1 河南工业大学理学院, 郑州 450000
2 上海大学理学院物理系, 上海 201900
本文采用热聚合法和水热法成功制备了ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂, 并对所制备样品的结构、形貌和光吸收性能等进行了表征和测试, 通过在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)和光解水产氢评估了样品的光催化性能。实验结果表明, 制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂性能均优于ZnO和g-C3N4样品。此外, 当ZnO和g-C3N4的摩尔比为1∶1时, 所制备ZnO/g-C3N4复合样品的光催化性能最好。一方面, 此样品仅在30 min后便达到了94.36%的降解率, 其降解速率分别是ZnO和g-C3N4的5.6和6.7倍; 另一方面, 此样品6 h光解水产氢量为11.75 mmol, 产氢速率是g-C3N4的7倍。研究表明, 所制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂在降解污染物和光解水产氢方面均展现出了优异的性能。同时, 本文还对ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂的光催化降解和产氢机理进行了研究。
ZnO/g-C3N4复合光催化剂 水热法 光降解 光解水产氢 活性自由基 ZnO/g-C3N4 composite photocatalyst hydrothermal method photodegradation photolysis aquatic hydrogen active free radical
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Bioelectronics, School of Biological Science and Medical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
3 Department of Physics and Astronomy, The University of Kansas, Lawrence, Kansas 66045, USA
4 Laboratory of Micro-Nano Optoelectronic Materials and Devices, Key Laboratory of Materials for High-Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
5 e-mail: qiannan@seu.edu.cn
6 e-mail: xcxseu@seu.edu.cn
Launching, tracking, and controlling picosecond acoustic (PA) pulses are fundamentally important for the construction of ultrafast hypersonic wave sources, ultrafast manipulation of matter, and spatiotemporal imaging of interfaces. Here, we show that GHz PA pulses can be all-optically generated, detected, and manipulated in a 2D layered heterostructure using femtosecond laser pump–probe. Based on an interferometric model, PA pulse signals in glass are successfully decoupled from the coexisting temperature and photocarrier relaxation and coherent acoustic phonon (CAP) oscillation signals of lattice in both time and frequency domains. Under selective interface excitations, temperature-mediated interfacial phonon scatterings can compress PA pulse widths by about 50%. By increasing the pump fluences, anharmonic CAP oscillations of lattice are initiated. As a result, the increased interatomic distance at the interface that reduces interfacial energy couplings can markedly broaden the PA pulse widths by about 150%. Our results open new avenues to obtain controllable PA pulses in 2D semiconductor/dielectric heterostructures with femtosecond laser pump–probe, which will enable many investigations and applications.
Photonics Research
2023, 11(12): 2000
蚁群算法是一种智能优化算法, 具有鲁棒性强、反馈信息精准、分布式计算能力强等优点, 被广泛应用于移动机器人的路径规划。针对原算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优等问题, 提出了一种改进蚁群路径规划算法。首先, 融合头脑风暴思想对解集进行更新变异, 在加快收敛的同时保证算法的多样性。其次, 利用局部路径注意力机制提取较好的路径段, 提高寻优效率, 且在信息素注意力机制中加入了自适应t分布, 避免算法陷入局部最优。新的信息素更新方式可以促进算法的全局搜索, 并且保障算法的收敛速度。最后, 在Matlab软件中进行了静态环境下的仿真实验, 验证了该算法的有效性和可行性。
蚁群算法 路径规划 头脑风暴 注意力机制 自适应t分布 ant colony algorithm path planning brainstorming attention mechanism adaptive t-distribution
首都师范大学物理系纳米光子与纳米材料北京市重点实验室，北京 100048
银纳米线可以承载传播的表面等离激元，纳米片可以产生局域的表面等离激元，二者形成的耦合结构不但可以将传播光场耦合为局域增强光场，还可以调控光场的偏振态等性质，为纳米光调控提供新的自由度。本团队构建了银纳米线‑三角片耦合结构，并发现耦合结构的发射偏振与纳米线‑三角片的耦合方式有关：当三角片与纳米线之间是“线”接触耦合时，耦合结构的发射偏振随着激发偏振的旋转而旋转；当二者是“点”接触耦合时，无论激发偏振如何变化，发射偏振角度几乎保持160°不变。进一步，利用时域有限差分法验证了出射偏振对入射偏振的依赖特性。通过计算自由电流密度体积分揭示了纳米线中传播的表面等离激元模式与银纳米线‑三角片耦合模式的转化机制，以及不同表面等离激元模式的叠加对发射偏振的调控。这些发现为纳米尺度上的光调控以及在纳米尺度上构建纳米光子器件提供了更多灵活性。
光学材料 表面等离激元 纳米结构 发射 偏振依赖性
南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
在过去的十几年中，衍射耦合超窄共振已经发展成为一个独立的、快速扩展的研究领域。这种共振模式通常被称为表面晶格共振，具有体积小、易集成、低功耗等特点。设计了一种性能优异且可规模化生产的表面晶格共振折射率传感器。利用时域有限差分法进行了仿真，对结构的光学性能进行了研究。采用纳米球光刻技术以及纳米压印技术，制备出大面积、高质量的银纳米环阵列，结构的灵敏度为663 nm/RIU，品质因数为9.2。通过改变结构的几何参数，不仅能实现对共振波的调谐，同时还能提高折射率灵敏度。所提传感器在生物传感领域具有潜在的应用前景。
传感器 表面等离激元 纳米环型阵列 自组装 纳米压印 生物传感
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明：系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。
F-θ镜头 畸变 等晕成像 半导体激光打标机 F-θlens distortion isoplanatic imaging semiconductor laser marking machine
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 战略支援部队航天系统部装备项目管理中心, 北京 100053
为了在室内检测光电测试设备在某种工况下的瞄准线稳定精度、稳定器稳定精度等指标, 需通过平行光管来提供无穷远目标。设计指标要求为: 采用透射式结构, 工作波段400~700nm, D=350mm, 焦距为2.8m, 视场角为3.5°, 全视场内实现复消色差。设计采用柯克三片分离式透镜作为初始结构形式, 根据宽光谱复消色差理论, 选取玻璃材料, 利用校正光学系统色差与二级光谱的条件计算各片透镜的光焦度, 求解光学系统初始结构; 根据大口径宽光谱平行光管像差要求, 引入色球差参数以及消二级光谱参数进行优化, 通过玻璃材料匹配, 实现复消色差。设计结果: 在不引入非球面的情况下, 系统接近理论衍射极限, 全视场波像差RMS值均优于λ/22, 全视场内实现了复消色差, 满足设计指标要求。
几何光学 光学设计 平行光管 复消色差 宽光谱 geometrical optics optical design collimator apochromatic wide spectrum
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 战略支援部队航天系统部装备项目管理中心, 北京 100053
基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。
离轴三反光学系统 初始结构计算 偶次非球面 公差分析 off-axial three-mirror system initial structure solution even aspheric surface tolerance analysis
1 安徽大学电气工程与自动化学院计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽合肥 230601
2 偏振光成像探测技术安徽省重点实验室, 安徽合肥 230031
由于高光谱图像存在较高的数据维数, 会给分类过程带来一些困难。为了提高分类的准确率, 提出了一种使用 3D卷积联合注意力机制的高光谱图像分类方法。首先, 将中心像素与周围相邻的其它像素进行配对, 可以通过配对构成多组新的像素对, 充分利用了像素之间的邻域相关性。接着, 将像素对放入 3D卷积联合注意力机制网络框架中进行分类, 它能够对高光谱图像中的特征进行选择性的学习。最后, 通过投票策略获得像素标签。实验是在两个真实的高光谱图像数据集上进行。结果表明, 所提出的方法充分挖掘了高光谱图像的光谱空间特征, 能有效地提高分类精度。
高光谱图像分类 注意力机制 深度学习 像素配对 hyperspectral image classification, attention mech
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
以同轴三反像差理论为基础,运用仿真软件确定满足设计要求的初始结构参数,基于三镜同轴,入射光束离轴,主镜和三镜顶点相交的光学设计理念,设计出一种易于装调、精度保证的离轴三反光学系统。该系统结合数字微镜器件目标生成器为装甲车辆提供动态实时模拟目标。该光学系统的工作波段为200~1200 nm,焦距为2800 mm,视场为2°,入瞳直径为350 mm。设计结果表明,本光学系统最大相对畸变为0.1056%,各视场的波像差均优于λ/40(主波长λ=636.3 nm)。在70 lp/mm下,本系统的调制传递函数(MTF)均优于0.54,接近衍射极限,成像质量好,满足无穷远动态目标模拟需求;对加工和装配进行公差分析后可知,光学系统的MTF值大于0.4。
光学设计 动态目标模拟 离轴三反光学系统 公差分析 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 012203
