1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 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
3 中国科学院大学，北京 100049
在各向同性激光冷却原子实验中，光场分布是影响冷原子分布的重要因素，可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构，并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明，与自由空间光入射相比，激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场，因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数，实现对光场均匀度的优化。此外，随着腔体边长的等比放大，腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维，在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下，能够获得呈准二维分布的冷原子，在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。
光场仿真 漫反射 准二维光场 各向同性激光冷却
山东科技大学海洋科学与工程学院，山东 青岛 266590
激光雷达的光路设计会直接影响回波信号在透射或反射过程中的衰减情况，进而影响雷达的性能。为了提高激光雷达光路整体结构的紧凑性，减小重量并保证刚度与强度，在设计过程中对激光雷达光路结构进行拓扑参数优化设计。通过定义激光发射模块和光学接收模块的设计域、设计载荷、约束和边界条件，采用固体各向同性材料惩罚（SIMP）插值法建立模型，求解分析光路结构函数和灵敏度，使用序列二次规划（SQP）优化算法进行光路设计变量的迭代更新，从而提高光路整体结构的稳定性，达到性能优化、结构紧凑的目标。
光学设计 激光雷达 光路结构 拓扑优化 固体各向同性材料惩罚模型 迭代 中国激光
2023, 50(19): 1910002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法，即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法，通过控制刻蚀参数（气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度）在接近10 mm2面积上得到数量在2.2×105~9.5×105内，不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体（ICP）使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻，通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物，可以降低侧壁刻蚀效率，使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下，ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备，基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备，能够精确地控制蜂窝结构的间距，均一性良好，并且可以快速大面积制备，具有步骤简单、制备周期短等优点。
各向同性刻蚀 蜂窝结构 内部联通 刻蚀速率 isotropic etching honeycomb structure interconnect etch rate 光学 精密工程
2023, 31(15): 2227
1 滨州学院,山东省航空材料与器件工程技术研究中心，滨州 256603
2 郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,郑州 450052
采用传统的固相法合成了近零膨胀氧化物功能陶瓷材料Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7，用X射线衍射(XRD)、Raman光谱和热膨胀法对Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7的热膨胀系数、各向同性和相变进行了测试，通过Hf4+/P5+共掺杂使得材料具有较低的热膨胀系数，研究发现合成的Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7具有Pa3立方相结构，从334 K附近到673 K较宽的温度范围内的线性热膨胀系数为-1.56×10-6 K-1，表现出稳定的近零热膨胀特性。由于固溶体内部微结构的影响造成膨胀仪实验结果与变温X射线衍射结果存在一定的差距。Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7具有的近零膨胀特性为通过负热膨胀材料合成膨胀系数可控的材料提供了基础。
近零膨胀 相变 热膨胀系数 各向同性 固相法 拉曼光谱 near zero thermal expansion Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7 Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7 phase transition coefficient of thermal expansion isotropy solid-state method Raman spectrum
东南大学 先进光子学中心，江苏 南京 210096
具有偏振结构分布的强激光与非线性光学材料相互作用导致了多种新颖的非线性光学效应，反映了材料的非线性光学特性，调制了光场的传播行为。笔者概述了矢量光场激发三阶非线性光学效应的研究进展。首先简要介绍了任意偏振光激发三阶非线性光学效应的理论，如非线性薛定谔方程、光束传播方程、各向同性和各向异性三阶非线性光学系数。也简要介绍了表征三阶非线性光学系数的 Z-扫描技术。在弱聚焦条件下，给出了诸如径向偏振光、杂化偏振光和柠檬型庞加莱光束这三种类型矢量光场的焦场表达式。其次，重点回顾了多种矢量光场激发的各向同性/各向异性三阶非线性光学效应，包括径向偏振光激发的各向异性非线性光学效应、杂化偏振光激发的各向同性和各向异性非线性光学效应、柠檬型庞加莱光束激发的各向同性/各向异性非线性光学效应。最后，简要讨论了矢量光场在非线性偏振旋转、光束整形、可控光场塌缩与成丝和光限幅方面的应用。
矢量光场 非线性折射 双光子吸收 各向同性 各向异性 vectorial light field nonlinear refraction two-photon absorption isotropy anisotropy 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201050
中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999
基于微电子机械系统 (MEMS)加工技术的微半球谐振陀螺在吸收了传统半球陀螺全角测量优势的同时具有体积小，质量轻，成本低以及适合批量化生产的特点。在使用牺牲层法来制备微半球壳层结构的过程中，如何 在单晶硅上制作一个表面光滑的、结构整体对称性高的半球型模具对于半球谐振子的性能有决定性的影响。在 HNA(氢氟酸、硝酸、醋酸 )各向同性腐蚀液制作微半球谐振子模具的原理基础上，介绍基于 HNA溶液各向同性腐 蚀的微半球谐振陀螺研究进展，指出了各向同性腐蚀工艺目前所面临的主要技术问题，并对此提出了一些可能的解决途径。
微半球谐振陀螺 各向同性腐蚀 HNA溶液 单晶硅 半球谐振子 Micro Hemispherical ResonatorGyroscopes isotropicetching HNA solution single crystal silicon hemispherical shell resonators 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(3): 538
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 中国电子科技集团公司第十一研究所固体激光技术重点实验室, 北京 100015
4 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029
5 中国海洋大学信息科学与工程学院海洋技术系, 山东 青岛 266100
针对近海复杂地形下海陆风对大气湍流特性的影响,在深圳市杨梅坑环境生态中心开展了大气湍流观测实验,利用温度脉动仪、超声风速仪和测风雷达获得了大气折射率结构常数、大气声虚温、风速风向廓线等时间序列数据。通过分析海陆风对大气湍流的功率谱、各向同性和湍流动能耗散率的影响发现,较陆风条件,湍流在海风条件下发展得更为充分。海风条件下各向同性系数接近甚至等于1的频率范围为0.05~50 Hz,速度功率谱幂率均接近-5/3;陆风条件下,只有0.8~10 Hz频率范围内的大气湍流在极短时段表现出局部各向同性,速度功率谱幂率均严重偏离-5/3且整体偏大,平均值在-1.3左右。海陆风条件下湍流动能耗散率与湍流强度呈线性关系,温度脉动仪和超声风速仪测得的数据拟合斜率分别为1.1、0.76和0.73、0.28。研究结论为深化海洋环境下的激光传输研究提供了一定的参考。
大气光学 海陆风 小波变换 功率谱 各向同性 湍流动能耗散率 光学学报
2020, 40(12): 1201002
1 中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽 合肥 230026
2 安徽建筑大学数理学院,安徽 合肥 230601
为研究不同气象条件下近地面层湍流大气对光传输到达角起伏的影响,在校园内一块较平坦草地上开展了光传输实验。 采用半导体激光器作为光源,传输60 m至接收端,使用焦距为1300 mm的望远镜接收后由CCD相机采集光点灰度图片。 根据灰度图片上光点位置计算传输路径上的大气湍流折射结构常数C2n以及垂直、水平两个方向到达角 (Angle of arrival, AoA)起伏方差的比值。同时测量了传输路径附近的温度、风速等气象数据,计算稳定 度参数Richardson数。结果表明, Richardson数大于临界值0.25时,垂直、水平到达角起伏方差比值均 大于1.0; Richardson 数小于0.25时,垂直、水平到达角起伏方差比值在1.0左右起伏。由此可以看到, 稳定层结条件下,湍流表现为各向异性特征;不稳定层结条件下,湍流表现为各向同性特征。
近地面层 湍流大气 到达角起伏 大气稳定度 各向同性 各向异性 surface layer turbulent atmosphere AoA fluctuation atmospheric stability isotropy anisotropy 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 330
华东光电集成器件研究所, 安徽 蚌埠 233042
轴对称3D曲面壳体谐振器具有自身对称性好、耐冲击能力强、可靠性高的特点, 是应用最为广泛的谐振器之一, 但因制备工艺涉及薄壳结构的曲面成形过程, 属于MEMS 3D工艺, 很难进行批量化制备。基于硅各向同性湿法技术对多晶硅3D曲面壳体谐振器的批量化制备工艺进行了实验研究。设计了脱模法制备多晶硅3D曲面壳体结构的工艺流程, 实验优选体积比为15∶10∶75的醋酸、氢氟酸、硝酸的混合液各向同性腐蚀制备硅半球腔模具, 利用自制的水浴设备和水平度可调夹具, 对刻蚀液温度和扩散速度进行了有效控制, 减弱了反应放热和硅基片放置不水平对硅半球腔圆度与粗糙度的影响。制备了直径为0.8~1.3 mm的多晶硅3D曲面壳体结构, 测试对称性最好优于0.4%, 多晶硅3D曲面壳体结构的表面粗糙度优于1 nm。在0.2 Pa的压强下, 激光多普勒测试得到曲面壳体谐振器的谐振频率为28 kHz, Q值为14 365, 调节驱动电压和偏置电压可实现谐振器四波腹谐振模态的模式匹配, 基频差趋于零。
微机电系统 3D工艺 硅各向同性腐蚀 壳体谐振器 轴对称 Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) three-dimensional(3D) fabrication silicon isotropic wet etching shell resonators axial symmetric
1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 微米/纳米加工技术国家级重点实验室, 薄膜与微细技术教育部重点实验室, 上海市北斗导航与位置服务重点实验室, 上海 200240
2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 微米/纳米加工技术国家级重点实验室, 薄膜与微细技术教育部重点实验室, 上海市北斗导航与位置服务重点实验室, 上海 200240)
在硅的各向同性湿法刻蚀过程中, 一般选用HNA溶液(即氢氟酸、硝酸和乙酸的混合溶液)作为刻蚀液, 而氮化硅以其很好的耐刻蚀性而优先被选为顶层掩膜材料。在硅片上刻蚀不同的结构, 通常需要选择不同的刻蚀液配比。而不同配比对于氮化硅掩膜的刻蚀速率也不一样。分别用PECVD和LPCVD两种方法在〈111〉型硅片上沉积了厚度为560和210nm的氮化硅薄膜, 研究和对比了它们在8种典型配比刻蚀液下的刻蚀速率, 为合理制作所需要厚度的氮化硅掩膜提供有益参考。
各向同性刻蚀 掩膜 氮化硅 刻蚀速率 isotropic etching mask silicon nitride etching rate
