1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程研究中心， 上海 20009上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
荧光碳量子点是一种新型的、 有前途的光致发光纳米材料。 由于其多样的理化性质和独特的光学特性， 低成本、 生态友好、 丰富的功能基团等优势， 在生物成像、 光电器件、 光催化、 离子检测、 靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。 发光二极管（LED）多年来一直是学术研究的热点， 广泛应用于液晶显示、 全彩显示和日常照明设备中。 许多荧光材料已经被应用于LED的研制; 纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、 发光性能稳定、 环境友好、 原材料丰富、 成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。 但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战， 大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、 绿光波段， 且量子产率偏低， 限制了碳量子点在该领域的发展。 因此， 合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。 以柠檬酸三胺为前驱体， 以多种低毒、 廉价的酸试剂为修饰剂， 采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点， 并用荧光光谱仪、 透射电镜、 X射线衍射仪、 拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。 结果表明， 所制备的碳量子点尺寸均匀， 分散性好， 发射的荧光由蓝色逐渐变为红色， 发射峰值波长在450～650 nm之间可调， 其荧光量子产率均在30%以上， 红色碳量子点的量子产率高达38.75%， 且表面富含羧基和羟基， 具有很强的亲水性。 通过不同酸试剂控制碳量子点的石墨化程度和表面羧基的数量， 简单探究了碳量子点的发光机理。 通过向环氧树脂中添加一种或多种颜色的碳量子点制备了全彩发射CQDs/环氧树脂复合薄膜， 并制备了三种具有高显色指数的白光LED， 其中暖白光LED的CIE色坐标为(0.43, 0.39)， 相关色温为3 913 K， 显色指数为86; 制备的中性白光LED的CIE色坐标为(0.37, 0.37)， 相关色温为4 170 K， 显色指数为85.5; 制备的冷白光LED的CIE色坐标为(0.30, 0.34)， 相关色温为6 857 K， 显色指数为80.4。 该研究为开发低成本全彩色荧光薄膜和发光器件的替代荧光粉提供了一种新思路。英文标题>Preparation of Full-Color Carbon Quantum Dots and Their Application in WLED
碳量子点 全彩色 多酸试剂 荧光薄膜 白光发光二极管 Laboratory of Modern Optics System， University of 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1358
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
采用有限时域差分（FDTD）法仿真了不同闪耀光栅结构上的银（Ag）薄膜模型。在633 nm的激发光下，闪耀光栅上周期为1/1200 mm、厚度为15 nm的Ag薄膜模型产生了较强的局域表面等离子体共振（LSPR）效应。利用机械刻划工艺和电子束蒸发镀膜工艺成功制备了这种Ag光栅薄膜，从而大幅降低了图案化电场增强薄膜的制备成本和难度。利用该电场增强Ag薄膜，基于表面增强拉曼散射（SERS），对亚甲基蓝染料进行检测，SERS信号强度增强，与FDTD仿真结果吻合。同时，基底不同位置处的主要特征峰强度的相对标准偏差（RSD）值都小于17%，薄膜表现出良好的均匀性和再现性。
薄膜 局域表面等离子体共振 有限时域差分法 金属薄膜 闪耀光栅 表面增强拉曼散射 中国激光
2023, 50(23): 2303101
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 恒迈光学精密机械(杭州)有限公司, 浙江 杭州 311421
全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio 光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。
光学设计 非球面 全息光存储 optical design aspheric surface holographic optical storage
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
本文通过电子束蒸发技术制备了金属锡掺杂浓度不同的一系列ITO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计、四探针测电阻仪和Z扫描系统分别对ITO薄膜的物相结构、微观形貌、光学吸收、方块电阻和非线性光学性能进行测试和表征。结果表明, 随着金属锡掺杂浓度由10%增加到30%: ITO薄膜的结晶质量增加; 薄膜表面粗糙度增加, 晶粒尺寸逐渐增大; 等离子体吸收增强, 且吸收峰的位置发生红移, 光学带隙变窄; 薄膜的方块电阻不断减小; 非线性吸收系数逐渐增加, 绝对值最大可以增至2.59×10-7 cm/W。时域有限差分拟合结果表明金属锡掺杂浓度不同的ITO薄膜电场强度变化规律与实验结果相一致。
氧化铟锡 局部表面等离子体共振 非线性光学响应 Z扫描 增强电场 掺杂 电子束蒸发 ITO LSPR nonlinear optical response Z-scan enhanced electric field doping electron beam evaporation
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
In this study, a batch of indium tin oxide (ITO)/Sn composites with different ratios was obtained based on the principle of thermal evaporation by an electron beam. The crystalline structure, surface shape, and optical characterization of the films were researched using an X-ray diffractometer, an atomic force microscope, a UV-Vis-NIR dual-beam spectrophotometer, and an open-hole Z-scan system. By varying the relative thickness ratio of the ITO/Sn bilayer film, tunable nonlinear optical properties were achieved. The nonlinear saturation absorption coefficient maximum of the ITO/Sn composites is , approximately 21 and 1.72 times more enhanced compared to monolayer ITO and Sn, respectively. Moreover, the improvement of the sample nonlinear performance was verified using finite-difference in temporal domain simulations.
ITO/Sn composite film Z-scan nonlinear absorption characteristic synergistic effect electric field enhancement Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081902
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
4 恒迈光学精密机械（杭州）有限公司，浙江 杭州 311421）
荧光碳量子点是一种新型的光致发光纳米材料，由于其具有稳定的发光性能、丰富的表面官能团、安全无毒、生物相容性好、成本低廉等优势，在潜指纹检测和识别领域有着极大的应用前景。潜指纹是指人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹，需要借助物理或化学方法以有效地显现和提取。到目前为止，关于碳量子点显影潜指纹并与计算机技术结合精确识别指纹的研究鲜有报道。以邻苯二胺为前驱体，以草酸锌为修饰剂，采用一步溶剂热法成功合成了红色荧光碳量子点，将红色荧光碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮混合，干燥研磨后制备出均匀分散、量子产率高达27 %的红色固态荧光碳量子点，并成功应用于多种基底上潜指纹的增强检测。为了精确评价显影潜指纹与目标对照指纹之间的相似度，通过结构相似度算法进行相似度分析，锡纸上潜指纹的匹配度高达90.5 %，表明红色固态荧光碳量子点结合数字处理程序能很好地显影和精确识别潜指纹，在刑事侦查领域具有极大的应用前景。
固态碳量子点 红色荧光 潜在指纹 人工智能 solid carbon quantum dots red fluorescence latent fingerprints artificial intelligence
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
目前，高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品，现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置，采用双光路测量方法，通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比，信号差值本身相对较小，因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10-5，与光腔衰荡法进行对比，测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度，满足99.9%~99.99%反射率的精确测量需求。
测量 激光光学 高反射率 分光光度法 光学薄膜 锁相放大器 中国激光
2023, 50(10): 1004002
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Thin Film Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
4 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
Different laminated structures of composite film were prepared via atomic layer deposition (ALD) on alumina substrates. The effect of the annealing temperature in the air on the surface morphologies, crystal structures, binding energies, and ingredient content of these films was investigated using X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. Results showed that the binding energy of Ti and Si increased with decrease of the Ti content, and the nanolaminated films exhibited a complex bonding structure. As the annealing temperature increased, the thickness of the nanolaminated films decreased, and the density and surface roughness increased. An increase in the crystallization temperature was proportional to the content in composite film. The annealing temperature and thin thickness strongly affected the phase structure of the ALD thin film. To be specific, the thin film transformed into an anatase phase from an amorphous phase after an increase in the annealing temperature from 400°C to 550°C, and the film exhibited an anatase phase until the annealing temperature reached 850°C, owing to its extremely small thickness. The annealing process caused the Al ions in the substrate to diffuse into the films and bond with O.
atomic layer deposition nanolaminated film annealing thin films Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 121406
