1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2材料的能对紫外线实现宽角度吸收的多凹槽型吸收器。采用有限元方法对该吸收器的吸收机制以及吸收特性与入射波波长、入射角度以及结构参数的依赖关系进行了研究。重点讨论了0°入射时的吸收情况与结构参数之间的关系，并采用归一化的磁场强度分布对所得结果进行了解释。结果表明：该吸收器的吸收机制主要是表面等离子共振和光学谐振腔共振；在优化参数下，当入射角度为0°～70°时，该吸收器的吸收率均可达到80%以上。该吸收器在紫外传感、紫外光催化等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 紫外线吸收器 光栅 Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 表面等离子共振 光学谐振腔共振 中国激光
2022, 49(17): 1713003
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
为了易于后续加工, 提出了一种偏振不敏感的太赫兹双频窄带吸收器, 其单元结构为金属谐振层-介质层-金属衬底层, 面积为25 μm×25 μm, 厚度仅为3 μm。通过S参数, 分析了器件单元结构的尺寸参数与共振频率、吸收率之间的关系。仿真结果表明:该吸收器在1.508 THz和2.464 THz共振频率处的吸收率均达到98.8%以上, 而且对入射电磁波偏振方式无限制, 在0°~40°的入射角度范围内仍然保持着良好的吸收性能。
太赫兹 超材料 多频吸收器 窄带吸收 偏振不敏感 terahertz metamaterials multi-frequency absorbers narrowband absorption polarization insensitive
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室, 北京 100192
提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波, 结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频, 实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验, 实现了单波长激光输出的温度传感测量。泵浦源输出功率为219 mW时, 实现了1 555.25 nm单波长激光输出, 3 dB线宽为0.06 nm, 边摸抑制比为47.05 dB。实验中对1 555.25 nm单波长激光进行稳定性测试, 10 min内激光输出功率变化为0.59 dB。利用温度加热平台对啁啾光纤光栅进行升降温实验, 升温过程温度灵敏度为12.59 pm/℃, 线性度为0.998 6, 降温过程温度灵敏度为12.58 pm/℃, 线性度为0.998 3。不同温度条件下对激光进行稳定性测试, 在10 min监测时间范围内, 50 ℃和300 ℃激光输出功率变化分别为0.27 dB和0.09 dB。
光纤激光器 啁啾光纤光栅 可饱和吸收体 温度传感 fiber laser chirped fiber Bragg grating saturable absorbers temperature sensing
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
钴掺杂的镁铝尖晶石透明陶瓷是用于近红外区域工作的无源调Q固态激光器的有效材料。为制备具有高吸收截面和高透过率的Co:MgAl2O4透明陶瓷, 采用共沉淀法合成钴掺杂的纯相镁铝尖晶石纳米粉体, 并通过真空烧结结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP), 制备得到了高质量的0.05at% Co:MgAl2O4透明陶瓷, 同时系统研究了预烧结温度对Co:MgAl2O4陶瓷微观结构和光学性能的影响。当预烧结温度从1500 ℃升高至1650 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度从95.2%增大到98.5%, 而当预烧温度升高至1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度降低至97.7％。真空预烧后Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度较低, 因此预烧后的Co:MgAl2O4陶瓷均为不透明的。当预烧温度从1500 ℃升高到1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的平均晶粒尺寸从2.3 μm增大到11.3 μm。经过HIP后处理后, 在1550~1700 ℃×5 h真空预烧条件下的Co:MgAl 2O4陶瓷都是透明的, 而经过1650 ℃×5 h真空预烧结合1800 ℃×3 h HIP后处理的Co:MgAl2O4透明陶瓷表现出最佳的光学质量, 在400和900 nm处的直线透过率分别为81.4%和85.9%, 平均晶粒尺寸为16.8 μm。在500~700 nm和1200~1600 nm波长范围内的宽吸收带表明Co 2+已掺入尖晶石晶格中。此外, 经计算, 最佳光学质量的样品在1540 nm处的基态吸收截面为6.18×10-19 cm2, 表明Co:MgAl2O4已经成为固态激光器中被动调Q可饱和吸收体的最有潜力的材料之一。
光子学报
2021, 50(10): 1014002
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，西安 710071
2 清华大学 材料科学与工程学院，北京 100084
3 国家纳米科学中心 中国科学院纳米标准与检测重点实验室，北京 100190
4 中国科学院大学，北京 100049
5 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室，西安 100190
利用层状半导体β相硒化铟作为可饱和吸收体，在掺镱光纤激光器中实现稳定的调Q及锁模运转。经测量该可饱和吸收体在1 μm波段调制深度及非饱和损耗分别为47%及20%。将可饱和吸收体插入掺镱光纤激光器中，可获得53.42 kHz到217 kHz重频可调的调Q脉冲。其最窄脉冲宽度为630 ns，最大单脉冲能量为47.9 nJ。优化激光谐振腔后可进一步实现稳定的锁模输出，其重频为10.82 MHz，最大输出功率为51.2 mW，最大单脉冲能量为4.7 nJ。实验证明了β相硒化铟作为可饱和吸收体在近红外超快非线性光学方面的潜力。
可饱和吸收体 调Q激光 光纤激光器 锁模激光 硒化铟 Saturable absorbers Q-switched lasers Fiber lasers Mode-locked lasers Indium selenides 光子学报
2021, 50(10): 1014003
光子学报
2021, 50(10): 1014004
北京交通大学 光电技术研究所 发光与光信息教育部重点实验室, 北京 100044
提出了一种顶锥壳阵列超宽带全向超材料吸收器, 研究了圆顶锥壳的几何参数、顶部的几何形状以及不同密排方式对宽带吸收的影响。研究了包覆金属薄膜的圆顶锥壳阵列在太阳辐射能谱区的超宽带吸收特性, 结果显示在250~2500nm范围内的平均吸收率达到95.39%。在0°~65°的大角度入射下, 对于TE和TM偏振的平均吸收率分别为92.7%和94.59%, 表明所提出的结构具有偏振无关和入射角不敏感性。空气质量1.5加权平均吸收率为95.24%, 证明能够有效地吸收地球上的太阳辐射。通过结合胶体球光刻技术和表面镀膜成功制备了所提出的吸收器, 初步测试结果表明, 其吸收性能存在提升空间。
超材料 超宽带太阳能吸收器 有限时域差分方法 胶体球光刻 原子层沉积 metamaterial ultra-broadband solar absorbers FDTD colloidal lithography ALD
武汉科技大学城市建设学院, 湖北 武汉 430065
多频段超材料完美吸波器的设计在多色光学领域具有重要意义。提出一种多频段金属-绝缘层-金属超材料吸波器,其表面电磁响应单元为三圈嵌套的金属环阵列,采用时域有限差分方法计算结构单元的吸收光谱和电磁场密度分布。结果表明:该结构单元在1.44,2.28,3.25 μm处分别实现了98.5%、99.6%和99.9%的吸收率,物理机理为磁激元共振激发。系统分析结构几何参数对共振的影响,通过改变金属环的直径和高度,可以对不同的共振进行独立调控。该结构单元的吸收光谱对入射光极化角度具有良好的稳健性。并进一步分析了超材料吸波器的传感特性,其最大品质因数高达8.3 RIU
-1(RIU为折射率单元),对应的灵敏度为1.08 μm·RIU
-1,表现出优良的红外传感性能。该吸波器可应用于传感领域,亦可为其他超材料的设计带来新启示。
材料 吸波器 超材料 磁激元共振
