1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220902
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044
3 湖南长城海盾光纤科技有限公司，湖南 长沙 410000
光纤水听器探头在深海静水压力下存在变形，这会影响其对水下声信号的探测性能，甚至会使探头失稳而无法在深海环境中继续作业。传统电学传感器因受限于尺寸和电磁干扰等因素，故难以被用于水听器探头的形变监测中。光纤光栅点式传感器的空间分辨率较低，故也无法对尺寸小的光纤水听器探头进行全分布式力学监测。为此，提出了一种基于光频域反射仪的高空间分辨率、高精度的光纤水听器探头形变监测方法。在实验中，光纤紧密缠绕在水听器探头的表面，采用自主研制的分布式光纤形状监测分析仪测量了探头形变产生的光纤瑞利散射光谱的波长漂移，并采用逆向积分的方法实现了探头形状的二维重构。研究结果表明：随着静水压力的增大，水听器探头直径逐渐缩小，并沿周向出现周期性凹陷；当静压力达到6 MPa时，三个周期性凹陷深度达到124 μm。该实验研究结果与基于ANASYS的耐压性仿真结果相符。
传感器 分布式光纤传感 光频域反射仪 光纤水听器 形状传感
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
荧光玻璃(PiG)作为荧光转换材料广泛应用于发光二极管(LED)器件封装。然而, 使用单一折射率结构的荧光玻璃与封装材料和空气界面间的折射率跨度大, 光在界面间传递时会产生很大的损耗。另外, 荧光玻璃的烧结温度普遍较高, 会降低荧光粉的光转换效率。针对上述问题, 制备出梯度折射率结构且能够和黄色荧光粉折射率相匹配的无铅硼锌硅基质玻璃; 结合多层丝网印刷和低温烧结工艺, 制备得到梯度折射率结构的B2O3-ZnO-SiO2系荧光玻璃, 将其用于LED封装, 可提高LED器件的光学性能。
荧光玻璃 多层丝网印刷 梯度折射率 低温共烧 光学性能 fluorescent glass multi-layer screen printing gradient refractive index low temperature co-firing optical properties
1 云南大学 物理与天文学院, 云南省高校光电器件工程重点实验室, 云南 昆明 650500
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
4 杭州医学院 医学影像学院, 浙江 杭州 310053
5 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
研究了15%Yb, 20%Na∶CaF2-SrF2混晶(Yb,Na∶CaF2-SrF2, CaF2∶SrF2=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm, 吸收系数为13.09 cm-1, 吸收截面为0.31×10-20 cm2。Yb3+离子在CaF2-SrF2基质中主发射峰中心波长位于1 010 nm, 肩峰中心波长位于1 036 nm, 发射带宽为56 nm, 在2F5/2→2F7/2能级之间跃迁对应的荧光寿命为228 μs。采用激发波长980 nm时, 1 010 nm处发射截面为6.52×10-20 cm2、1 036 nm处发射截面为4.11×10-20 cm2, 分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍; 实现激光输出波长1 036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数βmin为0.34%, 在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度Isat为290.58 kW·cm-2。上述结果表明, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。
氟化物激光晶体 镱离子 吸收光谱 荧光光谱 饱和泵浦功率密度 fluoride laser crystal Yb3+ ions absorption spectra fluorescence spectra saturation pump power density
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
针对有限像元数目的不同型号CCD, 设计出同时具有低波数、高分辨率和宽光谱特点的光谱仪, 对于提高拉曼光谱仪光学性能和满足集成化需求具有重要意义。针对2048像元数的CCD, 基于消彗差Czerny-Turner M型光路结构, 同时引入柱面透镜改善弧矢方向的像差, 成功设计了一款激发波长为532nm, 光谱范围为10~2500cm-1, 分辨率为3cm-1的低波数高分辨率拉曼光谱仪;成像系统点列图、RMS(均方根)半径和调制传递函数(MTF)曲线值均有效证明了其光学性能完全满足设计要求;以此光路结构为基础, 将CCD替换为另一种型号的1024像元数CCD, 通过选用分光能力更强的光栅, 并优化光栅角度, 微调聚焦镜和像面位置参数, 最终使该拉曼光谱仪光谱范围达到10~1800cm-1, 分辨率提高到1.8cm-1。这两套光路均最大程度的利用了CCD的有限像元数, 有效实现了高分辨率与宽光谱。同时两套光路的光学元件位置变化较小, 有效保证了多型号CCD的光谱仪光机集成化设计要求。本文的工作不仅保证了光谱仪光机系统的集成化要求, 同时满足系统低波数、高分辨率和宽光谱的设计要求, 具有重要的实用价值。
光谱学 拉曼光谱仪 低波数 高分辨率 宽光谱 光学设计 spectroscopy Raman spectrometer low wavenumber high-resolution broad-spectrum optical design
1 云南师范大学物理与电子信息学院, 云南省光电信息技术重点实验室, 云南 昆明 650500
2 北京信息科技大学, 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
光频梳因频率等间隔、 波长稳定、 谱线线宽窄以及谱宽大等特性, 在高精度测量和计量中具有广泛的应用。 其中, 双光梳快速测量包括光谱测量、 绝对测距、 三维成像和超快异步光学采样等已成为研究热点之一。 近年来, 基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学系统由于具有结构简单、 测量范围大和精度高等优点而备受关注。 首先从时域和频域介绍了光频梳的特性和应用, 尤其介绍了双光梳测量的优势, 相较目前主流的稳频稳相锁模激光器、 电光调制等双光梳光源实现方案, 单腔双光梳激光器方案有望避免采用复杂的电子控制系统, 简化双光梳光源的结构、 体积和成本。 因此, 重点介绍了波长复用、 偏振复用、 空间复用和脉冲波形复用的单腔双光梳光纤激光器实现技术, 并对其基本原理、 性能参数和当前研究的进展以及目前发展中仍然存在的问题进行了分析; 同时对保偏光纤双光梳激光器的研究现状及其性能进行了总结。 接着, 重点介绍了双梳光谱学的测量原理, 回顾了现有光谱扩展技术, 并详细介绍了基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学应用案例, 包括掺铒光纤激光器所在的近红外波段以及其扩展到中红外和太赫兹波段的光谱探测。 最后, 总结了目前的单腔双光梳激光器的主要发展趋势, 包括进一步提高单腔型双光梳激光腔的重频稳定性、 降低共模噪声、 探索单腔双光梳系统在中红外以及太赫兹波段的应用, 推动单腔双光梳锁模光纤激光器的实用化。
光频梳 双梳光谱学 锁模激光器 异步光学采样 Optical frequency comb Dual-comb spectroscopy Mode-locked laser Asynchronous optical sampling 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3321
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
为了满足光栅型光谱仪高分辨率、小型化以及宽谱段的需求，设计了一种基于Czerny-Turner（C-T）型光路结构的拉曼光谱仪。通过Zemax光学设计软件对聚焦镜、准直镜、柱面镜、CCD的倾角和间距进行了自动优化，并设置合理操作数来消除系统的球差和彗差，利用柱面镜来消除系统像散。所设计的拉曼光谱仪波段范围在80～ 3 200 cm−1，运用了Zemax操作数平衡光谱仪分辨率、工作波段和体积三个重要指标。设计结果表明，该仪器在785 nm波长激发下，全波段光谱分辨率优于3 cm−1，光学结构体积为70 mm × 80 mm × 25 mm。
光栅 光谱仪 像差理论 分辨率 光学设计 grating spectrometer aberration theory resolution optical design
1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 国际实验室，江苏 苏州 215123
3 上海大学 材料科学与工程学院，上海 200444
4 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏 苏州 215123
5 新加坡国立大学 化学与生物分子工程系，新加坡 117585
6 伊比利亚国际纳米科技实验室 葡萄牙 布拉加 4715-330
由于太赫兹波与众多物质之间存在着丰富的相互作用，太赫兹技术在众多领域均有应用需求。因此，基于独特物理机制和优异材料特性的高灵敏度、便携式太赫兹探测器的研制刻不容缓。黑砷磷是一种新型二维材料，其带隙和输运特性随化学组分可调，在光电探测领域被广泛关注。目前基于黑砷磷的研究集中在红外探测方面，而对于太赫兹探测的应用未见报道。本文介绍了一种基于黑砷磷的天线耦合太赫兹探测器。实验结果表明，在探测过程中存在两种不同的探测机制，并且两者之间存在竞争关系。通过改变黑砷磷的化学组分可以定制不同的探测机制，使其达到最优响应性能。在平衡材料带隙和载流子迁移率的情况下，探测器实现了室温下对0.37 THz电磁波的灵敏探测，其电压响应度和噪声等效功率分别为28.23 V/W和0.53 nW/Hz1/2。
二维材料 太赫兹 黑砷磷 天线耦合探测器 two-dimensional material terahertz black arsenic-phosphorus antenna-coupled detector
1 重庆师范大学 物理与电子工程学院, 重庆 401331
2 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
3 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
4 中国科学院大学 杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
近年来, 三维铅卤钙钛矿由于其优异的光电子性能, 作为光电器件(如太阳能电池、发光二极管和激光器等)的新型半导体材料被广泛研究, 然而三维钙钛矿的铅毒性以及稳定性差严重阻碍了其商业化应用。低维钙钛矿材料由于其优异的光电性能以及稳定性, 在光电应用领域引起了广泛关注。除了用于光伏和发光二极管以外, 低维钙钛矿已成为未来光电探测器有前途的候选者。本文对低维钙钛矿的结构、光电探测器的种类以及性能参数进行简要介绍, 重点阐述了低维钙钛矿光电探测器的研究进展。同时, 对本研究领域未来的发展方向进行了讨论。
低维 钙钛矿材料 稳定 光电探测器 low-dimensional perovskites stability photodetector
