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表面光散射法高黏度流体黏度测量机理

光学学报 2017年第4期37卷 281-287页

作者：赵贯甲毕胜山吴江涛太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

理论上求解了高黏度流体表面波的色散方程,发现此类表面波随无量纲数Y值增大,存在一极值点Y≈0.145,跨越该点时表面波的弛豫特征由指数衰减转变为振荡衰减,同时流体表面波的色散方程也发生根本变化。为了验证上述推论的正确性,利用表面... 详细信息

理论上求解了高黏度流体表面波的色散方程,发现此类表面波随无量纲数Y值增大,存在一极值点Y≈0.145,跨越该点时表面波的弛豫特征由指数衰减转变为振荡衰减,同时流体表面波的色散方程也发生根本变化。为了验证上述推论的正确性,利用表面光散射法研究了温度在286.27~373.32K范围内时高黏度流体邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)的弛豫特征和黏-温特性。结果表明:Y值随温度升高而减小,当Y表面波以指数形式衰减且不传播,此时黏度测量值与文献值的平均偏差不超过±1.5%;当Y>0.145时,表面波以振荡衰减形式传播,此时黏度测量值与文献值的平均偏差不超过±2%;当Y→0.145时,黏度测量偏差急剧增大,不能可靠地获得流体黏度。研究结果有助于认识高黏度流体表面波的弛豫特征,为利用表面光散射法精确、可靠地测量高黏度流体黏度奠定了基础。

关键词：表面光学表面光散射表面波黏度

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基于电磁诱导透明的双控多功能超表面

中国激光 2024年第6期51卷 84-93页

作者：刘海赵佳明陈聪高鹏戴耀威路翔宇万寅辉王馨艳赵思怡中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

提出了一种基于电磁诱导透明(EIT)的多功能偏振无关超表面,其基础结构由1个金属十字结构和4个方环结构组成,并引入了可调控材料硅(Si)以及二氧化钒(VO2),以实现温光双控。利用模拟计算和理论模型分析得到了基础结构作为双明模间接耦合形... 详细信息

提出了一种基于电磁诱导透明(EIT)的多功能偏振无关超表面,其基础结构由1个金属十字结构和4个方环结构组成,并引入了可调控材料硅(Si)以及二氧化钒(VO2),以实现温光双控。利用模拟计算和理论模型分析得到了基础结构作为双明模间接耦合形成EIT透明窗口的结论。由于EIT以及可调控材料的特性,本设计可以在分子传感、可控慢光以及双通道温光双控开关等领域实现应用,并且具有优异的性能。该结构对蔗糖溶液的传感灵敏度为97.6 GHz/(kg/m3),在分子检测领域展示出了巨大潜力。该结构实现了对慢光效应的可选择控制。依据EIT的作用机理,提出了利用可调控材料改变结构谐振进而控制电磁响应的设计思路,并实现了一种双通道温光双控开关,为今后的EIT超表面设计提供了参考。

关键词：表面光学超表面可调控材料分子传感慢光效应温光双控开关

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基于超表面波带片的远场偏振全息加密

中国激光 2023年第18期50卷 202-208页

作者：夏天谢振威袁小聪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... 详细信息

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。

关键词：表面光学超表面波带片远场偏振全息加密 QR码全息

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偏振不敏感高选择性颜色滤波器

光学学报 2024年第8期44卷 249-255页

作者：肖功利李苗杨宏艳王博文张家荣陈康刘兴鹏桂林电子科技大学信息与通信学院广西高校微电子器件与集成电路重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004

提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时,金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象,部分频率的光被束缚在微纳结构中,而其他频率的光发生透射,从而实现滤色效果。采用时... 详细信息

提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时,金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象,部分频率的光被束缚在微纳结构中,而其他频率的光发生透射,从而实现滤色效果。采用时域有限差分法,对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时,还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明:与单层表面等离子结构相比,所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高;在可见光波段内,该滤波器具有偏振不敏感特性,半峰全宽的最小值为23.26 nm,并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。

关键词：表面光学高传输效率偏振不敏感高选择性双层等离子体可见光

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基于超表面和MEMS的结构光投影芯片研究

中国激光 2024年第6期51卷 254-266页

作者：翟雷应赵礼宇王义杰南敬昌辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁葫芦岛125105 辽宁省无线射频大数据智能应用重点实验室辽宁葫芦岛125105

结构光三维成像中广泛使用的数字光处理(DLP)投影仪存在结构复杂、设备体积大及投影非线性等问题,制约了结构光三维成像在高探测精度、小探测场景领域的应用。提出了一种集成超表面阵列和微机电系统(MEMS)二维扫描平台的结构光投影芯片... 详细信息

结构光三维成像中广泛使用的数字光处理(DLP)投影仪存在结构复杂、设备体积大及投影非线性等问题,制约了结构光三维成像在高探测精度、小探测场景领域的应用。提出了一种集成超表面阵列和微机电系统(MEMS)二维扫描平台的结构光投影芯片设计。设计了基于几何相位原理的超表面阵列,用于生成格雷码和相移法混合编码结构光条纹。通过二维扫描平台突破单一静态超表面的限制,实现了基于时间编码的结构光条纹投影。结果表明:所设计的超表面结构对入射光具有良好的线性相位调制能力,光源转换效率为88.61%;生成的相移条纹符合正弦分布特性,很好地解决了DLP投影非线性问题;产生的条纹宽度均匀,最小宽度为2 mm,探测精度可达亚毫米级。有限元分析结果表明:所设计的二维平台的最小模态频率为511.91 Hz,抗干扰能力强,响应时间为2.4 ms,帧率为333 Hz,投影速率高。芯片尺寸为3 mm×3 mm。最后设计了芯片的集成制造工艺流程,为高探测精度、高投影速率微型化投影设备的制造提供了理论模型和系统解决方案。

关键词：表面光学结构光三维成像超表面微机电系统

基于均匀随机分布偏移相位的轧辊激光毛化技术

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光学学报 2024年第5期44卷 230-236页

作者：马仁豪禹玄毅李健垚沈重阳邓晓旭上海交通大学物理与天文学院上海200240

提出一种基于随机分布偏移相位的轧辊表面峰值密度(PPI)和粗糙度范围可控的无序激光毛化技术。利用多光束干涉原理,分析轧制带钢表面反射光之间形成明暗相间条纹的机制。基于光线追迹方法,研究凸台微结构在等间距分布基础上的偏移产生... 详细信息

提出一种基于随机分布偏移相位的轧辊表面峰值密度(PPI)和粗糙度范围可控的无序激光毛化技术。利用多光束干涉原理,分析轧制带钢表面反射光之间形成明暗相间条纹的机制。基于光线追迹方法,研究凸台微结构在等间距分布基础上的偏移产生的随机分布相位,对轧制带钢表面单一波长反射光形成的干涉条纹的影响,以使带钢表面多种波长反射光干涉条纹叠加形成的莫尔条纹近乎消失。轧辊表面凹坑微结构中心间距随机偏移与衰减性“拷贝”获得的轧制带钢表面凸台相同,采用理论与模拟分析得到的均匀分布中心间距随机偏移,利用激光雕刻方法对轧辊材料样件进行无序激光冲击毛化,毛化样件表面粗糙度为3.79μm,PPI为179。所提出的基于均匀分布偏移相位的无序激光可控轧辊毛化技术,实现了PPI和粗糙度范围可控的轧辊毛化,并且可灵活控制轧制带钢表面质量。

关键词：表面光学多光束干涉激光毛化冷轧轧辊均匀随机分布偏移相位

不同部位体表轮廓对Catalyst HD体表光学系统引导放疗摆位的影响

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中华放射医学与防护杂志 2023年第9期43卷 689-697页

作者：代馨瑶成宇曹潘潘彭海燕靳富重庆大学附属肿瘤医院肿瘤放射治疗中心重庆400030

目的探究人体不同部位的体表轮廓对Catalyst HD体表光学系统引导放疗摆位的影响。方法采用3D打印技术打印出底角5°~45°(步长为5°)的圆模型和椭圆模型,模拟患者不同部位的体表轮廓。使用Catalyst HD进行监测,调节其增益及积分时间。... 详细信息

目的探究人体不同部位的体表轮廓对Catalyst HD体表光学系统引导放疗摆位的影响。方法采用3D打印技术打印出底角5°~45°(步长为5°)的圆模型和椭圆模型,模拟患者不同部位的体表轮廓。使用Catalyst HD进行监测,调节其增益及积分时间。手动移动治疗床(-5~5 mm,步长为2 mm),记录所有模型的横纵比,及其在横向和纵向放置下腹背(AP)、头脚(SI)、左右(LR)3个方向的床值误差及Catalyst HD监测的摆位误差。将Catalyst HD增益、积分时间与不同体表轮廓的模型进行关联性分析,比较两种不同放置方式下的摆位误差,分析Catalyst HD监测值与床值的相关性。结果Catalyst HD监测时所需增益和积分时间对数呈显著线性负相关,斜率为-0.001,截距与模型横纵比存在一定函数关系。相同增益下积分时间随模型底边角度的增大而减小。模型在不同放置条件下Catalyst HD监测精度存在差异(Z=-8.59~-0.02,P0.9)。结论Catalyst HD系统获取最佳表面影像时,增益、积分时间和患者体表轮廓存在关联。Catalyst HD监测在AP方向精度高,当体表轮廓横纵比≤2或底边角度≥25°时在所有方向均存在较高的准确性。

关键词：放射治疗表面光学 Catalyst HD 体表轮廓摆位误差

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多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面

光学学报 2024年第4期44卷 300-309页

作者：杨志雄汪静丽孙文俊尹亮董先超万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院江苏南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室天津300072

提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态,实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在频率f_(1)=0.6 THz的左旋圆极化波(LCP)垂直入射下,设计的编码超表... 详细信息

提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态,实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在频率f_(1)=0.6 THz的左旋圆极化波(LCP)垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry(PB)几何相位编码超表面,产生透射的拓扑荷数为1的涡旋波;当二氧化钒处于金属态时,设计的编码超表面可以视为双频点独立可调的1-bit各向异性反射型编码超表面。频率f_(2)=0.5 THz的正交线极化波(x与y极化波)垂直入射时,该编码超表面可以产生两种不同形式的对称波束;频率f_(3)=0.85 THz的正交线极化波垂直入射时,可以实现雷达散射缩减和对称波束。这对设计多功能的太赫兹波束调控器件有一定的借鉴意义。

关键词：表面光学太赫兹全空间可调编码超表面多波束

等离激元纳米孔用于单分子光学检测的研究进展

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中国激光 2023年第1期50卷 164-175页

作者：王思媛刘虹遥路鑫超黄成军中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029 中国科学院大学集成电路学院北京100049

等离激元纳米孔将等离激元天线与固体纳米孔结合,可限制待测物路径,并将入射光能聚集至路径中产生热点,从而增强场与待测物质的相互作用,在纳米尺度范围内实现高灵敏度检测,近年来已被广泛应用于单分子检测研究。本文概述了几种典型等... 详细信息

等离激元纳米孔将等离激元天线与固体纳米孔结合,可限制待测物路径,并将入射光能聚集至路径中产生热点,从而增强场与待测物质的相互作用,在纳米尺度范围内实现高灵敏度检测,近年来已被广泛应用于单分子检测研究。本文概述了几种典型等离激元纳米孔结构及其场增强效果;分析讨论了4种目前常用的基于等离激元纳米孔的高灵敏度检测技术及其特点,包括荧光检测、表面拉曼增强光谱、表面等离激元共振位移传感以及光电结合方法;综述了等离激元纳米孔在脱氧核糖核酸(DNA)、蛋白质、肽等单分子光学检测方面的应用进展及典型成果;讨论和展望了等离激元纳米孔的未来研究趋势以及面临的机遇和挑战。

关键词：表面光学表面等离激元纳米孔光学检测单分子检测