山东省激光偏光技术重点实验室, 曲阜师范大学, 山东 曲阜 273165
研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针, 并对探针的SERS性能进行检测。 探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。 结果表明, 将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导, 在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。 金纳米棒溶液的浓度、 激光功率、 诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。 实验利用功率为5 mW的激光进行诱导, 在1.5×10-9, 1.0×10-9和7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液中, 经5 min沉积, 制备出不同图案的光纤SERS探针。 采用晶种法合成金纳米棒, 用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌, 并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。 用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌, 7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 金纳米棒在光纤端面分布较为分散, 而1.5×10-9和1.0×10-9 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。 以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子, 通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测; 为了方便比较, 选取了拉曼频移1 079.972 cm-1处的拉曼强度作图, 结果表明, 金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时, 经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。 采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布, 进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时制备的光纤探针性能较好的原因。 为了检验光纤探针的重复性, 将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时, 使4-ATP充分溶解在酒精中, 15天后, 再次检测光纤探针的SERS检测性能, 得到与之前检测同样的光谱图, 证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。 激光诱导制备光纤探针具有操作简单、 成本低廉、 探针制备时间短等优点, 能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、 批量制备。
金纳米棒 激光诱导 光纤探针 Gold nanorods Laser induction FDTD Fiber probe FDTD 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3454
曲阜师范大学 激光研究所 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜 273165
为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点, 解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题, 采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法, 分析了系统的结构原理, 采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度, 得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果, 分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系, 并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 由于SPBS结构简单, 不需要多个单元组合, 所以不存在装调误差, 并且大幅度降低了加工误差。
物理光学 偏光棱镜 偏光干涉 单平行偏振分束器 physical optics polarizer polarization interference single parallel beam splitter
1 曲阜师范大学 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜 273165
2 曲阜师范大学 物理工程学院, 曲阜 273165
为了实现低成本、高精度的折射率测量,采用飞秒激光微加工技术, 制备出基于U形微结构的多模光纤液体折射率传感器。研究了传感器的通光功率变化值与U形槽深度以及U形槽内液体折射率的关系, 同时探究了在相同光损耗情况下不同烧蚀长度对灵敏度的影响, 并使用射线理论和模式理论对传感机理进行了分析。结果表明, 该传感器在折射率1.3331~1.3731范围内具有良好的线性响应, 且可以做到5700μW/RIU的灵敏度; 同时在10dB损耗情况下20μm烧蚀长度具有较好的灵敏度。该传感器具有结构简单、容易制备、灵敏度高和低成本等优点, 在化学、生物、医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。
传感器技术 飞秒激光 光纤传感器 U形微结构 折射率 sensor technique femtosecond laser fiber optic sensor U-shaped microstructure refractive index
为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。
物理光学 偏振光学 Rochon棱镜 消光比 光弹效应 physical optics polarization optics Rochon prism extinction ratio photoelastic effect
曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
利用热膨胀系数张量推导出光学方解石晶体(OCC)的任意方向热膨胀系数的表达式，确定了晶体的零膨胀方向；推导出晶体任意方向双折射率的温度变化量的表达式，并给出晶体中任意方向光程差随温度的变化关系。结果表明，对应方位角为65.35°或114.65°的方向是OCC的零膨胀方向；温度对晶体中光程差的影响随方位角的变化而变化，在垂直于晶体光轴的方向这种影响最大。
物理光学 温度特性 光学方解石晶体 光程差 相位差
1 曲阜师范大学 山东省激光偏光与信息重点实验室，曲阜 273165
2 曲阜师范大学 物理工程学院，曲阜 273165
为了研究一种新型的聚集诱导发光材料（1-绕丹宁-芘），采用荧光光谱测量法和ORIGIN软件对样品进行了实验验证和理论分析，发现其具有一些新颖的光学性质。结果表明,在稀释溶液浓度时，样品的发射峰出现大幅蓝移；在升高温度时，样品出现了荧光增强现象。这些性质不同于常见的聚集诱导发光材料，与1-绕丹宁-芘在溶液中聚集时生成超分子结构有关。该研究在生物成像、医学领域、传感器、探测器及有机显示方面有一定的应用前景，对有机发光材料的研究有重要的意义。
光谱学 材料 聚集诱导发光 荧光 蓝移 spectroscopy materials aggregation induced emission fluorescence blue shift
曲阜师范大学激光研究所, 山东 曲阜 273165
为了了解有色冰洲石晶体经热处理退色后光学性能的变化，实验探索了黄色及紫色晶体的退色条件。采取同一块有色晶体分为两个部分，再将退色与未退色的两部分一起抛光制作样品，设计实验对样品的透射比、消光比和主折射率进行了测试。结果表明：黄色与紫色冰洲石晶体的退色温度分别为405 ℃和485 ℃(恒温4 h)。退色后，晶体的消光比与主折射率没有变化，深黄色、轻黄色和紫色冰洲石晶体的透射光谱向紫外都有较大的拓展，尤其是深黄色晶体，不但透射范围向紫外延伸了约130 nm，而且400~600 nm 波段内透射比有了较大的提高。由此可见，退色后有色冰洲石晶体达到了光学级晶体的光学性能。将有色冰洲石晶体进行退色利用，对于有效利用冰洲石晶体天然资源具有重要意义。
材料 有色冰洲石 退色 透射比 消光比 主折射率
曲阜师范大学激光研究所,山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
采用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(111)衬底上制备稀土Eu3+ 掺杂的ZnO薄膜材料, 分别在纯氧和真空气氛中进行退火处理。 XRD图谱中仅观察到尖锐的ZnO(002)衍射峰,表明ZnO:Eu3+, Li + 薄膜具有良好的c轴取向。薄膜的结构参数显 示:在纯氧气氛中退火的样品具有较大的晶粒尺寸且应力较小,表明在纯氧中退火的样品具有较好的结晶质量。 通过光致发光谱发现,在纯氧中退火的样品的IUV/IDL比值较大,说明在纯氧中退火的样品缺陷去除更充分, 结晶质量更好。当用395 nm光激发样品时,仅发现Eu3+ 位于595 nm附近的5D0 →7F1 磁偶极跃迁峰。 并没有发现Eu3+ 在613 nm附 近的特征波长发射,表明掺杂的Eu3+ 占据了ZnO基质反演对称中心格位。
薄膜光学 氧化锌 退火 应力 光致发光 thin film optics ZnO annealing stress photoluminescence
山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜师范大学激光研究所, 山东 曲阜273165
在离子缔合型铕配合物Eu(tta)4·DEASPI中, 借助功能阳离子DEASPI的电荷转移激发态可以实现对铕离子的单光子与双光子的敏化发光, 其能量传递遵循Frster机制。 将Eu(tta)4·DEASPI溶解于多种有机溶剂中(丙酮、 DMF、 乙醇和乙腈), 发现溶剂效应对于该能量传递体系的影响非常显著。 借助光谱测量, 发现在乙腈溶液中能量传递效率远高于其他三种溶剂。 本文对造成溶剂效应的多种因素进行了详细的分析。
溶剂效应 铕配合物 电荷转移激发态 敏化发光 Solvent effect Europium complex Charge transfer excited state Sensitization 光谱学与光谱分析
2013, 33(9): 2502
曲阜师范大学激光研究所, 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜273165
提出一种精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法。 利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析, 指出通过测量由两个平行放置的偏光镜和石英晶体所组成系统的透射曲线就可以精确计算出石英晶体的旋光率； 并利用分光光度计设计实验, 验证了该方法的正确性。 对实验数据进行了处理, 拟合出了旋光色散方程, 对比Lowry的公式, 所得出的公式在可见光范围内的更为精准。 对实验数据进行了误差分析, 结果表明: 选取厚的石英晶体, 长的测量波段、 低的扫描速度、 小的狭缝宽度都有利于提高测量精度。
光谱学 光谱分析法 旋光色散方程 旋光晶体 旋光率 厚度误差 Spectroscopy Spectral analysis method Rotary dispersion formula Rotary crystal Specific rotation Thickness errors 光谱学与光谱分析
2012, 32(10): 2615
