1 昆明物理研究所, 云南昆明 650223云南大学材料与能源学院, 云南昆明 650500云南省先进光电材料与器件重点实验室, 云南昆明 650223
2 昆明物理研究所, 云南昆明 650223云南省先进光电材料与器件重点实验室, 云南昆明 650223
3 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
量子点( Quantum dots, QDs)由于本身所具有的量子限域效应、尺寸效应和表面效应等各种特性, 被广泛应用于光电探测、生物医学、新能源等方面。而中波红外( Mid-wave infrared, MWIR)量子点作为近年来红外领域的研究热点, 通过调整控制其尺寸的大小, 能够扩展其红外吸收波长。因此, 成功制备中波红外量子点材料和器件对红外成像、红外制导和搜索跟踪等方面有着重要意义。本文首先介绍了 HgSe、HgTe、PbSe、Ag2Se和 HgCdTe五种中波红外量子点材料制备合成技术, 分析了量子点的尺寸形貌、晶格条纹以及红外吸收光谱等特性, 然后对国内外中波红外量子点探测器进行了归纳总结, 概述了探测器的器件结构、制备方法, 并对器件的响应率、探测率以及响应时间等光电性能参数进行了对比分析。最后, 对中波红外量子点的发展进行了展望。
量子点 中波红外 光电探测器 quantum dots, mid-wave infrared, photodetector
1 科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽 合肥 230088
2 浙江华电器材检测研究院有限公司, 杭州 浙江 310000
3 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司, 浙江 嘉兴 314000
4 浙江国盾量子电力科技有限公司, 浙江 杭州 310007
为进一步提升量子密钥分发 (QKD) 技术的实用性和安全性, 挖掘 QKD 系统中可能存在的安全漏洞并研究相应的防御策略是该领域的一个重要研究方向。死时间攻击是一种针对具有多通道探测器的 QKD 系统的攻击方式, 攻击者利用单光子雪崩光电二极管的死时间效应实现对指定通道的致盲以破坏 QKD 系统生成密钥的安全性。针对该类型攻击, 提出了一种能够有效防范攻击的基于时间测量的动态死时间设置方案, 该方案通过使用 TDC 时间测量技术确保多通道探测器能够同步进入与退出死时间状态从而实现防御目标。经试验平台验证, 该方案具备可行性。
量子通信 量子密钥分发 雪崩光电二极管 死时间攻击 时间数字转换器 现场可编程门阵列 quantum communication quantum key distribution avalanche photo diode dead time attack time to digital converter field programmable gate array
1 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉 430081
2 武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室，武汉 430081
铜渣还原尾渣与CaOAl2O3SiO2系微晶玻璃的化学组成相似，采用熔融法以铜渣还原尾渣为主要原料制备微晶玻璃可为铜渣的高效利用提供一种有效途径。通过DSC、XRD和SEMEDS等技术研究了不同添加剂（B2O3、CaF2、TiO2和Cr2O3）对微晶玻璃物相组成、抗折强度、体密度、吸水率和显气孔率等性能的影响。结果表明：无论添加哪种添加剂，微晶玻璃均能析出力学性能较好的钙长石和钙铝黄长石,且能使晶体析晶方式转化为整体析晶；添加B2O3可使微晶玻璃性能最优，其次是TiO2与CaF2。
微晶玻璃 添加剂 铜渣还原尾渣 析晶行为 抗折强度 体密度 吸水率 显气孔率 glassceramics additive copper slag reduction tailing crystallization behavior flexural strength bulk density water absorption apparent porosity
华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
为了实现对慢光群速度的控制，构建了石墨烯等离激元时间晶体慢光波导。对波导采用石墨烯等离激元时间晶体来构造用于传输的Zigzag拓扑界面通道，当结构一定时动态调节石墨烯纳米盘的外加偏置电压，即可获得若干不同时刻的色散曲线，并对相应的群速度进行研究。首先，通过对蜂窝状排列的石墨烯纳米盘的不同区域施加随时间周期性变化的偏置电压，来获得石墨烯等离激元时间晶体。当晶体时间平移对称性遭到破坏时，晶体带隙会随着时间周期性出现及消失，进而呈现出能带拓扑效应。接着，构造Zigzag拓扑界面分析不同时刻下存在的拓扑界面态及其慢光模式。然后，根据该色散曲线计算出对应的群速度。最后，通过数值仿真建立慢光波导模型，并在波导光能捕获点检测场增强过程。模拟结果表明：基于石墨烯等离激元时间晶体所设计的波导可以实现很好的慢光传输效果，在波导结构固定时可以动态调节光的群速度。慢光传输下光能捕获点实现了场增强效应。该慢光波导结构简单，可动态调谐，在慢光调制器件和光储存器件中具有广阔的应用前景。
慢光 石墨烯 等离激元时间晶体 动态调谐 slow light graphene plasmonic time crystal dynamical tuning
中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京 100094
伪随机码调制激光测距系统通过发射高阶调制激光，实现高频率、低峰值功率探测，利用高频率探测和统计实现高信噪比，具有系统体积小、质量轻的特点，是一种适合远距离的激光雷达系统。但是测距精度与调制频率有关，以往研究中通常使用高调制频率实现高精度测量。文中研制了一台伪随机码调制的激光雷达样机，采用调制重复频率100 MHz、入瞳直径0.1 m的光学天线，通过对周期内回波信号进行高斯统计，在信噪比为5时的实验室环境下实现了0.1 m的高精度测距。通过理论和试验分析证明了通过提高时钟频率和信噪比可以有效提高测距精度。
激光雷达 伪随机码调制 盖革模式 lidar pseudo random modulation Geiger mode 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210250
1 十堰市太和医院(湖北医药学院附属医院)普通外科, 胚胎干细胞研究湖北省重点实验室, 十堰 442000
2 中南大学湘雅医学院附属海口医院普通外科, 海口 570000
3 锦州医科大学太和研究生培养基地, 十堰 442000
为研究神经介素U受体1(NMUR1)在乳腺癌(BRCA)中的甲基化状态及其对预后的作用, 通过UALCAN数据库中癌症基因组图谱(TCGA)数据分析NMUR1在组织中的表达水平, 并利用人类蛋白质图谱(HPA)数据库对其进行进一步验证; 采用SurvivalMeth数据库分析NMUR1在BRCA中的甲基化状态, 并通过比例风险(COX)回归分析、Kaplan-Meier生存分析研究NMUR1甲基化状态与BRCA患者预后的相关性。共纳入分析UALCAN数据库中TCGA-BRCA肿瘤组织样本1 097例和正常乳腺组织样本114例, 结果发现, NMUR1在BRCA组织中的表达显著下调(P<0.001)。甲基化分析显示, NMUR1在BRCA组织中的cg00143376、cg01649597、cg02204630、cg10042319、cg16297948、cg17207690、cg18250832、cg18877969、cg19077400、cg21424120、cg26913833位点上的甲基化水平有显著差异(P<0.001)。Kaplan-Meier生存分析结果表明, NMUR1在BRCA组织中胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤(CpG)岛甲基化高风险组(n=320)患者的生存率显著低于低风险组(n=461)［风险比(HR)=2.140?300, 95%CI(1.305?4, 3.509?1), P=0.001］。与低风险组相比, 高风险组在cg18877969(P=0.015)、cg16297948(P=0.028)、cg19077400(P=0.011)、cg26913833(P=0.035)位点的CpG岛甲基化水平较高。NMUR1在BRCA组织中呈高甲基化状态, 且NMUR1 CpG岛甲基化与BRCA患者的预后相关, 这为NMUR1作为BRCA预后和(或)治疗的新靶点提供了依据。
神经介素U SurvivalMeth数据库 甲基化 乳腺癌 预后 neuromedin U SurvivalMeth database methylation BRCA prognosis
溶液的光谱研究一直受到化学工作者的关注, 但大多研究是以一维光谱技术为主, 存在分辨率低, 误差较大, 重叠峰难以分辨等诸多弊端, 无法清晰地给出需要的信息。 二维光谱通过对外部扰动下的动态光谱进行相关分析计算, 从而得到光谱强度的整体变化信息, 显著提高一维光谱的分辨率以及重叠峰的分离度。 在判断特定外扰下不同官能团的响应次序以及研究分子间、 分子内的弱相互作用上具有独特优势。 采用二维相关拉曼光谱和理论计算相结合, 对溶液内微观团簇及其变化进行了研究。 利用显微共焦激光拉曼光谱仪对目标溶液(纯DMF与0.84 mol·L-1的CuCl2/DMF溶液)进行了升温实验。 结果发现在C—N键伸缩振动谱带范围内, 由于CuCl2的加入, 特征峰强度整体大幅下降, 峰宽变大, 在1 115 cm-1有新峰产生, 随温度升高, 伸缩振动峰强度逐渐下降, 峰形变缓。 为了获得C—N键振动内各特征峰随温度的变化情况, 采用移动窗口二维拉曼(MW2D Raman)光谱技术, 对光谱数据进行分析。 结果表明溶液内不同类别的微观团簇对温度的敏锐程度不同, 随温度升高, 它们之间存在相互转化, 且变化速度不同。 为了获取溶液内各微观团簇运动的实质, 以温度为外扰, 采用二维拉曼(2D Raman)光谱对目标溶液进行分析, 通过对二维光谱中特征峰进行归属和变化次序判断, 发现金属Cu2+的加入, 使得溶液体系变得更加复杂, 除存在原溶剂内所含的团簇构型, 还存在与Cu2+发生溶剂化的团簇构型, 它们之间存在着一定的相互转化。 利用密度泛函理论对溶液中可能存在的团簇构型进行结构优化和热力学计算, 结果证实了Cu2+与DMF存在相互作用, 且由此产生的团簇构型[Cu(DMF)n]2+(n=1~6)的稳定性随n的增大逐渐变差, 进一步验证了二维相关光谱分析的可行性与正确性。
密度泛函理论 二维拉曼光谱 移动窗口二维光谱 溶剂化作用 Density functional theory Two-dimensional Raman spectroscopy Moving-window two-dimensional Raman spectroscopy Solvation
1 合肥工业大学化学与化工学院, 安徽 合肥 230009
2 安徽大学化学化工学院, 安徽 合肥 230601
对溶液的研究, 尤其是金属离子在双溶剂溶液中的研究是化学化工和环境科学等领域的重要环节。 传统的溶液分析方法主要是利用一维红外光谱或拉曼光谱等进行分析, 但其分辨率低, 误差较大, 谱峰重叠严重, 难以对复杂的体系进行研究。 采用二维红外光谱和密度泛函理论相结合的方法, 以实现对溶液内团簇的准确分析。 利用傅里叶变换红外光谱仪, 温度为外扰条件, 在4 000～400 cm-1范围内分别对双溶剂DMSO-H2O和Li+/(DMSO-H2O)溶液体系进行红外光谱实验。 对所得数据进行归一化等处理, 获得SO双键的一维红外光谱图, 发现水的加入使DMSO的SO红外光谱发生了红移, 且随着温度的升高SO红外振动强度逐渐增加, Li+加入使得SO双键强度整体下降, 其谱峰重叠严重, 难以分析。 利用二维红外光谱对溶液中团簇内分子SO双键的类型、 动态变化、 变化顺序以及锂离子对其的影响进行分析, 获得其变化规律, 解决了一维红外光谱存在的问题。 结合密度泛函理论计算对团簇结构进行优化和分析, 证明二维红外光谱分析结果的正确性和可行性, 实现理论计算与实验的相互印证, 拓宽二维红外光谱与密度泛函理论的研究领域。 实验以温度为扰动, 针对DMSO-H2O和Li+/(DMSO-H2O)溶液中团簇内分子SO双键的变化, 运用二维红外光谱探讨溶液中微团簇变化规律。 研究发现, 温度扰动时, 溶液的二维同步红外光谱中, 在1 010, 1 045, 990和1 020 cm-1附近有四个自动峰, 说明溶液中团簇内存在甲基的振动, DMSO·H2O、 单体以及二聚体DMSO分子团簇的振动; 二维异步红外光谱中, 发现1 010 cm-1的DMSO·H2O较先变化, 说明该团簇对温度扰动更加敏锐。 结果表明, 结合密度泛函理论计算和二维红外光谱分析能较好地了解溶液中团簇的存在形式及温度扰动对它们的影响与变化规律, 实现了一维光谱中由于峰的重叠或变化不明显等对化学信号的提取。
二维红外光谱 双溶剂 密度泛函理论 溶剂化作用 Two-dimensional infrared spectroscopy Binary solutions Density functional theory Solvation 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1436
1 河南城建学院数理学院 建筑光伏一体化河南省工程实验室, 平顶山 467036
2 石家庄铁道大学 材料科学与工程学院, 石家庄 050043
3 合肥工业大学 材料科学与工程学院, 新型功能材料与器件安徽省重点实验室, 合肥 230009
在平面波和赝势法基础上研究了Ca位Na掺杂的钙钛矿型CaMnO3晶体材料的晶体结构、电子结构和光吸收性质, 分析了Na掺杂CaMnO3晶体材料的电输运过程。结果表明, Na掺杂Ca位使CaMnO3的晶胞三轴长度均增大, Na掺杂在CaMnO3中引入了晶格畸变, 且晶格畸变是各向异性的。Na掺杂之后, CaMnO3晶体材料内的O-Mn-O形成的八面体逐步向两个O顶点方向拉长和扭曲。未掺杂和Na掺杂CaMnO3带隙宽度分别为0713eV和0686eV, 均呈现明显的半导体特性。在费米能级附近, s态电子对CaMnO3的态密度贡献最小, p态电子对费米能级以下的态密度贡献最大, d态电子对费米能级以上的态密度贡献最大。Mnp态电子对费米能下方能级形成贡献较大, 而Mnd态电子对费米能上方能级形成贡献最大, Op态电子对费米能下方能级形成贡献较大, 而Op态电子对费米能上方能级形成贡献最小。与未掺杂CaMnO3相比, Na掺杂CaMnO3晶体材料吸收能量向低能量移动, 且存在两个强吸收峰, 其在615 eV附近的吸收最强。
Na掺杂 晶体结构 电子结构 CaMnO3 CaMnO3 Na doping geometric structure electronic structure
1 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094
2 中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京100094
为了实现基于大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航，针对视场中亮地球引起的强杂散光抑制的技术难题，研究了内掩式星光折射敏感器亮地球杂散光的有效抑制方法。通过构建星光折射敏感器模型、搭建星光折射导航仿真观测环境以及原理计算得出了各级杂散光强度，并确定了相应的抑制方法。仿真结果表明，基于二次成像光学系统的内掩式星光折射敏感器可将杂散光抑制在导航系统的最大可接受杂散光抑制值范围内，即抑制后1.003Re(Re为地球半径)处杂散光亮度小于亮地球平均亮度的1.10×10-3倍。最后，通过月球强背景下恒星探测外场试验验证了杂散光分析及抑制方法的可行性。研究成果为实现基于一个大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航技术奠定了基础。
光学系统设计 自主导航 星光折射导航 内掩式敏感器 杂散光抑制 optical system design autonomous navigation navigation by stellar refraction internally occulting sensor stray light suppression
