1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013007
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
针对遥感有向目标存在的检测问题，设计了一个基于改进Rotated RPN的网络，设计特征重组机制，通过加权使网络关注有效目标区域。使用新的有向框标注方法，避免在临界角度出现错位等问题。在检测头前端使用极化注意力模块，改善因为分类和回归任务所需特征不一致导致的性能下降问题。实验结果表明，该模型可以提高多类目标的检测精度。相较于基准Rotated RPN，该模型在Dior-R数据集上精度提升4.95%，在HRSC2016数据集上精度提升11.75%。
遥感 有向目标检测 深度学习 特征重组 极化注意力
中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2~10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程，明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高，且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时，各角度光电子计数不同程度地减少，但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外，揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大，则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低，而对于由Xe或Ar组成的工作气体，当光子能量大于某壳层电子结合能时，由于相应壳层电子开始被弹射出，探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。
X射线光学 X射线偏振探测 气体探测器 极化光电过程 探测效率
1 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心，重庆 400714
表面增强红外吸收光谱技术能够将红外光波高度局域在探测分子周围，极大增强光波与分子的相互作用，为实现微弱分子红外振动光谱信号的高灵敏探测提供了新思路。其中，二维材料极化激元由于具有高度局域化光场和低固有损耗等独特性质，为表面增强红外光谱提供了一种有效的方案。本文综述了二维材料极化激元增强红外光谱技术的研究进展：首先从不同材料体系出发介绍极化激元基本特性，论述极化激元与分子模式耦合机理；在此基础上总结二维材料极化激元增强红外光谱技术的几个重要研究方向，主要包括等离激元增强红外光谱技术、声子极化激元增强红外光谱技术和近场红外光谱增强技术；最后展望极化激元增强红外光谱技术未来可能的发展方向。
表面增强光谱 二维材料 等离激元 声子极化激元 红外光谱 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330001
中国计量大学太赫兹波研究所，浙江 杭州 310018
传统太赫兹多功能超表面器件只适用于对圆极化波或线极化波进行单独操控，应用场景受到局限。针对这一问题，提出一种全向双功能太赫兹超表面用于对圆极化和线极化波进行操控。该超表面单元由4层聚酰亚胺介质以三明治形式分隔5个金属层（顶层和底层椭圆金属图案、第3和第7层的金属光栅以及中间矩形金属条结构）组成。当圆极化太赫兹波入射时，该超表面结构在频率1.4 THz和1.5 THz处产生拓扑荷数l=±1、±2涡旋波束，在1.3 THz处产生l= -1四个涡旋波束和l=+2偏移涡旋波束，并且在1.5 THz处同时产生l=-1、+2叠加涡旋波束。当线极化太赫兹波从±z方向入射时，所设计的超表面在频率0.72 THz处实现透射波极化转换功能，极化转换率大于95%。研究结果表明，该超表面为实现双向多功能太赫兹波调控器件设计提供了一种创新思路。
太赫兹 涡旋波束发生器 极化转换 多功能
1 南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300457
2 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
70多年前，黄昆先生提出了著名的“黄昆方程”和“声子极化激元”的理念，开启了极化激元研究的先河。迄今为止，黄昆方程作为以中国本土科学家命名的方程，仍然是描述极化激元最好的理论之一。在后续的几十年里，随着超快光学、纳米光学和太赫兹物理与技术的迅速发展，声子极化激元再次成为了研究的热点前沿，表面声子极化激元的相关研究为电磁波的局域和控制带来了新的维度。近几年，南开大学团队发展了黄昆方程，提出了“受激声子极化激元”的概念，逐步打开了声子极化激元参与并主导的光与物质相互作用研究的大门。基于受激声子极化激元的各种铌酸锂片上集成的太赫兹应用也得益于此，取得了长足的发展。本文对声子极化激元和受激声子极化激元等相关概念加以回顾，介绍受激声子极化激元参与下的光与物质的相互作用体系，并以太赫兹非线性光学和铌酸锂片上集成应用等研究为例，阐述声子极化激元和太赫兹物理领域近年来的发展。
非线性光学 超快光学 声子极化激元 太赫兹 亚波长光学 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0119001
1 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
二阶非线性光学参量过程的上转换和下转换过程是扩展激光波长范围的一种手段, 其中上转换过程中的倍频与和频可以有效产生短波长激光。本文提出利用1 438.9 nm的基频光场注入内置一块单周期结构的极化铌酸锂晶体(PPLN)的双端光学腔, 在极化晶体的同一周期内, 产生719.45 nm的二倍频光场和479.63 nm的三倍频光场, 得到的两束光场分别从双端倍频腔两端输出。研究设计了晶体的周期结构, 使得二倍频和三倍频的两个非线性光学过程在PPLN晶体的同一极化周期内同时性满足准相位匹配条件, 实现二倍频和三倍频光场同时产生。并计算分析晶体极化周期, 基频光波长和温度三个参数之间的关系, 得到的结论可为单激光在单周期结构极化晶体中产生双波长激光提供理论参考价值。
非线性光学 周期极化晶体 准相位匹配 倍频 和频 nonlinear optics periodic polarized crystal quasi-phase matching double frequency sum frequency 量子光学学报
2023, 29(3): 030701
1 1.南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210094
2 2.罗斯国家科学院 材料科学与应用研究中心, 明斯克 220072, 白俄罗斯
BiFeO3是一种非常有前途的无铅铁电材料, 与大多数传统铁电材料相比, 它具有更大的极化和更高的居里温度, 为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响, BiFeO3薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上生长了BiFeO3薄膜, 向上梯度薄膜(从衬底BiFeO3过渡到薄膜表面Bi0.80Ca0.20FeO2.90)以及向下梯度薄膜(从衬底Bi0.80Ca0.20FeO2.90过渡到薄膜表面BiFeO3)。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场，从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明：在BiFeO3薄膜中, Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外, 类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化是由Ca的浓度梯度掺杂导致。X射线光电子能谱结果表明, 氧空位的梯度分布导致的内置电场可能是造成自极化现象的原因。本研究为实现铁电薄膜的自极化提供了一种新的策略, 并在以自极化的内置电场为驱动, 提高光伏或光敏器件性能方面具有潜在的应用前景。
自极化 梯度掺杂 铁酸铋薄膜 溶胶-凝胶法 self-polarization gradient doping bismuth ferrite film Sol-Gel method
