史丽娜 1,2王鹏飞 1,*刘俊标 1,2,**王岩 1[ ... ]韩立 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院电工研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
环境扫描电子显微镜(ESEM)能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差,采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题,最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题,本文从电子光学理论出发,综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构,将两者结合在一起进行优化设计,提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法,并搭建了实验平台,开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明,在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下,工作距离为15 mm时,20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。
电子光学 物镜 可变真空结构 压差光阑 节流管 
光学学报
2024, 44(5): 0522002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Xi’an 710119, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
Silicon waveguides typically exhibit optical anisotropy, which leads to polarization correlation and single-polarization operations. This consequently creates a demand for polarization-control devices. This paper introduces a CMOS-compatible O-band reconfigurable TE/TM polarization rotator comprising two symmetrical polarization rotator–splitters and phase shifters. This configuration enables dynamic conversion of any linear polarization to its quadratic equivalent. Experimental results indicate that the reconfigurable polarization rotator exhibits an insertion loss of less than 1.5 dB. Furthermore, the bandwidth for a polarization extinction ratio beyond 15 dB exceeds 60 nm.
silicon-based optoelectronics polarization rotation polarization switch 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011303
作者单位
摘要
1 中国科学院电工研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
目前,国产大功率端窗X射线管存在束流和功率小于设计值的问题。从热电子发射理论和空间电荷受限发射理论出发,对大功率端窗X射线管的束流进行优化研究。在理论仿真中,计算两种理论模型下的电子束轨迹、束流大小和靶面焦斑。计算分析表明,现有问题主要是灯丝附近的电势分布不合理造成的。基于这一分析,对现有结构提出两种优化方案:一种不改变现有结构仅通过改变灯丝电势来克服灯丝附近的空间电荷效应;另一种通过改变灯丝位置来使灯丝附近的加速电压分布更加合理。基于这两种优化方案,再次进行仿真计算,计算结果显示,两种方案可以有效提高现有大功率X射线管的束流。最后设计了验证性实验,测得了该结构在额定最大灯丝电流下的温度限制束流大小,并验证了仿真计算的准确性,同时也验证了提出的两种优化方案的可行性。
X射线源 空间电荷限制 热电子发射 性能优化 
光学学报
2023, 43(22): 2234001
王鹏飞 1程威 1苍昭 2田庄 2[ ... ]恽斌峰 1,*
作者单位
摘要
1 东南大学先进光子学中心,江苏 南京 210096
2 东南大学电子科学与工程学院,江苏 南京 210096
基于微环谐振腔的微波光子滤波器(MPF)以其优异的可调谐特性得到了广泛关注和研究,但通常微环的带宽决定了所实现的MPF带宽,进而限制了滤波分辨率。本文提出并验证了一种基于三微环级联的MPF,相比单个微环,通过多引入两个微环谐振腔,使光载波与±1阶光边带拍频后的相位差谱从0~π变得更陡峭,从而实现了MPF带宽压缩。实验结果表明,本文提出的基于级联三微环的MPF在不提升微环本身Q值的前提下,相比基于单微环的MPF,滤波带宽压缩了约69%,3 dB衰减斜率提高了约3.6倍,实现了更精细的滤波;另外,该MPF还实现了11.5~20.3 GHz的频率连续调谐和187.1~1597.0 MHz的带宽连续调谐。
集成光学 微环谐振腔 微波光子滤波器 带宽 可调谐性 
光学学报
2023, 43(22): 2213001
Author Affiliations
Abstract
Centre for THz Research, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
We propose and experimentally demonstrate a high quality (Q)-factor all-silicon bound state in the continuum (BIC) metasurface with an imperforated air-hole array. The metasurface supports two polarization-insensitive BICs originated from guided mode resonances (GMRs) in the frequency range of 0.4 to 0.6 THz, and the measured Q-factors of the two GMRs are as high as 334 and 152, respectively. In addition, the influence of the thickness of the silicon substrate on the two resonances is analyzed in detail. The proposed all-silicon THz metasurface has great potential in the design and application of high-Q metasurfaces.
bound state in the continuum all-silicon metasurface high-quality factor terahertz 
Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113601
李生武 1,2万瑞 1,2马园 1,2曹欣 1,2[ ... ]王鹏飞 1,2,*
作者单位
摘要
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 材料科学与光电技术学院,北京 100045
3 西安交通大学 电子与信息学部,西安 710049
激光驱动惯性约束聚变(ICF),因有望解决全球能源危机问题而备受瞩目。然而,熔石英作为ICF装置终端光学组件中一类重要的功能性紫外元件,其高能激光诱导损伤问题成为限制ICF装置输出能量向更高更强方向发展的关键因素。因此,ICF装置负载能力继续提升对新型高抗强激光损伤紫外元件提出重大应用需求。综述了中国科学院西安光学精密机械研究所研制的紫外氟磷玻璃在高能紫外激光损伤方面的研究现状,并分析了现存的实际问题,最后对高抗损伤紫外氟磷玻璃的发展方向进行了展望。
惯性约束聚变 激光诱导损伤 氟磷玻璃 inertial confinement fusion laser-induced damage fluorophosphate glass 
强激光与粒子束
2023, 35(8): 081002
作者单位
摘要
1 福州大学 机械工程及自动化学院,福建 福州 350000
2 清华大学 物理系,北京 100084
光电探测器在许多应用中发挥着关键作用,例如遥感、夜视、侦察、医学成像、热成像和化学检测。随着光电探测任务的逐渐复杂化,工作在不同波段的光电探测器逐渐被集成用于对同一场景的宽光谱探测。受限于集成系统的体积和任务模块,常规的宽谱探测任务往往需要多个不同波段的探测器协同工作,极大增加了系统复杂度,因此具有超宽带探测(紫外-可见-红外-太赫兹)能力的光电探测器逐渐成为国际研究的前沿热点。但是迄今为止,有关超宽带光电探测器的综述还没有见诸报道。因此,本文系统整理了超宽带光电探测器在过去十年的研究进展。文章首先介绍了衡量光电探测器响应性能的指标以及常见光电探测器的主要类型,在此基础上重点回顾了不同类型超宽带光电探测器的研究进展、发展现状、面临的挑战,并展望了未来的研究方向。
超宽带 光电探测器 响应机理 器件类型 ultra-broadband photodetector response performance device type 
红外与毫米波学报
2023, 42(2): 169
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
3~5 μm波段包含了大气的传输窗口和许多气体分子的吸收带,因而3~5 μm中红外光纤激光器在大气遥感、生物医学、材料加工等领域具有广阔的应用前景。近年来,中红外光纤激光器的输出波长不断向长波长扩展,而实现中红外光纤激光输出的关键在于增益光纤材料的选择。氟铟基玻璃具有较宽的中红外透过窗口和较低的声子能量,因而氟铟基玻璃可以作为增益光纤材料应用于中红外光纤激光器领域。文中综述了从20世纪80年代至今,稀土离子掺杂氟铟基玻璃及氟铟基光纤激光器的代表性研究成果,回顾了氟铟基玻璃组分和玻璃结构的研究历程,介绍了氟铟基光纤的制备工艺,简述了稀土离子掺杂氟铟基玻璃和稀土离子掺杂氟铟基光纤激光器的最新研究进展。2018年,加拿大拉瓦尔大学的Maes等人利用Ho3+掺杂氟铟基光纤作为增益介质,在中红外光纤激光器研究领域取得突破性进展,在室温下获得了输出功率接近200 mW的3.92 μm光纤激光输出。最近,利用1150 nm激光作为泵浦源以及自研的Ho3+/Pr3+共掺杂氟铟基光纤作为增益介质,实现了~2.9 μm波段中红外光纤激光输出,其最大输出功率为1.075 W,相应斜率效率为17.6%。未来,通过制备双包层氟铟基光纤和氟铟基光纤光栅,有望搭建全光纤化中红外光纤激光器,实现更高功率的3~4 μm波段中红外光纤激光输出。
中红外激光 氟铟基玻璃 氟铟基光纤 Ho3+掺杂 mid-infrared laser fluoroindate glass fluoroindate fiber Ho3+ doped 
红外与激光工程
2023, 52(5): 20230149
孙伟民 1,*陈旭东 1闫奇 1,2耿涛 1[ ... ]王鹏飞 1
作者单位
摘要
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院, 山东 烟台 264006
3 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心, 山东 青岛 266000
4 中国科学院云南天文台, 云南 昆明 650011
三维成谱成像技术是一种能够对观测视场中的所有展源目标进行实时光谱获取的技术, 它可以通过单次采样同时获得目标光谱域和二维空间域信息。 光纤积分视场单元(IFU)则是天文三维成谱成像技术的关键器件, 通过将接收的像面切分, 将像面信息细分到若干单元传递至光谱仪, 在此过程中二维的展源目标被重整为互不干扰的线性排列供光谱仪进行采样提取, 能有效提高天文观测的时间分辨率。 介绍一种具有242光纤单元的IFU, 该IFU目前应用于中科院云南天文台的光纤阵列太阳光学望远镜(型号FASOT-1B)系统。 为满足FASOT-1B的指标要求, 获得高传输效率、 高光谱分辨率和高时间分辨率观测效果, 该IFU采用微透镜阵列加光纤阵列的结构, 该微透镜为正六边形球面镜, 实现接近100%的空间填充率。 综合考虑光纤积分视场单元前置望远镜系统和后端光谱仪系统的设计参数, 优化设计了一对11×11的微透镜阵列, 相邻微透镜间距300 μm, 每个微透镜对应天区1.5″, 以焦比F/8.2将接收到的光汇入与其对应的光纤纤芯中。 系统分析光纤芯径与光谱仪光谱分辨率间的关系, 设计的光纤规格为: 35/105/125 μm, 该设计既能满足光纤接收微透镜所传递的全部光信息, 同样可以得到系统需求的光谱分辨率和相对短的狭缝宽度。 量化分析IFU阵列端光纤直径与微微孔深度对光纤实际入射焦比的影响, 选定的微孔尺寸直径130 μm, 深3 mm。 阵列端二维排布的光纤在赝狭缝端经过重整, 以线性排列将光信息导入光谱仪, 相邻光纤间距130 μm。 整个IFU的能量传输效率均值77.7%, 波动值RMS 1.6%; 所有光纤出射焦比EE90均慢于F/7。 IFU出射端(赝狭缝端)光纤横向(排列方向)偏移量RMS值小于2.7 μm, 纵向(垂直于排列方向)偏移量RMS值小于1.8 μm。 FASOT-1B系统安装IFU并调试后进行了验证性观测, 成功获取了太阳NOAA12738活动区MgI色球的斯托克斯光谱, 该IFU也成为国内首个自主研制并应用于科学观测的光纤加微透镜型IFU。
三维成谱成像 光纤阵列太阳光学望远镜 积分视场单元 太阳光谱 Three-dimensional spectral imaging Fiber array solar optical telescope IFU Solar spectrum 
光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1168
作者单位
摘要
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
随着CeF3晶体在激光和磁光领域应用的持续发展, 大尺寸、高光学质量的CeF3单晶的需求日益急迫, 而CeF3熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF3熔体低导热性引发的生长问题, 探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制, 本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method, HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF3晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场, 而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF3晶体结晶习性的理解, 炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。
CeF3晶体 热交换坩埚下降法 数值模拟 固液界面 热场优化 CeF3 crystal heat exchanger-Bridgman method numerical simulation solid-liquid interface thermal field optimization 
无机材料学报
2022, 38(3): 288

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