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
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
微距光谱分束是红外领域小型双波段成像系统的关键技术之一。利用菲涅耳衍射理论和角谱理论, 研究了双波长和宽角度入射光场通过阶梯光栅在分数泰伯距离下的衍射特性。建立了基于阶梯光栅的双探测阵列成像模型, 数值模拟了入射波长分别为4 μm和4.5 μm的光束在-30°~30°入射角度范围的光栅分束结果, 获取了探测面上的发光强度、能量和信噪比等参数值。此文的研究成果可为构建微型双波段成像装置及设计精密光谱分束器件提供理论支持。
阶梯相位光栅 频谱分离 分数泰伯效应 中红外波段 stepped phase grating spectral separation fractional Talbot effect mid-infrared band 红外与激光工程
2018, 47(2): 0220003
1 中国科学技术大学近代物理系 中国科学院微观磁共振重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
研制了用于液体零场核磁共振探测的无自旋交换弛豫(SERF)铷原子磁力仪。通过实验测量原子的磁共振曲线, 验证了磁力仪工作在SERF状态, 且结果与理论相符。采用增加光强的方法提高磁力仪带宽, 满足了液体零场核磁共振的带宽需求, 磁力仪在20~300 Hz 频率范围内的灵敏度低于18 fT/Hz1/2。用基于磁力仪研制的液体零场核磁共振装置对甲酸样品进行测量, 得到了13C标记的甲酸的零场核磁共振谱, 验证了磁力仪的可用性。
测量 原子磁力仪 无自旋交换弛豫 灵敏度 零场核磁共振 中国激光
2017, 44(10): 1004001
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对现有的LED照明系统体积大、结构复杂、工作距离短的缺点, 提出一种轻量化、均匀性好、能够实现远距离照明的单颗LED投影系统的设计方法。从照明设计理论出发, 结合非成像设计和成像设计方法, 设计了由单颗大功率LED、聚光镜、孔径光阑和投影物镜组成的投影照明系统。聚光镜对LED出射的光线进行匀化并会聚于照明面位置, 投影物镜将照明面处的光斑投影到指定距离的接收面上。系统采用全透射式结构, 便于加工和装调; 单颗大功率LED作为光源能够有效减小系统体积和质量。实验结果表明: 系统能在3 m~3 km范围内形成均匀度大于90%的照明, 成像质量良好, 投影面畸变小于5%, 能满足远距离均匀照明投影的要求。
LED照明设计 远距离投影 照度均匀性 科勒照明 LED illumination design long distance projection illumination uniformity Kohlers illumination
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
为了得到性能好、稳定性高, 能够满足民用、**等领域应用的中波红外成像光学系统, 采用光学被动式的无热化技术, 在常温下像质良好的初始结构基础上, 通过对不同红外材料组合, 实现系统的无热化设计。利用等效温差(NITD)计算冷反射贡献量, 对冷反射贡献量较大表面的曲率和光焦度进行优化。设计结果表明: 在-40℃~60℃温度范围内, 光学系统的MTF在30 lp/mm处均大于0.5; 离焦量在一倍焦深以内, 点列图(RMS)直径小于像元尺寸; 冷反射残存量最大的表面NITD值降低40%。应用该方法可以很好地实现红外成像光学系统的无热化设计, 对冷反射的抑制效果明显。
红外光学设计 热效应 无热化设计 冷反射 infrared optical design thermal effect athermalization design narcissus
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
为了提高分幅相机的像面一致性, 从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发, 分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用, 提出了一种提高像面一致性的方法, 并以棱锥分孔径实现六分幅为例, 在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明, 当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时, 增大光纤面板厚度或减小纤芯直径, 可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构, 可有效提高分幅相机的像面一致性.
光学设计 分幅相机 像面一致性 光纤传像器件 棱锥 棱镜 Optical design Framing camera Image consistency Fiber optics imaging Pyramid Prism
天津大学 光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
为满足数字超高速成像需求, 提高相机的时间分辨率, 设计了一种工作于350 nm~800 nm宽波段的八分幅相机光学系统。该系统采用光阑外置的会聚光分光结构, 可同时获得同一物面的八幅相同图像, 针对光学系统后截距、像方数值孔径等重要光学参数对像面照度差的影响、宽光谱成像的色差校正等问题进行了分析。在Code V中对中继镜头进行设计优化, 像面大小可达26 mm, 像方MTF在40 lp/mm时对比度达0.5以上, 畸变小于1%, 分幅后系统像面照度差在±10%以内。模拟结果表明: 八分幅相机光学系统各幅图像一致性较高。
光学设计 高速成像 分幅相机 八棱锥分光 宽光谱 optical design high-speed imaging framing camera octagonal pyramid splitting wide spectrum
吉首大学 物理科学与信息工程学院,湖南 吉首 416000
用微扰的方法计算了一个外加周期驱动激光场所组成的,两离子系统质心量子态跃迁几率的解析表达式.以两Ca+作为囚禁离子，模拟出了在弱场的作用下声子态跃迁几率随激光束频偏和相互作用时间变化的分布图形.结果表明:随着外加周期驱动激光场的频率和相互作用时间的调节，系统质心量子态随时间周期性的坍塌与复原；在频偏范围0.85×107~1.2×107 Hz内，质心量子态跃迁几率最高能达到0.97，操控周期最长为0.6×10-6 s，从理论上质心量子态操控周期有很大的缩短；若频偏值大于1.2×107 Hz时，质心量子态跃迁几率约为0.49，激光不能有效控制质心量子态的跃迁.所得结论对实现两比特量子逻辑门等实验研究有一定的参考意义.
跃迁几率 微扰法 几率分布 离子阱 Transition probability Perturbation method Probability distribution Ion trap
