期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
光子学报
英文:
ACTA PHOTONICA SINICA
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院西安光学精密机械研究所;中国光学学会
出版单位:
科学出版社
主编:
郝跃
ISSN:
1004-4213
刊号:
CN 61-1235/O4
电话:
029-88887564
邮箱:
地址:
陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号47分箱
邮编:
710119
定价:
120元/期
本期栏目 2017, 46(4)
光子学报 第46卷 第4期
针对表面淬灭电阻技术引起死区面积较大, 以及高光子探测效率与大动态范围不能同时满足的矛盾, 应用外延电阻淬灭技术, 采用与雪崩光电二极管微单元相连的衬底外延层硅材料制作了淬灭电阻.研制成功的外延电阻淬灭硅光电倍增器的有源区面积为1×1mm2, 微单元尺寸为7 μm, 微单元密度高达21 488个/mm2, 测试结果表明:漏电流为10量级, 反向击穿电压为24.5 V, 过偏压为2.5 V时,增益达1.4×105, 室温下暗计数率约为600 kHz/mm2, 串话率低于10%, 说明该器件具有良好的光子计数特性.该高密度硅光电倍增器测量的动态范围是1.8×104个/mm, 光子探测效率为16%(@λpeak=480 nm), 恢复时间为8.5 ns, 单光子分辨能力较高, 并且在液氮温度环境能够探测光子, 这对于拓展硅光电倍增器在极低温度条件下的应用, 比如暗物质测量实验方面具有潜力.
光子探测器 硅光电倍增器 外延电阻淬灭 动态范围 光子探测效率 Photon detector Silicon photomultiplier Epitaxial quenching resistance Dynamic range Photon detection efficiency 基于外加电场对电子漂移速度的影响, 考虑激发能对微米尺度和纳米尺度电子传输的依赖, 通过计算仿真研究了外加条件及两种电子传输对量子点红外探测器噪声的影响.结果表明:在25~45 kV /cm外加电场下, 噪声模型和实验数据吻合; 噪声随着外加电场和温度的增加而增加, 当温度小于80K时噪声增加迅速, 而当温度大于80K时噪声增加缓慢, 并且温度越低噪声随外加电场变化越明显; 噪声不随微米尺度电子传输激发能的变化而变化, 随着纳米尺度电子传输激发能的增加而减小, 随着纳米尺度电子传输激发能变化速度的增加而增加.该研究可为量子点红外探测器的优化设计和性能提高提供理论参考.
量子点红外探测器 噪声 计算仿真 外加电场 温度 两种电子传输 Quantum dot infrared photodetectors Noise Calculation and simulation Electric field Temperature Two electrons transport 针对同时存在方位偏移及俯仰误差的情况, 提出了一种适用于捕获、对准与跟踪系统的光斑检测方法.分析了破碎光斑与高斯完整光斑的位置误差; 解决了当光束存在漂移、入射光束与天线视轴不平行同时存在而四象限探测器无法分别探测的问题.最后实验验证了本文方法的有效性, 提高了检测的准确度.
激光通信 捕获、对准、跟踪系统 阈值算法 光轴对准 光斑检测 Laser communication Acquisition pointing and tracking systems Threshold algorithm Optical axis alignment Detection spot 提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系, 确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4 μm, 利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理, 通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明:传感器在10~70 ℃的温度范围内具有9.58×10-3 dBm/℃的灵敏度, 线性度达到99.36%; 在葡萄糖溶液0~3%的浓度范围内具有0.126 dBm/(g/L)的灵敏度, 线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30 s, 具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点, 具备良好的应用价值.
光纤传感器 倏逝波 腐蚀光纤 温度 葡萄糖浓度 Fiber optic sensor Evanescent wave Etched fiber Temperature Glucose concentration 为了进一步增大光纤拖曳阵的探测距离, 研制了缆径为16 mm的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵.阵元在10~2 000 Hz频率范围内的平均声压灵敏度为-142.7 dB(re 1rad/μPa), 波动幅度小于±2 dB.基于声光调制器的时分、波分联合复用技术实现了32元光纤激光水听器的多路复用, 各个阵元之间以及各个通道之间的串扰均小于-40 dB, 并完成了静态和动态拖曳湖上实验.实验结果表明, 研制的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵无论是在静态, 还是在6~16节的动态拖曳状态, 都能对目标形成稳定的波束指向, 与GPS轨迹记录完全一致, 展现了分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵在工程上的应用前景.
DFB光纤激光 拖曳线列阵 水听器 多路复用 波束成形 DFB fiber laser Towed line array Hydrophone Multiplexing Beam forming 针对单一的滤波器提取高光谱图像空间纹理信息时不能获得完整的图像特征的不足, 提出一种结合双边滤波和域转换标准卷积滤波的高光谱图像分类算法.该方法采用空间信息自适应融合的分类寻优, 先对高光谱波段进行抽样分组, 再用双边滤波和域转换标准卷积滤波对分组后的波段进行滤波, 两种空间信息进行线性融合后交由支持向量机完成分类.实验表明, 相比使用光谱信息、高光谱降维、空谱结合的支持向量机分类方法和边缘保持滤波以及递归滤波的方法, 本文所提算法对高光谱图像的分类精度有较大提高, 在训练样本仅为5%和3%的情况下, 对印第安农林和帕维亚大学图像的总体分类精度分别达到了96.95%和97.89%, 比其他算法高出2~13个百分点, 验证了该方法在高光谱图像分类的有效性.
高光谱图像 空间信息 自适应融合 分类 双边滤波 域转换卷积滤波 Hyperspectral image Spatial information Adaptive fusion Classification Bilateral filter Domain transform filter of convolution 傅里叶域与小波域的联合去模糊算法在低噪声时具有优越的恢复效果, 但是这种联合去模糊算法并不适用于含噪声的模糊图像.为了解决这一问题, 本文将先验约束分别引入傅里叶域的去模糊步骤和小波域的去噪步骤.在傅里叶域, 用矩阵形式表示目标函数.对目标函数添加平滑约束并且通过噪声水平和模糊图像高频信息计算得到平滑约束项的滤波系数.同样方式, 在小波域对小波域目标函数添加能量约束, 实现小波域目标函数的正则化过程.分析傅里叶域的噪声放大程度, 通过傅里叶域的滤波系数计算得到小波域能量约束的滤波系数.傅里叶域的平滑约束可以抑制滤波过程中噪声的产生, 小波域的能量约束可以提高小波域滤波的鲁棒性.仿真实验表明, 改进的算法相比于原始算法具有更好的鲁棒性, 可以有效提高图像的恢复质量.对于噪声标准差为0.01~0.1的模糊图像, 改进算法恢复图像峰值信噪比比原始算法恢复图像的峰值信噪比高1左右.并且改进算法对于高斯型点扩散函数误差具有鲁棒性, 当点扩散函数估计方差与实际方差相差0.4时, 改进算法的恢复效果仍优于原始算法.
图像复原 正则化 傅里叶域 小波域 逆问题 Image restoration Regularization Fourier domain Wavelet domain Inverse problem 针对基于逐像元处理的因果实时异常(Causal Real-time Relationship Reed-X Detector, CR-R-RXD)检测算法计算量大, 以及基于逐像元方式边检测边成像显示的时间过长而不能满足快速处理要求的缺陷, 提出了一种基于逐行处理的CR-R-RXD检测算法.与基于逐像元处理的CR-R-RXD检测算法相比, 该方法将高光谱图像整行像元向量作为输入, 即处理一行高光谱数据只需计算一次, 极大地减少了计算次数.实验结果表明, 与R-RXD和基于逐像元处理的CR-R-RXD算法相比, 本文算法可在获得与R-RXD算法几乎相同的检测准确度的情况下, 实现快速实时处理, 其检测准确度相较于基于逐像元处理的CR-R-RXD算法有所提高, 且算法检测时间大大缩短, 增强了算法的时效性.
高光谱 异常检测 实时处理 检测准确度 时效性 Hyperspectral Anomaly detection Real-time processing Detection accuracy Timeliness 针对复染情况的出现, 采用多通道窄带滤光片与彩色图像传感器相结合的方式, 设计了一种多光谱成像方法.使用多通道窄带滤光片对光源进行分光, 采用多元线性回归方法建立多光谱剥离模型, 并对彩色图像传感器输出的多个单色光混叠响应进行剥离, 通过FPGA实现多光谱图像的实时剥离运算和输出.实验结果表明:多通道窄带滤光片的半高宽为12 nm/15 nm/20 nm, 其透射光是三个不同波段的窄带单色光; 在检验水平为0.01情况下的模型具有较高的准确性; 具有相同光谱特征的物质在同一波段的灰度图像上特征一致, 同一物质在不同波段上的灰度图像特性差异较大.
多光谱成像 多通道窄带滤光片 彩色图像传感器 多光谱图像剥离模型 Multi-spectral imaging Multi-channel narrow-band filter Color image sensor Multi-spectral image unmixing model FPGA FPGA 为了提高分幅相机的像面一致性, 从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发, 分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用, 提出了一种提高像面一致性的方法, 并以棱锥分孔径实现六分幅为例, 在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明, 当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时, 增大光纤面板厚度或减小纤芯直径, 可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构, 可有效提高分幅相机的像面一致性.
光学设计 分幅相机 像面一致性 光纤传像器件 棱锥 棱镜 Optical design Framing camera Image consistency Fiber optics imaging Pyramid Prism 为实现实时计算多个目标飞行轨迹, 并引导设备跟踪目标, 根据目标运动特性和光电经纬仪跟踪测量的固有特性, 设计了一种多目标实时交会方法, 解决了同名目标点的排序和假目标轨迹剔除问题, 最终得到正确的目标轨迹.试验证明, 对于跟踪目标N≤3, 通信周期50 ms的光电经纬仪测量系统, 利用该多目标实时交会算法处理测量数据, 可实时、精确、稳定引导测量设备进行跟踪工作.
多目标实时交会 多目标跟踪 异面直线交会 光电经纬仪 Multi-target real-time intersection Multi-target track Non-coplane line intersection Optic-electronic theodolite 频谱编码显微镜是用衍射光栅和光谱分析装置来获得显微图像.样品上不同的位置被不同的波长照明, 通过对反射光光谱进行解码来得到空间信息.搭建了一个基于超连续光源和自制光谱仪的频谱编码显微成像系统, 其横向分辨率为1.72±0.13 μm(编码线方向)和1.26±0.08 μm(垂直于编码线方向), 测得不同横向位置处的轴向分辨率有差异.对离体猪肝组织不同部位进行了成像(可见血管、肝窦内皮细胞和肝细胞); 对鸡心组织以10 μm深度间隔进行成像, 测得不同深度处结构信息不一样.结果表明, 采用该频谱编码成像的方法能够进行高分辨的深度成像.
成像系统 显微镜 频谱编码 深度成像 分辨率 衍射 红外成像 Imaging system Microscopy Spectrally encoded Depth-resolved Resolution Diffractive optics Infrared imaging 将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜, 并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明, 小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段, 为了得到优于10-5的测量准确度, 测量表面粗糙介质的折射率时, 采用全反角进行判定; 测量具有吸收效应的介质折射率时, 采用布儒斯特角进行判定.
折射率测量 表面粗糙度 布儒斯特角 全反角 COMSOL Mutiphysics应用 Refractive index measurement Surface roughness Brewster angle Critical angle COMSOL Mutiphysics 提出一种基于太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术, 用于分析耐高温复合材料的粘贴质量无损检测.采用抽片式方法设计了一种耐高温复合材料的脱粘缺陷样品, 抽片厚度为0.1 mm.采用太赫兹时域光谱无损检测技术对耐高温复合材料的多层脱粘缺陷进行了检测试验研究, 对比了上下脱粘缺陷所对应的太赫兹时域波形及频谱信息的异同, 针对性地建立了耐高温复合材料粘贴质量的上层脱粘参数、下层脱粘参数、频域吸收质心参数等多特征参数, 将特征参数进行优化作为反向传播神经网络的输入并对其进行上下脱粘分类识别.通过对反向传播神经网络的训练测试, 实现了耐高温复合材料上层脱粘0.1 mm、下层脱粘0.1 mm的脱粘缺陷的识别.
光谱学 太赫兹时域光谱 神经网络 耐高温复合材料 无损检测 粘贴质量 Spectroscopy Terahertz time-domain spectroscopy Neural work Heat-resistant composites Nondestructive testing Adhesion quality 针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点, 提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校, 测量其实际透过率并计算其辐射量; 然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标, 根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置; 结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推, 即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性, 分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法, 对Φ600 mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明:本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%, 能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标, 操作简单、实时性强, 具有一定的应用价值.
辐射定标 红外系统 宽动态范围 低温面源黑体 平行光管 衰减片 Radiometric calibration Infrared systems High dynamic range Low-temperature area blackbody Collimator Neutral-density filter 利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性, 结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构, 而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响, 熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低, 而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理, 利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失, 并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率, 而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此, 在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用, 而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.
集成光学 光波导结构 离子注入 熔融石英 石英晶体 Integrated optics Waveguide Implantation Fused silica Quartz crystal 基于表面等离子激元理论与金属-介质-金属波导结构提出一个由开口方环共振空腔、挡板及MIM波导组成的波导结构, 并使用有限元方法系统地研究了该结构的透射特性.仿真计算结果表明:该结构可以产生法诺共振现象, 其共振波长可以通过改变开口方环空腔的长度及开口大小进行调节, 该结构敏感度可达1 600 nm/RIU,品质因数为1.31×105.此外, 通过调整方环共振空腔上开口的位置, 在波导中产生了双重法诺共振现象, 其敏感度可达1 700 nm/RIU, 品质因数为8.3×104.该结构有望在光学集成回路, 尤其是纳米生物传感器方面得到比较广泛的应用.
表面等离子激元 开口方环谐振腔 法诺共振 介质波导 传输谱 品质因数 光学传感与传感器 Surface plasmon polaritons Square split-ring resonance cavity Fano resonance Dielectric waveguide Transmission spectra Figure of merit Optical sensing and sensors 以半导体激光器中的复合腔模型和实测的分布反馈光纤激光器的外腔端面反射率为基础, 对不同反射率条件下分布反馈光纤激光器的输出功率进行了仿真, 同时搭建了二基元分布反馈光纤激光器阵列实验平台, 对仿真结果进行了验证.仿真与实验结果表明:外腔反馈光重新注入分布反馈光纤激光器会增加激光器的输出功率, 降低了阵列的输出功率平坦性.并且外腔端面反射率越大, 这种平坦性降低的效果越明显.在构建分布反馈光纤激光器阵列时, 应考虑外腔反馈对阵列输出功率平坦性造成的影响, 尽量选择外腔端面反射率较小的激光器进行组阵.
光纤光学 输出功率平坦性 复合腔模型 分布反馈光纤激光器 外腔端面反射率 Fiber optics Output power flatness Compound cavity laser model Distributed feedback fiber lasers array Facet reflectivity of external cavity 利用色散脉冲传播理论和空气折射率Ciddor公式, 推导了空气中飞秒脉冲激光器的互相关函数; 根据互相关函数结果表达式取决于激光器光源的光谱分布, 建立了在空气中不同光程路径差及环境参量变化下, 不同光谱分布的飞秒脉冲激光器的脉冲之间互相关模式的数值模型.结果表明:随着传播距离的增大, 互相关模型具有稳定啁啾及线性加宽; 环境参量的变化只引起互相关图案的移动, 并不产生任何额外线性加宽或啁啾.
激光光学 飞秒脉冲激光器 互相关 空气折射率 Ciddor公式 Laser optics Femtosecond pulse laser Cross-correlation Refractive index of air Ciddor equation 利用非线性共轭梯度算法设计了无周期光学超晶格结构, 研究了文献[12]提出的误差函数在该结构中的适用性.研究结果表明:误差函数能够很好地适用于无周期光学超晶格结构, 且该结构比文献[12]中所用的非周期光学超晶格更具有一般性; 当u′2(xn)和n保持很好的线性关系时, 无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与文献[12]中的误差函数曲线几乎是重合的, 说明了在无周期光学超晶格中达到了很好的准相位匹配.通过在样品中引入随机误差进一步研究了相位失配情况下误差函数在无周期光学超晶格结构中的适用性, 结果表明:相位失配时无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与标准曲线是有偏离的, 且相位失配程度越大, 偏离也越大; 对于一些误差函数曲线与标准曲线偏离不大的情况, 误差函数仍可近似地用来估计无泵浦损耗近似的适用范围.
二次谐波产生 误差函数 非线性共轭梯度算法 无周期光学超晶格 准相位匹配 Second harmonic generation Relative tolerance function Nonlinear conjugate-gradient method Non-periodic optical superlattice Quasi-phase-matching 基于热场动力学理论研究了热Fock 态下量子效应对介观左手传输线微波段负折射系数的影响.结果表明:负折射系数随电流涨落的增加表现出线性递增的特点, 而随温度的升高、频率的增大表现出锐减特性; 负折射系数的变化幅度受光子数调控.该结论可对基于左手传输线开发的微波器件的微型化、集成化研究提供参考.
量子效应 热Fock态 负折射系数 介观左手传输线 电流涨落 Quantum effects Thermal Fock state Negative refraction index Mesoscopic left-handed transmission line Fluctuation of current 相较于传统的时域有限差分算法, 辛时域有限差分算法具有高准确度性和低色散性.传统的时域有限差分算法的计算准确度较低, 数值色散误差较大, 并且破坏了麦克斯韦方程的辛结构, 从而导致其稳定性较差.然而辛时域有限差分算法可以克服这些缺点, 从而保证了整个仿真计算的准确性和稳定性.本文基于辛时域有限差分算法, 对等离子体光子晶体的带隙特性, 透射系数等进行了研究, 并与传统的时域有限差分算法进行了对比, 验证了辛时域有限差分算法的优势和可行性.
辛时域有限差分算法 等离子体光子晶体 高准确度 辛算子 透射系数 Symplectic finite-difference time-domain method Plasma photonic crystals High-precision Symplectic operator Transmission coefficient 根据LED发光特性以及彩色滤光片式硅基液晶芯片特性, 从成像光学的角度导出了复眼照明系统的基本成像公式.在此基础上由彩色滤光片式硅基液晶芯片目标区域的大小及其对光束入射角以及LED经整形以后的光斑尺寸与发散角的要求, 根据推导的复眼系统的基本成像公式计算彩色滤光片式硅基液晶芯片复眼照明系统的初始结构, 利用复眼照明系统中的多重共轭成像关系, 将复眼成像, 中继透镜成像分别优化, 最后将两者通过孔径与中间像匹配的基本要求进行复眼阵列组合, 设计了基于彩色滤光片式硅基液晶芯片的大照度入射光下的复眼照明系统.该系统以较小的复眼数, 在保证彩色滤光片式硅基液晶芯片照明要求的条件下, 较好地解决了照明系统效率、均匀性与大角度问题.与传统计算方法相比, 该方法简单明了.非成像软件的模拟结果证明该方法准确, 均匀性好, 效率高.实验样机结果验证了本文所提方法的正确性和有效性.
复眼透镜 多通道成像 照明 彩色滤光片式硅基液晶芯片 Fly-eyes lens Multi-configuration imaging Illumination LCoS LED LED 渐进多焦点眼镜片能够同时满足视远与视近的需求, 其应用日益广泛.本文介绍了渐进多焦点镜片的设计与评价方法, 在此基础上通过对镜片面形方程及球面度方程求解偏微分, 构建了渐进多焦点镜片光焦度分布与面形误差的关系模型.根据国家标准规定的镜片有效区域实际屈光度与名义值差值小于0.1D的要求, 对加光度为2.0D(6.0D~8.0D)的渐进面面形误差进行了实例分析.应用给定的面形误差结果进行实验加工的镜片, 经分析后实验输出的光焦度变化符合所设定的国家标准要求的范围, 进一步验证了面形误差与光焦度分布关系模型的正确性, 为渐进多焦点镜片加工的面形控制精度提供理论依据.
渐进多焦点眼镜片 光焦度分布 关系模型 面形误差 面形方程 球面度方程 加光度 Progressive addition lenses Optical power distribution Relationship model Surface error Surface equation Spherical power equation Power addition 根据Czerny-Turner结构光谱仪工作原理, 以便携式微型光学系统为设计目标, 设计了一种光谱范围为200~900 nm的交叉非对称型Czerny-Turner光谱仪光学系统.通过分辨率、光谱范围等设计要求确定光谱仪大致结构后, 引入初级像差对初始结构进行进一步优化.首次提出将球差约束条件与光阑面选取相结合, 设计流程确定准直镜通光口径、光栅初始尺寸及聚焦镜中心波长对应口径, 继而结合彗差约束条件, 确定球面镜离轴角, 并基于几何光学确定聚焦镜初始通光口径的方法.利用ZEMAX软件对初始参量进行模拟优化, 并采用自主研制的样机进行光谱测量, 分析结果表明, 该光学系统能够在狭缝宽度为25 μm, 光栅常数为1.667 μm/line条件下, 实现中心波长分辨率优于1 nm, 边缘波长分辨率优于1.5 nm.
几何光学 像差理论 光学设计 Czerny-Turner结构 微型光谱仪 光栅 分辨率 Geometrical optics Aberration theory Optical design Czerny-Turner structure Micro-spectrometer Grating Resolution 分析了薄膜衍射主镜的成像性能及色散特性, 利用含有衍射面的反射式消色差光路校正了衍射主镜的强色散, 使成像系统的工作波段达到40 nm、视场达到0.02°, 设计了10 m口径、115.73 m总长的短结构合成孔径薄膜衍射成像系统.结果表明, 消色差光路将两边缘波长0.58 μm与0.62 μm之间的焦距差由5.34 m减小到17.27 μm.该研究提供了一种薄膜衍射主镜成像系统的设计方案, 可为超大口径薄膜衍射成像系统的工程化研究提供参考.
衍射光学 遥感 薄膜 像质分析 光学设计 Diffractive optics Remote sensing Membrane Image analysis Optical design 龙虾眼光学聚焦系统是一种模仿龙虾视觉的光学系统,适用于卫星平台上的软X射线成像探测.根据掠入射原理, 分析和计算了Angel型龙虾眼光学系统采用不同金属镀膜时光子能量和全反射临界角、反射率的定量关系; 提出一种计算龙虾眼光学系统有效探测面积的方法, 推导了相关的理论计算公式并进行了蒙特卡罗仿真试验, 理论计算值与蒙特卡罗仿真结果吻合很好, 龙虾眼X射线光学系统在1~10 keV能段的有效面积与光子能量近似呈负指数关系, 具体的参量与镀膜的粗糙度有关.
X射线探测 脉冲星导航 光学聚焦系统 反射率 有效面积 X-ray detection Pulsa navigation Optical focusing system Reflectivity Effective area 提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中, 相位调制器串联光波导谐振腔, 取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感, 调节激光器改变输出光的波长, 不仅可以调制光的强度, 还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时, 产生很强的延时特性, 可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5 cm、宽21 cm、高7 cm.实验中, 改变0.1 pm的光子波长, 能够产生步长为12.5~35.5 MHz的调谐, 调谐范围达2 GHz, 且系统能够产生10 GHz的微波信号, 在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7 dBc/Hz@10 kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.
光电振荡器 平面光波导谐振腔 可调谐 微波光子 相位噪声 Optoelectronics oscillator OEO Optical resonator The tunable Microwave photons Phase noise 分析比较了基于锁相环技术和基于注入锁定技术的两种光电振荡器的特性, 推导了两种光电振荡器的噪声传递函数, 并进行了实验验证, 得出了这两种技术应用于光电振荡器的相似性和各自的优缺点.由于光纤对温度的高敏感性, 采用这两种技术的光电振荡器都存在着易失锁的问题.为解决这一问题, 分别分析了两种光电振荡器输出信号与参考信号间的相位关系, 基于此关系设计了锁定状态监测和反馈系统, 并实验验证了系统的有效性.
光电振荡器 锁相环 注入锁定 相位噪声 失锁 Optoelectronic oscillator Phase-locked loop Injection locked Phase noise Losing lock 为满足光学器件透红外屏蔽电磁波的要求, 在PET柔性基底上制作了金属网栅透明屏蔽膜.分析网栅参数对其屏蔽效率及透过率的影响, 选取结构参数.针对PET基底的柔性特点及其热稳定性, 经试验研究优化光刻工艺中的提拉速度、烘烤时间及温度等参数, 从而得到高质量的图形结构.采用磁控溅射法制备透明屏蔽膜, 通过优化溅射功率、溅射气压等参数使膜/基结合更牢固.最后得到线宽为3 μm、周期为250 μm的金属网栅透明屏蔽膜.采用分光光度计测得其在300~2 200 nm波段的平均透过率为77%; 采用屏蔽室法测得其在2~18 GHz频段的电磁屏蔽效率为12 dB以上.
薄膜 透明屏蔽 金属网栅 光刻工艺 磁控溅射 PET基底 Thin film Transparent shielding Metal mesh Photolithography Magnetron sputtering PET substrate 设计了一维双层余弦共形光栅结构的单晶硅薄膜太阳能电池.利用时域有限差分法模拟计算了双层余弦共形光栅结构和对照组结构的吸收光谱; 利用归一化光吸收密度的概念, 定量分析了300~700 nm和700~1 100 nm两个波段的光吸收效率.结果表明双层共形光栅结构具有更好的全波段吸收效率, 且在长波段余弦光栅比矩形光栅具有更好的光捕获和吸收作用.利用光吸收增强谱和电磁场强度分布图, 分析了余弦光栅在长波段的吸收增强机理.通过计算短路电流密度, 发现双层余弦共形光栅结构比平板结构太阳能电池的短路电流密度提高了79.5%, 余弦光栅结构比矩形光栅结构的短路电流密度提高了8.5%.
光电子学 光吸收 时域有限差分法 余弦光栅 硅薄膜太阳能电池 短路电流密度 Optoelectronics Light absorption Finite difference time domain method Cosine grating Silicon thin film solar cell Short-circuit current density 具有超顺磁性和荧光特性的CdTe@Fe3O4/P(NIPAM-co-AA)多功能复合微球是以P(NIPAM-co-AA)为模板制备而成.首先, 采用溶胀法使模板微球带有磁性; 其次, 辅助TEOS和APTES两种化学试剂实现对Fe3O4/P(NIPAM-co-AA)微球表面的氨基功能化; 最后, 携带氨基的磁性微球与巯基乙酸修饰的CdTe量子点通过酰胺缩合反应, 将量子点键合到磁性微球表面上,最终获得单分散的磁性荧光高分子复合微球.分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、倒置荧光显微成像系统、荧光分光光度计以及振动样品磁强计等方法对所获复合材料的结构与性能进行了表征.结果表明:复合微球单分散性良好, 平均粒径约为30 μm, 饱和磁化强度可达5.4 emu/g, 具有良好的超顺磁性和较高的荧光发光效率.该材料将磁性、荧光结合到微米级高分子共聚物上, 不仅解决了纳米粒子分离和处理的困难, 而且奠定了多功能材料在生物标记、荧光成像等诸多领域潜在的应用基础.
磁性 荧光 高分子 酰胺缩合 Fe3O4粒子 CdTe量子点 Amide condensation reaction CdTe quantum dots Fe3O4 particle Fluorescence Magnetism Polymer 针对太赫兹聚合物光子晶体光纤的应用需求, 对聚合物光纤的制备材料、预制棒制备、拉伸工艺等关键制备工艺进行了研究.分析了聚合物材料的特性, 并进行实验验证, 结果表明ZEONEX材料的吸收系数低于3 cm-1, 吸水性低于0.01%, 玻璃化转变温度和分解温度分别高达136℃和420℃, 在太赫兹光纤制备中具有优良性能.预制棒制备和光纤拉伸的工艺方面, 在注塑法的基础上改进了模具系统, 使用可控的微压拉丝技术, 在10~200 Pa范围内可实现±1.5 Pa的微压差精确控制, 较大程度上提高了光纤预制棒的成品率和光纤的形变控制, 有望制备出高空气填充率的聚合物光子晶体光纤.
太赫兹波 光子晶体光纤 光纤制备 塑料光纤 预成型技术 terahertz waves photonic crystal fibers fiber fabrication plastic optical fibers prefoming