1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 电子科技大学物理学院，四川 成都 611731
3 中国科学院物理研究所，北京 100191
4 张江实验室，上海 201210
基于自旋电子材料的太赫兹（THz）发射器具有高效率、超宽带、低成本、易集成等许多独特优势，不仅能够应用在高重复频率激光振荡器驱动的THz时域光谱仪上，而且在高能飞秒激光放大器驱动下能够产生强场THz电磁脉冲，在THz谱学成像、强场THz物理等方面已展现出重要的应用价值。然而，以往基于自旋电子产生THz电磁波的辐射机理和器件研制方面的工作均基于远场THz时域光谱技术，得到的结果是对泵浦激光光斑作用面积的THz发射信息的平均，无法给出材料在微纳尺度上的超快自旋电流以及THz发射性能方面的有用信息。本工作采用光纤飞秒激光器驱动的超快THz散射型扫描近场光学显微成像技术，研究了铁磁异质结材料钨/钴铁硼/铂（W/CoFeB/Pt）在纳米空间尺度下的自旋电子太赫兹发射性能，在横向百纳米尺度上获得了高信噪比的自旋电子THz发射，为纳米空间分辨上实现THz频率的超快自旋电流的产生、探测、操控等提供了新方法，对超快THz自旋光电子学的发展有一定的参考价值。
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0325001
1 中国核工业二三建设有限公司, 核工业工程研究设计有限公司, 中核集团高效智能化焊接重点实验室, 北京 101300
2 天津大学材料科学与工程学院, 天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300350
3 绍兴市特种设备检测院, 绍兴市特种设备智能检测与评价重点实验室, 浙江 绍兴 312071
针对ER316L不锈钢激光填丝焊过程中因送丝不稳定导致的焊缝质量问题, 提出了基于光致等离子体发射光谱诊断的在线监测方法, 构建了焊缝质量预测模型, 对实现焊接过程自适应控制和激光焊接智能化有重要意义。 为深入研究激光焊中激光与焊材的相互作用机制, 进行了激光自熔焊、 激光填丝焊试验, 同步采集了光致等离子体的光谱信息, 并与TIG焊工艺下的电弧光谱进行了对比分析。 结果表明激光自熔焊时光谱由连续谱和强度较弱的Fe Ⅰ 636.44 nm、 Cr Ⅰ 427.48 nm线谱组成; 激光填丝焊时辐射光强显著增加, 并产生大量Cr Ⅰ谱线; 电弧光谱包含大量的Ar Ⅰ、 Ar Ⅱ谱线及少量的Fe Ⅰ谱线。 根据Boltzmann作图法和Stark展宽法, 求得激光填丝焊时光致等离子体电子温度为5 024.9 K, 电子密度为2.375×1016 cm-3, 满足局部热力学平衡状态。 在此基础上, 深入探究了激光焊接质量与光谱特征参量的内在联系。 结果表明, 谱线强度和电子温度与焊缝质量有很强的相关性。 当成形良好时, Cr Ⅰ谱线强度数值较高, Fe Ⅰ谱线强度较低, 电子温度在小范围内稳态波动; 当产生偏丝缺陷时, Cr Ⅰ谱线强度较低, 而Fe Ⅰ谱线强度较高, 电子温度急剧变化。 以平滑去噪处理后的Cr Ⅰ 529.83 nm谱线强度、 Fe Ⅰ 636.44 nm谱线强度和电子温度为输入, 构建单隐含层神经网络焊缝质量分类模型, 识别成形良好和偏丝缺陷两种状态, 测试10次的平均准确率为88%。 采用t分布随机邻域嵌入算法对光谱数据进行维数约简, 以得到的3维嵌入向量为输入特征, 采用同样的神经网络结构进行焊缝质量模式识别, 平均准确率为97%。 结果表明, 对光谱数据进行降维处理得到的特征包含了线谱和连续谱信息, 比人为选取的特征线谱更能准确表征焊缝质量。
激光填丝焊 光谱诊断 特征提取 机器学习 预测模型 Laser wire filling welding Spectral diagnosis Feature extraction Machine learning Prediction model 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1927
1 宿迁学院 材料工程系，宿迁 223800
2 南京理工大学 材料科学与工程学院，南京 210094
为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点（CsPbBr3）时出现的材料光学性能下降的问题，提出了一种改进的室温溶液工艺，通过加入HBr促进前驱体的分散溶解，同时引入路易斯酸配体部分取代油胺，实现量子点表面的缺陷态有效钝化，合成出高质量的CsPbBr3量子点材料。实验测试结果表明，合成出的CsPbBr3量子点荧光发射峰位于517 nm处，发射峰半高宽仅有17 nm，荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光CsPbBr3量子点和商用红色荧光粉混合，和以GaN为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件，该器件在20 mA的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。
钙钛矿量子点 室温溶液法 批量合成 白光LED Perovskite quantum dots Solution-process at room temperature Mass synthesis WLED 光子学报
2023, 52(11): 1116002
1 江苏师范大学物理与电子工程学院，徐州 221116
2 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
采用微下拉法生长了不同掺杂浓度(0.25%,0.50%,0.75%,1.00%，原子数分数)的Nd∶CaYAlO4单晶光纤。通过X射线衍射测试了单晶光纤晶体结构，结果表明晶体结构为四方晶系。测试了Nd∶CaYAlO4单晶光纤的室温偏振吸收和荧光光谱，测试样品在807 nm附近有很强的吸收。其中，1.00%Nd∶CaYAlO4的吸收最强，在σ偏振方向的吸收系数为4.20 cm-1，π偏振方向的吸收系数为4.06 cm-1。1.00%Nd∶CaYAlO4单晶光纤最强发射峰在σ和π偏振下都位于1 080 nm，σ偏振方向的发射带宽为17.7 nm，π偏振方向的发射带宽为17.8 nm。0.25%、0.50%、0.75%、1.00%掺杂浓度的Nd∶CaYAlO4单晶光纤4F3/2能级的荧光寿命分别为129、133、135和140 μs，未观察到浓度猝灭。结果表明Nd∶CaYAlO4单晶光纤是有潜力的超快激光增益介质。
微下拉法 单晶光纤 晶体生长 光谱性能 micro-pulling-down method crystal fiber Nd∶CaYAlO4 Nd∶CaYAlO4 crystal growth spectral property
1 湖北省水电工程智能视觉监测重点实验室（三峡大学），湖北 宜昌 443002
2 三峡大学 大数据研究中心，湖北 宜昌 44300
3 三峡大学 计算机与信息学院，湖北 宜昌 44002
受目标和背景的大小比例、噪声或者随机细节等因素影响，灰度图像的灰度直方图可能呈现出无峰、单峰、双峰或者多峰模式。为了在统一框架内处理这4种不同直方图模式下的自动阈值选择问题，提出了一种平稳小波域多尺度乘积下的指数Renyi熵自动阈值选择方法。该方法首先利用平稳小波对原始图像进行水平、垂直和对角方向的多尺度变换，再对各个方向的高频子带进行多尺度乘积运算构造出融合图像；然后通过内外轮廓图像对融合图像进行采样重构一维直方图；最后计算重构直方图所对应的指数Renyi熵，并取最大值对应的阈值作为最终分割阈值。提出的方法与4种自动阈值分割方法、2种聚类分割方法以及2种活动轮廓分割方法进行了比较。在16幅合成图像和50幅真实世界图像上的实验结果表明：在合成图像集中，相比于分割精度第2的方法，平均马修斯相关系数提高了41.2%；在真实世界图像集中，相比于分割精度第二的方法，平均马修斯相关系数提高了20.8%。提出的方法具有更稳健的分割适应性，且在分割精度方面明显优于其他8个分割方法。
阈值分割 指数Renyi熵 平稳小波域 多尺度乘积 image thresholding exponential Renyi entropy stationary wavelet domain multi-scale product 光学 精密工程
2023, 31(12): 1841
南京大学电子科学与工程学院, 江苏省光电功能材料重点实验室, 南京 210023
本文通过添加InGaN垫层, 利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在GaN(0001)上外延生长了InN薄膜, 研究了InN薄膜的外延规律及光学性质。研究发现, 相对于GaN表面, 在InGaN垫层上可以获得更高质量的InN。通过在InGaN垫层中采用适当的In组分(在本工作中为In0.23Ga0.77N), 可以完全抑制InN生长过程中铟滴的形成, 获得的InN表面形貌连续平整。采用光学显微镜、高分辨率X射线衍射(HR-XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光吸收和室温光致发光等方法研究了InN的晶体结构和光学性质。HR-XRD的ω和ω-2θ扫描显示, InGaN垫层消除了In滴的衍射信号, 并且ω扫描给出了150 nm的InN薄膜的(0002)半峰全宽为0.23°。TEM选区电子衍射发现, InN几乎是无应变的。室温下InN薄膜的光吸收和强光致发光结果表明, 所制备的InN薄膜能带隙约为0.74 eV。本文还初步研究了InN的异常激发依赖性的光致发光行为, 证明了InN材料的表面效应对辐射复合的强烈作用。
外延生长 应变 表面缺陷 光学性质 光致发光 InN InN MOCVD MOCVD epitaxial growth strain surface defect optical property photoluminescence
1 深圳技术大学 深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室 先进材料诊断技术中心 工程物理学院，深圳 518118
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室，四川 绵阳 621900
3 北京师范大学 天文系，北京 100875
介绍了以强激光驱动电容线圈靶的实验方法产生磁场的基本模型及其发展过程。对比了实验室中常用的三种磁场诊断方法，包含：B-dot、法拉第旋转以及质子背光，发现前两种方法在实验中仅可以获得距离靶较远处的有限个磁场值，通过结合模拟工具获得靶处的磁场值与测量点的值跨越几个数量级，容易产生误差；质子背光诊断可以在实验中获得全局磁场信息，能够较好地满足线圈靶磁场诊断的需求。由于线圈靶磁场强且可持续时间长，在时空分布上具有一定可控性，因此我们将其应用到了磁重联的研究中，并成功获得了重联出流等特征。另外线圈靶在带电粒子的约束和磁流体动力学研究等多方面也得到了应用。
强激光 强磁场 高能量密度物理 intense laser strong magnetic field high-energy-density physics 强激光与粒子束
2023, 35(2): 021002
