浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
生命体是由大量有机排列的分子组成的，其结构不仅与分子的位置分布有关，还与分子的排列方式和空间取向有关。偏振荧光显微成像技术利用荧光的偏振特性，能够对生物结构的分子取向进行观测和成像，进而从分子层面揭示生命活动的功能和代谢信息，有力推动了生物医学相关领域的研究和发展。本文从偏振荧光成像原理出发，对目前存在的多种偏振荧光显微成像技术进行原理介绍和现状分析，列举了其在生物医学领域的相关应用，讨论了其发展趋势及前景，旨在为该领域的科研人员了解偏振荧光显微成像技术提供参考。
偏振荧光显微 偏振调制 分子取向 空间角度传递 超分辨 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618011
1 1.北京科技大学 钢铁冶金新技术国家重点实验室, 北京 100083
2 2.北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083
钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速, 其能量转换效率(PCE)被一再刷新, 但长期稳定性还有待提高。目前大部分高效率钙钛矿太阳能电池在惰性气体环境中完成制备, 成本高且操作空间有限, 不利于产业化应用。本研究成功在空气中制备了具有超长稳定性的混合阳离子钙钛矿太阳能电池, 系统探究了A位阳离子掺杂对钙钛矿微观结构、光电性能以及稳定性的影响。实验结果表明, 掺杂FA+和Cs+可以提高钙钛矿薄膜质量, 优化钙钛矿/SnO2的能级排列, 抑制载流子复合, 显著提高器件的光电转换效率、长期以及湿热稳定性。Cs0.05MA0.35FA0.6PbI3电池的最佳PCE为19.34%, 在(20±5) ℃, 相对湿度<5%的黑暗环境中放置242 d后, 仍保持初始效率的85%。MAPbI3电池在同样测试条件下放置112 d后, 效率下降为初始值的30%。掺杂FA+和Cs+也显著提高了电池的抗热和抗湿性。Cs0.05MA0.35FA0.6PbI3电池分别在(85±5) ℃、相对湿度20%~30%和(20±5) ℃、相对湿度80%~90%的黑暗环境中放置96 h后, PCE分别为初始值的99%和84%, 而MAPbI3在同样条件下的PCE仅为初始值的70%和56%。本研究为在空气环境制备高效、超长稳定的混合阳离子钙钛矿太阳能电池提供了参考。
钙钛矿太阳能电池 混合阳离子 长期稳定性 全空气环境制备 perovskite solar cell mixed cation long-term stability full-air environment preparation
1 合肥工业大学特种显示与成像技术安徽省技术创新中心，特种显示技术国家工程实验室，光电技术研究院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
体全息光栅作为全息波导显示器的出/入耦合元件，其性能严重影响波导系统的视场。因其角度选择性，当光束偏离布拉格角入射体全息光栅时，其衍射光角度会产生较大的偏移，使得其与出耦合光栅的响应带宽不匹配，限制了波导系统的视场。首先基于Kogelnik理论对波导系统中体全息光栅的带宽匹配进行了分析。为了扩展波导系统的视场，提出了一种复用体全息光栅的设计方法。该设计旨在扩展出耦合光栅的响应带宽并同时收缩入耦合光栅的衍射光角度，使得出/入耦合光栅的带宽相匹配。仿真结果表明：采用本文设计的复用体全息光栅后，波导系统的视场能达到。本文设计的复用体全息光栅制备简单，可以有效拓展波导系统的视场。
体全息光栅 响应带宽 波导 复用 光学学报
2023, 43(22): 2205002
1 中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院，北京 101407
生物材料的表面拓扑结构能够显著影响细胞的黏附、增殖、迁移和分化等行为。为有效模拟体内细胞微环境，利用飞秒激光无掩模光学投影光刻技术制备了一系列曲线型拓扑结构。结果表明：细胞在沟槽、折线和三种不同曲率的波浪形拓扑结构上严格按照拓扑结构形貌进行生长、迁移。当波浪形结构曲率过大时，细胞改变原有的迁移方向，产生沿弯曲方向的迁移行为。共聚焦荧光显微图像显示：细胞在折线结构和波浪线结构的拐角区域发生骨架重排，相较于线区域细胞圆度增加。据此提出了细胞在曲线型拓扑结构上的迁移机制。该研究揭示了细胞对曲线型拓扑结构的响应机制，将为体外植入材料的设计提供科学依据。
医用光学 飞秒激光 无掩模光学投影光刻 曲线型拓扑结构 细胞迁移 细胞骨架 中国激光
2023, 50(15): 1507303
1 广东海洋大学海洋与气象学院, 广东 湛江 524088
2 中国科学院青海盐湖研究所, 中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室, 青海省盐湖资源化学重点实验室, 青海 西宁 810008
白酒是深受消费者喜爱的一种日常含酒精饮品, 酒精度是衡量其品质的关键指标之一。 简单、 快速的酒精度分析方法有助于提升白酒的检验效率。 光谱法具有响应快速、 无损分析的优点, 可为酒精度的分析提供较好的帮助。 水分子对红外光具有较好的吸收效果, 基于此特征探究了利用近红外光谱间接分析白酒中酒精度的方法。 研究发现光程对水和乙醇分子的紫外-可见-近红外吸收光谱有影响, 水分子在1 448 nm附近有一个独立的吸收峰, 此吸收峰在光程10 mm条件下出现突跃, 但当光程降低为1 mm时, 峰形变为对称且平滑状态, 可用于定量分析。 乙醇水溶液在1 000~1 800 nm范围内的吸收峰随着乙醇含量的增大呈规律性递减, 乙醇和水分子间的作用力未对二者的吸收光谱产生显著影响。 提取1 448 nm处的吸光度, 得出吸光度与酒精含量的线性方程: A=1.38-0.013m%(R2=0.996 7), 酒精度低于20%或高于80%时的拟合效果存在较大的相对偏差。 20%~80%范围获得拟合效果优良的线性拟合方程: A=1.40-0.014m%(R2=0.999 3)。 并通过购置的部分市售散装白酒和品牌瓶装白酒检验了该方法的可靠性, 本方法对品牌瓶装白酒的检测与瓶身标记的酒精度的相对偏差较小, 符合吸收光谱的允许误差范围, 而对部分散装白酒的检测结果与其标注的酒精度相差较大, 鉴于散装白酒在品质控制方面弱于品牌瓶装白酒, 在一定程度上说明本方法在检测白酒酒精度方面具有较好的准确度, 且具有方便、 快速、 无需辅助试剂、 线性范围宽的优点, 可作为一种快速分析白酒酒精度的测试手段。
近红外光谱 光程 酒精度 Near-infrared spectrum Optical path Alcohol content
1 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管（HPT）光响应特性的影响.光窗口位于发射区时，HPTs吸收路径长，会产生较多的光生载流子，在发射结界面产生较大的发射结光生电压，有利于发射结的电子注入，因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm，集电极电压为2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时，在较大的入射光功率下，HPTs吸收区的光生载流子密度大，光生空穴发生快速驰豫的可能性增加，一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制，提高了光特征频率.当入射光波长650 nm，集电极电压2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/Si HPTs，当光窗口面积从3 μm×10 μm到50 μm×10 μm逐渐增加时，电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大；同时发射结和集电结的结电容也随之增大，RC延迟时间增长，光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高，但随着面积的增加，光增益·光特征频率优值提高的速率变慢，并有逐渐趋于饱和的趋势.
异质结光电晶体管 光窗口位置 光窗口面积 光增益 光特征频率 Heterojunction phototransistor Optical window position Optical window area Optical gain Optical characteristic frequency
北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083
采用水热法与旋涂法, 成功制备出基于钛网基底的TiO2纳米线阵列/Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子(TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs)复合结构光阳极, 并将其组装成柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)。探讨了Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子的光学性能对复合结构DSSC光电转换性能的影响, 在此基础上系统研究了不同NbCl5浓度包覆对复合结构形貌和DSSCs性能的影响。结果表明：Yb-Er-F掺杂TiO2上转换发光纳米粒子的引入可以增大光阳极的入射光利用范围, 但同时也会增加其内部的电子复合。通过Nb2O5纳米粒子层的包覆可以在半导体/电解液界面形成能量势垒, 增加复合阻抗Rrec, 抑制电子复合; 提高电子收集效率ηec和光生电子寿命τe, 进一步增大短路电流和开路电位, 最终提高电池的光电转换效率。采用20 mmol/L的NbCl5乙醇溶液旋涂制备的Nb2O5@TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs复合结构柔性DSSC获得了最佳的光电转换效率(6.89%), 比未经包覆的TNWAs/YEF-TiO2-UCNPs复合结构提升了24.3%。
Nb2O5包覆 Yb-Er-F掺杂TiO2 上转换发光纳米粒子 复合结构 柔性染料敏化太阳能电池 Nb2O5 coating Yb-Er-F doped TiO2 upconversion luminescence nanoparticle composite structure flexible dye sensitized solar cells
1 北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度，设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法，分析渐变耦合脊波导的光传输模式，优化后波导宽度和波导长度分别为2.6 μm和250 μm，可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直，分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度，器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W，饱和输出光电流为90 mA，最高特征频率达到87 GHz，其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大，获得饱和电流时的光功率也比较大，因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.
异质结光敏晶体管 单载流子传输 光束传播法 响应度 光学特征频率 Heterojunction phototransistor Gradual coupled ridge waveguide Beam propagation method Responsivity Optical characteristic frequency 光子学报
2019, 48(12): 1248002
1 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室 光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
传统的两层棱镜膜对于MiniLED背光的增亮效果不明显, 因此设计了一种微结构薄膜来代替两层棱镜膜。首先, 根据MiniLED背光的配光曲线及尺寸, 对微结构进行分段设计。将与MiniLED芯片等宽区域设定为顶角90°的棱柱结构, 对2个MiniLED芯片之间的区域, 将MiniLED芯片作为扩展光源, 芯片2个端点发出的光束到达微结构底面会形成一个夹角, 将夹角的角平分线处光线准直到轴向方向, 结合Snell定律进行计算, 得到棱柱微结构倾角。然后, 通过LightTools仿真软件对单个微结构及微结构阵列分别进行了建模和仿真, 仿真结果表明: 加微结构薄膜后的轴向视角亮度相比于加两层棱镜膜提升了31.3%。最后, 通过无掩模光刻设备对设计的微结构薄膜进行加工制备, 并对样片进行测试。实测结果表明: 加微结构薄膜后的轴向视角亮度相较于加两层棱镜膜提升了25.7%。实现了针对MiniLED背光模组的亮度增强设计。
MiniLED背光模组 增亮 扩展光源 微结构 无掩模光刻 MiniLED backlight module brightness enhancement extended source microstructure maskless lithography
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710019
2 中国科学院大学, 北京 100049
为实现实时计算多个目标飞行轨迹, 并引导设备跟踪目标, 根据目标运动特性和光电经纬仪跟踪测量的固有特性, 设计了一种多目标实时交会方法, 解决了同名目标点的排序和假目标轨迹剔除问题, 最终得到正确的目标轨迹.试验证明, 对于跟踪目标N≤3, 通信周期50 ms的光电经纬仪测量系统, 利用该多目标实时交会算法处理测量数据, 可实时、精确、稳定引导测量设备进行跟踪工作.
多目标实时交会 多目标跟踪 异面直线交会 光电经纬仪 Multi-target real-time intersection Multi-target track Non-coplane line intersection Optic-electronic theodolite
