施宇智 1,2,3,4,*赖成兴 1,2,3,4夷伟成 1,2,3,4黄海洋 1,2,3,4[ ... ]程鑫彬 1,2,3,4,**
1 同济大学物理科学与工程学院，同济大学精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地，上海 200092
4 上海市全光谱高性能光学薄膜器件及应用专业技术服务平台，上海 200092
5 香港理工大学电机与电子工程学系，香港 999077
6 新加坡国立大学电气与计算机工程系，新加坡 117583
光镊技术利用光和物质之间动量交换产生的光力对细小颗粒进行操控，具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点，在基础物理、量子计算、生物医学等领域得到了广泛的应用。其中，横向光力（也称光横向力，OLF）是一种垂直于光的传播方向且与场强度梯度无关的特殊光力。近十年来，OLF的理论研究和实验探索成为了热点课题，在手性颗粒等超精密分选、光动量探测等方面有重要应用。从OLF的原理和产生条件、不同物理机制，以及在生物医学和物理化学等领域的应用等方面出发，对OLF的发展进行回顾和讨论，并对新的产生机制和更多的潜在应用与挑战进行展望。
横向光力 角动量 光学操控 光学自旋 手性颗粒 冯超 1,2,3何涛 1,2,3,*施宇智 1,2,3王占山 1,2,3程鑫彬 1,2,3
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地，上海 200092
偏振作为光场的基本自由度，在众多光学技术领域中有着十分广泛的应用。光学器件的偏振操控性能常用琼斯矩阵来表示，琼斯矩阵中可控通道数目的多少表征了对应光学器件的偏振调控能力强弱。随着光学技术的蓬勃发展，诸如偏振成像、通信编码、光学加密等前沿应用迫切需要光学器件能够独立调控多个琼斯矩阵通道，同时兼顾小型化。超表面作为由人工亚波长微结构按照特定序列排列而成的平面光学器件，天然具备集成化的优势，且对电磁波具有强大的调控能力，有望在偏振光学器件领域发挥巨大作用。从超表面的相位、振幅调控机理出发，按照可调控的通道数目从少到多对超表面调控琼斯矩阵的发展进行了系统梳理，并对超表面琼斯矩阵调控技术的未来发展进行了展望。
超表面 琼斯矩阵 偏振调控 多功能集成 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0123001
1 中交一公局集团 华中工程有限公司, 武汉430013
2 大连海事大学 道路与桥梁工程研究所, 大连116026
针对青岛地铁13号线嘉陵江路站~香江路站区间隧道面临的邻近既有建筑物施工难题, 提出了一种新的邻近建筑物的机械开挖联合爆破施工方案, 方案中使用台阶法进行开挖, 上台阶处于软弱地层, 使用机械法进行掘进, 下台阶处于坚硬地层, 使用钻爆法进行掘进。应用FLAC3D数值计算软件并使用基于爆破等效荷载的方法, 对机械开挖联合爆破施工方案和传统全断面爆破方案所导致的邻近建筑物振速进行对比分析。结果表明: 机械开挖联合爆破方案下, 各个监测点的振速峰值较全断面爆破均有显著减小, 最大降幅为61.1%, 在工程允许的范围内, 论证了新方案的合理性。通过建筑物沉降、围岩塑性区、建筑物振速等指标对机械开挖联合爆破方案的开挖进尺和装药量等施工参数进行了比选, 最终确定上台阶机械开挖进尺为0.5 m。并对优化后的参数施工效果进行了监测评价, 使用机械开挖联合爆破施工方案顺利地解决了工程中遇到的难题, 并将预计工期缩短3个月, 说明了提出的爆破施工方案及参数的合理性, 以及计算结果的有效性。
隧道爆破 等效荷载 方案比选 施工参数 tunnel blast the equivalent load scheme comparison and selection construction parameters
1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
3 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
4 张江实验室，上海 201210
束流轨道优化是短波长自由电子激光调试放大过程的关键环节。在实际实验中，需要花费大量的时间来调整参数，以校正轨道。为简化该多参数调优过程，研究了基于深度强化学习的自动优化技术，在仿真环境中使用SAC、TD3和DDPG算法调整多个校正磁铁，以优化自由电子激光的输出功率。为模拟实际实验中非理想的轨道状态，在第一节波荡器入口处设置一磁铁以偏转束流轨道。随后利用深度强化学习算法自动调节后续7个磁铁以校正轨道。结果表明，通过引入偏差将输出功率降低一个数量级后，基于最大熵原理的SAC算法将功率恢复到初始值的98.7%，优于TD3与DDPG算法。此外，SAC算法表现出更强的鲁棒性，有望后续应用在我国X射线自由电子激光装置中实现自动调束。
激光光学 自由电子激光 轨道校正 输出功率 深度强化学习 多参数优化 光学学报
2023, 43(21): 2114002
强激光与粒子束
2023, 35(9): 094001
1 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海光源中心，上海 201204
基于回声增强高次谐波产生，提出了能够产生软X射线波段双色自由电子激光脉冲的方案，并对该方案进行了理论模拟和关键技术研究。研究给出了双色种子激光的产生方案，搭建了双色种子激光系统，该系统可以产生中心波长分别为264.8 nm和265.3 nm、脉冲延时可调的双色种子激光。基于该双色种子激光，在模拟中最终可以得到波长分别为5.884 nm和5.894 nm、峰值功率约为300 MW、脉冲延时可调的软X射线双色自由电子激光辐射脉冲。
X射线光学 双色 软X射线 自由电子激光 回声增强高次谐波产生
西安建筑科技大学材料科学与工程学院, 西安 710055
用硅溶胶对硅莫砖再生骨料进行浸渍处理, 研究了硅溶胶含量(质量分数)对骨料性能的影响。用扫描电子显微镜和能谱仪对浸渍后硅莫砖骨料的显微结构进行表征。通过水润湿角测试判断硅莫砖骨料的水润湿性。结果表明: 骨料经浸渍处理后, 吸水率从6.9%降低到2.6%。骨料的水润湿性有了较大的改善, 水润湿角从55°降低到7°。将浸渍后的硅莫砖替代棕刚玉, 作为再生骨料应用于Al2O3-SiC-C浇注料中, 当硅溶胶含量为15%浸渍的硅莫砖骨料替代棕刚玉时, 1 450 ℃热处理后浇注料的显气孔率最低(17.1%), 常温耐压强度最高(73.7 MPa), 比以棕刚玉为骨料的浇注料的强度提高了45.7%, 浇注料热震后残余抗折强度和残余抗折强度保持率分别提高了69.4%和24.1%, 综合性能最佳。
硅莫砖 再生骨料 氧化铝-碳化硅-碳铁沟浇注料 硅溶胶 抗热震性 spent mullite-silicon carbide brick recycled aggregates alumica-silicon carbide-carbon iron trough castabl silica sol thermal shock resistance
强激光与粒子束
2022, 34(10): 104001
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学理学部,北京 100124
3 北京工业大学,跨尺度成型制造技术教育部重点实验室,北京 100124
4 北京工业大学,北京市激光应用技术研究中心,北京 100124
采用溶剂热法分别制备了球形银纳米颗粒和多形貌银纳米颗粒, 其中球形银纳米颗粒具有400 nm的窄带等离激元共振峰, 而多形貌银纳米颗粒的共振区间在400~700 nm之间, 将它们分别掺入R6G与PVP的混合溶液中, 利用旋涂法在玻璃基板上制备银纳米颗粒嵌入染料掺杂聚合物薄膜随机激光器。 采用纳秒脉冲激光进行随机激光泵浦实验, 实验结果表明球形银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜只有自发辐射峰, 而多形貌银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜具有线宽<0.8 nm的相干随机激光发射光谱, 其阈值为1.9 mJ·cm-2, 这可能是由于银纳米颗粒的等离激元共振区间与R6G的发射光谱重叠, 支持局域等离激元效应的形成, 明显的局域场增强有效地改善了与附近分子的相互作用, 从而激发了更多的辐射光子, 促进了高增益的形成。 进一步, 利用多形貌银纳米颗粒在银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜中随机分布的特性, 通过改变泵浦位置, 实现了20 nm范围内的随机激光输出波长的调控, 具体输出范围为590.1~610.4 nm。 认为这是由于多形貌银纳米颗粒在不同位置的组成和分布不同, 改变了表面等离激元的相互作用和光子的散射能力, 从而形成不同的增益效应和不同的封闭光振荡路径。 此外, 考虑到多形貌银纳米颗粒的共振波长较宽, 探究了其用于输出其他颜色光的可能性。 以与上述银纳米颗粒R6G染料掺杂聚合物薄膜相似的制备方法, 制备了多形貌银纳米颗粒掺杂DCJTB染料聚合物薄膜, 并且进行随机激光泵浦实验。 结果表明, 可以有效的产生波长为675 nm, 半高宽<0.8 nm的相干红光随机激光, 并且阈值仅为0.98 mJ·cm-2。 研究结果在宽带可调谐随机激光器研究以及多色随机激光器研究领域具有重要的参考价值。
激光光谱 随机激光 多波长激光输出 表面等离激元共振 吸收光谱 Lasing spectrum Random laser Multi-wavelength Plasmonic Absorption spectrum 强激光与粒子束
2022, 34(3): 031020
