanotrench configuration for the first time. Such a SIS junction can build up two distinct ENZ layers arising from the induced charge-carriers of opposite polarities adjacent to both faces of the dielectric layer. The non-resonant and low-loss deep nanotrench framework allows the free space light to be modulated efficiently via interaction of dual ENZ modes in an elongated manner. Our theoretical and experimental studies reveal that the dual ENZ mode scheme in the SIS configuration leverages the large modulation depth, extended spectral bandwidth together with high speed switching, thus holding great promise for achieving electrically addressed spatial light modulation in near- to mid-infrared regions. Epsilon-near-zero (ENZ) modes have attracted extensive interests due to its ultrasmall mode volume resulting in extremely strong light-matter interaction (LMI) for active optoelectronic devices. The ENZ modes can be electrically toggled between on and off states with a classic metal-insulator-semiconductor (MIS) configuration and therefore allow access to electro-absorption (E-A) modulation. Relying on the quantum confinement of charge-carriers in the doped semiconductor, the fundamental limitation of achieving high modulation efficiency with MIS junction is that only a nanometer-thin ENZ confinement layer can contribute to the strength of E-A. Further, for the ENZ based spatial light modulation, the requirement of resonant coupling inevitably leads to small absolute modulation depth and limited spectral bandwidth as restricted by the properties of the plasmonic or high-Q resonance systems. In this paper, we proposed and demonstrated a dual-ENZ mode scheme for spatial light modulation with a TCOs/dielectric/silicon nanotrench configuration for the first time. Such a SIS junction can build up two distinct ENZ layers arising from the induced charge-carriers of opposite polarities adjacent to both faces of the dielectric layer. The non-resonant and low-loss deep nanotrench framework allows the free space light to be modulated efficiently via interaction of dual ENZ modes in an elongated manner. Our theoretical and experimental studies reveal that the dual ENZ mode scheme in the SIS configuration leverages the large modulation depth, extended spectral bandwidth together with high speed switching, thus holding great promise for achieving electrically addressed spatial light modulation in near- to mid-infrared regions.
epsilon-near-zero modulation TCOs electro-optic light harvesting 
Opto-Electronic Advances
2022, 5(6): 200093
作者单位
摘要
暨南大学 纳米光子学研究院,广东 广州 511443
光学传感检测技术因具有精度高、低延时和可成像等优势而得到广泛应用。随着大数据和物联网等信息技术的迅速发展,对检测平台小型化和便携性的需求日益迫切。为了克服现有技术对大型专用设备的依赖,提高对现场快检、轻载荷平台等应用场景的适用性,近年来,基于微纳光学的片上集成光学传感检测技术受到了极大关注。通过集成光源、光学传感单元与光电探测单元、以及发展片上光色散等技术,可以有效地实现光学传感信号提取和光电信号转换的片上集成,从而实现系统的微型化和多功能集成。文中介绍了相关技术原理和技术发展现状,分析了现有技术的优缺点,讨论并总结了未来的发展方向和应用前景。
光学传感 光电探测 光波导 集成光学 芯片实验室 optical sensing photodetection optical waveguide integrated optics lab on a chip 
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210671
作者单位
摘要
暨南大学纳米光子学研究院,广东 广州 510632
光谱分析技术具有快速、准确和绿色检测的特点,在科学研究、信息、生物医疗、食药检测、农业、环境和安防等领域有广泛而且重要的应用。然而现有光谱技术与检测设备通常较为庞大复杂,难以适合现场快检、轻载荷平台等便携式应用场景。近年来,微型光谱检测技术和设备受到广泛关注并得到迅速发展,具有尺寸、重量、功耗等方面的显著优势,尤其是基于散斑检测的计算光谱分析技术,可以通过记录分析散射元件对被测光形成的散斑图获得高精度的光谱信息。本文将介绍相关技术原理和技术发展现状,分析现有技术性能和优缺点,讨论并总结未来发展方向和应用前景。
光谱 散斑 微型光谱仪 压缩感知 spectrum speckle microspectrometer compressive sensing 
光电工程
2021, 48(3): 200183
作者单位
摘要
暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 511443
近年来,各种微纳光学效应被用于实现结构色甚至更精细的光谱调控,但这类方法大部分都基于彩色滤波原理,其光学效率难以接近甚至超越传统的染料滤波技术。首先介绍高像素密度图像传感器的色彩技术需求,并分析现有商用染料滤波器和微纳光学结构色滤波技术的局限性,然后介绍一类新兴的微纳结构空间分光色彩管理技术,并系统性地分析和讨论其技术原理和发展现状,最后总结该技术面临的挑战和发展趋势。
光学器件 亚波长结构 微纳光学 图像传感器 结构色 分束器 
光学学报
2021, 41(8): 0823010
作者单位
摘要
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 深圳技术大学创意设计学院, 广东 深圳 518118
3 上海建桥学院珠宝学院, 上海 201306
近期市场上出现了一种外形特殊的绿松石, 体色多呈现浓度不同的蓝绿色, 大部分表面都有大小不等的白色——浅蓝白色斑块和斑点, 斑块界限模糊, 部分品种表面有类似流纹的结构, 外表与压制绿松石极为相似, 这种绿松石原料主要产自于蒙古, 市场上俗称 “外蒙料”。 采用常规宝石学测试仪器, X射线荧光光谱、 红外吸收光谱、 激光拉曼光谱和X射线粉晶衍射等测试方法对这类“外蒙料”绿松石的宝石学性质、 化学成分及矿物组成等进行了较为详细的研究分析。 研究结果表明: “外蒙料”绿松石样品整体外观呈浅蓝绿至深蓝绿色, 颜色分布不均匀, 表面常见白色或浅蓝白色分布不均一的斑块或斑点, 内部常含有石英、 长石、 伊利石还有黄铁矿。 其折射率约为1.60~1.62, 相对密度约为2.43~2.76, 低于我国湖北和安徽的绿松石。 在长波紫外光下, 大部分样品可见较微弱的蓝白色荧光, 在短波紫外光下, 荧光为惰性。 “外蒙料”的主要化学成分均偏离绿松石理论化学成分值, w(Al2O3)在26.75%~30.30%之间, w(P2O5)在32.54%~36.40%之间, w(CuO)在6.99%~10.73%之间, w(FeO)在1.73%~4.39%之间, w(ZnO)在0.35%~2.93%之间, 属于绿松石——锌绿松石类质同像系列靠近绿松石的端元, 其中普遍含有一定量的SiO2, 质量分数可达2.38%~8.87%, 这一特点与国内其他产地绿松石几乎不含或含有极微量的SiO2不同。 X射线粉晶衍射及红外吸收光谱显示, “外蒙料”中不均匀分布的颜色斑块的主要组成矿物均为绿松石, 且整体未经优化处理, 为天然绿松石。 红外吸收光谱显示绿松石“外蒙料”的红外吸收光谱为结晶水、 羟基水及磷酸根基团的振动光谱, 与天然绿松石的红外吸收光谱特征一致。 “外蒙料”绿松石中不同透明度及颜色的杂质矿物的激光拉曼光谱测试分析表明该绿松石中所含有的白色不透明杂质矿物为钠长石, 白色半透明杂质矿物为石英, 黄铜色具有金属光泽的杂质矿物为黄铁矿。
绿松石 成分特征 红外吸收光谱 激光拉曼光谱 外蒙料 Turquoise Composition characteristics Infrared absorption spectroscopy Laser Raman spectroscopy Mongolia 
光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2164

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