作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10-14 mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×109,为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。
光谱学 表面增强拉曼光谱 多级银微纳结构 光化学还原 介质微球 
中国激光
2024, 51(4): 0402404
郑浩 1,2赵臣 3张飞 1,2李鹏飞 1,2[ ... ]吕志伟 1,2
作者单位
摘要
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
3 电磁空间安全全国重点实验室,天津 300308
文中介绍了一种纳秒脉冲端面泵浦MgO:PPLN外腔光参量振荡器。基频光采用激光二极管泵浦的声光调Q Nd:YVO4纳秒激光器,在声光Q开关的工作重复频率为120 kHz时,实现脉宽8.1 ns、最高输出功率7.03 W的1.064 μm激光输出。通过将基频光聚焦至MgO:PPLN晶体内,外腔泵浦得到了脉冲宽度为4.7 ns,输出功率0.7 W的3 μm闲频光。基频光-闲频光转换效率为9.95%,将基频光与闲频光的时域波形图傅里叶变换后对比,观察到光参量振荡过程对闲频光高阶纵模的抑制现象。该研究对实现窄线宽低噪声的中红外激光具有一定的参考价值。
光参量振荡器 MgO:PPLN 纵模 中红外 闲频光 optical parametric oscillator MgO:PPLN longitudinal-mode mid-infrared idler 
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230378
作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
利用稀土离子掺杂材料、有机染料以及量子点等荧光材料实现荧光温度传感在航空航天、生物医疗、食品储存等领域具有重要意义。其中,无机卤化物钙钛矿量子点(PeQDs)荧光材料由于具有量子产率高,温度依赖性强等特点,在荧光温度传感领域展现了巨大的应用前景。然而,PeQDs只有一个光致荧光(PL)峰,其强度和位置极易受到浓度和尺寸等因素的干扰,因此用单一PL峰进行温度传感的准确性较低。在本工作中,我们提出了一种微球腔阵列(MCA)耦合PeQDs薄膜(MCA/PeQDs)的新型温度传感结构,利用MCA/PeQDs结构与PeQDs薄膜具有温度依赖性的PL峰值强度比实现温度传感。该结构通过微球腔中回音壁模式(WGMs)增强的Purcell效应提高了自发辐射速率,抑制了声子辅助猝灭效应,从而实现了较好的PeQDs荧光增强。结果表明,在223~373 K范围内,当PeQDs浓度为0.131 6 mg/mL、微球腔直径为(19±1)μm时,该结构的绝对灵敏度(Sa)与相对灵敏度(Sr)可达到0.75 K-1和1.95%·K-1。本工作克服了使用单个PL峰进行温度传感准确性差的缺点,为荧光材料在高性能荧光温度传感器中的应用开辟了新的途径。
温度传感 微球腔 无机卤化物钙钛矿量子点 荧光增强 temperature sensing microsphere cavity inorganic halide perovskite quantum dots fluorescence enhancement 
发光学报
2023, 44(10): 1786
李航 1,2彭高亮 1,2,*林鸿钊 1,2陈朝 1,2
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
针对光电跟踪系统中CCD相机反馈帧率较低,延迟较大导致跟踪高速目标能力差、响应能力差的问题,提出一种基于传感器融合预测的改进跟踪前馈控制方法。为减小融合获得目标高阶运动状态噪声大的问题,提出一种基于微分跟踪的传感器融合策略;针对图像反馈延迟问题,提出一种降阶匀加速Kalman模型,根据融合获得的运动学信息,结合Kalman滤波进行预测跟踪,补偿脱靶量的时间延迟,得到近似真实的目标位置和速度、加速度信息;针对低频输入信号引入闭环扰动问题,提出一种快速数据扩展方法,实现低频信号到高频信号的扩展;根据传感器融合预测结果,设计跟踪前馈控制器,提高系统的响应速度。仿真结果和实验结果均表明该前馈方法能够对CCD反馈延迟导致的跟踪误差进行补偿。实验结果表明:该方法能够大幅提高系统对高速目标的跟踪性能,在目标运动状态相同条件下,相比补偿前跟踪误差减小约83.67%。
预测滤波 前馈控制 传感器融合 最小二乘多项式拟合 跟踪补偿 predictive filtering feedforward control sensor fusion least square polynomial fitting tracking compensation 
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220665
作者单位
摘要
陕西师范大学 物理学与信息技术学院,西安 710062
提出了一种金属-绝缘体-金属波导结构,该结构由带有中央矩形空气路径的方形环谐振腔和带有挡板的总线波导组成。利用有限元法研究了该结构的磁场分布、透射特性和传感性能。仿真结果表明,谐振腔中的中央矩形空气路径可以改变表面等离极化激元在谐振腔中的传播路径,提供更多的等离子体共振模式。在所提出的结构中可以激发四重Fano共振,透射谱中形成一个滤波带。改变结构参数可以调节Fano共振的个数,最多可以获得6个Fano共振和两个滤波带,还可以对Fano共振的位置、强度以及滤波带的宽度进行灵活方便的调节。该结构的最大灵敏度和品质因数分别为3 028 nm/RIU和157.14,可用于制作多波段带阻滤波器和检测葡萄糖等液体浓度的传感器。
表面等离激元 金属-绝缘体-金属波导 多重Fano共振 高灵敏度 滤波器 Surface plasmon polaritons Metal-insulator-metal waveguide Multiple Fano resonance High sensitivity Filter 
光子学报
2023, 52(4): 0426002
马荣国 1,2,3,*张庆礼 1,3高进云 1,3孙贵花 1,3[ ... ]刘文鹏 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院,安徽光学精密机械研究所,安徽省光子器件与材料重点实验室,合肥 230031
2 中国科学技术大学,合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230037
YAG晶体是一种典型硬脆材料,莫氏硬度达8.5,常温下不溶于任何酸碱,加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工,本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法,在研磨过程中逐级减小碳化硼(B4C)磨料粒径,选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨,4种磨料的粒度范围依次为:40~28 μm、28~20 μm、14~10 μm、7~5 μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B4C质量分数等参数对研磨效果的影响,得出最佳研磨参数;通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度,确定后续抛光去除量,并探究了亚表面损伤深度hSSD与研磨后表面粗糙度Ra的关系。研究表明:当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B4C质量分数为15%时,每个研磨步骤均取得最好研磨效果:磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53 μm/min,研磨后表面粗糙度Ra分别为0.763、0.489、0.264、0.142 μm。截面显微法测量得出分步研磨后产生的亚表面损伤深度为3.041 μm,需要在后续抛光中去除; 此研磨参数下YAG晶体研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系为:hSSD=41.46×Ra4/3,该研究可为YAG晶体元件的实际加工生产提供指导。
钇铝石榴石晶体 研磨 亚表面损伤 材料去除率 表面粗糙度 yttrium aluminum garnet crystal lapping subsurface damage material removal rate surface roughness 
硅酸盐学报
2023, 51(3): 767
白振旭 1,2,*高嘉 1,2赵臣 1,2,3颜秉政 1,2[ ... ]吕志伟 1,2,**
作者单位
摘要
1 河北工业大学先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
3 光电信息控制和安全技术重点实验室,天津 300308
8~12 μm长波红外波段激光位于大气传输窗口并覆盖诸多气体分子的吸收带,在大气探测、光电对抗等领域具有重要的应用。目前,通过粒子数反转激光器直接辐射以及非线性频率变换间接辐射是实现8~12 μm长波红外激光输出的主要方式。其中,基于非线性光学晶体频率转换的长波红外激光器具有结构紧凑、波长选择灵活、功率拓展性强等优势,近年来得到了快速发展和广泛应用。本文对二阶非线性频率变换的光学晶体、工作原理,以及获得长波红外激光的研究进展进行综述,并对基于受激拉曼散射的三阶非线性频率变换获得长波红外的方法进行了介绍和展望。
激光器 长波红外激光 非线性频率变换 8~12 μm 非线性晶体 
光学学报
2023, 43(3): 0314001
作者单位
摘要
1 中广核研究院有限公司 深圳 518000
2 南华大学 核科学技术学院 衡阳 421001
环形燃料可显著提高压水堆堆芯功率密度,对实现反应堆小型化设计和经济性提高具有重要意义。本研究为获得环形燃料栅元的有效温度计算方法,以西屋公司设计的环形燃料栅元为计算对象,开发了环形燃料单通道热工水力分析程序THCAFS(Thermal-Hydraulic Code of Annular Fuel with Single channel),建立了环形燃料栅元的有效温度的计算模型。基于THCAFS分析了西屋公司四环路压水堆所设计的环形燃料栅元的热工水力性能,并与VIPRE-01、TAFIX和NACAF的计算结果进行Code-to-Code对比验证。同时,利用蒙特卡罗程序SERPENT模拟燃料棒中径向功率分布和燃耗过程,通过自主开发程序THCAFS模拟燃料棒中的热力学行为,获得不同燃耗下的径向功率分布、核素密度变化和栅元温度场。结果表明:THCAFS可初步应用于环形燃料设计以及热工水力分析,且有效温度计算方法也可为相关环形燃料共振有效温度的机理性研究提供重要的参考性价值。
环形燃料 径向功率分布 燃耗过程 栅元温度场 有效温度 Annular fuel Radial power distribution Burnup process Cell temperature field Effective temperature 
核技术
2022, 45(12): 120603
作者单位
摘要
1 光电信息控制和安全技术重点实验室,天津
2 空军装备部驻北京地区军事代表局天津地区第三军事代表室,天津
基于四通道偏振中波红外相机对不同伪装目标进行了不同偏振态特征和强度图像的采集,根据偏振方程解算出不同目标的偏振度、偏振角信息,利用多种图像融合算法获得了目标较为明显的偏振特性。通过与目标本身的红外强度图像对比可知,红外偏振图像通过不同的图像融合算法可以有效识别出采用普通红外伪装的目标。此研究对红外偏振应用于伪装目标识别研究具有重要意义。
红外偏振 伪装识别 目标探测 infrared polarization imaging camouflage identification target detection 
光电技术应用
2022, 37(5): 97
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 117583, Singapore
3 e-mail: yzzhang@bjut.edu.cn
4 e-mail: chengwei.qiu@nus.edu.sg
Recently studied bound states in the continuum (BICs) enable perfect localization of light and enhance light–matter interactions although systems are optically open. They have found applications in numerous areas, including optical nonlinearity, light emitters, and nano-sensors. However, their unidirectional nature in nonreciprocal devices is still elusive because such trapping states are easily destroyed when the symmetry of an optical system is broken. Herein, we propose nonreciprocal and dynamically tunable BICs for unidirectional confinement of light and symmetry-protected BICs at Γ-point by introducing antiparallel magnetism into the optical system. We demonstrate that such BICs can be achieved by using topological magnetic Weyl semimetals near zero-index frequency without any structural asymmetry, and are largely tunable via modifying the Fermi level. Our results reveal a regime of extreme light manipulation and interaction with emerging quantum materials for various practical applications.
Photonics Research
2022, 10(8): 1828

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