1 江南大学物联网工程学院，江苏 无锡 214122
2 江南大学先进技术研究院，江苏 无锡 214122
模式转换器承担着波导基模到高阶模的转换任务，是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。基于薄膜铌酸锂平台，提出一种利用V形硅阵列的薄膜铌酸锂波导模式转换器，转换结构主要包括沿光传输方向排布的V形硅阵列，位于薄膜铌酸锂波导顶部。基于上述结构进行详细的设计与优化分析，在中心波长为1550 nm、转换长度仅为11 μm的情况下，实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换。模式转换效率为96.8%，串扰为-28.6 dB，插入损耗为0.78 dB。进一步对转换结构进行横向扩展，实现了输入TE0模到输出TE2模的高效转换。模式转换效率为91.3%，串扰为-14.3 dB，插入损耗为1 dB。若继续扩展，可获得其他高阶模。本器件及设计方法有望在薄膜铌酸锂波导多模光传输方向发挥优势，推动薄膜铌酸锂光子集成器件及回路的发展。
集成光学 集成光器件 光波导 铌酸锂 微光学器件 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0523001
1 江汉大学 a.省部共建精细爆破国家重点实验室，武汉 430056
2 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室，武汉 430056
3 武汉爆破有限公司，武汉 430056
为揭示钢筋混凝土支撑梁爆破拆除时爆破振动在深基坑支护体系中的传播特性，依托某深基坑钢筋混凝土支撑梁爆破拆除工程，分别在待爆支撑梁的相同层及其上一层布设振动测线，分析振动速度和主振频率在支护体系水平方向和竖直方向的传播规律，以及基坑围护结构的反应谱特征。测试分析结果表明：振动速度随距离增加而快速衰减，爆区50 m范围内，爆破层的振动速度是其上层的5~7倍，50 m范围外，爆破层的振动速度逐渐衰减为上层的1~2倍; 爆破层振动速度的三向分量有明显差异，其径向分量最大，是竖向分量的2~5倍，非爆破层振动速度的三向分量较为接近; 支撑梁爆破拆除振动频率为高频振动，爆破层振动频率略小于非爆层，二者在基坑支护结构处均存在陡增现象; 支撑梁爆破拆除时，基坑围护结构的短周期反应谱明显超出设计谱，爆破振动会对围护结构产生一定影响。相关成果可为支撑梁爆破拆除设计、振动控制和深基坑围护结构动力响应分析提供参考,同时为进一步的研究提供测试基础。
深基坑 支撑梁 爆破拆除 爆破振动 反应谱特征 deep foundation pit support beam blasting demolition blasting vibration response spectrum
1 江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
2 江南大学 先进技术研究院, 江苏 无锡 214122
模式转换器能够完成波导基模到高阶模的转换, 是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。文章基于薄膜铌酸锂（TFLN）波导, 提出了一种利用纳米线加载结构设计的模式转换器, 转换结构主要包括沿光传输方向以锥形方式排布的硅纳米线光栅及利用相变材料构建的矩形纳米线, 两者分别位于TFLN光波导顶部的两侧。基于上述结构进行了详细的设计与优化分析, 在中心波长为1.55μm, 转换长度仅为6μm的情况下, 实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换（模式转换效率97.6%, 串扰-19.7dB, 插入损耗0.31dB）; 进一步对转换结构进行横向扩展, 实现了输入TE0模到输出TE2、TE3以及TE4模的高效转换, 若继续扩展, 可获得其它高阶模。本器件及设计方法有望在TFLN光波导多模光传输方向发挥优势, 推动TFLN光子集成器件及回路的发展。
集成光学 集成光器件 光波导 铌酸锂 微光学器件 integrated optics integrated optics devices waveguides lithium niobate micro-optical devices
河南理工大学材料科学与工程学院，河南 焦作 454003
镁渣是冶炼镁过程中产生的固体废弃物，存在着活性低和体积稳定性差等问题。本研究以镁渣和纸浆纤维为原料，制备了一种固碳纤维板(CFB)，并系统研究了蒸压养护、碳化养护以及碳化-蒸压养护对固碳纤维板性能的影响，以及碳化镁渣浆体和纸浆纤维之间的界面微结构。结果表明，只经过蒸压养护的CFB，其体积稳定性差，抗折强度仅为4.5 MPa；而碳化8 h后CFB的抗折强度和CO2吸收量分别达到17.3 MPa和14.4%。此外，通过碳化-蒸压养护后CFB的抗折强度可以进一步提高到20.2 MPa。微观结构和纳米压痕的结果表明，碳酸钙晶体(文石和方解石)与C-S-H一起填充了孔隙，增强了纸浆纤维与硬化浆体间的界面微观性能，这是CFB经过碳化-蒸压养护后具有较高抗折强度的主要原因。
镁渣 纤维板 固碳 碳酸钙 纳米压痕 magnesium slag fiberboard carbon dioxide sequestration calcium carbonate nanoindentation
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
金属中电子受光激发产生热电子的内光电发射过程可以突破半导体禁带的限制，在光电探测、光伏、光催化等应用中具有重要作用。然而金属纳米结构形貌、尺寸以及肖特基势垒对热电子注入效率的影响尚不清楚。基于蒙特卡罗模拟研究了单结、平面双结结构以及单结、双结核壳纳米线结构中的载流子传输行为，分析了金属纳米结构形貌、尺寸以及肖特基势垒对热电子注入效率的影响。结果表明，在金属薄膜较厚的平面热电子系统中，双肖特基势垒结构可以减小热电子热化损失，显著提高热电子注入效率；当金属比较薄时，热电子的热化损失较小，双结与单结系统的热电子注入效率相差不大。在单结纳米线核壳结构中，电子-声子散射显著地提高了热电子注入效率，并随着金属厚度（纳米线半径）增加而下降（提高）。在双结纳米线核壳结构中，热电子到达外肖特基结界面的注入角相对内界面较小，因此外肖特基结具有更强的热电子捕获能力。随着金属厚度（纳米线半径）的增加，金属中靠近外（内）肖特基结处产生的热电子数量增加，导致注入效率提高（降低）。本研究为更好地理解不同金属纳米结构中的热电子传输行为和注入效率限制以及高性能器件设计提供指导。
探测器 热电子 注入效率 蒙特卡罗模拟 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0504001
武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070
固溶结合掺杂是优化材料热电性能的有效途径。本研究采用固相反应结合等离子体活化烧结成功合成了一系列单相的Mo1-xWxSeTe(0≤x≤0.5)固溶体及其Nb掺杂产物。热电输运研究表明, W固溶结合Nb掺杂显著提高了Nb2yMo0.5-yW0.5-ySeTe固溶体的载流子浓度、载流子迁移率、电导率和功率因子, 适当降低了样品的晶格热导率, 进而显著提高了材料的热电优值ZT。随着Nb掺杂量的增加, 掺杂引入的离散能级转变为连续的杂质能带, 同步提升了载流子浓度和载流子迁移率。取向性研究发现, 由于在平行方向晶格热导率较低, Nb2yMo0.5-yW0.5-ySeTe固溶体在平行烧结压力方向的ZT略优。最优组分Nb0.03Mo0.485W0.485SeTe在垂直于烧结压力和平行于烧结压力方向获得了最高ZT, 分别达到0.31和0.36(@823 K), 是目前MoSe2基热电材料获得的最好结果之一。后续通过优化掺杂元素来改善Seebeck系数和功率因子, 将有望进一步提升MoSe2基化合物的ZT。
Mo1-xWxSeTe固溶体 Nb掺杂 晶格热导率 热电优值ZT Mo1-xWxSeTe solid solutions Nb doping lattice thermal conductivity thermoelectric figure of merit ZT
1 吉林大学, 吉林 长春 130061
2 吉林大学珠海学院, 广东 珠海 519041
3 吉林大学第一医院, 吉林 长春 130061
脑血流中的血红蛋白有两种: 氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)。 这两种血红蛋白在脑血流中浓度的变化可以反应脑部神经活动, 提取其浓度变化信号可以为如癫痫病灶定位、 抑郁等相关疾病的诊断和治疗提供依据和参考。 目前, 使用近红外光谱提取脑血流信号的算法有EEMD-ICA法主成分分析法(PCA)、 独立成分分析法(ICA)、 相干平均法、 自适应滤波等, 这些算法在对近红外脑神经活动信号提取时都有各自的特点和优势, 但都重视如呼吸、 眼动等各种生理干扰, 忽视了测量过程中符合高斯分布的测量干扰, 如仪器精密度、 信号传输中的串扰等。 为了提取脑血流中氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化信号, 设计了功能性近红外光谱(fNIRS)的脑血流参数采集装置, 选择波长为750和830 nm的二极管近红外光源采集脑部血流变化信号, 采用扩展的卡尔曼滤波(EKF)算法, 把生理干扰和测量干扰建立对应的数学模型, 使用基于误差平方和最小的原理进行递归计算, 通过对下一时刻系统的初步状态估计以及测量得出的反馈相结合, 得到该时刻无限逼近真实值的状态估计, 结合修正的朗伯比尔定律(Lambert-Beer law), 将光密度信号的变化转换为氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化信号。 结果表明: 所提方法可以有效去除符合高斯分布的测量干扰, 在Valsava实验和视觉诱发实验中, 可以提取出脑血流中氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化曲线, 和主流的EEMD提取脑信号算法比对其RMSE值提高了0.96%, r值提高了0.6%, 表明提出的方法有一定的优越性。 所提方法为相关脑部疾病诊断等提供了有效的脑神经活动探测方法。
EKF算法 Valsava实验 视觉诱发 血红蛋白 EKF algorithm fNIRS fNIRS Valsava experiment Visual induction Hemoglobin 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2048
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, School of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430070, China
2 Synthetic Single Crystal Research Center, Key Laboratory of Transparent and Opto-Functional Inorganic Materials, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201899, China
3 State Key Laboratory on High Power Semiconductor Lasers, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
4 Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
5 State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201899, China
Tm:CaF2 and Tm,Y:CaF2 single crystals were prepared by the temperature gradient technique. The spectral properties of Tm,Y:CaF2 single crystals were investigated and compared with those of Tm:CaF2. It was demonstrated that codoping with Y3+ ions could efficiently improve the spectroscopic properties. Tm,Y:CaF2 crystals have larger absorption cross-sections at the pumping wavelength, larger mid-infrared stimulated emission cross-sections, and much longer fluorescence lifetimes of the upper laser level (Tm3+: H43 level) than Tm:CaF2 crystals. Continuous-wave (CW) lasers around 1.97 μm were demonstrated in 4.0 at. % Tm,4.0 at. % Y:CaF2 single crystals under 792 nm laser diode (LD) pumping. The best laser performance has been demonstrated with a low threshold of 0.368 W, a high slope efficiency of 54.8%, and a maximum output power of 1.013 W.
140.2020 Diode lasers 140.3070 Infrared and far-infrared lasers 140.3380 Laser materials Chinese Optics Letters
2018, 16(5): 051401
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
2 Institute of Data Science and Technology, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
3 School of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China
A diode-pumped Tm:YLF passively Q-switched laser at 2 μm was first demonstrated by using graphene oxide (GO) as a saturable absorber (SA). In this letter, continuous-wave (CW) laser and pulse laser performances were studied meticulously and systematically. It reasonably showed the dependence of the pulse duration, pulse energy, and pulse repetition rate on the absorbed power. A maximum repetition rate of 38.33 kHz and a single pulse energy of 9.89 μJ were obtained.
140.3380 Laser materials 140.3480 Lasers, diode-pumped 140.3540 Lasers, Q-switched Chinese Optics Letters
2018, 16(2): 020013
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
2 山东省光学与光子器件技术重点实验室, 山东 济南 250014
3 山东师范大学大数据与信息研究院, 山东 济南 250014
制备了吸收波长为2 μm的银纳米棒(ANRs), 并将其作为可饱和吸收体应用于2 μm被动调Q激光器中。采用结构紧凑的直线腔设计, 实现了稳定的激光二极管抽运2 μm被动调Q脉冲激光运转。在吸收抽运功率为5.73 W的情况下, 获得的调Q平均输出功率为118 mW, 重复频率和脉冲宽度分别为24.32 kHz和1.455 μs。
材料 银纳米棒吸收体 被动调Q激光 Tm∶YAP晶体
