Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Mode splitters that directly separate modes without changing their orders are highly promising to improve the flexibility of the mode-division multiplexing systems. In this paper, we design a high-performance mode splitter on the silicon-on-insulator platform with a compact footprint of 14 µm× 2.5 µm using an inverse design method based on shape optimization. The fabrication of this mode splitter requires only a single lithography step and exhibits good fabrication tolerances. The experimental results show that the proposed device exhibits state-of-the-art insertion loss (<0.9 dB) and cross talk (<-16 dB) over a broad bandwidth (1500–1600 nm). Furthermore, the shape optimization method used is implemented to design a dual-mode (de)multiplexer, and the experimental results fulfill the design objective, demonstrating the excellent generality of the design method in this paper.
integrated optics inverse design mode splitter Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011302
秦思成 1,2,3,*吴锦绣 1,2,3齐源昊 1,2,3柳召刚 1,2,3[ ... ]张晓伟 1,2,3
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010
2 内蒙古自治区高校稀土现代冶金新技术与应用重点实验室，包头 014010
3 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室，包头 014010
以硫酸铵废水为原料，采用水热法制备了无水硫酸钙晶须(CSW)。首先研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和不同聚合度的聚乙二醇(PEG)对CSW生长行为的影响。然后用Materials Studio 2020软件对SDBS吸附在CSW表面进行分子动力学模拟，计算得到各晶面吸附能。结果表明，产物均为正交晶系的CSW。未加添加剂制备出的CSW平均长度为65.27 μm，长径比为40，但表面粗糙，分布不均匀。加入4%(质量分数)SDBS制备出的CSW形貌最优，分布均匀，表面光滑且均为针状，平均长度为136 μm，长径比为62。SDBS能促进CSW以螺旋位错的形式沿轴向生长，提高CSW长径比。
硫酸铵废水 水热法 无水硫酸钙晶须 添加剂 分子动力学模拟 吸附能 ammonium sulfate wastewater hydrothermal method anhydrous calcium sulfate whisker additive molecular dynamics simulation adsorption energy 吴锦绣 1,2,3,*秦思成 1,2,3牛小超 1,2,3齐源昊 1,2,3[ ... ]张晓伟 1,2,3
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 包头 014010
2 内蒙古自治区高校稀土现代冶金新技术与应用重点实验室, 包头 014010
3 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 包头 014010
本文以稀土石膏为原材料研究了制备方法对硫酸钙晶须(CSW)形貌和结构的影响, 并以二水硫酸钙(分析纯)为原材料, CeCl3·7H2O为铈源, 探究稀土铈的加入对CSW的结构和形貌的影响。利用SEM、XRD、XPS和FL等表征手段对CSW的结构、形貌和组成及其荧光性能等进行表征和分析。研究结果表明: 采用微波法可以制备高长径比的CSW, 其平均长度为263 μm, 平均长径比为39.50。Ce3+以原子置换的形式进入CSW, 对晶须的晶体结构不产生影响, 但改善了CSW的形貌。添加2%(质量分数)的Ce3+能够促进晶须向一维生长, 使得CSW的长径比显著增加, 而过量的Ce3+会促使晶须横向生长。研究证明稀土石膏中含有微量的稀土元素Ce, 同时发现由稀土石膏制备的CSW具有发射蓝光的特性, 这对开发利用稀土石膏具有重要的理论指导意义。
稀土铈 稀土石膏 硫酸钙晶须 微波法 长径比 荧光性能 rare earth cerium rare earth gypsum dehydrate calcium sulfate whisker microwave method length to diameter ratio fluorescence property
1 宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 浙江大学光学科学与工程学院，浙江 杭州 310058
模式转换器是实现模分复用技术（MDM）的关键部件。基于伴随法对器件边缘进行智能优化，从而在绝缘体上硅（SOI）平台上设计了高性能TE0-TE1模式转换器。经仿真验证，在中心波长1550 nm处，模式转换效率达99.6%，消光比达31.2 dB，而损耗仅为0.01 dB。在1500~1600 nm带宽范围内，TE0-TE1的转换效率保持在96.6%以上，消光比保持在15.7 dB以上，而损耗保持在0.14 dB以下。当器件尺寸变化在±20 nm以内时，器件在1550 nm处的转换效率保持在97.2%以上，消光比保持在16.5 dB以上，插入损耗维持在0.12 dB以下。在片上设计了TE1模式的测试装置，并利用商业流片对转换器进行制备。实验结果表明，在60 nm的带宽范围内，TE0-TE1转换器的转换效率保持在90%以上，插入损耗维持在0.4 dB以下。因此，所提出的转换器具有高转换效率、宽带宽、低插入损耗和高制作容差等特点，为高性能片上模式转换器的高效设计提供了新思路。
集成光学 硅基模式转换器 模分复用 逆设计 伴随法 中国激光
2023, 50(18): 1819001
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学物理学院，北京 100049
3 合肥国家实验室，安徽 合肥 230094
4 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430206
重力梯度仪在资源勘探、地球物理研究、自主导航等领域有重要的应用价值。原子干涉重力梯度仪是一种新型的高精度测量仪器，小型实用化是其实现广泛应用需要解决的核心问题。本文设计实现了1套可测量水平分量的小型高精度原子重力梯度仪。该仪器采用全石英材料真空腔体与附件框架相结合的技术方案，使得探头部分的体积降低到105 L，采用模块化双面光路结构，使得光学单元的体积降低为36 L，因而具有十分优良的可搬运性能。在实验室条件下，该原子重力梯度仪的测量灵敏度为320 E/，测量分辨率为3.3 E@4800 s (1 E=1×10-9 s-2)。
冷原子 重力梯度仪 原子干涉仪 受激拉曼跃迁 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106020
1 中国科学院上海高等研究院上海光源中心，上海 201204
2 中国科学院高能物理研究所多学科中心，北京 100049
3 中国计量科学研究院前沿计量科学中心，北京 100029
介绍了一种全新的迈克耳孙X射线干涉仪设计，可用于57Fe穆斯堡尔14.4 keV核共振波长超精准测量。所设计结构是由反对称的三次劳厄衍射型（LLL）的X射线干涉仪和可以匹配14.4 keV波长的一体型双通道切槽单色器（MDCM）构成。在上海同步辐射光源利用14.4 keV单色光对国内首个自制LLL干涉仪的性能和MDCM的工况进行了在线测量和定量表征，得到了干涉仪条纹对比度的测量结果（0.37~0.63）和MDCM光学元件的修正参数。该研究为国内复杂构型X射线光学元件的研制和在线表征积累了技术经验。
X射线光学 穆斯堡尔波长 迈克耳孙X射线干涉仪 三次劳厄衍射型干涉仪 一体型双通道切槽单色器
1 宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310058
3 浙江万里学院数字产业研究院，浙江 宁波 315100
光子集成技术的高速发展对功能器件的设计效率提出了较高的要求。逆向设计利用优化算法实现器件结构的智能设计，从而可有效降低设计复杂度，提升设计效率。利用基于伴随法的逆向设计算法对硅基平台上的光耦合器进行结构设计，通过优化器件的边界形状，实现了高效率、任意分光比输出。仿真验证了三种1×2光耦合器的性能，其分光比分别为1∶2、1∶4和1∶8（3 dB、6 dB和9 dB）。器件的设计尺寸仅为4 μm×2 μm，且可以通过一步刻蚀完成。在1550 nm波长处，所设计的耦合器均可达到设计目标，且最大插入损耗仅有0.12 dB。在1500~1600 nm波长范围内，三种耦合器的分光比相对于设计目标的误差均保持在±1 dB以内，并且三种耦合器的插入损耗均低于0.28 dB。针对制作工艺误差等问题，对器件的制作容差进行了分析。结果表明，当耦合器的整体宽度变化±20 nm时，三种耦合器在1550 nm波长处的分光比的误差仍能保持在±1 dB以内。此外，制造了分光比为1∶2的耦合器，且实验结果符合设计目标。
集成光学 全光器件 耦合器 逆向设计
西南科技大学材料科学与工程学院，环境友好能源材料国家重点实验室，绵阳 621010
自旋塞贝克效应是由(亚)铁磁体中的温度梯度引起自旋塞贝克电压信号的现象，目前已成为热自旋电子学研究的热点领域之一。本文采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积NiO薄膜，分别研究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度对NiO薄膜微观结构和表面形貌的影响，实验中反应磁控溅射最适工艺条件为溅射功率110 W、氧氩比例0.15(O2 15 mL/min; Ar 100 mL/min)、溅射气压0.3 Pa、衬底温度400 ℃。研究了Si/NiO/Pt结构中温度梯度(温差)、磁场角度、NiO厚度变化和Pt厚度变化对自旋塞贝克电压的影响。结果表明，自旋塞贝克电压与温差呈简单的线性关系，温差越大测得的自旋塞贝克电压越高; 磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式，即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大，90°和270°时为零; 反铁磁性绝缘层NiO的厚度越大，所测得的自旋塞贝克电压信号越强; 顺磁金属层Pt的厚度越大，自旋塞贝克电压信号越弱。
氧化镍薄膜 自旋塞贝克效应 反应磁控溅射 热自旋电子学器件 反铁磁体 nickel oxide thin film spin Seebeck effect reactive magnetron sputtering thermal spintronics device antiferromagnet
浙江工业大学信息工程学院光纤通信与信息工程研究所, 浙江 杭州 310023
以最小周期单元包含5个格点的新型Lieb晶格(Lieb-5)为平台,将Lieb-5晶格的格点根据其空间位置分成中心格点和边缘格点,用光束传输法研究具有不同强度值的两组格点对异相八极光束传输的影响。仿真结果表明:无论是采用格点入射还是非格点入射,当中心格点的强度小于边缘格点的强度(两组格点强度为2∶3)时,光束在传输过程中始终保持八峰形状,呈现出强局域性;否则,光束在传播过程中无法始终保持八峰结构,入射格点之间的能量随着传播距离的增加而呈周期性地相互耦合,呈现出一种弱局域性;原因是Lieb-5晶格特有的拓扑结构产生的几何阻挫性能抑制了光束的离散衍射,若晶格的束缚性、光束的衍射效应和异相光束的相互作用达到平衡,则能保持八峰结构,否则光束不能始终保持八峰结构。
非线性光学 Lieb晶格 光束传输法 异相八极光束
1 南京航空航天大学南京210016
2 成都飞机工业集团有限责任公司，成都610091
针对舰载无人机着舰末端纵向通道存在姿态与轨迹耦合的问题，提出了一种采用升降舵通道控制姿态、发动机通道控制轨迹的解耦控制策略；应用动态逆与自适应相结合的控制方法，削弱了控制系统中未知扰动带来的影响，保证了控制系统的快速性。为减小着舰末端甲板运动对着舰误差的影响，设计了甲板运动补偿网络。仿真结果显示，该控制方案控制效果良好，控制器具备较强的抗扰能力，可以有效减小舰尾气流对无人机着舰的影响。
舰载无人机 解耦控制 自适应 动态逆 carrier UAV decoupling control adaptive dynamic inversion
