1 山东大学晶体材料国家重点实验室，晶体材料研究院，济南 250100
2 山东省工业技术研究院，济南 250100
蓝宝石单晶光纤结合了蓝宝石单晶熔点高、物理化学性能稳定的性能特点和光纤长径比大的结构优势，在高温传感、辐射探测等领域得到了广泛的研究。本文通过激光加热基座(LHPG)法成功制备出高质量蓝宝石单晶光纤，其最小直径为50 μm，具有极高的柔韧性。在此基础上系统研究了晶体取向、晶体直径、退火温度等因素对蓝宝石单晶光纤应力分布及力学性能的影响规律，所制备的蓝宝石单晶光纤抗拉强度超过3 000 MPa，展现出了优异的力学性能。
单晶光纤 蓝宝石光纤 单晶生长 激光加热基座法 光纤应力 抗拉强度 single crystal fiber sapphire crystal fiber single crystal growth laser-heated pedestal growth method fiber stress tensile strength
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
太赫兹源是太赫兹科学技术发展和相关应用研究的基础。超快激光为太赫兹的产生和探测提供了稳定、可靠的激发光源。超快激光泵浦各种激发介质可以产生太赫兹波，激发介质主要有4类：1）固体介质，如光电导天线、晶体等；2）气体介质，如空气；3）液体介质，如液态水、液态镓、液氮等；4）等离子体介质，如钛薄膜、金属铜箔。太赫兹场强的进一步提高催生了人们对强场太赫兹与物质的相互作用以及太赫兹非线性光谱学的研究，太赫兹不仅能作为探测物性的手段，其发射光谱亦可以实现对材料中非平衡态载流子与晶格、自旋等有序度的强耦合。本文综述了超快激光激发数种不同类型介质产生太赫兹源的国内外研究发展历程，包括其工作原理以及目前存在的问题，总结了目前强场太赫兹波在物态调控方面的应用，以及太赫兹时间分辨光谱在新型物态探测方面的应用，最后展望了太赫兹源未来的发展趋势和应用前景。
激光技术 超快激光 强场太赫兹波 物态调控 中国激光
2023, 50(17): 1714005
1 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
近年来，钙钛矿材料及器件由于其优异的光电特性取得了巨大的研究进展。特别是准二维卤化物钙钛矿材料，因其具有激子结合能大、激子‐光子强耦合和稳定性好等优点，在光电器件领域显示出很大的应用潜力。此外，准二维钙钛矿中自发形成的量子阱结构允许激子能量从小n相转移到大n相，能够有效促进激子利用率和粒子数反转，这使得准二维钙钛矿材料能够成为激光器中的光学增益介质。本文首先介绍了准二维钙钛矿的晶体结构和优异的光学性能，进而总结了调节准二维钙钛矿晶相结构的几种策略。最后，回顾了准二维钙钛矿微纳激光器的发展，并对准二维钙钛矿材料和激光器件的研究进行了总结和展望。
准二维钙钛矿 晶相调控 增益介质 激光器 quasi-2D perovskite crystal orientation gain medium laser
Tingyuan Jia 1,2,3Shaoming Xie 1,2Zeyu Zhang 1,2,3,4,*Qinxue Yin 1,3[ ... ]Yuxin Leng 1,2,3,5,***
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
4 School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
5 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
Bilayer graphene, which is highly promising for electronic and optoelectronic applications because of its strong coupling of the Dirac–Fermions, has been studied extensively for the emergent correlated phenomena with magic-angle manipulation. Due to the low energy linear type band gap dispersion relationship, graphene has drawn an amount of optoelectronic devices applications in the terahertz region. However, the strong interlayer interactions modulated electron-electron and electron-phonon coupling, and their dynamics in bilayer graphene have been rarely studied by terahertz spectroscopy. In this study, the interlayer interaction influence on the electron-electron and the electron-phonon coupling has been assigned with the interaction between the two graphene layers. In the ultrafast cooling process in bilayer graphene, the interlayer interaction could boost the electron-phonon coupling process and oppositely reduce the electron-electron coupling process, which led to the less efficient thermalization process. Furthermore, the electron-electron coupling process is shown to be related with the electron momentum scattering time, which increased vividly in bilayer graphene. Our work could provide new insights into the ultrafast dynamics in bilayer graphene, which is of crucial importance for designing multi-layer graphene-based optoelectronic devices.
terahertz ultrafast spectroscopy bilayer graphene Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 093701
Bayer阵列被广泛地应用于CMOS/CCD (complementary metal oxide semiconductor/charge-coupled device)等前端传感器中，用以对彩色图像进行压缩编码。通过解马赛克算法将Bayer阵列还原为红、绿、蓝彩色阵列，算法性能影响着成像有效分辨率和纹理细节。随着半导体工艺的发展和目标识别等新型应用需求的提出，图像设备向着高分辨率、低延迟的方向发展，原有的解马塞克算法遇到性能瓶颈。提出了一种基于FPGA (field programmable gate array)的实时解马赛克算法，能够准确地提取图像局部梯度方向并以引导实现色彩的插值复原，整体算法仅需7行数据延迟。算法设计充分考虑FPGA的硬件特点，设计了行缓存、梯度算子、梯度方向插值等模块，降低硬件开销。实验表明，本文算法在实现微米级延迟的同时，保持了对图像纹理细节区域的复原效果，在柯达数据集上的平均峰值信噪比达到38.26 dB。
Bayer阵列 解马赛克算法 FPGA 实时图像处理 Bayer array demosaicking algorithm FPGA real-time image processing
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合，通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息，为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化，同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备，具有先进的图像传感器和高性能的处理器，可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法，为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地，作为可移动通信终端，智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法，赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能，可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术，首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计，接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术，然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用，最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。
智能手机平台 计算光学显微成像 无线传输 即时检验 smartphone platform computational optical microscopy imaging wireless transmission point-of-care testing 红外与激光工程
2022, 51(2): 20220095
吉林大学地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026
我国耕地中盐碱土分布广泛, 这对现代农业发展和农村建设造成严重制约。 盐碱土壤表层中可溶性盐类(Ca2+, K+, Na+和Mg2+)的质量分数一般可以达到0.1%～0.2%以上。 这种土壤中浓度过高的离子通过渗透、 胁迫或者离子毒害, 妨碍植物对其他离子和营养元素的吸收, 危害作物的生长。 因此, 盐碱地改良是现代农业研究的一个重要方向。 准确、 快速测量盐碱土中高含量水溶性盐阳离子K+, Ca2+, Na+和Mg2+是盐碱土改良的重要基础和关键技术问题之一。 传统的分析流程是将盐碱土置于水中振荡若干小时后, 取上清液用原子吸收光谱法进行直接测定。 由于原子吸收光谱仪的检出限远远低于待测样品含量, 测试过程中需要进行多次稀释, 增大了测试的系统误差, 降低了实验结果的可信度。 因此, 提出用X射线荧光光谱仪分别测定盐碱土样品中Ca, K, Na和Mg元素的总含量以及一定振荡时间后残渣样品中的K, Ca, Na和Mg元素含量, 计算差值求得可溶性Ca2+, K+, Na+和Mg2+含量的方法。 将测试结果与原子吸收光谱法测定的结果进行对比, 并通过pH值、 电导率以及盐碱土中主要阴离子Cl-, SO2-4, HCO-3和CO2-3的含量变化特征加以佐证。 结果表明: X射线荧光光谱法测定分别振荡1～6小时后的样品中可溶性Ca2+, K+, Na+, Mg2+离子含量并无太大变化, 可以判断在振荡1 h后样品中的可溶性阳离子几乎全部溶出, 且X射线荧光光谱法的测定结果与原子吸收光谱法基本一致。 此外, 通过样品的pH值和电导率在1 h后发生突变, 以及通过离子色谱法和双中和指示剂法得到的盐碱土中主要阴离子含量变化特征也可以验证X射线荧光光谱法的可靠性。 X射线荧光光谱法间接分析盐碱土中高含量水溶性盐阳离子的方法, 具有操作简便、 安全可靠、 准确度高的优点。
盐碱土壤 X射线荧光光谱法 水溶性盐阳离子 Saline-alkali soil X-ray fluorescence spectrometry Water soluble salt cation 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1467
1 西安现代控制技术研究所, 西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
3 浙江万里学院, 浙江 宁波 315100
利用中心波长1 028 nm、重复频率50 kHz、脉冲宽度220 fs的超短脉冲激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响, 得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图, 得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10-4和+5.5×10-4.利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29 dB/cm; 通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95 dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中直接写入光波导, 在集成光学器件上具有广阔的应用前景.
集成光学 双线型波导 压低包层管状波导 飞秒激光光刻 掺Nd3+光热敏折变玻璃 Integrated optics Double line waveguide Tubular depressed cladding waveguide Femtosecond laser writing Nd3+ doped photo-thermo-refractive glass
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 教育部光学仪器与系统工程研究中心 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
分别以1 083 nm和1 550 nm波段的窄线宽连续光源为泵浦光和信号光, 搭建基于掺MgO周期铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)准相位匹配原理的差频非线性效应产生中红外激光实验系统.根据系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究.在泵浦光波长固定条件下改变信号光波长, 实现了窄线宽宽调谐中红外连续闲频激光输出, 波长覆盖范围为3 547.6~3 629.1 nm.当波长为1 082.8 nm的泵浦光和波长为1 549.7 nm的信号光功率分别放大到2.8 W和3.5 W时, 对波长为3 597.0 nm的中红外闲频光输出进行长时间功率扫描监测, 得到最大功率为3.2 mW, 功率抖动引起不稳定度小于±1.6%的高稳定的中红外窄线宽激光输出.该研究结果可为设计和研制多波长窄线宽中红外光源提供参考.
非线性光学 宽调谐中红外 差频产生 准相位匹配原理 周期性极化晶体 Nonlinear optics Wildly tunable infrared laser Difference frequency generation Quasi-phase-matching Periodically poled crystal
