1 东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620
2 香港科技大学 先进显示与光电技术国家重点实验室，香港 999077
光驱动液晶显示（optically driving liquid crystal display，ODLCD）通过偏振光控制液晶分子的取向来实现显示功能，它已经被广泛应用在各种光电器件中。然而，由于ODLCD较大的擦写时间和响应时间，它在实际应用中仍然受到了一定的限制。本文在ODLCD的光取向层azo dye（SD1）中掺杂了氧化镍（NiO）纳米粒子，并探究了NiO纳米粒子对ODLCD的擦写时间和响应时间的影响。同时，利用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜研究了NiO在SD1取向层的分布和微观形貌。实验结果表明，随着NiO浓度增加，NiO在SD1薄膜的粒径逐渐变大。在不同质量比（1∶0到1∶0.1）的SD1-NiO中，质量比为1∶0.08的SD1-NiO制备的ODLCD具有最小为6.8 s的擦写时间。此外，对于传统的电驱动液晶显示（liquid crystal display，LCD）应用中，掺杂比为1∶0.02的SD1-NiO所制备的ODLCD的响应时间被降低5 ms。
光驱动液晶显示 光控取向 氧化镍 擦写时间 响应时间 optically driving liquid crystal display photo-alignment nickel oxide rewriting time response time
1 中北大学量子传感与精密测量仪器山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
基于二维材料的纳机电谐振器具有体积小、频率高、品质因数高等优势,在传感领域具有很大的应用潜力。其中,黑磷由于其波纹状的平面结构和各向异性的机械特性,为平面内矢量传感提供了可能。利用黑磷设计了一种光学激发光学读出的新型纳光机电磁矢量传感器。利用有限元分析法,探究了黑磷层数和长宽比对矢量性的影响,确定了黑磷谐振器的尺寸为0.6 μm×0.134 μm×0.5 nm;分别探索了高杨氏模量和低杨氏模量方向对磁场响应的各向异性。通过谐振模式的空间分布,解释了角度和长宽比对器件灵敏度和矢量性的影响机理。结果表明,将磁场旋转90°,灵敏度可从-4.048 MHz/mT变化为5.796 MHz/mT。与精度相近的洛伦兹力的微机电磁传感器相比,所设计传感器的频率可提高6个数量级,尺寸可缩小6个数量级。该设计为新型纳光机电矢量传感器的制备提供了一种方法。
测量 纳光机电谐振器 黑磷 光驱动 磁矢量
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
微机电系统(MEMS)红外转换薄膜可将写入光图像转换为红外图像,已被广泛应用于红外目标模拟器。红外焦平面探测器与红外目标模拟器对接时,探测器的积分时间必须大于红外图像的显示时间,这样才能采集到红外图像的全部灰度等级。提出一种基于MEMS红外转换薄膜的光驱动技术,利用薄膜的热惰性对写入光图像的能量进行积分,进而降低对红外探测器积分时间的要求。对薄膜在光驱动状态下的温度特性进行仿真和实验测试,结果表明:薄膜生成的红外图像的灰度值与写入光图像的灰度值呈线性关系。红外图像的升温时间为9 ms,保持时间为1 ms,降温时间为10 ms,探测器通过对保持时间内任意时间段的积分,能够得到256位灰阶的红外图像。红外图像的温升最大值为112 K,单位灰度值对应的温度分辨率为0.44 K。
薄膜 红外图像 灰度等级 光驱动 转换薄膜 目标模拟器 光学学报
2021, 41(15): 1531001
中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230027
微驱动技术由于驱动方式的多样性和应用的广泛性, 在近年来受到了越来越多的关注。本文提出一种利用飞秒激光同时实现微结构加工和旋转驱动的技术。利用双光子聚合加工直径20～30 μm的微转子结构, 然后结合空间光调制器调制出带有光学轨道角动量的光场, 实现对微转子结构的旋转驱动, 并获得了40 r/s的转动速率。详细介绍了利用飞秒激光直写技术加工可运动微转子结构的实验过程与优化参数, 利用空间光调制器生成了不同拓扑荷的涡旋光, 研究了其传播与聚焦特性, 并用于驱动转子的顺、逆时针旋转运动。这种可控光学驱动技术在微流控、光镊技术、靶向药物运输、细胞动态行为等领域具有广阔的应用前景。
飞秒激光 空间光调制 涡旋光 光驱动 femtosecond laser spatial light modulation vortex beam light-driven
1 武汉科技大学 信息科学与工程学院, 湖北 武汉 430081
2 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
设计了一种基于光敏材料硅(Si)的宽频带极化不敏感的光驱动可调谐太赫兹超材料吸波器(metamaterial absorber, 简称MMA).该可调谐太赫兹MMA基本单元结构由嵌入光敏硅的紧凑开缝环谐振器结构、中间介质隔离层与金属底板构成.硅的电导率随着入射光的强度而发生改变, 从而使太赫兹MMA工作频率和吸波性能得到有效的调节.数值计算结果表明: 当硅电导率在1.0×103 S/m到5.0×105 S/m范围内动态调节时, 该MMA吸波特性在0442 THz到0.852 THz范围内动态调节.另外, 其相对调节带宽达到63.37%, 吸收率调制深度达到60.22%.进一步的数值计算结果表明我们所设计的MMA具备极化不敏感和宽入射角的特性.
光驱动 可调谐 太赫兹吸收器 optical driving tunable terahertz absorber
西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710049
针对现有柔性可调光栅响应速度慢、功耗高而无法广泛应用的现状, 提出一种基于石墨烯纳米片(graphene nanoplatelet, GNP)/聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)复合材料的近红外(near-infrared, NIR)光驱动可调谐柔性透射光栅结构。利用紫外线光刻技术制备出的光栅结构, 实现了柔性透射光栅与石墨烯复合材料薄膜的一体化。在光功率密度为220 mW·cm-2的近红外光驱动下, GNP/PDMS薄膜的温度变化约为120℃, 而且光栅在3 s内可实现2.7%的连续周期调谐。不同驱动频率下, 光栅栅距变化规律基本相同, 即光栅的光机械效应无显著的时间依赖性。
可调光栅 石墨烯 光驱动 tunable grating graphene GNP/PDMS GNP/PDMS light-driven
1 北京科技大学 材料科学与工程学院, 北京 100083
2 北京大学 工学院, 北京 100871
将手性螺烯化合物掺杂到小分子向列相液晶中, 制备了光响应胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystal, ChLC)复合体系, 以实现光驱动液晶分子取向技术。考察了不同强度的紫外光辐照下光响应ChLC的螺距变化规律, 以及ChLC的动态取向行为。结果表明, 光响应ChLC的螺距具有明显的紫外光强度寻址特性, ChLC会随着螺距的增长从混乱无序的焦锥织构转变为均一取向的平面织构, 转变程度和转变速度随着紫外光强度的增加而增大, 响应时间可从600 s缩短至60 s。但关闭紫外光后, 由于螺距的剧烈变化, 高强度紫外光所引导的平面织构会变回焦锥织构。采用多阶段制程的紫外光辐照方案, 通过对不同阶段的紫外光强度进行适当调节, 可以实现快速响应并且取向效果稳定的光驱动技术。
胆甾相液晶 手性螺烯化合物 光驱动 动态取向行为 cholesteric liquid crystals chiral overcrowded alkenes light-driven dynamic alignment behavior
利用锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷的光致形变效应，提出了一种光控微位移伺服系统，并通过实验对其闭环伺服控制特性进行研究。建立PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服系统的多物理场耦合数学模型，通过静态实验对光照与光停阶段PLZT陶瓷光致形变表达式进行了参数识别。搭建了PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服控制实验平台，基于ON-OFF控制策略，在不同光照强度下对PLZT陶瓷的光致微位移进行了闭环伺服控制实验。结果表明，通过对紫外光源施加ON-OFF控制，能够实现PLZT陶瓷输出位移的闭环伺服控制。PLZT陶瓷输出位移曲线在伺服控制阶段出现超调量之后，围绕目标值上下波动。光致微位移伺服系统的响应速度、超调量与波高随着光照强度的增强而增加; 在400 mW/cm2光照强度下，PLZT陶瓷输出位移到达目标值的时间仅为100 mW/cm2光照强度下的20%。实验结果为PLZT陶瓷在微驱动方面的工程应用奠定了基础。
锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷 闭环伺服控制 光致形变 光驱动 微位移 PLZT ceramic closed-loop servo control photodeformation optical driving micro displacement 光学 精密工程
2016, 24(10): 2505
哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
处于倏逝场中的微小粒子会受到辐射压力的作用而朝着倏逝场的传播方向运动，基于此原理的微小粒子驱动技术可用于介质颗粒、胶体颗粒、生物细胞等微小粒子的捕获和驱动。由于倏逝场光学微操作系统不会受到物镜焦深和激光光斑尺寸的限制，因此它比自由空间系统的优越性更强，而波导形成的光学力可以应用于长距离驱动，其仅仅受限于系统的散射和吸收损耗。综述了基于倏逝场微小粒子驱动技术的最新进展，包括广域倏逝场微操纵、平面波导结构的倏逝场微操纵和光纤结构的倏逝场微操纵，并对其进行了比较，分析了它们的捕获能力、驱动效率、结构特点等问题，以及未来的发展趋势。
光捕获 光操纵 光驱动 倏逝场 辐射力 optical trapping optical manipulation optical propulsion evanescent field radiation forces
中国科学技术大学,精密机械与精密仪器系,安徽,合肥,230026
利用单束强聚焦激光产生的光学力可以驱动微型器件,具有无机械接触和无需导线等优点,为微型机电系统提供了一种新型的驱动方式.在自行研制的飞秒激光微细加工系统中,采用一种新型的丙烯酸酯紫外光固化树脂,通过双光子聚合加工出直径6(m的万字形微转子.利用光镊装置实现了微转子的俘获,并在激光功率50mW时实现了转速为200rpm的光致旋转.微型转子的光致旋转为实现微机械马达提供了一种有效手段.
微型转子 激光加工 光驱动 光致旋转
