西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710061
本文制备得到一种由金银合金纳米颗粒修饰的疏水性纸基表面等离激元增强拉曼光谱衬底, 兼具高密度的纳米颗粒分布和高分子检测灵敏度, 在痕量检测领域具有一定的研究意义。实验上将不同合金比的金银合金纳米颗粒组装到经过疏水处理的滤纸基底上, 以改善衬底的表面等离激元特性。并通过调控沉积循环次数, 制备得到高密度纳米颗粒沉积的疏水纸基衬底。光谱表征结果表明, 所制备衬底能够实现罗丹明6G和结晶紫探针分子的检测极限分别为10-10 M以及10-8 M;衬底对福美双分子的检测极限可达10-7 M。
表面增强拉曼光谱 疏水 滤纸 金银合金纳米颗粒 Surface enhanced Raman spectroscopy Hydrophobic Filter paper Au-Ag nanoparticles
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
分子的多形态(多晶型)是指化学组成相同但存在不止一种晶体形式的物质。 这些多形态广泛存在于自然界中, 其中药物的多形态尤其普遍。 这些药物多形态虽然具有相同的化学分子组成, 但其理化性质却存在差异, 最终会导致药物作用功能的不同。 近年来, 随着太赫兹(THz)辐射源的产生方式成为一种常规技术后, 太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)的应用领域逐渐被拓宽。 因为THz波不仅与分子内作用模式有关, 更与氢键和范德华力等弱相互作用模式密切相关; THz辐射可以诱发低频键振动、 晶体声子振动、 氢键拉伸和扭转振动, 许多有机分子的集体振动模式处于该波段, 尤其是药物分子。 基于此, 采用THz-TDS技术, 研究了马来酰肼药物分子两种多形态(MH2和MH3)在0.25~2.25 THz波段的THz吸收谱。 通过实验测试, 发现MH2和MH3的THz特征吸收峰完全不同, MH2获取到了三个特征吸收峰, 分别位于0.34, 1.41和1.76 THz; MH3晶型获取两个特征吸收峰, 分别位于0.75和1.86 THz处; 此结果表明马来酰肼多形态可以通过其THz特征吸收峰进行辨别表征。 接着, 为了对THz实验吸收峰进行解析, 采用固态密度泛函理论(DFT)模拟了马来酰肼的红外吸收模式; 在实验和理论频谱数据匹配的情况下, 分析讨论了特征吸收峰的来源, 发现MH2和MH3的THz吸收峰对其三维空间结构非常敏感, 吸收峰均来源于分子间相互作用力。 最后, 为使药物研究能够与实际应用结合, 对马来酰肼的商用药品青鲜素进行了THz光谱测试, 通过其与马来酰肼多形态的THz吸收峰比较, 发现人们日常使用的青鲜素是MH3晶型。 此研究结果表明, THz-TDS技术是一种很有潜力的药物多形态检测工具, 此研究有望解决马来酰肼多形态在工业生产及临床应用上检测难的问题。
太赫兹时域光谱 密度泛函 马来酰肼 药物分子多形态 Terahertz time-domain spectroscopy Density functional theory Maleic hydrazide Pharmaceutical polymorph 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1104
1 西安邮电大学 电子工程学院，西安 710121
2 安徽科技学院 电气与电子工程学院，安徽 蚌埠 340303
贵金属纳米颗粒由于具有独特的物理特性而被广泛应用于催化，光热治疗及表面增强光谱等领域，然而银纳米颗粒的化学稳定性差，金纳米颗粒的催化性能依赖其大小，这严重限制了其进一步应用。本文通过一种简单温和的湿化学方法合成了具有较好单分散性的球形金银合金纳米颗粒。根据表征结果可知，合金颗粒的形貌尺寸均一，金和银两种金属元素分布均匀，属于一种多晶的晶体结构。研究结果表明，通过改变金和银的摩尔比，能够很容易实现金银合金纳米颗粒表面等离激元共振峰的调控。此外，由于金和银两种元素的协同效应，金银合金纳米颗粒同时具有较好的稳定性和较强的催化性能，且要远好于单组分的金纳米颗粒和银纳米颗粒。该研究为构建多种较高性能的合金纳米材料提供了新思路，为减少环境中芳香族硝基有机污染物提供了可能途径。
金银合金 纳米颗粒 表面等离激元 吸收光谱 催化性能 AuAg alloy Nanoparticles Surface plasmon Absorption spectrum Catalytic activity 光子学报
2022, 51(10): 1016003
1 中山光子科学中心，广东 中山 528400
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
超短超强脉冲激光是目前世界上在实验室内产生超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度的综合性极端物理条件的重要手段。在对超短超强脉冲激光发展现状和趋势分析的基础上，针对高能量密度物理等前沿基础科学实验研究多样化的需求，提出研制不同脉冲宽度、三种脉冲激光（两束输出功率为10 PW的飞秒激光、单束输出功率为1 PW@1 Hz的飞秒激光、单束千焦耳皮秒激光和单束万焦耳纳秒激光）协同输出至4个物理实验站形成不同工作模式，实现多种加载-诊断物理实验功能的星光超强激光装置（XG-ELF）的设想。对XG-ELF装置的物理实验设想和主要设计结果进行介绍。建成后的XG-ELF装置将为我国高能量密度物理前沿基础领域中的研究提供先进的研究平台。
激光器 极端条件 高能量密度物理 超短超强激光 光参量啁啾脉冲放大 光学学报
2022, 42(17): 1714001
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
太赫兹波由于其特有的透视性、 安全性及光谱分辨本领高等特点, 为太赫兹时域光谱技术(Terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)在物质检测、 物质结构辨别、 物质定性及定量分析等方面的应用奠定了基础。 药品, 作为预防和治疗疾病并规定有适应症或者主治功能的物质, 一直跟人们的生活息息相关。 但是, 近年来药品由于质量问题从而危害人们身体健康的新闻屡见不鲜, 迫切需要行之有效的药品检测方法的呼声越来越多。 而太赫兹时域光谱技术作为一种新型的无损检测的光谱技术, 逐步开始被应用到药品检测中。 基于此, 采用太赫兹时域光谱技术研究了对乙酰氨基酚的太赫兹特征谱。 首先, 采用太赫兹时域光谱技术测试了对乙酰氨基酚在0.3~4.5 THz范围的太赫兹光谱, 实验获取了六个特征吸收主峰和一个肩峰, 分别位于1.46, 1.88, 2.11, 2.52, 2.95, 3.48和4.27 THz; 接着, 采用密度泛函理论对光谱进行解析, 基于气态理论的计算结果, 发现实验吸收峰有分子内作用力的贡献, 但由于其未能考虑分子间作用力, 无法全面对实验吸收峰进行解析; 进一步, 采用固态密度泛函理论模拟, 经过实验和理论结果对比, 发现1.46和2.11 THz的吸收峰既有分子间作用力也有分子内作用力, 1.88, 2.52和2.95 THz处的吸收峰主要来源于分子间作用力, 3.48和4.27 THz处的吸收峰主要来源于分子内作用力; 最后, 对商用品牌中美史克牌的对乙酰氨基酚片做了变质处理, 测试其在变质前后0.3~2.75 THz范围内的太赫兹特征峰, 通过比较发现, 商用药片与对乙酰氨基酚样品的吸收峰完全匹配, 说明可以借助THz特征峰对药品进行标定; 通过对比对乙酰氨基酚片变质前后的THz吸收谱, 发现变质后的药片原有的THz特征峰基本消失, 这一方面说明位于0.3~2.75 TH范围内的THz特征峰1.46和1.88 THz虽有分子内作用的贡献, 但是主要源于分子间作用力, 另一方面也说明随着药品化学特性变化, 其对应的THz指纹吸收峰也会发生改变; 变质后的药片产生了位于0.69 THz的新特征吸收峰, 说明药片在变质后已经形成新的分子间作用力, 药品的化学性质已经发生了变化, 产生了新的物化功能。
太赫兹时域光谱 密度泛函 对乙酰氨基酚 药品检测 Terahertz time-domain spectroscopy Density functional theory Paracetamol Drug detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3660
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710119
3 中国科学技术大学信息科学技术学院, 安徽 合肥 230026
4 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
提出基于双光束二氧化碳(CO2)激光的加热方法,设计并搭建了微锥型结构的长周期光纤光栅制备系统。该系统通过精确控制CO2激光功率、加热时间、光斑大小等实现均匀加热和光纤软化,通过高精度的步进电机控制光纤微型拉锥长度和拉锥比,以产生周期性的物理形变,制备出高精度(消光比>30 dB,插入损耗<1 dB)、光谱不退化的微锥型长周期光纤光栅(MT-LPFGs)。基于级联MT-LPFGs实现了宽带全光纤滤波器。实验结果表明,设计的双级联MT-LPFGs在30 dB消光比下实现了15 nm的宽带滤波,与单个光栅相比,其滤波带宽增加7.5倍;三级联MT-LPFGs在-25 dB带阻深度下能够实现25.2 nm的宽带滤波,该滤波带宽为单个光栅的12.6倍。最后,通过弯曲实验证明了级联光栅滤波器的弯曲容限为1.183 m -1。该滤波器具有精度高、制备简单、光谱不退化等优点,在宽带滤波方面有着重要应用。
光纤光学 长周期光纤光栅 二氧化碳激光加热 光纤微加工 宽带滤波 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 190605
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出了一种基于阵列透镜和渐变多模光纤集束的调频脉冲测试方法,该方法通过渐变折射率多模光纤提供较大的接收孔径,通过子孔径拼接方式取样降低取样光斑在光纤端面的漂移,两者相结合可实现光束近场能量到光纤集束的高效稳定耦合。该方法中的渐变多模光纤集束可携带更多的取样光能量,有利于脉冲的高对比度测量。实验结果表明,本技术方案能够实现调频脉冲光束整体时间特性的保真测量,测量对比度可达630∶1。
激光光学 波形测量 阵列透镜 光纤集束 耦合效率 对比度
强激光与粒子束
2019, 31(12): 121001
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜, 在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器, 随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上, 光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单、测试效率高等特点, 已成功应用于高功率激光装置多路激光时间同步的精密诊断。
测量 时间同步 靶点 共轭 反射
西安邮电大学 电子工程学院 光电子技术系, 西安 710121
在外光场激励下, 金属纳米结构衬底表面所形成的集体电子振荡模式可有效调制其局域电磁场分布, 对居于衬底附近的荧光分子的荧光辐射产生调控。其影响因素主要取决于衬底金属表面所形成的电磁振荡模式和电磁场分布性质。归纳了光谱学中表面增强荧光效应研究的关键问题, 指出了周期性有序衬底金属增强荧光及其金属纳米颗粒增强荧光研究的主要研究进展。基于局域电磁场增强机理模型, 讨论了不同形貌衬底金属对荧光分子的荧光调控机理和影响因素。对表面增强荧光效应的研究前景进行了展望。
光谱学 表面增强荧光效应 局域电磁场增强 金属纳米结构 spectroscopy surface enhanced fluorescence local electromagnetic field enhancement metallic nanostructure
