1 太原理工大学 物理学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学 光电工程学院，山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西 吕梁 035300
宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子，将它们与宽带隙半导体构成异质结构，便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO2复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO2层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构，Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO2复合纳米结构的协同作用，该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能，器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上，该器件能够探测TiO2本征吸收波段以外的入射光子。例如，在600 nm波长处，器件的响应率为9.67 μA/W，线性动态范围为60 dB，器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外，利用有限元法进行了仿真计算，通过电场分布图验证了Au/TiO2复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。
光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 photodetectors surface plasmon resonance metal nanostructure hot-electrons wide spectrum 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220464
太原理工大学 物理与光电工程学院， 山西 太原 030024
纳米激光器在光通信、全息技术、生物医疗成像等领域有着广泛的应用前景。表面等离激元（Surface plasmon polariton， SPP）沿着金属表面传播，基于该特性可制成突破衍射极限的低阈值纳米激光器。它们不但具有小尺寸特征，同时还能激发Purcell效应，表现出更高的自发辐射效率。近年来，金属‐绝缘体‐半导体（MIS）波导结构的SPP激光器因具有超强的模式约束能力被大量报道。本文以基于MIS结构的SPP激光器为主题进行综述。首先，介绍了SPP激光器的工作原理，接着分别介绍了基于MIS波导结构的纳米片型和纳米线型SPP激光器的工作原理。然后，依据增益介质材料的不同，依次介绍了增益介质分别为Ⅱ‐Ⅵ半导体、Ⅲ‐Ⅴ半导体以及钙钛矿的SPP MIS波导激光器研究进展。最后，总结全文，并对基于MIS波导的SPP激光器未来的发展和挑战进行了展望。
表面等离激元 金属-绝缘体-半导体 激光器 纳米片 纳米线 surface plasmon polariton metal-insulator-semiconductor laser nanoplatelet nanowire
太原理工大学 物理与光电工程学院， 山西 太原 030024
可溶液法制备的钙钛矿拥有优异的光学、电学性能，是一类极具潜力的电泵浦激光增益介质。近年来，基于钙钛矿材料的室温连续光泵浦激光以及大电流电致发光器件陆续被报道，在通向钙钛矿电泵浦激光的研究上取得了可喜进展，本文以此为主题展开综述。首先，介绍了钙钛矿材料实现电泵浦激光的优势。接着，梳理了现阶段通向钙钛矿电泵浦激光的两大问题，即非辐射复合损耗高和热效应严重，同时给出了改善这两大问题可采取的一些有效策略。然后，给出了电荷注入平衡化、降低光学损耗、促进粒子数反转等补充手段，它们有力推动了通向钙钛矿电泵浦激光研究向前发展。此外，还介绍了钙钛矿表面等离激元激光、钙钛矿激子极化激元激光等有望实现低阈值钙钛矿电泵浦激光的新机制。最后，总结全文，并对电泵浦钙钛矿激光未来研究做出了展望。
钙钛矿 激光器 电泵浦 激光阈值 perovskite laser electrical driven lasing threshold 光学 精密工程
2022, 30(17): 2088
1 武汉大学 a.电子信息学院, 湖北武汉 430072
2 b.深圳研究院, 广东深圳 518063
为了解决 WiFi外辐射源雷达现场应用中首先需要实时获取室内辐射源位置的问题, 通过详细分析室内环境中信号的反射方式和特性, 利用一次反射信号建立了 WiFi辐射源测量的到达时间差(TDOA)模型, 并分析推导出辐射源坐标求解方程。对于该非线性方程, 先利用 Taylor展开在初值处将其线性化, 然后利用高斯牛顿迭代法估计辐射源坐标, 且具有较快的收敛速度。仿真分析表明其所提算法可实现室内辐射源定位, 且因方程线性化带来的精确度损失可通过迭代得到快速补偿。
室内辐射源定位 多径利用 高斯牛顿迭代法 WiFi WiFi indoor emitter localization multipath exploitation Gauss-Newton iteration 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 672
上海大学微电子研究与开发中心, 上海 200444
为了解决当前去雨算法恢复效果差、时效性一般的缺陷,提出了一种结合时间方向梯度与水平方向梯度的快速视频去雨算法。首先,将有雨图像分为背景层和雨痕层,并用背景层的时间方向梯度和雨痕层的水平方向梯度以及各层对应的预训练高斯混合模型作为先验条件,构建模型函数;其次,利用半二次分裂法对所得非凸函数进行等效变换,获得用于最小化的目标函数;最后,利用快速总变分法优化模型函数,得到模型函数的最优解。实验结果表明,相比其他算法,本算法的去雨恢复效果更优、时效性更好,且速度更快,平均峰值信噪比提升了1 dB以上。
图像处理 视频去雨 方向梯度 高斯混合模型 快速总变分法 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0610013
1 湖南师范大学生命科学学院, 微生物分子生物学湖南省重点实验室, 淡水鱼类发育生物学国家重点实验室, 长沙 410081
2 亥姆霍兹抗感染国际实验室, 山东大学亥姆霍兹生物技术研究所, 微生物技术国家重点实验室, 青岛 266237
3 山东亿安生物工程有限公司, 济南 250100
4 中国科学院亚热带农业生态研究所, 畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室, 亚热带地区农业生态过程重点实验室, 湖南省健康畜禽工程研究中心, 农业部中南部动物营养与饲料科学科学观测站, 长沙 410125
复合微生物菌剂是一类有效的生物防治剂, 在农业和水产养殖业中都起着重要的作用。本研究以长毛对虾(Penaeus penicillatus)标苗为试验对象, 共分为4个组别, 组1投喂无微生物菌剂添加的饲料作为对照组, 组2、组3和组4为试验组, 投喂有复合微生物菌剂添加的饲料, 其中微生物菌剂分别占饲料质量的1.0%、1.5%和2.0%。每个组进行33 d 的养殖, 测定养殖期间对虾生长性能、养殖水池底泥和水质相关性质, 探讨微生物菌剂对对虾生长的影响。结果显示: 试验前对照组与3个试验组的体重无显著差异(P>0.050), 试验后各试验组的体重均高于对照组(P＜0.050), 其中组4体重达(0.60±0.03)g, 表明微生物菌剂的使用促进了对虾标苗的生长; 水体弧菌个数在试验不同时间之间有显著差异(P=0.000), 对照组呈上升趋势, 第30天时未添加微生物菌剂的对照组弧菌数目最高, 表明微生物菌剂能控制水体有害菌的生长; 水体中的溶解氧(DO)含量在养殖不同时间之间均具有显著差异(F=191.959, P=0.000), NH4-N、NO2-N和NO3-N的含量均是如此, F值分别为250.633、659.806和1 937.649, P值均为0.000, 从养殖第10天开始, 试验组DO含量均高于对照组, 而试验组的NH4-N、NO2-N和NO3-N含量均低于对照组。综上所述, 复合微生物菌剂对对虾有明显地促生长作用, 并且还能在一定程度上净化养殖环境。
复合微生物菌剂 对虾养殖 生长性能 水体改良 complex microbial preparations Penaeus penicillatus culture growth performance water quality improvement
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 101407
针对双折射太阳敏感器多光斑和重叠光斑问题,提出一种基于椭圆拟合的高精度光斑中心提取方法。对多光斑图像进行预处理,分割出不同的目标区域;通过检测目标区域的光斑形状特征后,迅速分辨并分割重叠光斑;利用椭圆拟合法分别提取各光斑的中心坐标。仿真结果表明该方法能快速分辨重叠光斑,计算出光斑数量和半径,实现圆形和椭圆形光斑的亚像素级中心坐标提取。这种方法对光斑大小、数量没有限制,对不完整光斑也能得到较好的结果。
图像处理 中心提取 多光斑 重叠光斑 椭圆拟合 双折射太阳敏感器 光学学报
2020, 40(14): 1410001
1 淡水鱼类发育生物学国家重点实验室, 湖南师范大学生命科学学院, 微生物分子生物学湖南省重点实验室, 长沙 410081
2 亥姆霍兹抗感染国际实验室, 山东大学亥姆霍兹生物技术研究所, 微生物技术国家重点实验室, 青岛 266237
3 青岛科技大学, 化学与分子工程学院, 青岛 266042
4 禹城保立康生物饲料有限公司, 德州 251200
山东省德州市禹城市和湖南省长沙市望城区分别属于我国北方和南方地区, 环境和气候差异明显。本试验以禹城市和望城区两地的草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲫鱼(Carassius auratus)和鲤鱼(Cyprinus carpio)为研究对象, 对肠道中的菌群进行16s rRNA V4高变区扩增, 基于IonS5TM XL测序平台进行测序, 并对相关数据进行分析。结果表明, 在门水平上鲫鱼、鲤鱼、草鱼的肠道优势菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes), 拟杆菌门(Bacteroidetes), 各组中这四种菌门所占比之和均在80%以上; 基于Bray-Curtis距离值的秩次进行组间差异显著性检验, 山东草鱼组和湖南草鱼组比较中组间差异大于组内差异(R=0.307, P<0.05), 且线性判别分析显示湖南草鱼组的特征性菌群为弧菌属, 而山东草鱼组的为梭菌纲, 推测特征性菌群差异与环境的影响有关; 有害菌种的统计分析表明, 湖南鲫鱼组和鲤鱼组的嗜水气单胞菌属相对丰度明显高于对应的山东鲫鱼组和鲤鱼组, 山东草鱼组和鲤鱼组的弧菌属相对丰度高于对应的湖南草鱼组和鲤鱼组, 可能受外界环境的影响, 不同地区抵御外来有害细菌的能力也不一样。本研究对两地的淡水鱼类肠道微生物群落结构进行了比较和分析, 为进一步的鱼类发育研究奠定基础。
鲫鱼 鲤鱼 草鱼 16rRNA测序 肠道微生物 Carassius auratus Cyprinus carpio Ctenopharyngodon idella 16rRNA sequencing intestinal microorganisms
