Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, State Key Laboratory of Surface Physics and Key Laboratory of Micro- and Nano-Photonic Structure (MOE), Fudan University, Shanghai 200433, China.
2 Department of Physics, University of California, Berkeley, Berkeley, CA 94720, USA.
3 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China.
The surface/interface species in perovskite oxides play essential roles in many novel emergent physical phenomena and chemical processes. With low eigen-energies in the terahertz region, such species at buried interfaces remain poorly understood due to the lack of feasible surface-specific spectroscopic probes to resolve the resonances. Here, we show that polarized phonons and two-dimensional electron gas at the interface can be characterized using surface-specific nonlinear optical spectroscopy in the terahertz range. This technique uses intra-pulse difference frequency mixing process, which is allowed only at the surface/interface of a centrosymmetric medium. Submonolayer sensitivity can be achieved using the state-of-the-art detection scheme for the terahertz emission from the surface/interface. Through symmetry analysis and proper polarization selection, background-free Drude-like nonlinear response from the two-dimensional electron gas emerging at the LaAlO3/SrTiO3 or Al2O3/SrTiO3 interface was successfully observed. The surface/interface potential, which is a key parameter for SrTiO3-based interface superconductivity and photocatalysis, can now be determined optically in a nonvacuum environment via quantitative analysis on the phonon spectrum that was polarized by the surface field in the interfacial region. The interfacial species with resonant frequencies in the THz region revealed by our method provide more insights into the understanding of physical properties of complex oxides.
Ultrafast Science
2023, 3(1): 0042
作者单位
摘要
1 新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830054
等高线相交法是用于反演微小颗粒复折射率的一种新方法,目前利用该方法反演纳米颗粒复折射率的研究未见报道。以Au纳米球为研究对象,探讨了等高线相交法在纳米颗粒复折射率反演问题中的可行性和可靠性。利用Mie理论和介电函数尺寸修正模型计算得出Au纳米球的光散射和光吸收特性与复折射率的对应关系,结合等高线相交法反演获得颗粒复折射率,给出了等高线相交法出现多个有效解时确定唯一解的后向散射效率约束方式并定量分析了复折射率步长、颗粒尺寸及测量误差等因素对反演结果的影响。最后,与传统迭代法的反演精度进行对比分析,结果表明:Au纳米球对光的散射和吸收效率可以利用等高线相交法反演得到准确的复折射率;当测量误差小于5%时,可以确保反演结果的准确性;同等条件下等高线相交法反演的结果优于迭代法。此研究为Au纳米球复折射率的测量提供简单可靠的反演方法。
Mie理论 等高线相交法 Au纳米球 复折射率 Mie theory contour intersection method Au nanoparticle complex refractive index 
激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2116003
李政昊 1,2吕枭 1李寰 1成龙 1,2[ ... ]吴一辉 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法,即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法,通过控制刻蚀参数(气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度)在接近10 mm2面积上得到数量在2.2×105~9.5×105内,不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体(ICP)使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻,通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物,可以降低侧壁刻蚀效率,使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下,ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备,基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备,能够精确地控制蜂窝结构的间距,均一性良好,并且可以快速大面积制备,具有步骤简单、制备周期短等优点。
各向同性刻蚀 蜂窝结构 内部联通 刻蚀速率 isotropic etching honeycomb structure interconnect etch rate 
光学 精密工程
2023, 31(15): 2227
作者单位
摘要
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
贵金属纳米颗粒具有局域表面等离子体共振特性而引起了广泛的关注, 其中Au-Ag合金纳米颗粒具有良好的结构稳定性、 光热性能以及潜在的抗癌功效而得到普遍研究。 在众多应用中的特性与其粒径和浓度密切相关, 然而目前常用的电子显微镜观察法和动态光散射法不能同时获得粒径和浓度信息, 因此采取有效手段测量颗粒粒径和浓度信息至关重要。 基于光谱消光法, 利用非负的Tikhonov正则化方法解决反演问题, 并根据Mie理论计算消光矩阵。 针对噪声问题, 采取两种情况研究多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度的反演问题。 未添加噪声情况下, 颗粒系Ⅰ的反演相对误差小于颗粒系Ⅱ, 在波长范围300~500 nm之间的反演相对误差最小, 对应平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度的反演相对误差分别为0%,-0.03%和0%。 添加随机噪声情况下, 将0.5%和1.0%的随机噪声添加进颗粒系Ⅰ中的消光谱, 经过数据比较发现在波长范围200~600 nm之间的反演相对误差最小。 当添加0.5%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为79.76~80.15 nm, 5.60~6.61 nm和0.995 8×1010~1.005 9×1010个·cm-3; 当添加1.0%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为78.87~80.27 nm, 5.36~9.00 nm和0.992 4×1010~1.027 7×1010个·cm-3。 反演结果随着随机噪声的增大, 变化范围也明显增大即反演相对误差增大, 并且每次添加相同随机噪声后的反演结果不同。 为了减少随机噪声导致的不稳定性, 对100次反演结果进行平均得到平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度。 当随机噪声从0.5%增大至1.0%时, 其反演结果的相对误差均增大, 但是反演得到的粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度相对误差均小于6%, 这说明通过反演算法得到的反演结果具有较好的稳定性。 研究表明, 光谱消光法为反演多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度提供了一种简单、 快速的表征手段, 也对研究非球形纳米颗粒有启示作用。
消光法 光谱分析 复合纳米材料 局域表面等离子体共振 Mie理论 Tikhonov正则化 Light extinction Spectroscopic analysis Nanocomposites Localized surface plasmon resonance Mie theory Tikhonov regularization 
光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3039
作者单位
摘要
1 新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830054
基于Mie理论分析单分散Au-Ag合金纳米球消光特性随粒径和波长的变化情况。在理论计算中,根据金属纳米颗粒中自由电子平均自由程的缩短效应对Au-Ag合金纳米颗粒的介电函数进行修正。基于消光特性提出了三种确定粒径和浓度的拟合公式,包括共振波长法、双波长消光法和改进的双波长消光法。结果表明,只要测得颗粒的消光谱,就能利用拟合公式反演颗粒的粒径和浓度。此外,对比三种方法的灵敏度和粒径范围发现,相比其他方法,共振波长法的原理更简单、速度更快。
散射 Mie理论 消光法 Au-Ag合金纳米球 局域表面等离激元共振 反演 scattering Mie theory light extinction method Au-Ag alloy nanospheres localized surface plasmon resonance retrieval 
激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0729001
作者单位
摘要
1 新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830054
为了寻找单个Au纳米球壳在连续激光激发下的最大表面温度变化及对应的颗粒最优尺寸,利用Mie理论、介电函数尺寸修正模型和热方程定量研究了波长、内核半径和外壳厚度对单个Au纳米球壳光热特性的影响。首先,通过改变Au纳米球壳的内核半径及外壳厚度调节共振峰的大小和位置,并得到所需的颗粒表面温度变化情况。然后,针对颗粒光热特性的应用,给出近红外波段内四个典型波长(800,808,820,1064 nm)下单位入射光强度的最大颗粒表面温度变化量γmax及对应的颗粒最优尺寸。最后,给出了上述波长下单位入射光强度的颗粒表面温度变化量大于0.9γmax的颗粒尺寸分布。该研究对光热治疗、等离子体辅助光催化以及颗粒制备等方面的研究具有重要意义。
散射 Mie理论 Au纳米球壳 介电函数 光热特性 优化 scattering Mie theory Au nanoshell dielectric function photothermal properties optimization 
激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0725001
作者单位
摘要
华东交通大学机电与车辆工程学院, 水果智能光电检测技术与装备国家地方联合工程研究中心, 江西 南昌 330013
毛桃从果树上成熟到最后到达消费者手中, 中间需要经过采摘、 包装、 运输等一系列过程, 在每一个过程中都有可能产生碰伤果。 因此查看哪一个过程产生的碰伤果最多, 从而对加工过程进行针对性地改进就显得尤为重要。 纵观国内外高光谱技术在检测水果碰伤方面的应用, 绝大多数都是忽略图像特征而只使用了光谱特征, 基于图像特征结合光谱特征建模的少之又少。 其次在水果碰伤时间定性判别方面, 多以天数为间隔, 时间间隔较大意味着水果碰伤时间越久, 其变化越明显, 检测准确率也就越高, 目前尚缺乏有效方法对于碰伤时间较短的水果进行碰伤时间分类。 以90个模拟表面碰伤的毛桃为实验样本, 分别采集毛桃碰伤12, 24, 36和48 h后的高光谱图像。 毛桃样品的光谱特征提取是采用感兴趣区域的100个像素点的平均光谱以防止单个像素点的光谱信息与整体光谱信息差距较大; 通过主成分分析(PCA)对毛桃图像进行降维后选取最能体现毛桃碰伤的PC1图像, 在 PC1图像的权重系数曲线中波峰波谷处挑选出4个特征波长点(512, 571, 693和853 nm)作为特征图像, 特征图像灰度化操作后计算得到平均灰度值作为毛桃碰伤图像特征。 最后基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法分别建立毛桃碰伤时间的光谱特征模型、 图像特征模型以及图像特征结合光谱特征模型共三种判别模型, 并且根据其分类准确率来判断模型的性能。 结果表明: 三种毛桃碰伤模型的分类准确率都随碰伤时间的增加而增加; 基于径向基核函数(RBF_kernel)建立的图像特征结合光谱特征的模型预测效果最好, 对碰伤12, 24, 36和48 h的毛桃样品识别正确率分别为83.33%, 96.67%, 100%和100%, 这可能是由于具有非线性特点的径向基核函数所建立的模型更加适合用于毛桃碰伤时间的分类。 图像特征结合光谱特征的模型能够较好地实现对水果碰伤时间的估计, 可为水果外部品质分选提供一定的参考和依据, 并对水果销售和深加工企业具有一定的借鉴意义。
高光谱成像 图像特征 光谱特征 最小二乘支持向量机 毛桃 碰伤时间 Hyperspectral imaging Image features Spectral features Least squares support vector machine Wild peach Bruising time 
光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2598
成龙 1,2,3丁雷 1,2张子儒 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot, FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统, 结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发, 阐述了该系统的基本工作原理, 使用HITRAN数据库模拟大气环境, 设计系统参数, 确定系统工作波段为1.57μm, 光源为L波段超辐射LED光源(Super LED, SLED), 能量波动值Rip为50dB, 输出功率为24.51mW, 接收端滤波器为光纤FP腔滤波器, 工作中心波长为1.55μm, 带宽为60nm, 通道间隔为50GHz, 设计系统探测误差为2×10-6。
CO2柱浓度 光纤FP腔 宽频光源 主动光学 CO2 column concentration fiber FP filter broadband light source SLED SLED active optics 
半导体光电
2020, 41(2): 268
作者单位
摘要
华东交通大学 机电与车辆工程学院,南昌 330013
为了建立醇类汽油定性定量分析判别的通用模型,采用WQF-510A傅里叶变换红外光谱仪与OPUS光谱采集软件获得甲醇汽油、乙醇汽油的中红外光谱。利用主成分(PC)分析和偏最小二乘(PLS)判别法对醇类汽油样品进行定性判别;通过无信息变量消除进行波段筛选,并基于无信息变量消除-偏最小二乘(UVE-PLS)和无信息变量消除-最小二乘支持向量机(UVE-LSSVM)两种方法分别建立醇类汽油的通用模型后用数据进行评价检验。结果表明,利用PC和DPLS对醇类汽油样品定性判别准确率达到100%;基于UVE-LSSVM方法建立的通用模型效果最好,决定系数和预测集均方根误差分别为0.945和2.187。该研究表明醇类汽油定性定量分析判别通用模型是可行的,该模型可以作为醇类汽油醇含量检测的技术参考和理论依据。
光谱学 通用模型 中红外光谱 无信息变量消除 最小二乘支持向量机 醇类汽油 spectroscopy general model mid-infrared spectroscopy uninformation variable elimination least squares support vector machines alcoholic gasoline 
激光技术
2019, 43(3): 363
付萍杰 1,2,*杨可明 1,2程龙 1,2王敏 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京 100083
2 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
3 华北理工大学, 河北 唐山 063210
土壤重金属污染问题一直备受关注, 利用高光谱遥感对其进行研究取得了大量的成果, 主要集中在利用土壤光谱的导数变换、 连续统去除等常规方法预测土壤重金属含量上。 土壤光谱数据与非线性非平稳的机电信号、 医学信号等具有一定的相似性。 通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT), 对土壤铅(Pb)污染光谱进行频率域分析, 实现土壤Pb污染光谱的HHT鉴别, 并建立土壤Pb含量预测模型。 首先, 进行土壤Pb污染实验, 采集土壤Pb污染样品的光谱、 含水率及有机质含量; 其次, 通过土壤Pb污染样品光谱的HHT时频分析和第二个本征模函数(intrinsic mode function, IMF)分量(IMF2)瞬时频率的二阶导数识别土壤Pb污染的特征波段; 最后, 选择合适的频率域参数、 土壤光谱一阶导数、 土壤有机质含量及土壤含水率作为参数, 利用箱形图、 聚类分析、 偏最小二乘法建立土壤Pb含量预测模型。 研究结果表明: 土壤Pb污染的HHT时频分析图可以鉴别土壤Pb污染光谱, 未受污染的土壤光谱HHT时频分析图在波段序列为250~430之间没有异常信号, Pb污染土壤的光谱HHT时频分析图在波段序列为250~430之间存在多个异常信号, 并且随着浓度的升高, 异常信号分布范围越来越广, 当污染浓度达到800 μg·g-1时, 土壤样品的光谱信号在波段序列为270处、 频率为0.3 Hz之前出现了较强的异常信号; 土壤Pb污染光谱经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)处理后, 得到的未受污染的土壤光谱IMF2的瞬时频率的二阶导数的突变非常微弱, 而Pb污染的土壤光谱IMF2的瞬时频率的二阶导数存在明显的突变点, 根据突变点及土壤Pb污染光谱的IMF2的瞬时频率的二阶导数识别的土壤Pb污染光谱的特征波段区间为2 150~2 300 nm; 利用不同浓度Pb污染下土壤光谱Hilbert能量谱峰值、 EMD能量熵、 一阶导数、 有机质和含水率, 通过箱形图去除了六组异常样品, 然后利用聚类分析的方法将去除异常样品后的土壤Pb污染样品分为两类, 最后将Hilbert能量谱峰值、 EMD能量熵、 2 134 nm波段一阶导数、 790 nm波段一阶导数、 1 276 nm波段一阶导数、 2 482 nm波段一阶导数、 有机质和含水率作为参数建立两类数据的BC-PLSR(boxplot cluster-partial least squares regression)模型预测土壤中Pb含量, 经验证模型精度较高, 相关系数分别为0.88和0.99。
土壤Pb污染光谱 HHT分析 瞬时频率 BC-PLSR模型 Soil Pb pollution spectra HHT analysis Instantaneous frequency BC-PLSR models 
光谱学与光谱分析
2019, 39(5): 1543

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