北京工业大学信息学部光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中，台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题，提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案，研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明：器件侧壁层结构的分层现象减少，器件结构稳定性更好；高 Al 层的氧化速率更稳定，氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5 μm的940 nm垂直腔面发射激光器，室温下，与传统工艺制备的器件相比，钝化后的器件的斜率效率提高了5%，各器件之间的性能一致性更好。同时，在1 mA的驱动电流下，激光器的边模抑制比可达36 dB，处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下，制备了形状规范的氧化孔结构，进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。
激光器 垂直腔面发射激光器 氧化孔 湿法氧化 钝化 干法刻蚀
1 山西大学激光光谱研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
3 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
为了研究室内二氧化碳（CO2）体积分数变化以及其与人类活动之间的关系，设计了一种开放路径式可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）传感系统对室内CO2体积分数进行监测。采用中心波长为2004 nm的分布式反馈（DFB）激光器作为激励光源测量CO2的R（16）特征吸收线。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法拟合测量光谱，实现体积分数测量免定标。与商用XENSIVTMPAS二氧化碳传感器进行对比测量，二者的相关度R2达到0.89。结果显示，室内CO2每日体积分数均值为4.63×10-4，略高于室外的CO2体积分数，并且一天内波动范围在3.86×10-4~5.66×10-4之间。室内CO2体积分数受通风情况和室内人员活动的影响，其每日体积分数变化趋势与人员工作时间高度相关。在人员密度为0.005 人/m3的情况下，测量得到CO2体积分数的增长速率为2.3×10-5 h-1。因此，人员拥挤的室内环境应及时通风，以防止体积分数过高的CO2引起不适。
可调谐二极管激光吸收光谱技术 痕量气体 免标定 室内二氧化碳检测 在线监测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0530004
1 武汉华中天纬测控有限公司, 湖北 武汉 430223
2 国家电网有限公司, 北京 100031
3 国网智能电网研究院有限公司, 北京 102209
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)时间传递技术以其低成本、高精度、广覆盖范围等特点, 广泛应用到高精度时频领域。传统卫星共视技术利用全球卫星导航时间比对标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard, CGGTTS)共视文件实现事后高精度时间传递, 很难实现实时时间传递。为满足数字换流站、电力物联网、移动通信等对实时、高精度时间传递的需求, 研究了基于北斗三号全球卫星导航定位系统(BDS-3)伪距观测数据的实时卫星共视技术, 开展了短基线和西安-三亚长基线北斗实时卫星共视时间传递实验来评估实时共视时间传递性能。实验结果表明北斗实时卫星共视时间传递精度优于1 ns, 可为时频系统、数字换流站等应用领域提供纳秒级时间同步和纳秒级时间溯源服务。
全球导航卫星系统 实时卫星共视 全球卫星导航时间比对标准 时间传递 纳秒级 GNSS real-time satellite common-view CGGTTS time transfer nanosecond
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai University, Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communications, Shanghai, China
2 Aston University, Aston Institute of Photonic Technologies, Birmingham, United Kingdom
3 Huazhong University of Science and Technology, School of Optical and Electronic Information and NGIA, Wuhan, China
Breathing solitons, i.e., dynamic dissipative solitons with oscillating pulse shape and energy caused by different mechanisms of spatiotemporal instabilities, have received considerable interest from the aspects of nonlinear science and potential applications. However, by far, the study of breathing solitons is still limited within the time scale of hundreds of cavity round trips, which ignores the slow dynamics. To fill this lacuna, we theoretically investigate a new type of vector dissipative soliton breathing regime and experimentally demonstrate this concept using mode-locked fiber lasers, which arise from the desynchronization of orthogonal states of polarization (SOPs) in the form of complex oscillations of the phase difference between the states. The dynamic evolution of polarization states of the vector breathings solitons takes the form of a trajectory connecting two quasi-equilibrium orthogonal SOPs on the surface of the Poincaré sphere. The dwelling time near each state is on the scale of a tenth of a thousand cavity round trip times that equals the breathing period, which is up to 2 orders of magnitude longer than that for common breathers. The obtained results can reveal concepts in nonlinear science and may unlock approaches to the flexible manipulation of laser waveforms toward various applications in spectroscopy and metrology.
dissipative solitons polarization dynamics vector soliton breather Q-switched mode locking nonlinear polarization rotation coupled oscillators Advanced Photonics Nexus
2023, 2(6): 066007
1 防灾减灾湖北省重点实验室,宜昌 443002
2 三峡大学土木与建筑学院,宜昌 443002
为研究杂散电流环境下超高性能混凝土(UHPC)的耐久性问题, 采用电迁移加速锈蚀试验方法, 研究了环境类型、氯离子浓度、胶材类型对杂散电流环境下UHPC锈蚀形态、超声波速损失率、损伤深度、孔隙率及强度损失的影响。结果表明: 杂散电流环境下UHPC试件首先在表面产生裂缝、剥落等现象, 随通电时间增加, 损伤由表及里递进发展, 内部纤维严重锈蚀并与基体分离; 杂散电流环境下UHPC损伤深度随通电时间的增加近似呈二次函数增长, 无氯离子环境或氯离子浓度小于1%(质量分数)时, 对UHPC损伤深度的影响不显著, 但随氯离子浓度增大, 影响渐趋显著, 氯离子浓度为3%时UHPC的损伤深度较1%时大1倍; 相同条件下, UHPC越密实, 抗杂散电流损伤的能力越强, 在UHPC中掺入磷渣粉或粉煤灰有助于增强其耐蚀性能。
杂散电流 氯离子 超高性能混凝土 胶材类型 损伤深度 耐蚀性能 stray current chloride ion ultra-high performance concrete cementing material type damage depth corrosion resistance
1 防灾减灾湖北省重点实验室,宜昌 443002
2 三峡大学土木与建筑学院,宜昌 443002
本文研究了水胶比、胶砂比、粉煤灰掺量、硅灰掺量、钢纤维掺量和陶砂密度等级对掺陶砂超高性能轻质混凝土(UHPLC)工作性能、力学性能、表观密度和比强度的影响, 确定了最佳配合比, 制得了干表观密度为1 950 kg/m3、流动度为233 mm(略高于超高性能混凝土)、28 d抗压/抗折强度不小于120/20 MPa的UHPLC。借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜, 探讨了UHPLC水化产物、微观形貌随时间的变化规律, 并从微观结构角度分析了陶砂与基体、钢纤维与基体的界面过渡区特征, 揭示了相同条件下UHPLC比强度随陶砂密度等级增大而增大的变化规律。经过标准化回归系数分析, 发现钢纤维掺量对UHPLC强度、密度影响最大, 贡献率均大于40%, 而对UHPLC流动性影响最显著的因素是水胶比, 贡献率为38.18%, 胶砂比对流动性有较为明显的影响, 贡献率为27.20%。
超高性能轻质混凝土 陶砂 钢纤维 水胶比 表观密度 贡献率 ultra-high performance lightweight concrete pottery sand steel fiber water-binder ratio apparent density contribution rate
Author Affiliations
Abstract
Centre for THz Research, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
We propose and experimentally demonstrate a high quality (Q)-factor all-silicon bound state in the continuum (BIC) metasurface with an imperforated air-hole array. The metasurface supports two polarization-insensitive BICs originated from guided mode resonances (GMRs) in the frequency range of 0.4 to 0.6 THz, and the measured Q-factors of the two GMRs are as high as 334 and 152, respectively. In addition, the influence of the thickness of the silicon substrate on the two resonances is analyzed in detail. The proposed all-silicon THz metasurface has great potential in the design and application of high-Q metasurfaces.
bound state in the continuum all-silicon metasurface high-quality factor terahertz Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113601
1 防灾减灾湖北省重点实验室, 宜昌 443002
2 三峡大学土木与建筑学院, 宜昌 443002
3 三峡旅游职业技术学院, 宜昌 443000
本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须, 采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg2+作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究, 运用分子动力学技术模拟计算Mg2+在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数, 两者结合探讨Mg2+对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明, Mg2+和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为: ΔE(200)<ΔE(002)<ΔE(400)<ΔE(020)<ΔE(204), 即Mg2+主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg2+与SO2-4间的作用距离小于Ca2+与SO2-4间的作用距离, Mg与S之间产生了明显的电子效应, 且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强, XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显, 说明有少量的Mg2+嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数, 下同)时, 优先促进晶体c轴方向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细长针状, 平均长度为47.29 μm, 平均长径比为36.07; 在硫酸镁掺量为0.30%时, 抑制晶体沿c轴和径向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细短针状, 平均长度为39.72 μm, 平均长径比为28.91。
半水硫酸钙晶须 磷石膏 结晶习性 分子动力学模拟 calcium sulfate hemihydrate whisker phosphogypsum Mg2+ Mg2+ crystallization habit molecular dynamics simulation
1 吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家联合重点室，吉林 长春 130012
2 清华大学精密仪器系，精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
随着人工智能技术的不断发展，激光工业制造的智能化已成为重要趋势。机器学习作为人工智能的主要技术之一，已经在相关领域得到了广泛应用，并促进该领域实现巨大突破，推动下一代激光微纳加工技术的发展。为此，本文综述了机器学习在激光微纳加工领域各工艺过程中的重要应用，包括激光微纳加工参数优化与工艺窗口预测、加工过程的实时监测与控制、加工结果的预测以及辅助物理机制的研究，总结并展望了当前已有的机器学习与激光微纳加工交叉方向的改进方案，以及未来可能出现的机器学习与激光微纳加工交叉技术的进一步应用。
激光技术 光学制造 微纳加工 过程控制 人工智能 机器学习 中国激光
2023, 50(20): 2000001
1 中国科学技术大学 生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物工程技术研究所，江苏 苏州 215163
3 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004
对于高灵敏原子磁力计极弱磁测量，激光温度的精确稳定控制是一项必不可少的工作。激光温度不稳定会导致激光波长波动和漂移，从而降低原子磁力计的灵敏度。为了降低激光器温度波动对原子磁力计的影响，本文设计并实现了一个基于ADN8834温度控制芯片的高精度DBR激光器自动温度控制系统。首先，基于ADN8834和高精度模/数转换芯片LTC2377设计了温度反馈电路，成功采集到了与温度对应的模拟电压信号并将其转换为数字信号送入FPGA。然后，在FPGA中实现了增量式数字PID算法，自动计算温度控制信号。最后，设计了数/模转换电路将该温度控制信号转换为模拟信号传递给ADN8834，ADN8834输出加热或冷却信号来控制半导体热电制冷器，从而实现闭环温度自动控制。实验结果表明，当目标温度分别设定在20，25，30 ℃时，该温度自动控制系统的温度稳定性均在±0.005 ℃，测试DBR激光器输出波长稳定性范围为±2 pm。该激光器自动温度控制系统温度稳定性高，且操作方便，设计灵活，基本满足原子磁力计系统对激光温度控制器的要求。
ADN8834 数字PID算法 温度控制 半导体热电制冷器 ADN8834 digital PID algorithm temperature control TEC
