1 哈尔滨工业大学光电子信息科学与技术系，黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
毛细管放电极紫外激光是一种小型化的纳秒极紫外激光光源。相比自由电子激光和同步辐射等短波长光源，该光源具有运行成本低、单脉冲能量高和机时充足等显著优势。随着毛细管放电极紫外激光光源的发展，其输出已提高至深度饱和区，并且实现了重复频率输出、多波长输出等多样化输出方式。小型化的灵活性和优质的输出参数使其逐渐成为进行极紫外激光应用研究的理想光源。本文介绍了自1994年毛细管放电极紫外激光成功输出至今，该光源在微纳结构加工、物质成分检测、生物科学以及高分辨成像等领域的前沿应用。在微纳加工方面，极短的波长和极小的能量衰减深度使得该光源能够在纳米量程内进行材料的刻蚀。同时，较长的激光脉宽增加了极紫外激光诱导自组织微纳结构的可能性。在物质成分检测方面，极紫外激光的高能量光子能够以单光子电离材料表面，结合飞行时间质谱仪测量纳米尺度范围内的材料成分，便可实现超高分辨的物质组成分布检测。在生物科学领域，极紫外激光能够实现对微观生物样本的三维成分扫描，获得更多的表征信息。在高分辨成像方面，基于极紫外激光的短波长和良好的相干性，以Gabor同轴等方法进行高分辨成像能达到接近照明光水平的成像分辨率。已有的应用成果表明，毛细管放电极紫外激光是探索微观世界、制造微观结构的有力工具。在人类对短波长光源需求日益增长的今天，毛细管放电极紫外激光将有更多的机会展现它的应用价值和优势。
激光技术 极紫外激光 毛细管放电 激光微纳加工 高分辨成像 质谱检测
1 北京邮电大学 电子工程学院， 安全生产智能监控北京市重点实验室， 北京 100876
2 解放军总医院第三医学中心 放射诊断科， 北京 100039
实时便捷的pH检测对于环境监测和医学诊断等领域具有重要应用价值。本文通过溶胶?凝胶法制备了一种比率荧光毛细管pH传感器。该传感器以2.8?羟基芘?1，3，6?三磺酸三钠盐（8?hydroxy?pyrene?1，3，6?trisulfonate，HPTS）作为pH敏感的荧光探针，利用HPTS与十六烷基三甲基溴化铵（hexadecyl trimethyl ammonium bromide，CTAB）结合形成HPTS?IP离子对，然后将离子对分散于溶胶?凝胶中，并将其固定于毛细管内壁即制得比率荧光毛细管pH传感器。该传感器利用HPTS在双激发带下的发射强度比值实现比率荧光检测，当pH从5.0上升至8.0时，HPTS的荧光强度比率随pH值增加逐渐增强，pKa值为6.95，通过分析HPTS的比率荧光强度变化可间接监测pH波动。该传感器具有较好的pH敏感性、稳定性和可逆性，且可快速、灵活、便捷地进行实际操作，在环境保护和生物医学领域的pH监测分析方面拥有良好的应用前景。
荧光探针 光学传感器 pH检测 毛细管 比率荧光 fluorescence probe optical sensor pH detection capillary ratiometric fluorescence
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100016
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京信息科技大学 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
面向毛细管微反应器固相状态检测需求，提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型，通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理，仿真模拟楔形端面光场分布情况，并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件，搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱，与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm，Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性，耦合谐振结构简单，易于器件集成和小型化。
回音壁模式 毛细管 光纤耦合器 楔形端面 whispering gallery mode capillary fiber optical coupler wedge end-face 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220851
1 北京师范大学核科学与技术学院, 射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京师范大学物理系, 北京 100875
唐三彩是我国重要的文化遗产, 分析其胎体和釉料的化学成分和物相结构对研究其原料特点和烧制工艺具有重要意义。 利用微束X射线荧光谱仪和X射线衍射谱仪无损分析陕西醴泉坊窑、 河南黄冶窑和陕西省博物馆烧制的现代仿品等唐三彩样品。 研究结果表明, 醴泉坊窑唐三彩和黄冶窑唐三彩的原料来源于不同类别的黏土。 醴泉坊窑和黄冶窑烧制的唐三彩胎料中主要含有大量α-石英(SiO2, PDF 46-1045)和少量的方石英(SiO2, PDF 76-0932)等晶相, 但醴泉坊窑和黄冶窑烧制的唐三彩胎料中还分别存在少量α-Fe2O3 (Fe2O3, PDF 16-0653)和微量莫来石(3Al2O3·2SiO2, PDF 83-1881)等晶相。 这表明二者原料来源和烧制工艺的不同导致其烧成胎料中矿物结构的差异。 在唐三彩的釉彩中, 着色元素Fe, Cu和Co充分熔融在铅熔剂里, 且在黄釉和绿釉的交界处Fe与Cu相互交融。 釉彩的XRD谱图表明, 釉彩中主要存在非晶态的玻璃相和微量α-石英(SiO2, PDF 46-1045)晶相。 同时, 醴泉坊窑唐三彩绿釉中存在少量的Pb8Cu(Si2O7)3 (PDF 31-0464)晶相; 黄冶窑唐三彩黄釉中含有大量的钙长石(CaAl2Si2O8, PDF 89-1462)晶相; 现代唐三彩仿品黄釉中存在少量的α-Fe2O3 (Fe2O3, PDF 47-1409)晶相。 这表明釉彩原料组成和烧制工艺的差异导致唐三彩釉彩中存在不同的矿物晶体。 此外, 尽管现代唐三彩仿品的胎釉在主量元素含量与黄冶窑唐三彩接近, 但不论是从胎料还是釉彩的物相组成来看, 其与真品间存在显著差异。 以上结果表明, 微束X射线荧光与X射线衍射分析技术的结合, 在古陶瓷类文物的原料产地、 真伪识别和烧制工艺的研究方面具有广泛的应用前景。
微束X射线荧光 X射线衍射 毛细管X光透镜 唐三彩 Micro X-Ray fluorescence X-Ray diffraction Ploycapillary X-Ray optics Tang Sancai
山东理工大学电气与电子工程学院，山东 淄博 255049
若毛细管样品池探测区域内电场强度不均匀，则探测位置微小变动时，会导致电场强度的变化较大，进而造成zeta电位测量结果准确性降低。为了提升zeta电位测量结果的准确性和重复性，对不同尺寸的毛细管电极和不同结构的毛细管样品池进行了电场仿真。通过分析电极尺寸和毛细管样品池结构对电场强度均匀性的影响，得到了最优结构的毛细管样品池。
散射 电泳光散射 zeta电位测量 毛细管样品池 电场强度 有限元法 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0129001
1 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心，上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
全场透射X射线显微镜（TXM）具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维（3D）成像等优点，目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源（SSRF）二期工程建设内容之一，该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求，主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描（CT），能量范围为5~14 keV，空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源，光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统，实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站（BL18B）完成了带光调试与性能测试，实现了20 nm分辨率的TXM成像，是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站，测试结果全部达到线站设计指标，2022年该线站将对用户开放使用。
X射线光学 透射X射线显微镜 同步辐射 单毛细管聚焦镜 自主研发 光学学报
2022, 42(23): 2334001
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 310018
2 广东工业大学 信息工程学院, 广州 510006
由于传统的湿度传感器测量湿度的准确性和稳定性易受环境影响, 提出一种基于光学游标效应增敏的光纤湿度传感器, 通过在单模光纤的尾端依次熔接一小段空芯毛细管和单模光纤, 获得2个级联的光学法布里-珀罗(F-P)干涉仪, 调整腔长使二者干涉谱的自由光谱范围接近, 从而通过光学游标效应获取更高的湿度灵敏度, 对湿度的响应由涂覆在光纤传感头端面的聚乙烯醇凝胶薄膜实现。实验结果表明: 在相对湿度(RH)变化范围为40%~65%时, 基于光学游标效应增敏的传感器比单F-P型光纤传感器的湿度灵敏度高了4.05倍。
光纤传感器 空芯毛细管 游标效应 湿度传感 法布里-珀罗腔 optical fiber sensor, hollow core fiber, vernier e
1 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150080
探究了在毛细管内充入气压比为8∶1的Ar-He混合气体条件下,初始气压对46.9 nm激光输出特性的影响。通过测量Ar-He混合气体产生46.9 nm激光的气压范围和每个气压下对应的激光强度与光斑形态信息,总结出激光输出特性与初始气压的关系。然后,从等离子体柱的角度分析了混合气体初始气压对激光光斑的影响,得到了混合气体初始气压导致46.9 nm激光输出特性发生变化的原因。以上对激光特性的研究对于提高激光幅值和改变光斑形状有益。
光学学报
2022, 42(11): 1134022
1 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京市科学技术研究院辐射技术研究所, 北京 100875
高能X射线微焦斑在高能微束X射线分析技术中具有重要应用。为了获得高能X射线微焦斑透镜,理论设计了基于锥形单毛细管的高能X射线微焦斑透镜,该类锥形毛细管透镜可以把能量为100 keV的X射线会聚成微焦斑,焦斑直径和功率密度增益分别在微米和几十量级,对应的焦距为5毫米左右;并且理论模拟了该类锥形毛细管透镜采用玻璃反射面和金属(纯金)反射面后的特性,在透镜焦斑处,采用纯金金属反射面的锥形毛细管透镜的光通量为采用普通硅酸盐玻璃反射面的锥形毛细管透镜的14.8倍。模拟结果对锥形单毛细管X射线透镜的研制和应用具有指导意义。
光学学报
2022, 42(11): 1134019
1 北京师范大学射线束技术教育部重点实验室, 核科学与技术学院, 北京 100875
2 北京市科学技术研究院辐射技术研究所, 北京 100875
毛细管X射线透镜的工作原理是X射线全反射,它可以被设计成不同的形状以获得满足不同需求的各类高功率密度增益光束,如准平行束、微焦斑、环形束等。毛细管X射线透镜可以调控来自各类X射线源的X射线,如实验室传统X射线光源、同步辐射光源、激光等离子X射线光源、自由电子X射线激光装置、星系中X射线源等。毛细管X射线透镜可以方便经济地助力X射线技术发展,所以它被广泛应用在X射线技术领域,对X射线科学与技术的发展起到了重要作用。主要综述了近几年毛细管X射线透镜的设计、制备和应用情况,并对毛细管X射线透镜技术的进一步发展提出了展望。
光学学报
2022, 42(11): 1134002
