Author Affiliations
Abstract
1 College of Computer Science and Electronic Engineering, Key Laboratory for Micro-/Nano-Optoelectronic Devices of Ministry of Education, Hunan University, Changsha 410082, China
2 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
An optical rotation bio-sensor based on the photonic spin Hall effect was established and applied to detecting the concentration varieties of chiral molecules. The optical rotation, introduced by sample solutions, was exploited to modulate the postselected polarization of a weak measurement system. Much work has been done in the case of glucose and fructose. However, little attention has been paid for biomolecules, such as proteins and amino acids. With this modulation, the optical rotation can be determined through the direction and spin accumulation of light spots, thus mirroring the concentration of solutions. A resolution of 2×10–4 degree was achieved.
Weak measurements the photonic spin Hall effect optical rotation bio-sensor Photonic Sensors
2022, 12(3): 220301
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学量子信息交叉中心，湖南 长沙 410073
核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义，其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响，建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型，得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策略。仿真分析和实验结果表明，在合适的气室温度(120 ℃)条件下选择约－17 GHz的探测光D1线频率失谐量，可使信号强度相对于极小值优化约三个量级。通过引入超精细结构修正，解释了实验D1线正负频响应不对称以及中心频率附近局部极值的现象，证明了理论模型的可靠性。研究结果为探测光最优频率的选取提供了指导。
量子光学 核磁共振陀螺 内嵌磁力仪 法拉第磁致旋光效应 探测光频率 中国激光
2022, 49(21): 2112001
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭)，浙江 杭州 310023
在基于无自旋交换弛豫(SERF)的原子自旋惯性测量系统中，通过测量检测光的旋光角来实现角速率测量，检测系统的偏振误差作为直接干扰量耦合在输出信号中导致漂移，严重降低了惯性测量系统的长期稳定性。理论推导了检测系统中残余旋光角与输出信号的关系，定量分析了单位残余旋光角变化引起的SERF原子自旋惯性仪表的漂移指标变化，得到了偏振波动敏感系数。提出了一种基于偏振波动敏感系数优化的偏振误差抑制方法。调节检测激光波长，使系统工作在刻度系数最大值处，并降低原子气室温度，进行了实验验证。最后利用Allan方差对SERF原子自旋惯性测量装置的测试数据进行了漂移误差分析，零偏不稳定性由0.012 (°)/h降低至0.008 (°)/h，实现了偏振误差的抑制。
中国激光
2022, 49(19): 1904003
宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
手征超表面是由具有特定电磁响应的平面手征单元结构构成的超薄超材料，由于其具有自由控制电磁波的奇异能力而引起了极大的关注。通过在超表面设计中加入可调谐材料，可以实现其功能受外部激发控制的可调谐或可重构的超器件，为动态调谐电磁波开辟了新的道路。本文介绍了可调/可重构手征超表面电磁特性的一些理论基础，当线偏振光进入可调谐手征超表面时，会被分解为左旋圆偏振(LCP)波和右旋圆偏振(RCP)波，通过外部环境改变介质的介电常数和磁导率，超表面光器件可以动态地控制各种偏振光特别是圆偏振光的响应特性如折射率、二色性、旋光性、不对称传输等。按照可调谐手征超表面所控制的负折射率、圆二色性和旋光性、不对称传输性质，对其最新的研究进展进行了综述。最后，对可调谐手征超表面这一快速发展领域未来可能的发展方向和存在的挑战提出了自己的看法。
可调谐手征超表面 负折射 圆二色性和旋光性 不对称传输 tunable chiral metasurface negative refraction circular dichroism and optical rotation asymmetric transmission
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
The rotation control of particles in optical tweezers is often subject to the spin or orbit angular momentum induced optical torque, which is susceptible to the mechanical and morphological properties of individual particle. Here we report on a robust and high-speed rotation control in optical tweezers by using a novel linear polarization synthesis based on optical heterodyne interference between two circularly polarized lights with opposite handedness. The synthesized linear polarization can be rotated in a hopping-free scheme at arbitrary speed determined electronically by the heterodyne frequency between two laser fields. The experimental demonstration of a trapped vaterite particle in water shows that the precisely controlled rotation frequency of 300 Hz can be achieved. The proposed method will find promising applications in optically driven micro-gears, fluidic pumps and rotational micro-rheology.
polarization modulation optical heterodyne optical tweezers optical rotation Opto-Electronic Advances
2020, 3(8): 08200022
1 常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213025
2 南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211100
针对传统有源电磁式互感器易饱和、稳定性与抗干扰能力差、安装受限等问题，本文基于Faraday磁光效应，设计了一种无源全光纤电流互感器，通过旋光角来测量被测电流；设计互感器以HB Spun光纤作为传感元件，无饱和现象，可用于大电流测量；利用光学互易回路，消除光路中温度、光纤缺陷等因素对旋光角测量的干扰；采用反射式光路将电场引起的旋光角放大4倍，实现小电流的精确测量；传感元件采用柔性传感光纤环结构，形状可变，适应复杂空间内电流的测量。对比了不同圈数的柔性光纤传感环与标准电流互感器的测量精度，结果表明，本文设计的光学互易回路可以消除温度对电流测量的影响，全光纤电流互感器在-5 ℃～70 ℃全温度范围内精度为0.5，可实现小电流的精确测量。
光学互易回路 温度 旋光角 小电流测量 柔性光纤传感环 optical reciprocity loop temperature optical rotation angle small current measurement flexible fiber sensing ring
山东大学 控制科学与工程学院 生物医学工程系, 山东 济南 250061
连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提, 无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来, 随着测量精度的不断提高, 基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力, 有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法, 重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析, 对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。
无创血糖检测 医用光学 偏振旋光法 光学成像 光谱分析 noninvasive blood glucose detection medical optics polarized optical rotation optical imaging spectral analysis
1 山西大学自动化系, 山西 太原 030013
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
现有声光可调谐滤光器（AOTF）调谐关系大多忽略旋光性影响, 忽略旋光性将影响声光滤波器的准确设计, 并会进一步影响其滤波性能, 故推导了旋光率与衍射波长之间的关系, 进而得到考虑旋光性的AOTF衍射频率-波长调谐关系; 针对AOTF衍射波长在不同温度下存在温漂, 因此影响AOTF的光谱分辨率, 从温度影响超声声速出发, 分析得到AOTF衍射波长在不同温度下与驱动频率的关系, 提出在不同温度下采用频率修正的方式跟踪衍射波长。 根据考虑旋光性推导所得AOTF调谐关系、 考虑到实时跟踪温度、 频繁变换驱动频率容易对系统造成破环, 影响使用效率, 因此采用10 ℃为一个温度段, 在一个温度段内根据中间温度使用一个驱动频率对AOTF进行调控, 每一温度段有相应的驱动频率-衍射波长对应关系, 叙述了具体的实现办法, 并做了相应的实验验证。 实验表明, 通过频率修正之后在相应温度下得到的衍射波长, 与普通室温未修正频率下得到的衍射波长相比, 前者与目标波长更相近, 误差减小一个数量级。 为AOTF在不同温度下的高精度光谱测量提供了重要的依据, 具有重要的实用价值。
声光可调谐滤光器 旋光性 温漂 频率修正 AOTF Optical rotation Temperature drift Frequency correction
