1 长春中国光学科学技术馆, 长春
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京
针对PG模型预测粗糙表面材质偏振特性存在较大误差的问题, 通过分析镜面微元组合的模型基础假设、建模过程、反演拟合结果, 定位了PG模型误差存在的原因; 提出了随机粗糙表面为半球形微元组合的新假设, 基于表面精细结构下倏逝波存在的物理事实, 忽略穿透深度和相位延迟的影响, 建立了等效球形粒子组合的新构型; 在此基础上, 构建了新的表面反射模型, 细化了材质内部的散射模型, 形成了新的pBRDF模型; 在实验室全谱光源照射下, 获得了材质的多光谱偏振二向反射数据, 进行了PG与新模型的性能对比分析。结果表明, 新模型强度维和偏振维的误差约为PG模型的35%和59%。
偏振双向反射分布函数 随机粗糙表面 倏逝波 参数反演 polarimatric bidirectional reflectance distributio random rough surface evanescent wave parameters inversion
Author Affiliations
Abstract
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics & School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
We propose a design of single-mode orbital angular momentum (OAM) beam laser with high direct-modulation bandwidth. It is a microcylinder/microring cavity interacted with two types of second-order gratings: the complex top grating containing the real part and the imaginary part modulations and the side grating. The side grating etched on the periphery of the microcylinder/microring cavity can select a whispering gallery mode with a specific azimuthal mode number, while the complex top grating can scatter the lasing mode with travelling-wave pattern vertically. With the cooperation of the gratings, the laser works with a single mode and emits radially polarized OAM beams. With an asymmetrical pad metal on the top of the cavity, the OAM on-chip laser can firstly be directly modulated with electrical pumping. Due to the small active volume, the laser with low threshold current is predicted to have a high direct modulation bandwidth about 29 GHz with the bias current of ten times the threshold from the simulation. The semiconductor OAM laser can be rather easily realized at different wavelengths such as the O band, C band, and L band.
orbital angular momentum diffraction and gratings vertical emitting lasers microcavity devices semiconductor lasers single mode directly modulated laser Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081401
桂林理工大学材料科学与工程学院,有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林 541004
近些年,由于制备工艺的不断优化,生物质炭材料作为储能器件(锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等)的电极材料得到了快速发展。与此同时,由于存在首次库伦效率低,不可逆容量大,电压滞后,大电流充放电能力弱等问题,大大阻碍了生物质炭材料作为电极材料的应用。而通过杂元素掺杂生物质炭(尤其是杂原子掺杂),可以有效地提高炭材料的润湿性和电子传导性,增加炭材料的缺陷以及活性位点,使其具有优异的电化学性能。本文归纳了杂元素掺杂生物质炭的研究进展,分别对其制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器和锂硫电池等能源领域中的应用和前景进行介绍。
生物质炭 杂元素掺杂 锂离子电池 超级电容器 锂硫电池 biomass carbon heteroelement doping lithium-ion battery supercapacitor lithium sulfur battery
1 重庆邮电大学光电工程学院, 光电信息感测与传输技术重庆重点实验室, 重庆 400065
2 重庆市中药研究院, 重庆 400065
石斛是一种常用的中药材, 经常使用新鲜的或干燥的茎条入药, 有益胃生津、 滋阴清热的效果。 近年来, 药理学研究探索出石斛具有抗白内障、 抗氧化、 抗肿瘤、 提高免疫力的作用, 其在许多病例中疗效显著, 引起了国内外学者的关注, 然而不同时间采集的石斛中氨基酸、 微量元素等含量各不同, 其对应药用价值, 价格也不同, 因此石斛价格等级分辨的研究具有重要意义。 为快速鉴别不同价格、 不同药效的石斛, 研究了随机森林分类模型结合激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对石斛价格等级进行分析建模。 选取5个等级的石斛样品进行建模, 为了对样品进行精确稳定分析, 所有石斛样品均通过粉碎压片减小实验误差。 采用1 064 nm波长的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源, 设置激光脉冲能量50 mJ, 探测延时1 μs, 采集五个等级石斛样本的光谱数据, 每个等级的样本采集40组光谱, 共200组数据, 并采用归一化处理, 使所有的光谱数据转换到-1～1之间。 采用归一化处理后的光谱数据进行主成分分析, 通过主成分分析获得前7个主成分的得分矩阵, 其累计解释95.24%的光谱信息。 将选取的7个主成分作为输入, 建立波段为220~880 nm的随机森林鉴别模型。 并将石斛样本编号打乱, 任意选取50%的光谱数据作为训练集, 剩下50%的光谱数据作为测试集, 默认决策树个数ntree为500, 分裂属性集中属性个数mtry为5, 建立模型对不同等级的石斛进行分类。 等级一、 二、 三、 四、 五的识别率分别为95.45%, 100%, 78.26%, 94.12%和85%, 平均识别率为90.57%。 为提高识别率, 研究了不同的ntree和mtry对分类模型的影响, 利用袋外数据误差率估计对随机森林的两个参数进行了优化。 选择ntree为300, mtry为1, 等级一、 二、 三、 四、 五的识别率分别为100%, 100%, 92.31%, 100%和90%, 平均识别率为96.46%, 识别率提高了5.89%。 综上所述, 采用LIBS技术结合优化后的随机森林模型鉴别石斛等级具有一定的可行性, 为未来快速鉴定不同价格的石斛等级分类提供了可行性的判别系统。
中药材石斛 随机森林 等级识别 Dendrobium LIBS Libs Random forests Level to identify
西南科技大学生命科学与工程学院, 绵阳 621010
随着工农业的发展, 各类材料如纳米材料、重金属材料应用, 及其他一些生物质类材料的积累, 对生物体的生长发育和繁殖等都有着较明显的生理毒理效应。只有对这些材料的生物效应有了清楚的了解才能正确地使用而避免它对人体产生毒副作用。本试验以秀丽隐杆线虫为研究对象, 从生长发育到基因水平, 考察了CdS/ZnS量子点对的生物安全性。研究发现CdS/ZnS量子点暴露不仅对秀丽隐杆线虫的体长、头部摆动以及身体弯曲等生物行为有不同程度的抑制作用, 而且对线虫细胞毒性相关基因、胁迫相关基因以及细胞生长发育相关基因的表达也有一定的影响。当CdS/ZnS量子点的暴露浓度为3.33 nmol/L, 线虫体长、头部摆动以及身体弯曲分别从空白组的(0.64±0.072)mm, (55.94±7.17)次/min和(9.95±2.42)次/20 s降到(0.48±0.099)mm, (15.83±6.76)次/min和(7.72±1.12)次/20 s; 而GST-1, daf-21, HSP-16.4等基因表达分别增加了15.33, 19.51 和 35.01倍。本研究为量子点在应用过程中的生物安全性研究提供理论依据。
量子点 秀丽隐杆线虫 生物学行为 基因表达 quantum dots Caenorhabditis elegans physiological behavior gene expression
1 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地和信息材料与纳米技术研究院, 先进生物与化学制造协同创新分中心, 江苏 南京 210023
2 吉林大学 超分子结构与材料教育部重点实验室, 吉林 长春 130012
3 南京工业大学 柔性电子重点实验室和先进材料研究院, 先进生物与化学制造协同创新中心, 江苏 南京 211816
制备了以ZnPc(OC8H17OPyCH3I)8为阴极缓冲层、P3HT∶PCBM为有源层的有机太阳能电池。 对阴极缓冲层ZnPc(OC8H17OPyCH3I)8薄膜分别进行了溶剂蒸汽退火和过渡舱惰性气体流退火处理, 并利用原子力显微镜(AFM)对缓冲层表面形貌进行了表征。结果表明: 这两种退火方法都使缓冲层形貌得以改善。电池效率从2.14%提高到3.76%, 电流密度从8.12 mA/cm2提高到10.71 mA/cm2, 填充因子从0.45提高到0.61。与传统器件相比, 退火处理的阴极缓冲层器件的稳定性也得到了改善, 器件寿命延长了1.4倍。这种简单阴极界面处理方法为改善聚合物太阳能电池性能提供了有效途径。
倒置结构有机太阳能电池 阴极缓冲层 退火处理 inverted organic solar cells cathode buffer layer ZnPc(OC8H17OPyCH3I)8 ZnPc(OC8H17OPyCH3I)8 annealing treatment
1 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地信息材料与纳米技术研究院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 江苏国家先进材料协同创新中心, 江苏 南京 210023
以紫外臭氧处理超薄Ag复合MoO3或PEDOT∶PSS修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池。通过优化紫外臭氧处理Ag薄膜的时间, 提高了以P3HT∶PCBM为有源层的器件的功率转换效率, 从1.68%(未经过紫外臭氧处理)提高到2.57%(紫外臭氧处理Ag 1 min)。提高的原因推测是紫外臭氧处理形成了AgOx薄膜, 提高了电荷提取并使器件具有高光学透明度、低串联电阻和优异的表面功函数等一些性能。并且, 紫外臭氧处理Ag薄膜与MoO3或者PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率分别得到提高, Ag薄膜与MoO3复合修饰ITO的器件效率从2.02%(PET/ITO/MoO3)提高到2.97%(PET/ITO/AgOx/MoO3), Ag薄膜与PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率从2.01%(PET/ITO/PEDOT∶PSS)提高到2.93%(PET/ITO/AgOx/PEDOT∶PSS)。此外, 以PBDTTT-EFT∶PC71BM为有源层的柔性聚合物太阳能电池效率可达6.21%。基于ITO的柔性光电器件效率的提高主要归于ITO被Ag/PEDOT∶PSS 或 Ag/MoO3修饰后功函数的提高。
柔性有机太阳能电池 电极修饰 紫外臭氧处理 超薄Ag flexible organic solar cell electrode modification UV-ozone treatment ultra-thin Ag
热像仪拍摄的红外图像能够反映人体表面的温度分布, 进而间接反映其生理状态。但红外图像目标边界不清晰, 与可见光图像相比目标更加模糊, 因此对目标的定位和检测更加困难。本文研究并提出了一种快速自动定位人眼的方法, 该方法从模板匹配的角度出发, 结合模板和图像子区域的灰度相似度和纹理相似度进行匹配, 同时利用 Zernike矩和连通域分析筛选搜索点, 减少了搜索次数。试验结果表明, 本文提出的算法同经典的基于灰度相关的模板匹配算法相比速度更快, 准确率更高。
红外图像 人眼定位 模板匹配 infrared image eye detection template matching
1 长春理工大学 理学院, 长春 130022
2 空军航空大学, 长春 130022
采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)手段对微乳液法合成的Zn0.9Co0.1O纳米棒进行了表征。通过室温下的共振拉曼光谱和光致发光光谱手段, 研究了所合成纳米材料的共振拉曼光谱和发光特性, 并与体相ZnO的研究结果对比, 发现合成的材料具有四阶声子紫外共振拉曼散射, 而体相材料只有两阶, 并观察到在紫外和可见区域所合成材料发光的变化规律也和体相材料存在差异, 讨论了产生差异的原因。
共振拉曼光谱 光致发光光谱 ZnO ZnO resonance Raman spectrum photoluminescence
