Author Affiliations
Abstract
1 College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Integration of the Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210009, China
3 College of Science, Wuxi University, Wuxi 214411, China
Fluorescence detection is widely used in biology and medicine, while the realization of on-chip fluorescence detection is vital for the portable and point-of-care test (POCT) application. In this Letter, we propose an efficient fluorescence excitation and collection system using an integrated GaN chip consisting of a slot waveguide and a one-dimensional photonic crystal (1D PC) waveguide. The slot waveguide is used to confine the excitation light for intense light–sample interaction, and the one-trip collection efficiency at the end of slot waveguide is up to 14.65%. More interestingly, due to the introduction of the 1D PC waveguide, the fluorescence signal is directly filtered out, and the excitation light is reflected to the slot waveguide for multiple excitations. Its transmittances for the designed exciting wavelength of 520 nm and the fluorescent wavelength of 612 nm are 0.2% and 85.4%, respectively. Finally, based on numerical analysis, the total fluorescence collection efficiency in our system amounts to 15.93%. It is the first time, to our knowledge, that the concept of an all-in-one-chip fluorescence detection system has been proposed, which paves the way for on-chip fluorescence excitation and collection, and may find potential applications of miniaturized and portable devices for biomedical fluorescence detection.
fluorescence slot waveguide photonic crystal on-chip Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101203
使用Al2O3∶C作为灵敏物质的辐射探测器具有体积小、灵敏度高、可在线远程退火等优点。精确测量Al2O3∶C的光释光荧光光谱不仅有助于理解Al2O3∶C的能级分布和发光机理, 还可用于指导荧光收集和测量系统设计。采用直接测量法和分光测量法测量了Al2O3∶C的光释光荧光光谱, 两种方法得到的光谱基本一致, 具有峰值波长为～414nm, 半高宽为～62nm的单峰形状, 且长波长侧衰减较缓慢。峰值波长为414nm（对应能量为3.0eV）的宽带光释光荧光对应于Al2O3∶C材料中F色心由3P激发态退激到1S基态所发射的荧光。设计的分光光谱测量系统可完全消除高强度反射激发光的影响, 也可用于其他光释光材料的荧光光谱测量。
光谱学 光释光荧光光谱 直接测量法 分光测量法 spectroscopy Al2O3∶C Al2O3∶C optically stimulated luminescence spectrum direct measurement dichroic measurement
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
3 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
4 广东省信息光子技术重点实验室, 广东 广州 510006
mHz~kHz甚低频1/f噪声是限制超长光纤干涉仪测量精度的主要因素,厘清干涉仪1/f噪声的产生来源和分布规律是抑制测量噪声、提升观测精度的重要前提。为此,搭建了超百米臂长、全对称、差分探测的保偏光纤马赫-曾德尔干涉仪,通过开展基于不同类型窄线宽激光器和不同长度敏感光纤的干涉仪噪声测量实验,分别确定了光源频率噪声和光纤热噪声引起的干涉仪甚低频相位噪声谱分布特性;在此基础上,开展了超长光纤干涉仪1/f相位噪声谱分布规律研究。实验结果表明:260 m光纤马赫-曾德尔干涉仪的相位噪声幅值从μrad/Hz 1/2@1 kHz量级快速上升到10 mrad/Hz 1/2@1 mHz量级,它由光源频率漂移和光纤热噪声共同决定。从而证实了在mHz~kHz频段内,超长光纤干涉仪相位噪声服从1/f1+β的谱分布规律。
光学学报
2021, 41(13): 1306007
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
提出了一种基于球面晶体的高光谱分辨全视场X射线荧光成像仪,并分析了该成像系统的空间分辨率、视场、能谱带宽、荧光收集效率。根据理论分析设计了一套用于V~Zn等典型中等原子序数金属的Kα线荧光成像系统,并采用解析的理论和本课题组编写的蒙特卡罗光线追迹程序对该系统性能进行了计算和仿真。理论分析和数值仿真的结果表明,这种X射线荧光成像技术具有较高的空间分辨率(优于80 μm)、较大的视场(大于6.5 mm)以及极高的光谱(能谱)分辨率(优于16.5 eV@4.6~9 keV)。
X射线光学 X-ray光谱 荧光显微成像 X-ray成像 晶体光学 光学学报
2019, 39(11): 1134001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
共振非弹性散射(RIXS)是一种研究分子、材料的电子结构的X射线光谱技术，其对光源、光谱仪都有着极为苛刻的要求。掌握先进RIXS光谱仪设计思想、使用方法、性能等对未来研究均具有重要意义。通过探究其设计思想，从光程函数理论方式出发并计算变间距光栅参数，逐一分析各像差项对最终成像结果影响；开发可见激光的非接触式测量方式测量电机编码与光谱仪部件角度关系，并验证该方式的有效性；在同步辐射实验站直接使用同步辐射X射线，对光谱仪成像分辨率进行标定，掌握光谱仪工作性能；最终将SHADOW模拟数据与实际探测数据进行对比，表明光谱仪安装调试满足设计及实验要求。
共振非弹性散射 光谱仪变间距光栅 SHADOW模拟 能量分辨率 RIXS spectrometer varied-line-spacing grating SHADOW simulation energy resolution 强激光与粒子束
2018, 30(7): 071001
针对卫星数传分系统基带数据模拟源的要求，提出了基于FPGA控制的NAND FLASH解决方案，阐述了该方案的硬件和软件的设计与实现，对NAND FLASH的读、写、擦除的操作时序进行了研究。单片FLASH最高读取速率可达250 Mbps，可通过多片FLASH芯片并行读取达到更高的读取速率。试验表明，该方案实现的卫星数传分系统基带数据模拟源可以有效模拟卫星数传分系统所需的数据模拟源，满足卫星数传分系统测试的需求。
数据模拟源 存储器 通用串行总线 现场可编程门阵列 data simulator FLASH USB Field Programmable Gate Array 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(5): 712
1 南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室，江苏 南京 210003
2 上海航天电子技术研究所，上海 201109
3 南京邮电大学江苏省无线通信重点实验室，江苏 南京 210003
D2D(终端直通)技术以非正交复用资源的方式引入LTE(长期演进)系统会带来干扰问题，即导致系统中蜂窝用户和D2D用户间存在互相干扰。在D2D系统中，跨层的资源优化能应对蜂窝用户因干扰影响瞬时变差的信道情况，从而提高蜂窝用户的平均频谱效率，提高系统容量。文章研究了基于链路自适应的跨层优化方案，并结合了物理层的自适应调制编码技术和数据链路层的自动选择重传技术，旨在降低D2D技术引入的干扰。仿真结果表明，在4个蜂窝用户、4对D2D用户的单小区场景中，采用基于链路自适应的跨层优化方案后，D2D通信系统的总容量提升了约5%。
终端直通技术 跨层优化 链路自适应技术 D2D technology cross-layer optimization link-adaptive technology
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
通过激光信号在雨介质中传输的实验发现，在大雨环境下，激光信号透射率要比在小雨或微雨的情况下大。这说明光信号在小雨时衰减较大，在大雨时衰减较小。这一现象与人们通常所认为的有所不同。针对降雨对激光信号的影响，根据Mie散射理论和Weibull雨滴尺寸分布模型，分析了不同尺寸的粒子对光的散射作用以及对衰减效率因子的影响，推导出单球粒子对光波的衰减公式，得到了衰减与降雨率的确定关系。通过数值计算发现，与小粒子相比大粒子的前向散射光强更大且更加集中；激光信号在雨介质中传输时，衰减系数在小雨时较大，中雨、大雨时较小，暴雨时不断增大。这一结果与实际情况较吻合，为激光在通信系统中的应用提供了一定的理论依据。
光通信 降雨衰减 Mie 理论 散射光强 衰减效率因子 雨滴尺寸分布模型 光学学报
2012, 32(12): 1206003
1 中国科学院 电子学研究所， 北京 100190
2 中国科学院 研究生院， 北京 100039
研制了一种新型的预电离结构——管状预电离器，并将其应用于可调谐TEA CO2激光器。利用光栅选线方案，采用光栅谐振腔，实现了激光的调谐输出。在输出耦合率为50%、气压为40 kPa的条件下，10P(20),10R(20),9P(20),9R(20)四条谱线获得的最高电光转换效率，分别为9.5%，9.7%，9.8%，9.8%。实现了激光器的高重复频率可调谐输出运转，测量了上述4条谱线激光输出的脉冲能量及平均功率,在输出耦合率为50%、气压为30 kPa的条件下，重复频率最高可达190 Hz, 此时的10P(20),10R(20),9P(20),9R(20)四线的平均功率分别为322，321，340，338 W。
激光技术 TEA CO2激光器 管状预电离 高重复频率 可调谐 laser technique TEA CO2 laser tubulous preionizer high repetition rate tunable
1 中国科学院 电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院 研究生院, 北京 100049
基于国产非晶态合金磁芯, 研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统, 并且应用于放电体积为29 cm3, 工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法, 并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明：磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83％, 全固态激励系统的总效率大于75％；连接激光器负载时, 输出脉冲的电压峰值约为22 kV, 电流上升时间约为100 ns；得到了脉冲能量109 mJ, 宽度70 ns的激光输出, 激光器整体效率约为3.3％。在目前的封离体积与气体循环方式限制下, 激光器最大重复频率约为100 Hz, 而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。
TEA CO2激光器 脉冲放电 全固态激励 磁脉冲压缩 非晶态合金 TEA CO2 laser pulse discharge all-solid-state exciter magnetic pulse compression amorphous alloy
