1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
强耦合是腔光力系统用于产生和观察许多宏观量子现象(如光力压缩态和纠缠态等)的基本条件,系统进入强耦合的明显标志是正交模劈裂。本文理论分析了加入光学参量放大器和相干反馈的光力系统中的正交模劈裂现象,并讨论分析了反馈回路的光学相位对正交模劈裂的影响。在不同参数情况下,如光学参量放大器参量增益、反馈分束器的反射系数和输入光功率等,模式位置和线宽随相移的变化。结果表明: 在其他参数一定时,通过调节反馈相位,初始无模式劈裂的系统随相位变化出现模式劈裂并达到最大的模式间隔,从而从弱耦合进入强耦合状态。而且,多个参数的协同调节,可有效提高模式劈裂的程度。该研究为实验上增强光力耦合强度的实验调节提供了方便,可广泛用于光力系统的弱力灵敏探测以及宏观量子态产生与测量等。
正交模劈裂 光学参量放大 相干反馈 强耦合 normal-mode splitting optical parametric amplifier coherent feedback strong coupling 量子光学学报
2023, 29(2): 020502
1 东南大学 仪器科学与工程学院 微惯性仪表与先进导航教育部重点实验室， 江苏 南京 210096
2 东南大学 苏州校区 苏州市金属纳米光电技术重点实验室，江苏 苏州 215123
3 东南大学 电子科学与工程学院 信息显示与可视化国际合作联合实验室，江苏 南京 210096
光子集成芯片将多种功能器件进行片上集成，具有损耗低、带宽大、抗电磁干扰等优势，是当前光电领域发展的主流方向。集成光学器件的温度稳定性是影响其光学性能的重要因素之一。为了提高集成光学器件温度稳定性，提出了基于氮化硅（Si3N4）和长程表面等离激元（Long-Range Surface Plasmon Polariton，LRSPP）波导的温度不敏感结构，对器件性能随温度的漂移进行抑制和补偿。首先，分析了Si3N4波导和LRSPP波导对接的模式耦合效率，当满足最佳匹配条件时，可实现耦合效率99.9%以上的高效耦合。对混合波导的温度特性进行了分析，结果表明，当LRSPP波导和Si3N4波导的最佳长度比为 0.077，相位不随温度的变化而发生漂移，实现了温度不敏感的波导。当波导不能满足最佳长度比时，对LRSPP波导芯层施加电压实现主动补偿，亦可实现温度不敏感。此外，对LRSPP波导的传输特性进行了测试，测得偏振消光比为64 dB，具有良好的单偏振特性。文中提出的温度不敏感结构具有可主动调谐、损耗低、单偏振、普适性高等优点，能有效地解决Si3N4波导性能随温度变化发生漂移的问题，在Si3N4基光子集成芯片中具有广泛的应用前景。
光子集成芯片 温度不敏感 相位调谐 氮化硅 表面等离激元 photonic integrated circuits temperature insensitive phase tuning silicon nitride surface plasmon polariton 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220881
天津理工大学 材料科学与工程学院, 功能晶体研究院, 天津市功能晶体材料重点实验室, 天津 300384
硼酸钙镧晶体是一种激光基质晶体, 以其优秀的物理特性而受到广泛关注。稀土离子掺杂的硼酸钙镧晶体在紫外激光器领域的研究尚不多见。本研究采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为40 mm×21 mm×6 mm的铈掺杂硼酸钙镧晶体。研究了铈掺杂硼酸钙镧晶体室温光谱性质, 测量了室温下其透过光谱以及紫外-吸收光谱, 发现铈离子掺杂导致晶体在200~288 nm以及305~330 nm紫外波段吸收较强。测试了室温下铈掺杂硼酸钙镧晶体的激发光谱, 并且利用波长260 nm的连续光激发得到发射光谱, 发现主要发射带中心波长位于290, 304, 331和353 nm处, 对应于铈离子5d态到2F5/2和2F7/2态的跃迁。对铈掺杂硼酸钙镧晶体的热学性质进行了研究, 发现其在300 K下具有较高的热导率(6.45 W/(m·K)), 且随着温度升高保持良好的热稳定性。358 K条件下, 热膨胀系数及c方向的晶格常数分别为2.94×10-6 /K和0.91240 nm, 随着温度升高至773 K，线性增加到5.3×10-5 /K和0.91246 nm。研究结果表明：铈掺杂硼酸钙镧晶体具有良好的光学性能和热稳定性, 适合应用于紫外激光领域。
铈掺杂硼酸钙镧晶体 光学性能 热稳定性 Ce3+ doped La2CaB10O19 crystal optical property thermal stability
1 1.中国科学院 微电子研究所, 微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
电解质栅控晶体管(Electrolyte-gated transistors, EGTs)的沟道电导连续可调特性使其在构建神经形态计算系统中具有巨大应用潜力。本工作以非晶态Nb2O5作为沟道材料, LixSiO2作为栅电解质材料, 制备了一种具备低沟道电导(~120 nS)的EGT器件。该器件利用Li+嵌入/脱出Nb2O5晶格导致的沟道电导连续可逆变化, 模拟了神经突触的短程可塑性(Short-term plasticity, STP)、长程可塑性(Long-term plasticity, LTP)以及STP向LTP的转变等功能。基于这种EGT突触特性, 本工作设计了关联学习电路, 实现了突触权重的负反馈调节, 并模拟了“巴普洛夫的狗”经典条件反射行为。这些结果展现出EGT作为神经突触器件的巨大潜力, 为实现神经形态计算硬件提供了器件参考。
电解质栅控晶体管 神经突触 突触可塑性 关联学习 electrolyte-gated transistor synapse synaptic plasticity associative learning
1 云南大学 物理与天文学院和云南省量子信息重点实验室，云南 昆明 650091
2 深圳网联光仪科技有限公司，广东 深圳 518118
3 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所 材料物理重点实验室，安徽 合肥 230031
考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用，采用无规相近似（Random-phase approximation，RPA）下的介电函数对单层二硫化钼（Monolayer molybdenum disulfide，ML-MoS2）的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹（Terahertz，THz）频段，可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段，可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明，邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响，单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。
单层二硫化钼 磁光电导率 邻近效应诱导产生的交换作用 ML-MoS2 magneto-optical conductivity proximity-induced exchange interaction
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 211106
基于航空航天器轻量化、高性能及高可靠性的制造要求，为增加焊缝强化相数量、获得高质量平板对接结构，采用填充4047焊丝和2319纳米焊丝的激光焊接方法对2 mm厚的2195铝锂合金对接结构进行焊接。针对填充不同焊丝得到的焊接接头微观组织、元素含量及力学性能进行对比分析。结果表明，激光填丝焊接相较于激光自熔焊，焊缝组织得到细化，填充2319纳米焊丝的激光焊接焊缝组织均为细小的等轴晶，纳米颗粒的添加促进了柱状晶向等轴晶的转变。同时，纳米焊丝熔化后进入激光焊接熔池，有效补充了焊缝的元素烧损，含Cu强化相增加。因此，填充4047焊丝的激光焊接接头的抗拉强度为259.9 MPa，相较于无填充焊丝的激光自熔焊提高了17.07%；填充纳米焊丝的激光焊接接头的抗拉强度达到253.51 MPa，相比于激光自熔焊提高了14.19%。填充4047焊丝能有效提高2195铝锂合金激光焊接焊缝的抗拉强度。
激光技术 激光焊接 铝锂合金 等轴晶 纳米焊丝 微观组织 中国激光
2023, 50(12): 1202101
激光清洗技术具有非接触、精度高、对基材损伤小、绿色环保等众多优点，在智能制造中发挥越来越重要的作用。随着激光清洗技术的发展，对激光清洗质量的快速检测及精准评价的需求越来越迫切。在激光清洗过程中，激光与待清洗层、基底发生作用，通过采集分析激光与物质相互作用过程中产生的光、声等信号和表面特性变化，可以实现对清洗过程和清洗效果的实时表征，完成对激光清洗的监控，目前逐渐被广泛地应用到自动化激光精密清洗过程中。文中分析和总结了声波监测法、光谱监测法和图像监测法等激光清洗监测技术的工作原理及研究进展，展望了激光清洗监测技术的未来发展趋势。
激光清洗 监测技术 研究进展 laser cleaning monitoring technology research progress 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220784
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 长春 130012
聚合物平面光波导(PLC)器件以其低损耗、低成本、低功耗, 以及制备工艺简单等优点, 在光通信网络、微波光子学、传感监控等领域发挥着重要作用。文章梳理了近年来聚合物平面光波导器件的代表性工作, 其中包括阵列波导光栅、可变光衰减器、光开关及其集成器件, 讨论了聚合物平面光波导未来的发展方向。
聚合物 波导器件 集成光学 阵列波导光栅 光开关 polymer planar lightwave circuit integrated optics array waveguide grating optical switches
1 唐山学院环境与化学工程系, 唐山 063000
2 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学), 秦皇岛 066004
3 唐山市化工环保与新型薄膜涂层材料重点实验室, 唐山 063000
通常采用以氢氧化物作为造孔剂, 过渡金属硝酸盐或氯化物作为石墨化催化剂的传统两步法策略制备多孔石墨化碳材料。然而制备过程中多涉及有毒和腐蚀性试剂, 且多步骤的过程耗时较长。本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C3N4, 采用高铁酸钾为催化剂一步法实现g-C3N4的同步碳化-石墨化, 并研究其光催化性能。与传统的两步法相比, 该方法耗时少、效率高、无污染。与初始的g-C3N4材料相比, 石墨化g-C3N4衍生碳质材料不仅显著改善了可见光的吸收, 而且大大增强了光催化活性。研究了不同石墨化温度对g-C3N4衍生碳质材料在可见光下降解甲基橙溶液的影响。700 ℃下制备的衍生碳质材料的降解率为12.4 mg/g。光电化学测试结果表明, 多孔g-C3N4衍生碳质材料的光生载流子密度、电荷分离和光电流(提高了5.4倍)均得到显著提高。因此, 该简便、灵活方法为提高g-C3N4衍生碳质材料的吸附和光催化性能提供了一种有前景的、高效的途径。
石墨氮化碳 碳质材料 光催化 高铁酸钾 碳化-石墨化 可见光 甲基橙 graphitic carbon nitride carbon material photocatalytic potassium ferrate carbonization-graphitization visible-light methyl orange
