1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心，河北 邯郸 056038
表面增强拉曼散射（SERS）是一种非接触式、无损伤、高灵敏的光谱分析技术，具备分子指纹识别能力，在材料学、化学、物理学、地质学和生命科学等学科有着广泛的应用。相较于传统的刚性基底，柔性SERS基底能够对非平面表面的分析物进行原位检测和现场实时检测。然而，设计和制备高灵敏、高重现性的柔性SERS基底仍存在一些挑战。因此，综述了柔性SERS基底的最新研究进展，探讨了5种不同类型柔性SERS基底的制备、性能和应用以及未来发展趋势，对SERS基底的研究具有一定指导意义。
光谱学 表面增强拉曼散射 柔性薄膜 纳米材料 快速检测 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0900010
1 空军航空大学 航空作战勤务学院, 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室, 吉林 长春 130033
为了实现窄带完美吸收，本文提出了一种简单的三层金-二氧化硅-金薄膜(MDM)结构。通过电磁波时域差分算法(FDTD)进行模拟仿真和理论计算，详细分析了该结构的可调谐吸收特性，同时建立了理论模型，分析了其中存在的电磁模式以及窄带完美吸收的物理机制。首先，利用电磁波时域差分算法和传输矩阵算法(TMM)对该结构进行了理论计算，详细地分析了各个结构参数对吸收光谱的影响。然后，对该结构形成的窄带完美吸收物理机制进行了分析讨论。最后，利用磁控溅射制备手段，成功制备了三层结构的样片。实验观测到的结果与理论仿真一致。实验结果表明：本文提出的窄带完美吸收结构，最窄带宽约为21 nm，最高吸收可达99.51%，基本实现了窄带完美吸收。本文研究成果为相关应用奠定了基础。
薄膜 完美吸收 超薄薄膜 thin film perfect absorber ultrathin film
西安应用光学研究所光学薄膜技术研究室，陕西 西安 710065
超构表面（metasurfaces）是一种新型的人工二维平面阵列结构，通过合理设计亚波长纳米结构单元及排布可以实现对空间光场的调控，有望从原理层面上颠覆传统的透镜元件。然而，目前透射型超构表面普遍存在光学效率低的问题，制约着其应用和发展。首次提出了光学薄膜结合超构表面提高光能利用率的设想，期望超构表面结合光学薄膜的结构在不影响超构表面光学特性的基础上，可以显著地提高其光学效率。为了验证这一策略的有效性，仿真模拟了石英基底近红外宽波段的硅纳米块超构表面透镜，并与设计有光学薄膜的超构表面进行了对比。模拟结果表明：光学薄膜对超构表面的聚焦性能没有影响，但可以显著提高超构表面的光学透过率；在1450~1600 nm波段，平均透过率提高了10.5%以上，聚焦效率平均提高了8.3%以上。所提方法为超构表面器件设计带来了新的思路。
超构表面 光学薄膜 硅纳米块 透过率 光学学报
2024, 44(10): 1026032
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528437
3 中山吉联光电科技有限公司，广东 中山 528437
为抑制非相干光产生的干扰，提高紫外单色仪的分辨率，本文选择Al2O3、AlF3分别作为高、低折射率材料，在熔融石英基底上设计并制备了深紫外全介质高陡度滤光膜。通过优化沉积工艺及膜层应力分析方法，解决了薄膜应力过大所导致的膜裂问题；并对实验结果进行反演分析，通过优化监控方法提高了膜厚控制精度。制备的深紫外高陡度滤光膜在232~400 nm平均透过率为97.67%，在115~228 nm平均透过率为0.61%，过渡区陡度为3.6 nm，满足紫外单色仪的使用需求。
光学薄膜 紫外单色仪 深紫外滤光膜 高陡度 薄膜应力
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量
1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 江苏 南京 210044
2 南京大学 电子科学与工程学院， 江苏 南京 210093
利用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术，在不同晶面的蓝宝石（Al2O3）衬底上实现了极性（0002）面、半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN薄膜的外延生长，并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射（XRD）曲线展示了（0002）、（11-22）和（11-20）面InN较强的衍射峰，表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜（SEM）表面图发现，极性（0002）面InN的表面形貌较光滑，而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光（PL）光谱展示，不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近，并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外，可见-红外分光光度计测得的透射谱显示，极性（0002）面InN的吸收边约为0.85 eV，而半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN的吸收边约为0.78 eV，表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。
半极性面 非极性面 InN薄膜 外延生长 semipolar nonpolar InN film epitaxial growth
吉林大学 电子科学与工程学院， 集成光电子学国家重点实验室， 吉林 长春 130012
近年来，杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点，在光电器件领域备受青睐，如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中，钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点，展现出更为优异的光学、电学特性，成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而，钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上，不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题，严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此，本文通过引入模板剥离法工艺技术，在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料，制备了结构为Cu/BCP/C60/MAPbBr3/MoO3/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法，两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密，将有效改善载流子的注入和传输；同时，优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1 × 103，响应度可达7.15 A/W，探测率为5.39 × 1012 Jones，外量子效率达到1794%。该工作为进一步改善和提升钙钛矿单晶薄膜光电探测器的探测性能提供了一种可行性技术方案。
杂化钙钛矿半导体材料 钙钛矿单晶薄膜 模板剥离法 光电探测器 hybrid perovskite semiconductors perovskite single-crystalline thin-films template stripping method photodetectors
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230367
