1 长安大学理学院,西安 710064
2 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,西安 710049
本文提出一种新型管道超结构元胞构型,其轴向振动带隙包括局域共振型和布拉格(Bragg)散射型两种带隙,该结构在2 500 Hz内共有两阶带隙,且第二阶带隙频率范围较宽。分别应用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的能带结构分布及有限周期结构传输特性;搭建了包含4个元胞的管道超结构实验平台进行振动测试,并与计算结果进行对比验证;最后讨论了不同参数对其带隙分布的影响规律。结果表明,所研究管道超结构在2 500 Hz内共有两阶带隙,第一阶带隙主要为局域共振型带隙,凸台和振子的几何尺寸对其影响较大,元胞尺寸对其影响较小。第二阶带隙主要为布拉格散射型带隙,带隙宽度可达923 Hz,该带隙分布随元胞长度、凸台长度和振子厚度改变而改变。合理设计结构各部分几何尺寸,可满足工程中特定频段抑振的需求。
局域共振 布拉格散射 超结构 传递矩阵 轴向振动 带隙特性 local resonance Bragg scattering metastructure transfer matrix axial vibration band gap characteristic
苏州大学 功能纳米与软物质研究院, 江苏省碳基功能材料与器件重点实验室, 苏州 215000
高吸光催化剂对提高光热转换效率具有重要意义, 阵列结构光热催化剂的陷光效应有助于增强光吸收并提高光热转换效率。但是, 现有阵列基光热催化剂仍存在单位面积上活性金属负载量过低的不足, 难以满足实际应用的需求。本研究发展了二氧化硅保护的MOFs热解策略, 获得了单位辐照面积上活性金属质量可调、太阳光吸收效率超过90%的粉体钴等离激元超结构光热催化剂, 通过时域有限差分法模拟计算证实其高吸光能力源于纳米颗粒的等离子杂化效应。相比阵列基等离子体超结构催化剂, 该粉体结构的催化活性和稳定性显著增强, 在相同催化条件下, 二氧化碳转化率从0.9%提高到26.2%。本研究为非贵金属光热催化剂的实际应用奠定了基础。
光热催化 二氧化碳加氢 等离子体超结构 高吸光催化剂 光-化学能转换 photothermal catalysis carbon dioxide hydrogenation plasmonic superstructure strong light absorptive catalyst solar-to-chemical energy conversion
1 重庆邮电大学 通信与信息工程学院,重庆 400065
2 东北大学 计算机科学与工程学院,沈阳 110819
针对下一代无源光网络安全性不足的问题,文章提出了一种基于MD5信息摘要算法校验的电光混合加密方案。方案中采用Baker置乱算法和256 bit高级加密标准(AES)加密算法对图片数据进行加密,并结合低密度奇偶校验码(LDPC)纠错和MD5校验对加密图片数据进行纠错编码以及一致性校验。为进一步保证密钥和MD5摘要分发的安全性,方案中还采用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)对两者进行编码,使两者隐匿在系统噪声以下。仿真结果表明,经过SSFBG编码后,编码信号功率低至-50 dBm,可以达到数据在光纤信道上隐匿传输的效果。并且由于方案中加入了对接收数据的MD5校验,使得因恶意接入攻击造成的信息改变无法进行AES解码,在提升安全性的同时又节约了中央处理器(CPU)资源。最后,误码率曲线分析结果表明,加入LDPC纠错后,接收机灵敏度得到有效降低。
混合加密 MD5算法 高级加密标准加密 超结构光纤布拉格光栅 mixed encryption MD5 algorithm AES encryption SSFBG
1 重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065
2 东北大学 计算机科学与工程学院, 沈阳 110819
针对目前光网络物理层面临的窃听安全问题, 文章提出了一种基于高非线性光纤(HNLF)和超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)新的混合光加密方案。方案中采用简并四波混频(FWM)效应对用户信息进行加解密, 并采用光编码技术对密钥信息进行编解码, 编码的同时实现了密钥信号的隐匿传输。通过对比信道中传输的加密信号波形和原始发送信号波形衡量系统的安全性, 并通过系统接收端误码率来衡量系统的有效性。仿真结果表明, 使用了文章所提新的混合光加密方案后, 用户数据信息的频率和相位发生扰乱, 编码后的密钥信号光功率低至-34.4 dBm, 因此窃听信道既无法得到有效数据信息, 也检测不到密钥信号, 从而实现了正交相移键控(QPSK)信号的安全传输。
光加密 光编码 隐匿传输 高非线性光纤 超结构光纤布拉格光栅 optical encryption optical coding hidden transmission HNLF SSFBG
中国电子科技集团公司第五十研究所,上海 200331
太赫兹辐射是指频率在30 μm~1 mm范围内的电磁波,具有穿透性强、安全性高、特征性强及定向性好等特点,因此,太赫兹技术在天文观测、安全监控、物质鉴定及生物医学等领域具有广阔的应用前景。阻挡杂质带探测器具有灵敏度高、阵列规模大、探测谱段宽等核心优势,是太赫兹辐射探测的优良选择。阻挡杂质带探测器目前主要采用三种材料体系,分别为Si、Ge、GaAs。基于这三种材料体系的阻挡杂质带探测器可实现在3~500 μm的超宽波段探测。超结构是由亚波长结构单元构成人工复合结构,在光电探测器上引入超结构,利用等离激元共振、偶极共振调控特性,可以将电磁场能量强烈的局域在金属/探测器界面位置。因此,超结构与阻挡杂质带结合,可有效调控探测峰位、缩小探测峰半高宽、强化光谱分辨能力,并有望大规模应用于3~500 μm的多波段融合探测。同时,超结构与阻挡杂质带探测器结合,可进一步提高器件响应率,减小器件尺寸,降低工艺难度。文中简要叙述了阻挡杂质带探测器的工作机理,介绍了国内外阻挡杂质带探测器的研究历史及研究现状。最后,在探测器波段调控、光谱分辨、增强吸收等角度详细介绍了Si、Ge、GaAs基超结构/阻挡杂质带复合结构探测器的研究现状,并结合目前该技术发展瓶颈问题,在高纯材料生长、光场局域效应机理研究等方面提出了下一步的研究展望。
阻挡杂质带 太赫兹 光电探测器 超结构 blocking-impurity-band terahertz photodetector superstructure 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211012
垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有尺寸小、功耗低、效率高、调制带宽大、寿命长、圆形光束、在片测试、易于二维阵列排列等优点,广泛应用于数据通信、传感、激光雷达、材料加工等领域。这些应用通常要求VCSEL具有优异的模式、速率、能效、高温性能等。人们基于“分离”限制思路发展了多种单模新型氧化限制VCSEL。采用新型VCSEL结构、改善有源区性能、减小寄生效应和减小热效应等方法,VCSEL在速率、功耗、高温性能等方面取得了显著进展。光子超结构具有优异的性能,它为VCSEL控制模式和光场,以及其和平面光子回路的集成提供了新思路。
激光器 垂直腔面发射激光器 单模 调制速率 光子超结构
1 大连理工大学物理学院,大连 116024
2 大连民族大学物理与材料工程学院,大连 116000
本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出“爆米花”状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明“爆米花”状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。
Au@Ag核壳超结构 自组装 表面增强拉曼光谱(SERS) 局域表面等离子体共振(LSPR) 可调谐性 Au@Ag Core-shell Superstructures Self-assembly SERS LSPR Tunability
实验利用表面光取向技术控制蓝相晶格的有序生长,将光定域化取向与分子自组装相结合。通过对基板表面进行交替的取向/非取向控制,平面内获得周期排列的微结构,使蓝相图形化结构的反射光强度在空间上形成周期性调制,同时设计制备了振幅型衍射器件; 通过对基板表面做正交取向方向交替排列的微结构,使蓝相图形化结构的反射光相位在空间上形成周期性调制,设计制备了相位型衍射器件。这两类衍射器件均具有对入射光的波段选择性,即只有当入射光的波长局域在蓝相的反射带时才会呈现衍射效应。蓝相液晶软物质的特性又赋予它在电场下可调谐的波段选择性,即反射带位置随电场的增加发生红移从532 nm到610 nm,电场撤除则回复到初始状态。同时,借助于光取向材料的光可擦写特性,蓝相晶格的取向微结构能够重复的擦写与重构,从而实现不同衍射器件乃至不同衍射调制方式的转换。
蓝相液晶 光取向 定域化 超结构 衍射 刺激-响应 blue phase photo-alignment localization superstructure diffraction stimuli-responsive