朱向阳 1邱松 1丁友 1刘通 1[ ... ]任元 2,*
作者单位
摘要
1 航天工程大学宇航科学与技术系,北京 101416
2 航天工程大学基础部,北京 101416
针对不同径向节次拉盖尔-高斯(LG)光束,首先阐述了其物理意义及强度分布规律,分析了高径向节次LG光束在横向偏移入射条件下的旋转多普勒效应(RDE)。其次,根据散射体模型,设计变量控制实验探究了不同径向节次LG光束对横移条件下RDE的影响,实验结果表明:不同径向节次LG光束虽然能够增强横向位移条件下旋转多普勒信号的光强及幅值,有助于转速信息提取,但二者并非线性关系;随着径向节次的增大,频域信号幅值呈现先增大后减小的规律,存在最佳径向节次值,使得信号幅值最大;LG光束的径向节次并不影响转速测量精度。最后,从理论上分析了LG光束的径向节次影响旋转多普勒信号强度的原因。本研究在拓展涡旋光测速应用范围,增加目标转速探测距离及提高准确度方面具有较大的应用潜力。
物理光学 径向节次 涡旋光 旋转多普勒效应 横向偏移 
光学学报
2023, 43(7): 0726003
唐若愚 1邱松 1刘通 1李修乾 2[ ... ]任元 3,*
作者单位
摘要
1 航天工程大学宇航科学与技术系,北京 101416
2 航天工程大学教务处,北京 101416
3 航天工程大学基础部,北京 101416
从旋转多普勒频谱展宽的机理出发,根据轨道角动量模式展开的原理,分析了展宽频谱的特征,提出了一种双重傅里叶分析方法,将展宽的频谱进行处理,得到具有单一峰值的频谱,从而更加方便、清晰地提取目标转速,降低光学旋转多普勒测速技术对光束质量和入射条件的要求。该研究有助于进一步推动旋转多普勒测速技术在实际工程中的应用。
物理光学 双重傅里叶分析 涡旋光 旋转多普勒效应 轨道角动量 转速探测 
光学学报
2023, 43(7): 0726002
Song Qiu 1,2Xiangyang Zhu 1,2Ruoyu Tang 1,2Tong Liu 1,2[ ... ]Yuan Ren 2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Aerospace Science and Technology, Space Engineering University, Beijing 101416, China
2 Lab of Quantum Detection & Awareness, Space Engineering University, Beijing 101416, China
3 Department of Basic Course, Space Engineering University, Beijing 101416, China
We reveal the mechanism of the noncoaxial rotational Doppler effect (RDE) of an optical vortex and report its application in discriminating the orientation of the rotating axis of the rotating body. In most cases of the RDE-based measurement, the beam axis must be aligned with the rotating axis of the rotational body to observe a good signal. Once the beam axis is not coaxial with the rotating axis, the RDE frequency shift would change related to the misalignment distance, which can be called the noncoaxial RDE. Here, we take the advantage of the misaligned RDE augment with precise light-field modulation and successfully realize the discrimination of the orientation of the rotating axis relative to the illuminating beam. We clarify the principle of noncoaxial RDE and explain why the incomplete optical vortex (OV) is sensitive to the position of the rotating axis. We switch the OV field into four quadrants synchronized with sampling by the data acquisition system, and conduct Fourier transformation of the signals. Combined with the fitting algorithm, the orientation of the rotating axis can be recognized directly. This method may find applications for the noncontact detection of rotating bodies in both industrial and astronomical scenarios.
Photonics Research
2022, 10(11): 2541
作者单位
摘要
1 上海科技大学 物质科学与技术学院, 上海 201210
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 先进材料部, 江苏 苏州 215123
半导体型单壁碳纳米管在分散与分离过程中长度会被截短。在100nm以下的超短管的存在会增加管间搭接电阻和载流子的散射几率, 从而导致器件性能的下降。开发了一种有机体系的硅胶吸附技术。利用硅胶颗粒表面的硅羟基与包裹在碳纳米管表面的聚合物PCz中的N原子形成氢键, 成功实现了超短碳管的高效去除, 使半导体型碳纳米管的长度分布实现了有效调控。基于长度分选后的碳纳米管制备的晶体管器件, 其开态电流和最大跨导达到8.9μA/μm和0.5mS/μm, 比长度未分选的器件分别提高了约300%和250%。
半导体型单壁碳纳米管 管长分选 高效吸附 semiconducting single-walled carbon nanotubes length sorting efficient absorption 
半导体光电
2022, 43(4): 786
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Aerospace Science and Technology, Space Engineering University, Beijing 101416, China
2 Basic Ministry, Space Engineering University, Beijing 101416, China
3 Laboratory of Quantum Detection & Awareness, Space Engineering University, Beijing 101416, China
We propose a method for detecting the symmetry of rotating patterns based on the rotational Doppler effect (RDE) of light. The basic mechanisms of the RDE are introduced, and the spiral harmonic distribution of rotating patterns is analyzed. By irradiating the rotating pattern using a superimposed optical vortex and analyzing the amplitude of the RDE signal, the spiral harmonic distribution of the pattern can be measured, and then its symmetry can be detected. We demonstrate this method experimentally by using patterns with different symmetries and shapes. As the method does not need to receive the scattered light completely and accurately, it promises potential application in detecting symmetrical rotating objects at a long distance.
rotational Doppler effect optical vortex spiral harmonic distribution symmetry detection detection of rotating objects 
Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 122601
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Collaborative Innovation Center for Optoelectronic Semiconductors and Efficient Devices, Xiamen University, Xiamen 361005, China
2 Department of Aerospace Science and Technology, Space Engineering University, Beijing 101416, China
3 e-mail: qxd@xmu.edu.cn
4 e-mail: renyuan_823@aliyun.com
5 e-mail: chenlx@xmu.edu.cn
We demonstrated an efficient scheme of measuring the angular velocity of a rotating object with the detection light working at the infrared regime. Our method benefits from the combination of second-harmonic generation (SHG) and rotational Doppler effect, i.e., frequency upconversion detection of rotational Doppler effect. In our experiment, we use one infrared light as the fundamental wave (FW) to probe the rotating objects while preparing the other FW to carry the desired superpositions of orbital angular momentum. Then these two FWs are mixed collinearly in a potassium titanyl phosphate crystal via type II phase matching, which produces the visible second-harmonic light wave. The experimental results show that both the angular velocity and geometric symmetry of rotating objects can be identified from the detected frequency-shift signals at the photon-count level. Our scheme will find potential applications in infrared monitoring.
Photonics Research
2022, 10(1): 01000183
作者单位
摘要
航天工程大学 宇航科学与技术系,北京 101416
涡旋光是一种携带轨道角动量的空间结构光束,照射到旋转的平板物体表面时频率会发生移动,这一现象被称为光学旋转多普勒效应,通过测量光束频移可获得平板物体的旋转速率。频移受光束入射条件的影响,通过揭示入射条件影响规律,可实现任意入射条件下的旋转物体转速测量。首先,建立了速度投影模型,分析了光学旋转多普勒效应的产生机理。其次,通过理论推导得出了涡旋光任意入射条件下的旋转多普勒频移分布规律,并提出了提取物体旋转频率的理论方法。最后,搭建了旋转多普勒效应的实验装置,采用拓扑荷数为 $ \pm 18$的叠加态拉盖尔-高斯光束在四种不同入射条件下测量旋转多普勒频移谱,将实验频谱与理论频移曲线结合,测得物体的旋转频率,相对误差低于1%。
涡旋光 旋转多普勒效应 转速探测 任意入射 vortex beam rotational Doppler effect rotational frequency detection general incidence 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210451
王琛 1,2任元 1,2吴昊 1,2邱松 1,2
作者单位
摘要
1 航天工程大学 宇航科学与技术系,北京 101416
2 航天工程大学 量子探测与感知实验室,北京 101416
涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场。自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是近年来涡旋光束在惯性测量领域的应用吸引了诸多学者的研究兴趣。文中主要涉及三个方面的内容:涡旋光束制备方法研究进展;涡旋光束在惯性测量领域中的关键应用,具体为基于涡旋光的旋转多普勒效应和量子陀螺;最后还就惯性测量对涡旋光束制备提出的新要求进行了讨论。
涡旋光束 惯性测量 旋转多普勒效应 玻色-爱因斯坦凝聚 量子陀螺 optical vortex inertial measurement rotation Doppler effect Bose-Einstein condensation quantum gyroscope 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20200463
沙启蒙 1王卫杰 1刘通 1,*刘政良 1[ ... ]任元 1,2
作者单位
摘要
1 航天工程大学 宇航科学与技术系,北京 101416
2 航天工程大学 量子探测与感知实验室,北京 101416
对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。
涡旋光 信噪比 精度 平衡探测 零差探测 旋转多普勒效应 vortex beam signal-to-noise ratio accuracy balanced detection homodyne detection rotational Doppler effect 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210616
姚建 1,2,3,4邱松 2金赫华 2李清文 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学院上海高等研究院, 上海 201203
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
3 上海科技大学, 上海 201210
4 中国科学院大学, 北京 100049
半导体型碳纳米管薄膜的高质量制备及其优化对于碳纳米管基电子器件具有重要意义。其中半导体型碳纳米管的长度是影响薄膜质量的重要因素之一。文章通过聚[9-(1-辛酰基)-9H-咔唑-2,7-二基](PCz)成功制备了高纯度半导体型碳纳米管溶液, 经过循环沉积工艺, 高效地降低了分散液中的短碳管含量, 有效地提升了半导体型碳纳米管的平均长度, 在此基础上通过标准工艺成功制备了高性能碳纳米管薄膜晶体管。结果显示, 优化后的长碳纳米管溶液制备的薄膜晶体管具有优异的电学性能, 其开关比高达107, 迁移率高达34cm2·V-1·s-1, 比相应的短管性能提升了3倍。
半导体型碳纳米管 管长分选 薄膜 薄膜晶体管 semiconducting single-walled carbon nanotube tube length sorting thin-film TFT 
半导体光电
2021, 42(3): 348

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