1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
针对小角X射线散射（SAXS）测量图样中的宇宙线提出一种去除方法，以纳米结构的周期信息为物理先验计算得到周期性散射信号的坐标信息，对各光斑级次有效信号区域内的宇宙线进行检测并去除。数值模拟了含宇宙线的SAXS测量图样序列，测试该方法对SAXS测量图样序列宇宙线的检测和去除效果，并与现有的宇宙线去除方法进行对比。计算不同曝光时间下去噪前和各方法去噪后SAXS测量图样的评价指标，可以说明该方法对于SAXS测量图样中的宇宙线具有良好的去除效果，并能在长曝光条件下获得明显的信噪比增益。
X射线光学 小角X射线散射 周期性纳米结构 宇宙线 去噪
提出了一种金纳米十字双层等离子体结构阵列(BPNA), 采用有限时域差分法(FDTD), 计算了金纳米十字孔阵列、金纳米十字薄片阵列、二氧化硅阵列对结构透射性能的影响。计算得出的透射光谱中, 三者均对局域表面等离子激元(LSP)产生了影响, 产生的LSP共振峰强度和位置取决于十字孔的宽度、长度以及厚度和十字薄片的宽度、长度以及厚度, 通过增加介质层厚度分析出两个LSP共振峰的产生原因主要取决于十字孔缝产生的LSP或十字薄片产生的LSP, 而替换二氧化硅选用理想介质同样对LSP共振峰产生影响。对等离子体结构进行参数调节可以改变其透射性能, 调节后的半峰宽度(FWHM)高达0.72m, 透射强度高达0.96, 可以用来实现天线的高性能传输, 还获得了较高的灵敏度(FOM)值为17.22m/RIU, 对实现高性能的LSP传感器和光学器件有一定借鉴意义。
双层等离子体结构阵列 局域表面等离子体共振 半峰宽度 灵敏度 bi-layer plasmonic nanostructure array localized surface plasmon full width at half maxima figure of merit 量子光学学报
2023, 29(4): 040801
1 武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉 430081
2 湖北理工学院矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，黄石 435003
3 湖北理工学院先进材料制造与固废资源化协同技术湖北省工程研究中心,黄石 435003
本文以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，在以氨水为催化剂的碱体系中，采用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅溶胶。通过SEM-EDS、XRD、热重分析、激光粒度分析、Zeta电位等分析手段，研究了氨水的加入量对二氧化硅溶胶粒径以及稳定性的影响。研究结果表明，当pH值在11~12、氨水与TEOS的摩尔比R(n(NH3·H2O)∶n(TEOS))在1~10时，随着R值的增大，二氧化硅溶胶平均粒径y与R值x呈指数相关趋势，其拟合函数为y=2.22x1.79，相关性为0.96，粒径从10.17 nm (R=1)增加到142.48 nm (R=10)，且胶粒的粒径分布半高宽从9.89 nm (R=1)增加到171.61 nm (R=10)。二氧化硅溶胶的稳定性则与氨水的加入量呈下抛物线趋势，其凝胶时间从684 h (R=1)下降到28 h (R=5)，再上升到780 h (R=10)。
氨水 溶胶-凝胶法 二氧化硅溶胶 粒度 稳定性 纳米结构 ammonia sol-gel method silica sol particle size stability nanostructure
1 江苏师范大学物理与电子工程学院, 徐州 221116
2 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083
3 徐州工程学院物理与新能源学院, 徐州 221000
4 江苏锡沂高新材料产业技术研究院, 徐州 221400
5 徐州康纳高新材料科技有限公司, 徐州 221400
透明陶瓷是一种具有广阔应用前景的无机非金属材料, 但以粉末烧结为主的传统制备策略存在依赖高质量原料粉体、需要长时间高温处理、设备和工艺复杂、生产成本高等技术限制。玻璃晶化法是通过调控晶化过程实现玻璃全部结晶并且获得透明陶瓷的新方法, 因其可以克服与传统透明陶瓷加工相关的技术困难, 并在合成高致密度、无气孔、非立方相、纳米结构透明陶瓷等方面具有独特的优势, 而受到人们的广泛关注。本文首先从玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷的工艺方法和组分体系两方面入手, 详细概述了该方法的发展历程和研究现状。接着, 指出了目前研究中存在的问题, 并对其未来发展前景进行了展望, 以期该方法能够广泛应用于制备下一代高性能透明陶瓷材料。
玻璃晶化法 玻璃 氧化物透明陶瓷 非立方相 纳米结构 组分体系 glass crystallization method glass oxide transparent ceramics non-cubic phase nanostructure component system
闽南师范大学物理与信息工程学院，福建 漳州 363000
近年来，Rh纳米结构因在紫外波段有较强的局域表面等离激元共振（LSPR）效应，且材料的物理化学性能稳定，引起了广泛关注。以Rh纳米结构为研究对象，采用时域有限差分法系统地模拟并分析200~400 nm波段圆柱状Rh纳米阵列结构的消光特性和电场强度分布，以此研究Rh纳米结构的局域表面等离激元共振特性。结果表明：Rh纳米结构的LSPR特性与其直径、高度、间距以及周围折射率都有极强的相关性。通过这些参数的变化可以有效调制Rh纳米结构的LSPR共振波段，这对实现Rh纳米结构LSPR效应在紫外吸收、探测等相关领域应用具有重要参考意义。
光电子学 局域表面等离激元共振 Rh纳米结构 时域有限差分法 消光光谱 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1925001
1 广东工业大学物理与光电工程学院，广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
2 中山大学物理学院，光电材料与技术国家重点实验室，广东 广州 510275
信息安全对人类社会极为重要，关系到个人和各类组织的财产与安全，因此一直以来受到人们的极大关注。其中，物理型信息安全技术因其物理载体和实现原理的多样性和隐匿性而具有极高的安全性。当前，通过引入特征尺寸小、功能丰富的光学纳米结构，物理型信息安全技术借助纳米尺度光场调控的新方法和新实践，在信息容量、安全性和功能性等方面都得到了极大提升。为厘清该领域的发展脉络与方向，本文将回顾近年来基于光学纳米结构的物理型信息安全技术的新发展，介绍该技术的基本原理、实现方法与优势特点，重点阐述其中的基于表面结构色图像、全息和轨道角动量的信息安全技术。此类信息安全技术不仅对于军用、民用机密信息防护具有重要意义，而且在商标防伪和身份认证等领域也有着巨大的应用潜能。
全息 纳米结构 信息安全技术 结构色 轨道角动量 中国激光
2023, 50(18): 1813008
氧化锆陶瓷以其优异的力学性能和生物相容性被广泛用作牙科修复材料。通过表面改性工艺调控氧化锆陶瓷的表面润湿性，可以进一步拓展其在不同领域的应用。基于此，笔者提出了一种高效、低成本的激光加工+硅油修饰+热处理复合工艺，并采用该工艺制备了超疏水氧化锆陶瓷表面。首先通过纳秒激光加工在氧化锆陶瓷表面诱导出周期性多级微纳结构，而后利用硅油异丙醇混合溶液（硅油体积分数为0.4%）修饰+低温热处理来降低激光处理后氧化锆陶瓷的表面能，制备出了表面接触角高达153.8°具有超疏水特性的氧化锆陶瓷。加工前的氧化锆陶瓷的接触角为80.4°±2.1°，展现出亲水性；经纳秒激光加工后，液滴完全浸润表面，接触角变为0°，表面转变为超亲水表面。采用硅油异丙醇混合溶液修饰+低温热处理工艺实现了表面超亲水特性向超疏水特性的转变。超疏水氧化锆陶瓷在空气环境和胶带剥离实验中分别保持了优秀的稳定性和耐久性。通过改变激光的扫描速度及扫描间距可以精准调控液滴在材料表面的润湿性和黏附性。所提方法相较于传统激光加工方法提高了制备效率，降低了生产成本，有望扩展超疏水氧化锆陶瓷在医疗领域的应用。
激光技术 氧化锆陶瓷 超疏水表面 激光加工 微纳结构 表面化学 黏附性 中国激光
2023, 50(16): 1602210
1 太原理工大学 物理学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学 光电工程学院，山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西 吕梁 035300
宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子，将它们与宽带隙半导体构成异质结构，便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO2复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO2层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构，Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO2复合纳米结构的协同作用，该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能，器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上，该器件能够探测TiO2本征吸收波段以外的入射光子。例如，在600 nm波长处，器件的响应率为9.67 μA/W，线性动态范围为60 dB，器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外，利用有限元法进行了仿真计算，通过电场分布图验证了Au/TiO2复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。
光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 photodetectors surface plasmon resonance metal nanostructure hot-electrons wide spectrum 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220464
Author Affiliations
Abstract
1 The Australian National University, Research School of Physics, Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS), Department of Electronic Materials Engineering, Canberra, Australian Capital Territory, Australia
2 McGill University, Department of Physics, Montréal, Quebec, Canada
We propose and experimentally demonstrate a dielectric metasurface that allows monitoring of polarization deviations from an arbitrary elliptical input anchor state simply by tracking in real-time the output ratio between the powers of horizontal and vertical components after the metasurface. Importantly, this ratio can be enhanced corresponding to increased responsivity. Such nontrivial functionality is achieved by designing binary metasurfaces that realize tailored nonunitary and chiral polarization transformation. We experimentally demonstrate the operation at telecommunication wavelengths with enhanced responsivity up to 25 for various anchor states, including the strongly elliptical and circular. We also achieve the uncertainty of deviation measurement that is significantly better than the fundamental limit for nonchiral metasurfaces.
nanophotonics metasurface polarimetry nanostructure nanofabrication Advanced Photonics Nexus
2023, 2(2): 026003
