史镕瑞 1雷程 1,*梁庭 1,**王涛龙 1[ ... ]陈国锋 2
作者单位
摘要
1 中北大学动态测试技术国家重点实验室,山西 太原 030051
2 内蒙古动力机械研究所,内蒙古 呼和浩特 010000
原子磁强计以其高灵敏度和成本低等优势受到了越来越多的关注,如今,进一步提高原子磁强计的芯片集成度已成为主要趋势,因为它有利于生物磁性测量与成像。但是,目前实现原子磁强计小型化的主要障碍是微加工原子气室的光学元件分立。鉴于此,笔者提出一种基于新兴超表面的超紧凑片上原子气室方案,该方案将超表面与各向异性腐蚀的单晶硅相结合,在保证高灵敏度的同时提高了原子气室的集成度。该方案能够对圆偏振入射光束进行光路操纵,效率可达到80%。超表面采用厚度为500 nm的硅设计而成,可以通过基本的微加工工艺直接在原子气室上制造。所设计的新型原子气室具有集成度高、可大批量制造的优点,为未来生物磁性传感系统的发展提供了参考。
表面光学 超表面 异常折射 原子气室 原子磁强计 光路集成 optics at surfaces metasurface abnormal refraction atomic vapor cell atomic magnetometer optical path integration 
中国激光
2024, 51(2): 0213001
作者单位
摘要
重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
为了进一步提升传统金属纳米结构表面增强拉曼散射(SERS)衬底的检测灵敏度和均匀性,提出了银修饰开放纳米腔多孔阳极氧化铝模板(AAO)复合结构的SERS新衬底,利用AgNPs(Ag nanoparticles)表面的局域表面等离子共振效应、银纳米粒子之间的热点效应,以及AAO结构的开放纳米腔的腔增强效应,实现了高灵敏度分子检测。采用液-液界面自组装方法将AgNPs修饰到AAO腔体中;利用FDTD(finite difference time domain)仿真软件对结构的电磁场分布特性进行了研究;开展了系统的拉曼测试实验,实验结果表明:相较于传统SiO2-AgNPs衬底,AAO-AgNPs的拉曼光谱强度提高了4.7倍;以R6G(rhodamine 6G)为探针分子,AAO-AgNPs衬底的最大分析增强因子约为2.38×1010,检测极限可达10-16 mol/L;此外,实验验证了该复合结构的多分子检测功能。
表面光学 表面增强拉曼散射 银纳米颗粒 阳极氧化铝模板 复合结构 surface optics surface-enhanced Raman scattering Ag nanoparticles anodic aluminum oxide template composite structures 
光学学报
2023, 43(23): 2324001
作者单位
摘要
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学光子学与传感研究所,生物医学信息工程教育部重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学食品装备科学与技术学院,陕西 西安 710049
随着社会的发展,人类对疾病标志物、食品有害因子、环境污染物等的高灵敏和高特异性检测需求不断增长。基于表面等离子体共振(SPR)的传感器作为一种无标记、灵敏度高、可用于实时检测的生物传感器,在检测各类生物化学分子方面展现出了巨大的应用潜力。本文总结了近年来常用或正在快速发展的5种SPR传感器调制方式,在每种调制方式研究现状的基础上,根据近年来增强SPR传感器的研究,从纳米材料敏化和传感器结构优化两个方面总结讨论了增强传感信号的方法,以克服传统SPR传感器灵敏度较低且难以检测低浓度、低相对分子质量物质的缺点。
表面光学 表面等离子体 表面等离子体共振 生物分子检测 高灵敏检测 传感器增敏策略 optics at surface surface plasmon surface plasmon resonance biomolecular detection high sensitivity detection sensor sensitization strategy 
中国激光
2023, 50(21): 2107402
作者单位
摘要
1 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明:对于横磁(TM)波,当入射角由0?增加到60?时,在17~55 μm波长范围内,吸收器的吸收率可以保持在90%左右;对于横电(TE)波,当入射角由0?增加到55?时,在10~55 μm波长范围内,依然可以实现90%左右的高效吸收;当TM波或TE波垂直入射时,在16~60 μm波段,吸收率大于90%,吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×105 S/m时,超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比,所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。
表面光学 红外线吸收器 超宽带吸收器 VO2 LiF TiO2 表面等离子体共振 optics at surfaces infrared absorber ultra-wideband absorber VO2 LiF TiO2 surface plasma resonance 
中国激光
2023, 50(19): 1913001
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院广东省光纤与通信技术重点实验室,广东 广州 511443
超表面在光偏振调控方面具有卓越的能力,利用超表面结构的偏振控制实现信息编码与加密成为一种新兴的光学编码技术。本文旨在介绍超表面偏振光学及其在信息加密领域的最新进展。首先介绍对光束偏振态进行整体调控的各类超表面偏振光学元件,包括超表面波片、偏振器和偏振分束器,强调了超表面在偏振操控方面的卓越性能;接着深入介绍基于不同微型超表面偏振光学元件进行的像素化偏振信息编码,包括对近场偏振态空间分布进行逐点编码的马吕斯超表面,以及对远场偏振态进行空间编码的偏振全息和矢量全息超表面;然后阐述近场与远场像素化偏振空间编码超表面在信息隐藏与加密领域的应用示范;最后进行简要总结,并展望超表面偏振信息编码技术的未来发展趋势与应用潜力。
表面光学 偏振调控 超表面偏振光学元件 马吕斯超表面 矢量全息 信息加密 optics at surface polarization control metasurface polarization optical elements Malus metasurface vectorial holography information encryption 
中国激光
2023, 50(18): 1813010
作者单位
摘要
光场调控和信息感知工业和信息化部重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室,西北工业大学物理科学与技术学院,陕西 西安 710129
随着大数据时代的到来,空间光通信已被广泛应用于各种通信系统中,但随之而来的是容量瓶颈的挑战。基于光场频率、时间、偏振、横向空间模式等维度调控的信息编解码方法在解决容量问题方面展现了优异性能,但光场的纵向维度却未被应用于信息编解码。针对此问题,本文提出了一种基于电介质超表面的光场纵向维度信息编解码新方法,基于四原子结构的几何相位和传输相位联合调控,实现了透射场自旋相关的复振幅调控。同时,利用光学冻结波原理产生了轨道角动量模式叠加态的纵向可控变化,并验证了光场模态的纵向调控能够以指数级提升信道中的模态容量。纵向维度作为一个全新的编码自由度,有望进一步提高自由空间光通信性能。
表面光学 超表面 纵向调控 复振幅 编码 optics at surface metasurface longitudinal modulation complex amplitude encoding 
中国激光
2023, 50(18): 1813013
作者单位
摘要
华北理工大学电气工程学院,河北 唐山 063210
针对金属工件表面缺陷分割精度低的问题,通过对工件表面图像缺陷特征研究,提出以U-net为基础,结合多尺度自适应形态特征提取模块及瓶颈注意力模块的工件表面缺陷分割模型。首先,在网络中嵌入多特征注意力有效聚合模块,提高信息的利用率,提取更多相关特征,从而高精度地提取缺陷目标。然后,在网络中引入瓶颈注意力模块,增加缺陷目标的权重,优化特征的提取,获取更多的特征信息,从而获得更好的分割精度。改进后的网络平均精度达到0.8749,比原网络相比提高了2.92%,平均交并比达到0.8625,提高了3.72%。与原始网络相比,改进后的网络具有更好分割的精度,可以获得更好的分割结果。
表面光学 表面缺陷 图像分割 U-net网络 多特征注意力有效聚合模块 瓶颈注意力模块 optics at surfaces surface defect image segmentation U-net network multi-scale adaptive-pattern feature extraction bottleneck attention module 
激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1524001
作者单位
摘要
深圳大学纳米光子学研究中心,微纳光电子学研究院,异质异构集成全国重点实验室,广东 深圳 518060
超表面是一种具有灵活的偏振操纵功能的新型材料。为了获得远场偏振全息图像,通常需要添加透镜等光学元件。笔者利用超表面波带片的灵活偏振操纵及聚焦功能实现了一种新颖的远场偏振全息加密技术。在该技术中,两个自旋复用的超表面波带片被集成到单个介质超表面器件中,其中超表面的振幅(右旋圆偏振转化率)用来编码奇数和偶数环形区域的波带片,而其相位调制则用来编码透射右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的两个全息图。此外,二维码(QR码)和振幅型/相位型全息图用于进一步隐藏加密信息,以提高信息的安全性。所提加密技术有望进一步提升数据安全性和隐私保护水平,推动光学信息加密和高密度数据存储等领域的技术发展。
表面光学 超表面波带片 远场偏振全息加密 QR码 全息 optics at surface metasurface zone plate far-field polarized holography encryption QR code holography 
中国激光
2023, 50(18): 1813015
戴耀威 1,2陈聪 2高鹏 2赵佳明 2[ ... ]刘海 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国矿业大学教育部地下空间智能控制工程研究中心,江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
设计了一种可由空间编码结构光控制的多功能太赫兹超表面单元,该单元由嵌有光敏半导体材料的金属裂环-二氧化硅介质层-金属底板组成。超表面单元通过结构光源的编码控制光改变单元顶层金属裂环内嵌光敏半导体的电导率来模拟不同形状的C形环,实现了具有2 bit相位编码的光控超表面单元设计。将超表面单元组成阵列,通过编码结构光的空间分布进一步实现了角度可控的异常反射,并获得不同阶数的涡旋波束。所提出的基于空间编码结构光源的新型太赫兹超表面光控方式解决了现有光控超表面功能单一、加工难度大等问题,为光控可编程太赫兹超表面技术发展提供了新的思路。
表面光学 太赫兹 光控超表面 可编程超表面 结构光 波束控制 optics at surface terahertz optically controlled metasurface programmable metasurface structured light beam steering 
光学学报
2023, 43(11): 1124004
作者单位
摘要
中国计量大学太赫兹研究所,浙江 杭州 310018
提出一种双C环光敏硅可重构超表面,该超表面通过改变光敏硅电导率可以实现在太赫兹波段的多功能切换。当大小C环的电导率分别为5.0×105 S/m和0 S/m时,所设计超表面表现为线-线极化转换器,在2.10~3.15 THz频率范围内极化转换率大于90%;当大小C环的电导率分别为0 S/m和5.0×105 S/m,该结构在2.33~2.47 THz和2.78~4.40 THz频率范围内表现为线-圆极化转换器;当大小C环的电导率同时变化为2.5×105 S/m时,该结构转化为吸收器,在2.40~4.60 THz频率范围内吸收率大于90%。将大小C环电导率都为0 S/m的单元与大小环电导率都为2.5×105 S/m的单元进行编码,该结构在2.80~3.00 THz范围内实现近场成像。将大小C环电导率分别为5.0×105 S/m和0 S/m的单元与大小环电导率都为0 S/m的单元进行周期性编码,该结构可实现对太赫兹波二分束和四分束。结果表明,通过改变外部光照条件,可以实现对所设计超表面重构,获得多种太赫兹调控功能。
表面光学 太赫兹 光敏硅 可重构超表面 多功能 optics at surfaces terahertz photosensitive silicon reconfigurable metasurface multifunction 
光学学报
2023, 43(11): 1124003

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