1 1.石家庄铁道大学 机械工程学院, 石家庄 050043
2 2.河北师范大学 化学与材料科学学院, 河北省无机纳米材料重点实验室, 石家庄 050024
3 3.石家庄铁道大学 材料科学与工程学院, 石家庄 050043
阻变器作为一种基于可逆、非易失、阻态突变的信息存储和处理器件, 是解决传统存储器的内在物理限制和冯·诺依曼架构瓶颈问题的核心电子元器件之一, 受到了广泛关注。卤化物钙钛矿具有快速的载流子迁移特性和优异的光电转换性能, 作为阻变功能层赋予光电阻变存储器优异的阻变性能。因此, 近年来卤化物钙钛矿基阻变器的存储和计算应用研究发展迅速。然而, 目前对于卤化物钙钛矿的光电阻变机理尚未形成统一认识。基于此, 本文分析了卤化物钙钛矿阻变存储器的工作机理, 对比分析了卤化物钙钛矿基光电阻变器导电细丝和能级匹配调控特性, 总结了其各种机理的制约因素, 揭示了导电细丝在光场和电场作用下重复形成和断裂, 以及阻变器中卤化物钙钛矿功能层和其他功能层之间肖特基势垒改变, 主导卤化物钙钛矿光电阻变器的开关比、阈值(Set/Reset)电压和阻变器性能稳定性, 并进一步展望卤化物钙钛矿基光电阻变器在新型人工智能仿生突触、存内运算、机器视觉的应用。
导电细丝 能级匹配 卤化物钙钛矿 存内运算 机器视觉 综述 conductive filament energy level matching halide perovskite in-memory computing machine vision review
为了探究飞秒激光成丝的内在机制以实现长度表征, 采用荧光法和声学法, 得到了不同入射激光脉冲能量下和偏振态下等离子体光丝的荧光光谱和声音信号信息。结果表明,在相同激光脉冲能量下圆偏振光产生的N2荧光信号强度约为线偏振光的2倍, 而线偏振光产生的N2+荧光信号强度则约为圆偏振光的1.3倍; 等离子体荧光测量是获取等离子体光丝长度的有效途径, 相比于声学测量法更精确。该研究为揭示相干激光发射随光丝长度变化的物理实质提供了光丝长度表征的可行方案。
激光物理 等离子体光丝 荧光强度演化 声学测量 laser physics plasma filament evolution of fluorescence intensity acoustic measurement
1 西南大学 物理科学与技术学院 微纳结构光电子学重庆市重点实验室，重庆 400715
2 辽宁大学 化学学院 绿色合成与先进材料制备化学辽宁省重点实验室，沈阳 110036
3 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所 天津市微尺度光学信息技术 科学重点实验室，天津 300350
基于亥姆霍兹波动方程和非线性传输波动方程，模拟了四瓣高斯飞秒激光在空气中线性传输和非线性传输的光强空间分布，以期获得规则的多丝阵列稳定传输。研究结果表明，当初始入射激光功率相对较强时，基于四瓣高斯飞秒激光光束可获得规则的多丝阵列产生。通过改变初始束腰半径和光束阶数，实现对光丝阵列间距的调控。光丝阵列间距大于背景能量池尺寸时，光丝阵列将稳定传输且间距保持不变；小于背景能量池尺寸时，多丝相互融合进而形成稳定的单丝。当初始入射激光功率相对较弱且大于自聚焦阈值功率时，将会出现多次自聚焦现象，最终形成稳定的单丝传输。该研究提供了一种产生二维规则飞秒激光光丝阵列的方法，将为基于飞秒激光多丝阵列的实际应用，如太赫兹波增强、空气激光增强、遥感探测、微波通道以及微粒捕获等，提供理论依据。
飞秒激光成丝 多丝阵列 四瓣高斯光束 光束阶数 空间分布 Femtosecond laser filament Multifilament array Four-petal Gaussian beam Beam order Spatial distribution
中国空间技术研究院，北京空间机电研究所，北京 100094
为了实现光丝激光雷达系统的天基应用，开展了天基光丝雷达光谱仪光学系统设计，根据应用需求确定光谱仪光学系统构型主要由望远系统、狭缝、准直系统、平面光栅、成像系统构成；为了解决谱段宽可能引入的色差问题，光谱仪系统采用全反射结构设计；完成了光学系统与各项指标分析，通过设计可达到以下指标：光谱仪谱段范围为320~950 nm，光谱分辨率为2 nm，光谱仪最大色畸变为1.1 μm（即0.07 pixel），3个像元内的能量集中度大于96%，光学传递函数MTF在3.7 lp/mm下可达到0.99。所设计的光谱仪系统可用于星载大气成分高分辨率光谱探测。
光学设计 光丝激光 光谱仪 光学系统设计 光谱分辨率
1 南开大学软件学院，天津 300350
2 南开大学现代光学研究所，天津 300350
盐气溶胶是大气污染监测的重要对象。使用基于高功率超快激光的光丝诱导荧光光谱（FIFS）技术可以实现大气气溶胶的远距离快速定量分析，该技术有望成为下一代激光雷达的核心技术。用NaCl气溶胶模拟大气气溶胶污染物，针对自吸收效应导致光强与物质质量浓度偏离线性关系的问题，提出基于一维卷积神经网络的NaCl气溶胶质量浓度预测模型，并将其与多元线性回归模型、偏最小二乘回归模型、BP传播神经网络模型和定标曲线模型进行了对比实验。在各质量浓度（0.33~6.61 mg/m3）NaCl气溶胶全波段光谱数据集和特征波段光谱数据集上的实验结果表明：所提一维卷积神经网络模型在特征波段光谱数据集上的预测准确率为1，在泛化预测实验中的准确率为0.87，优于其在全波段光谱数据集上的结果，同时也优于其他模型。该模型对自吸收效应下的非线性定量分析具有良好的准确性和鲁棒性，为FIFS技术应用于大气气溶胶质量浓度预测分析提供了可靠的定量分析技术。
光谱学 光丝诱导荧光光谱 NaCl气溶胶定量分析 卷积神经网络
1 太原科技大学应用科学学院山西省光场调控与融合应用技术创新中心，山西 太原 030024
2 中国空间技术研究院北京空间机电研究所，北京 100094
强飞秒激光在空气中传输时，其传输距离会远远超越衍射极限，产生高强度光丝和低密度等离子体，并伴随超连续白光的辐射，这为远距离遥感探测大气污染物提供了一种有效的技术途径。面向天基遥感应用，概述了强飞秒激光长距离传输的研究进展，包括光丝传输的基本研究方法、产生长距离光丝的方法、调控光丝特性的手段以及飞秒激光光丝超长距离的传输，并对光丝在大气遥感应用中的优越特性和需要解决的基础科学问题进行了总结。
非线性光学 超快激光 光丝 超连续谱 遥感探测
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
高强度的飞秒激光在非线性介质成丝过程中会产生一系列非线性效应，如强场电离、转动拉曼、高次谐波、激射等，这些非线性效应与强场下分子的复杂运动有关。研究强场作用下的分子动力学问题将有助于更好地理解飞秒激光成丝过程中非线性效应背后的物理机制。综述了近年来飞秒激光在空气中成丝时主要分子动力学特性的研究进展，包括分子准直、分子电离、电子-离子复合以及分子能级的粒子数布居。最后对强场与分子相互作用研究所面临的机遇以及挑战进行了展望。
非线性光学 飞秒激光成丝 强激光场 分子准直 强场电离 光丝诱导荧光
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
设计并制备了口径为20 mm的法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪在632.8 nm处的光谱分辨率为0.5 nm，自由光谱范围为9.0 nm。将口径为1.1 m的低成本菲涅耳透镜用作集光元件，使用自行搭建的法布里-珀罗干涉仪和工业电荷耦合器件（CCD）相机成功探测到30 m外平均功率为0.7 mW的汞灯光谱，实现了μlx量级的弱光光谱探测。采用增强型互补金属氧化物半导体（ICMOS）相机，可在10 m外检测到飞秒激光光丝诱导的质量分数为13×10-6的NaCl气溶胶的时间分辨荧光光谱。建立的基于菲涅耳透镜和法布里-珀罗干涉仪的光谱测量装置在空气污染物和有害物质远程检测中具有广阔的应用前景。
光谱学 法布里-珀罗干涉仪 菲涅耳透镜 远程光谱探测 光丝诱导荧光光谱
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
3 南开大学现代光学研究所，天津 300071
探索了一种基于两束相向传播飞秒光丝诱导荧光的光谱检测方法。实验结果表明，该方法能够延长荧光衰减时间，增强物质特征谱线强度。将该方法应用于盐水溶液中金属离子（K+、Na+、Mg2+）特征峰及含量的检测，其对Na+含量的检测灵敏度为4.3×10-6，较相同激发脉冲能量下的单丝诱导荧光检测技术提升了4倍，且具有良好的线性度。该方法有望为污染物检测提供新途径。
光谱学 光丝 荧光光谱 飞秒激光
1 西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 国家电网有限公司，北京 100031
3 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，安徽 合肥 230001
4 合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽 合肥 230009
飞秒激光在高压放电、电场测量等领域中有广阔的应用前景，准确测量飞秒激光的相关电学参数是各领域中飞秒激光应用的前提。基于激光电学特性实验得到了光丝通道在恒定电场下的电流特征，通过电路仿真得出了实验电路的等效元件参数，并通过仿真结果与实验条件联立的方法逆推得出以下结论：对于飞秒激光经过辅助聚焦后形成的光丝，其在实验电路中的等效电阻随光丝传播距离的增加呈现先减小后增大的变化趋势。2.7 mJ飞秒激光光丝在通过5 m焦距透镜后，贯穿2.5 cm放电间隙。在这个过程中，当光丝传播距离为473.6~501.6 cm时，等效电阻为457.5~9122.5 kΩ。所提分析方法能够表征具体激光能量和聚焦距离下的飞秒激光光丝的电学特性，研究结果为飞秒激光在高电压领域中的应用提供了参数支持。
测量 飞秒激光 光丝 激光能量 聚焦距离 等效电阻 电学特性
