作者单位
摘要
西北工业大学物理科学与技术学院,光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室,陕西 西安 710129
贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注,在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性,通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法,通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控,构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发,总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展,包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段,并分析了其传输和调控机理。
光场调控 无衍射光束 贝塞尔光束 光传输 
光学学报
2024, 44(10): 1026001
作者单位
摘要
华中科技大学材料科学与工程学院,湖北 武汉 430074
激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形,在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是,高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场,导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能,影响了该技术更广泛的应用。光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展,重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理,并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望,可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。
激光技术 激光增材制造 光束矫形 磁场 热场 超声场 
中国激光
2024, 51(10): 1002306
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101804, China
3 School of Physics Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
4 School of New Energy and Electronics, Yancheng Teachers University, Yancheng 224002, China
5 Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Ex situ characterization techniques in molecular beam epitaxy (MBE) have inherent limitations, such as being prone to sample contamination and unstable surfaces during sample transfer from the MBE chamber. In recent years, the need for improved accuracy and reliability in measurement has driven the increasing adoption of in situ characterization techniques. These techniques, such as reflection high-energy electron diffraction, scanning tunneling microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy, allow direct observation of film growth processes in real time without exposing the sample to air, hence offering insights into the growth mechanisms of epitaxial films with controlled properties. By combining multiple in situ characterization techniques with MBE, researchers can better understand film growth processes, realizing novel materials with customized properties and extensive applications. This review aims to overview the benefits and achievements of in situ characterization techniques in MBE and their applications for material science research. In addition, through further analysis of these techniques regarding their challenges and potential solutions, particularly highlighting the assistance of machine learning to correlate in situ characterization with other material information, we hope to provide a guideline for future efforts in the development of novel monitoring and control schemes for MBE growth processes with improved material properties.
epitaxial growth thin film in situ characterization molecular beam epitaxy (MBE) 
Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 031301
Author Affiliations
Abstract
State Research Institute Center for Physical Sciences and Technology, Savanorių ave. 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
We introduce a novel method to create mid-infrared (MIR) thermal emitters using fully epitaxial, metal-free structures. Through the strategic use of epsilon-near-zero (ENZ) thin films in InAs layers, we achieve a narrow-band, wide-angle, and p-polarized thermal emission spectra. This approach, employing molecular beam epitaxy, circumvents the complexities associated with current layered structures and yields temperature-resistant emission wavelengths. Our findings contribute a promising route towards simpler, more efficient MIR optoelectronic devices.
epsilon-near-zero thermal emitters indium arsenide LWIR (long wave infraRed) molecular beam epitaxy 
Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 022101
高磊 1郝建红 1张芳 2,*赵强 2[ ... ]董志伟 2
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电气与电子工程学院,北京 102206
2 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标,但实际情况中由于受环境的影响,相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差,因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动,影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束,分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟,通过模拟束团的传输过程,分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律,以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律,为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。
相对论电子束 到靶率 注量率 回转点 拉莫尔进动 relativistic electron beam target arrival rate fluence rate turning point Larmor precession 
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043032
作者单位
摘要
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室,辽宁 大连 116024
2 株洲齿轮有限责任公司,湖南 株洲 412000
针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题,通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝,实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率(360、400、440、480 W)对焊缝成形质量的影响规律,讨论了激光作用位置向钢侧偏移(偏移量)对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制,对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明:同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接,球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著;由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出,断裂主要发生在该侧的熔合区;在保证熔深稳定的前提下,分别研究了不同偏移量(0.1、0.2、0.3 mm)对接头的影响,激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入,避免碳元素过度偏聚,力学性能得到相应的提升,断裂位置向热影响区移动,焊缝接头的强度得到优化。
激光技术 连续-脉冲双激光 球墨铸铁 合金钢 镍基合金 
中国激光
2024, 51(16): 1602102
作者单位
摘要
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528437
3 深圳市杰普特光电股份有限公司,广东 深圳 518110
针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题,设计了一种光斑可调的信号合束器,首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤,基于光束非相干合成技术,通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真,分析了其模场变化情况,设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则,调控拉锥比(TR)使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束,再将其与输出光纤进行熔接,制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%,中心光束质量因子(M2)仅为1.76,此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试,合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中,通过调节中心和外环激光功率,可以在任何温度环境下实现超高速焊接,为激光复合焊接提供了一种新途径。
激光器 光纤合束器 熔锥光纤束(TFB) 传输效率 光束质量 环境可靠性 
中国激光
2024, 51(8): 0801004
作者单位
摘要
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量 
中国激光
2024, 51(8): 0801001
Author Affiliations
Abstract
1 National University of Defense Technology, College of Advanced Interdisciplinary Studies, Changsha, China
2 National University of Defense Technology, Nanhu Laser Laboratory, Changsha, China
3 National University of Defense Technology, Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha, China
Orbital-angular-momentum (OAM) multiplexing technology offers a significant dimension to enlarge communication capacity in free-space optical links. The coherent beam combining (CBC) system can simultaneously realize OAM multiplexing and achieve high-power laser output, providing substantial advantages for long-distance communication. Herein, we present an integrated CBC system for free-space optical links based on OAM multiplexing and demultiplexing technologies for the first time, to the best of our knowledge. A method to achieve flexible OAM multiplexing and efficient demultiplexing based on the CBC system is proposed and demonstrated both theoretically and experimentally. The experimental results exhibit a low bit error rate of 0.47% and a high recognition precision of 98.58% throughout the entire data transmission process. By employing such an ingenious strategy, this work holds promising prospects for enriching ultra-long-distance structured light communication in the future.
orbital angular momentum coherent beam combining free-space optical communication bit error rate 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036003
作者单位
摘要
1 成都信息工程大学 光电工程学院, 四川 成都 610225
2 电子科技大学 航空航天学院, 四川 成都 610054
在光场中引入一维燕尾突变函数,利用分步傅立叶方法研究了燕尾高斯(SG)光束在分数薛定谔方程(FSE)中的演化动力学,详细讨论了线性势、抛物线势、高斯势及无势的情况。在无势情况下,SG光束会因群延迟的变化而分裂成两个子光束,并且分裂轨迹会随着Lévy指数的增大出现弯曲。在线性势下,SG光束出现了周期性反转和聚焦行为,Lévy指数和线性势系数分别影响聚焦点峰值强度和反转及聚焦的演化周期,其反转和聚焦周期距离只受线性势影响而与Lévy指数无关。在抛物线势情况下,具有较大Lévy指数的SG光束的主瓣和旁瓣反转和聚焦从杂乱转变为周期性演化,其反转聚焦位置由抛物线势系数和Lévy指数共同决定。在高斯势中,光束的演化在势垒的约束下由于反射主瓣和旁瓣的干扰,窄势垒的周期性反转和聚焦出现杂乱混沌现象,而对于宽势垒,由于旁瓣减弱,周期性演化变得清晰。本文研究结果为利用高阶燕尾光波场实现光调制器和光开关提供了可能。
燕尾高斯光束 分数薛定谔方程 Lévy指数 Swallowtail-Gaussian beam Fractional Schrödinger equation Lévy index 
中国光学
2024, 17(2): 481

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