1 1.同济大学 材料科学与工程学院, 上海 201804
2 2.同济大学 教育部土木工程先进材料重点实验室, 上海 200092
硼硅酸盐生物玻璃以其稳定的结构和优异的生物活性而受到广泛关注, 但生物玻璃在矿化过程中活性呈现初期快而中后期慢的趋势, 造成后期的活性降低。光热可加速生物玻璃降解, 本研究制备了以氮化钛为核、生物玻璃(40SiO2-20B2O3-36CaO-4P2O5)为壳的复合生物玻璃, 利用光热场干预生物玻璃的矿化过程。结果表明, 生物玻璃具有显著的光热效应, 光热能力随氮化钛掺杂量和激光功率密度的增加而提高；在体外浸泡中, 近红外光辐照促进了生物玻璃的降解, 浸泡7 d后模拟体液中钙、硼的含量分别增加12%~16%和8%~11%, 加速了羟基磷灰石的生成；细胞增殖活性实验表明样品有良好的生物安全性。因此, 光热场可促进生物玻璃降解和矿化, 对周围细胞影响小, 有望在保障初期生物安全的同时发挥调节作用。
硼硅酸盐生物活性玻璃 核壳结构 光热性能 矿化性能 borosilicate bioactive glass core-shell structure photothermal performance mineralization 
Author Affiliations
Abstract
Shandong Provincial Engineering and Technical Center of Light Manipulations & Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
In light of the powerful light manipulation ability of holographic metasurfaces, optical imaging with wavelength multiplexing and polarization multiplexing is performed in this paper. The metasurface is composed of identical rectangular nanoholes etched in silver film. Three imaging effects, including the in-plane color imaging, three-dimensional wavelength-encrypted imaging, and polarization-multiplexing wavelength-encrypted imaging, are realized. The designed metasurface has compact structure, and the obtained image has lower noise. The simulation and experiment results give the verification. Multiple images, including spatial multiplexing, wavelength multiplexing, and polarization multiplexing, exhibit immense potentialities of metasurfaces, and this work is helpful for expanding the applications of metasurfaces.
metasurface holography optical encryption color imaging Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 100501
1 西北工业大学, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
2 深圳中广核工程设计有限公司, 深圳 518124
3 西北工业大学深圳研究院, 深圳 518063
自从1895年伦琴发现X射线以来, 辐射探测技术快速发展, 被广泛应用于医疗影像、安检安防、工业无损检测、核安全监测、资源勘探、基础科学和空间科学等诸多领域。从探测材料和工作原理划分, 辐射探测器主要可分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。本文从各类射线与半导体材料的相互作用以及半导体探测器工作原理和信号处理过程入手, 探讨了不同辐射类型、不同应用需求对半导体辐射探测器的性能要求以及探测器设计要点, 并按照元素族序的顺序对半导体材料在辐射探测领域的性能表现和研究进展进行了综述。
核辐射探测器 半导体 伽马射线探测器 X射线探测器 粒子探测器 CdZnTe探测器 硅探测器 nuclear radiation detector semiconductor gamma ray detector X-ray detector particle detector CdZnTe detector silicon detector
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
4 中国电子科技集团公司第二十三研究所, 上海 201900
相干探测应用对光纤时频同步技术提出了新的需求,在频率同步的基础上还要能保证相位同步,并且要求低相位噪声传输。为此,研究了一种具有相位噪声净化功能的光纤绝对一致相位同步系统。首先,通过电学锁相环净化频率信号的远端相位噪声,降低了1 GHz频率信号经过26 km长光纤传输后恶化的相位噪声,比如在100 kHz频率偏移处,相位噪声降低了17.0 dB。随后,通过控制时间脉冲的往返延迟和频率信号的往返相移,实现了本远端相位差的绝对一致。当系统经历关闭重启和更改光纤链路操作后,相位差的平均值表现出约2π全周期的1%的不一致性。所设计系统可以在实现频率信号的低相位噪声传输的同时较好地保证了相干性,在相干阵列探测等场景具有重要的应用价值。
光纤光学 光纤链路和子系统 相位同步 相位噪声 不一致性 中国激光
2021, 48(21): 2106001
太赫兹波谱与成像北京市重点实验室, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京成像技术高精尖创新中心, 首都师范大学物理系, 北京 100048
许多生物大分子的振动和转动能级都在太赫兹波段, 且太赫兹波具有光子能量低, 峰值功率高的特点, 因此用太赫兹技术进行检测, 能够从很大程度上保证生物分子不被破坏。 然而, 大部分的生物分子只有在水溶液中才能保持其生物活性, 且水是极性分子, 对太赫兹波有强烈的吸收, 因此使用常规的太赫兹技术检测水溶液中生物样品的特性存在一定困难。 设计了一种具有夹层结构的太赫兹微流控芯片, 包含基片、 盖片和微通道层, 基片和盖片用环烯烃共聚物(COC)和有机玻璃(PMMA)作为材料。 COC材料对太赫兹波具有高透性, 并且对可见光透明, 是制作太赫兹微流控芯片的理想材料, 但是价格昂贵且不易获得。 为了减少COC的用量, 将COC嵌入到基片和盖片的PMMA中, 保证太赫兹波能从COC中穿过。 COC的直径为5 mm, 厚度与PMMA材料一致, 都为2 mm, 与微通道中心对准。 选用厚度为50 μm的强粘性双面胶作为微通道层, 将双面胶的中心进行镂空处理作为微通道, 其长为3 cm, 宽为4 mm。 基片、 盖片和微通道层紧密粘合在一起构成太赫兹微流控芯片, 太赫兹探测区直径为4 mm。 将微流控技术与太赫兹技术相结合, 减少了样品的消耗量, 缩短了太赫兹波与样品的作用距离, 为液态样品的检测提供了可能。 研究发现, 水对太赫兹波的强烈吸收主要是由于水中氢键引起的, 而电解质溶液会对水溶液中的氢键产生影响。 以电解质溶液为研究对象, 分别配置了不同浓度的KCl, K2SO4, CuCl2和CuSO4溶液, 利用太赫兹微流控技术研究了它们的太赫兹透射谱。 结果表明: 四种电解质溶液的太赫兹透射强度都低于纯去离子水的透射强度, 但实验现象也有差别, CuCl2溶液随浓度增加, 太赫兹透射强度增加, 而KCl, K2SO4和CuSO4溶液则随着浓度的增加, 太赫兹透射强度减小。
太赫兹 微流控芯片 电解质 氢键 透射强度 Terahertz Microfluidic chip Electrolyte Hydrogen bond Transmission strength 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2018
太赫兹光电子学教育部重点实验室, 太赫兹波谱与成像北京市重点实验室,北京成像理论与技术高精尖创新中心, 首都师范大学物理系, 北京 100048
许多生物分子自身的转动、 振动或分子团的整体振动模式都位于太赫兹波段内, 因此可以利用太赫兹光谱技术对生物分子进行检测。 同时又由于太赫兹波的光子能量仅为毫电子伏量级, 不会对分子的内部结构造成破坏, 所以太赫兹时域光谱技术在生物检测方面具有良好的应用前景。 众所周知, 绝大多数的生物分子只有在液体条件下才能发挥其生物活性, 所以研究液体环境下生物分子之间的相互作用就非常必要。 然而水分子的转动模式、 振动模式以及和氢键有关的能量均处于太赫兹波段, 从而对其产生强烈的吸收; 另外, 水分子为极性分子, 而极性分子对太赫兹波有强烈的共振吸收, 这就使利用太赫兹技术对生物分子活性进行动态表征产生了困难。 因此在研究溶液中的生物分子与太赫兹波的相互作用时, 最大限度地减小水分子对太赫兹波的吸收就成为近年来的研究热点。 目前, 减少水对太赫兹波吸收的主要方法有: 在溶液样品中加入抑制氢键缔合的离子来减小水对太赫兹的吸收; 通过改变溶液的温度来调节水对太赫兹的吸收; 利用微流控芯片技术, 通过减小被测样品与太赫兹波的作用距离来减小水对太赫兹波的吸收。 另外, 激光的激励、 电场或磁场的处理, 也能改变水对太赫兹波的吸收, 将盛有去离子水的微流控芯片放于电场中, 研究经电场处理不同时间的去离子水对太赫兹吸收强度的影响。 结果发现, 太赫兹波的透射强度随着去离子水在电场当中静置时间的增加而增强, 当在电场中静置60 min时, 太赫兹的频谱强度达到最大, 与空气的频谱强度接近。 由此可以推断外加电场使水分子的偶极矩发生了变化, 从而对整体水分子的振动和转动产生了影响, 并且改变了水中的氢键结构, 导致了太赫兹透射光谱强度的增强。
太赫兹 微流控芯片 去离子水 电场 吸收特性 Terahertz Microfluidic chip Deionized water Electric field Absorption characteristics 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1683
太赫兹光电子学教育部重点实验室, 太赫兹波谱与成像北京市重点实验室, 北京成像理论与技术高精尖创新中心, 首都师范大学物理系, 北京 100048
太赫兹（THz）波在物质检测方面发挥着巨大的作用, 是一种非常有潜力的生化传感工具。 但是传统的太赫兹时域光谱系统（TDS）结构复杂, 系统的集成度低, 占用空间较大。 所以, 如何对THz波进行有效引导、 实现集成化传输并得到高质量光谱就成为太赫兹光谱系统的研究热点。 太赫兹片上系统是将THz的产生、 传输以及探测都集成到同一芯片上, 然后通过相干探测的方法获得THz时域光谱。 它可以实现对多种样品的检测, 尤其在对难于取样的微量样品探测方面具有广泛的应用价值。 它无需光路准直, 操作简便, 成品率高。 两个研究工作都是基于低温砷化镓(LT-GaAs)外延片开展的。 首先将一根直径为200 μm的铜线固定在LT-GaAs外延片的上方, 通过真空蒸镀的方法制备出天线电极, 同时得到天线间隙, 研制出基于LT-GaAs外延片的THz天线。 利用波长为800 nm的飞秒激光对其进行测试, 得到了质量较高的THz信号, 验证了天线的实用性。 然后在另一外延片上利用光刻微加工工艺制作出传输线和微电极, 得到了集成的THz片上系统。 使用波长为1 550 nm的飞秒激光分别激发片上系统的太赫兹产生天线和探测天线, 天线产生的太赫兹波在传输线上传播, 在探测端同样得到了质量较高的THz时域信号, 证实了THz片上系统的可行性。 该方法省去了腐蚀牺牲层以及LT-GaAs薄膜的转移、 键合等步骤, 极大地提高了片上系统的成品率, 避免了薄膜转移过程中易破碎及腐蚀液存在毒性的问题。 最后, 研究了外加电压对从片上系统中获得的THz波性能的影响, 结果为电压越高, THz波的信号强度越强; 另外, 通过在传输线上方垂直放置铜箔的方法验证了THz波沿着传输线传播的事实。 该研究中采用的基于LT-GaAs外延片的片上系统的制备方法简单, 制作周期短, 制作过程安全, 应用领域广泛, 这为将来与微流控芯片相结合实现对液体样品的探测打下了基础。
太赫兹 外延片 光电导天线 片上系统 Terahertz Epitaxial wafer LT-GaAs LT-GaAs Photoconductive antenna System on chip 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1373
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
将保偏全光纤环形谐振腔作为转移腔,实现了1550 nm参考激光器到1572 nm从激光器的频率稳定度转移,并研究了温度对光纤谐振腔长期稳定性的影响。理论和实验表明,仅通过压电陶瓷调谐腔长不能很好地实现频率稳定度转移。因此,提出用压电陶瓷快反馈和温控实现环形腔的稳定度转移,可使从激光器的频率稳定度在积分时间为1 s时的阿伦方差为2×10 -12,在积分时间为1000 s时的阿伦方差为5×10 -12。
激光光学 激光稳定性 频率稳定度 保偏全光纤环形谐振腔 转移腔 温度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
光纤延迟环型射频存储技术因其大瞬时带宽、快速响应能力等优势在电子干扰领域备受关注。为了实现复杂脉冲信号的多样式存储,先后实现了移频型、门控半导体光放大器(SOA)型、级联型等不同光纤延迟环结构,通过对延迟环结构的对比分析和优化设计,获得了高保真、高分辨率、长时延、脉宽可重构的多功能存储方案。级联存储结构,实现了超过2000次脉冲复制、大于500 μs的高分辨率长时延存储,以及200 ns~10 μs的脉宽重构,可广泛应用于大范围脉宽、快速长时延存储和复杂调制格式等不同场景中。
光纤光学 射频存储 门控半导体光放大器 移频光纤环
1 电子信息控制重点实验室, 四川 成都 610036
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
随着高精度光钟及其各种应用的发展,人们对时频传输技术的精度要求越来越高。基于光纤的时频传输技术已经较为成熟,而自由空间激光时频传输技术可以应用在不方便铺设光纤、快速机动场合以及星地、星间时频传输领域。介绍了国内外在近地空间以及星地间进行时频传输的研究现状,并对其未来的发展趋势进行了展望。未来自由空间激光时频传输将会朝更高的传输精度、时频传输、测距、通信一体化以及时频空间组网的方向发展。
光通信 时频传输 自由空间 光钟比对 光频梳 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170004
