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用于离子捕获和冷却的线电极四极杆离子阱的设计与仿真

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第2期37卷 137-146,I0101页

作者：李泽楷周逸杰董常武侯高垒西安交通大学物理学院物质非平衡合成与调控教育部重点实验室西安710049 中国科学院上海应用物理研究所微观界面物理与探测重点实验室上海201800

射频离子阱作为离子捕获系统的核心器件,广泛应用于化学反应动力学、原子分子物理、精密测量和离子光谱等领域.离子阱可以与低温制冷机相结合,将离子储存、富集并冷却至低温,从而为后续实验提供极大便利,例如高分辨光谱学。本文详细描... 详细信息

射频离子阱作为离子捕获系统的核心器件,广泛应用于化学反应动力学、原子分子物理、精密测量和离子光谱等领域.离子阱可以与低温制冷机相结合,将离子储存、富集并冷却至低温,从而为后续实验提供极大便利,例如高分辨光谱学。本文详细描述了一种射频线电极四极杆离子阱的结构设计,该离子阱利用六个线电极作为传统四极杆离子阱的一个圆柱形电极模拟双曲面.研究模拟了离子阱内的电场分布和离子运动轨迹,用以考察所设计的射频线电极四极杆离子阱的性能,研究表明它能够将离子囚禁束缚在一个很小的空间.基于所设计的离子阱支撑部件、离子阱腔体、电极和印刷电路板,结合所选择的材料进行了传热学模拟。模拟的温度分布表明,所设计的射频线电极四极杆离子阱与液氢低温制冷机结合使用,可以将离子冷却到5K以下的低温.这项工作将有助于推动离子阱技术在精密光谱学中的应用。

关键词：射频离子阱线电极四极杆离子阱缓冲气体冷却低温制冷机

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天文应用红外焦平面读出电路研究

红外与激光工程 2024年第1期53卷 55-67页

作者：梁清华魏彦峰陈洪雷郭晶丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所红外探测全国重点实验室上海200083

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提... 详细信息

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。

关键词：红外天文观测红外焦平面读出电路低功耗非破坏性读出读出噪声

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片上红外偏振探测研究进展

红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 52-62页

作者：甄玉冉邓杰布勇浩代旭余宇石梦碟王若文叶韬陈刚周靖中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来... 详细信息

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来,片上红外偏振探测器的发展引起了广泛的研究兴趣。本文将重点介绍片上红外偏振探测器的两个前沿研究领域:偏振敏感材料和偏振选择性光耦合结构集成的红外偏振探测器,主要讨论片上红外偏振探测器的研究现状以及未来的挑战和机遇。

关键词：红外偏振探测器各向异性材料拓扑材料手性钙钛矿偏振选择性光学耦合结构

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集成透镜的多波段红外探测器组件封装技术

中国激光 2024年第13期51卷 224-232页

作者：陈俊林莫德锋蒋梦蝶朱海勇徐勤飞曾智江张晶琳杨晓阳李雪中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

多光谱探测器的小型化和集成化已成为红外探测器的发展方向之一。针对多波段探测器集成低温光学透镜的特点,提出了一种集成透镜兼窗口的气密性封装组件结构。对同一组件多波段探测器不同焦面高精度光学配准、低形变滤光片支撑结构及防... 详细信息

多光谱探测器的小型化和集成化已成为红外探测器的发展方向之一。针对多波段探测器集成低温光学透镜的特点,提出了一种集成透镜兼窗口的气密性封装组件结构。对同一组件多波段探测器不同焦面高精度光学配准、低形变滤光片支撑结构及防光学串扰、杂散光抑制等方面进行了研究。以某项目用短波红外组件为研究对象,通过3个10元探测器拼接后与3个波段滤光片和透镜低温配准、低形变多波段滤光片窄缝拼接结构设计、杂散光分析抑制等关键技术,实现了3波段探测器与滤光片拼接精度优于±5μm,透镜与探测器配准精度优于±15μm,滤光片低温形变小于0.9278μm,多波段间无明显光学串扰,并经受住1500 h长时间通电老练以及总均方根加速度为22.0 g的随机振动和60g的冲击加速度试验考核。解决了多波段探测器小型化和集成化封装中的高精度配准、低形变滤光片支撑、防光学串扰、杂散光抑制等一系列问题。该组件已成功应用于某项目用光谱成像仪中。

关键词：探测器多通道集成技术红外探测器组件滤光片低温形变光学串扰

双反射飞行时间质量分析器高分辨光电子成像谱仪研制

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第2期37卷 153-161,I0101页

作者：费泽杰韩昌财王永天徐辉洪静江一煌周源居鹤晨董常武刘洪涛中国科学院上海应用物理研究所微观界面物理与探测重点实验室上海201800 同济大学化学系上海市化学品分析评估与控制重点实验室上海200092 中国科学院大学北京100049 上海理工大学材料与化学学院上海200090

本文报道了一台结合电喷雾离子源和双反射飞行时间质谱的速度成像光电子能谱仪的研制过程,其可用于开展溶液中负离子的光电子能谱研究.在该装置中,电喷雾离子源产生的负离子由四极杆组成的离子引导系统传输至冷离子阱,并对负离子进行富... 详细信息

本文报道了一台结合电喷雾离子源和双反射飞行时间质谱的速度成像光电子能谱仪的研制过程,其可用于开展溶液中负离子的光电子能谱研究.在该装置中,电喷雾离子源产生的负离子由四极杆组成的离子引导系统传输至冷离子阱,并对负离子进行富集和冷却,用于后端的质量选择和光电子能谱探测.该装置的关键技术之一是将双反射质量分析器与Wiley-McLaren离子加速聚焦设计进行了串联:这样可以有效地提高质谱分辨,从而准确地选择目标离子,其质量分辨率(M/△M)可达2000以上.该装置的高分辨光电子速度成像系统采用多极电子透镜设计,对于动能为0.59eV的光电子,其能谱峰的半高宽约为5.8meV,相对分辨率为~0.98%本文对该装置的工作原理,结构设计和性能测试情况进行了详细阐述。

关键词：高分辨光电子成像双反射飞行时间质谱光电子能谱

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DNA水凝胶的构建及柔性电子应用

高分子学报 2024年第6期55卷 655-672页

作者：李颀王丽华樊春海叶德楷中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院界面物理与技术重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049 张江实验室上海201210 上海交通大学化学化工学院上海200240

水凝胶材料能有效提升柔性电子器件与人体组织的相容性,在智能穿戴、健康监测和人机接口等研究领域展现了巨大的应用潜力.然而,传统的水凝胶材料难以在器件界面进行原位无损的结构调控,同时也缺乏对多类型生化刺激的识别响应能力,这制... 详细信息

水凝胶材料能有效提升柔性电子器件与人体组织的相容性,在智能穿戴、健康监测和人机接口等研究领域展现了巨大的应用潜力.然而,传统的水凝胶材料难以在器件界面进行原位无损的结构调控,同时也缺乏对多类型生化刺激的识别响应能力,这制约了水凝胶柔性电子器件的高性能构筑和多功能应用. DNA水凝胶制备工艺温和,结构精确可控且具有丰富的生化识别响应性,是柔性电子器件功能化的理想材料之一.本文着重介绍了DNA水凝胶的材料特性及其柔性电子器件应用的研究进展.首先介绍了纯DNA水凝胶和杂化DNA水凝胶的制备方法,以及面向多类型功能界面的构筑策略.通过对DNA水凝胶力学特性、识别响应性和生物相容性的深入分析,展示了其在器件功能调控和生物医学应用方面的重要价值.其次,详细探讨了DNA水凝胶功能化的柔性电子器件在传感、储能和显示等方面的研究进展,展现了其在人体健康监测和智能穿戴领域的应用前景.最后,对DNA水凝胶在柔性生物电子领域的未来发展进行了展望.

关键词： DNA水凝胶刺激响应柔性电子器件传感器

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40 K双波段长波探测器冷箱封装技术研究

红外与激光工程 2024年第3期53卷 41-51页

作者：王小坤陈俊林罗少博曾智江李雪中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

冷光学技术是弱目标及多光谱红外探测的重要支撑技术。为了实现低温光学系统温度精确控制和防污染,一般多将低温光学与探测器集成在冷箱内。某高光谱相机需要1个320×64量子阱探测器和1个320×64 II类超晶格探测器共面拼接,集成双波段... 详细信息

冷光学技术是弱目标及多光谱红外探测的重要支撑技术。为了实现低温光学系统温度精确控制和防污染,一般多将低温光学与探测器集成在冷箱内。某高光谱相机需要1个320×64量子阱探测器和1个320×64 II类超晶格探测器共面拼接,集成双波段微型滤光片,形成长波双波段探测杜瓦组件,探测器工作所需的40 K低温环境由脉管制冷机提供。杜瓦采用无窗口设计,并通过柔性波纹管将杜瓦外壳与冷箱外壳集成,以实现气密性集成和光校调节。针对40 K温区双波段探测器封装的三维拼接、探测器及滤光片的低应力封装、制冷机与探测器的高效热传输等难点,对探测器的三维拼接、40 K温区高效热传输、探测器低应力集成的热层结构、低应力滤光片支撑、杜瓦与制冷机耦合等进行研究,创新性提出了三点Z向调节拼接方法、探测器Al2O3载体复合钼基板和钼冷平台的热层结构、双波段滤光片集成的钼支撑结构、带应力隔离的冷平台与制冷机过盈装配的耦合方法,最终实现了40 K温区下双波段探测器平面度优于±2.06μm(RMS)、探测器的低温应力小于22.06 MPa、双波段滤光片低温形变小于8.55μm、探测器与制冷机温度梯度为2.6 K。40 K长波双波段红外探测器冷箱杜瓦组件经过2000 h通电老练和300次开关机试验验证,试验前后组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。

关键词：杜瓦冷光学量子阱二类超晶格 40 K温区

MBE脱氧条件与InGaAs/InP APD性能的相关性

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 63-69页

作者：郭子路王文娟曲会丹范柳燕诸毅诚王亚杰郑长林王兴军陈平平陆卫中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 上海量子科学研究中心上海201315 复旦大学应用表面物理国家重点实验室和物理学系上海200438

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用... 详细信息

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延(MBE)技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As薄膜和APD结构材料。实验结果表明,As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势,可获得陡直明锐的异质结界面,降低载流子浓度,提高霍尔迁移率,延长少子寿命,并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此,As脱氧可以有效提高MBE材料的质量,这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

关键词：分子束外延 P/As切换异质界面扩散 InGaAs/InP雪崩光电二极管

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基于DNA折纸订书钉链折叠的信息加密策略

电子与信息学报 2024年

作者：侯晓玲田卓立王建榜王丽华李江张继超柳华杰中国科学院上海应用物理研究所中国科学院微观界面物理与探测重点实验室中国科学院大学同济大学化学科学与工程学院上海大学理学院材料生物学研究所中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源

DNA折纸结构是蕴含复杂序列折叠信息的纳米结构，为发展具有超大密钥空间的信息加密技术提供了新思路。该文设计了一种能够充分发挥DNA折纸结构信息特征的信息加密策略，与先前利用DNA折纸骨架链折叠的思路不同，该文基于订书钉链集合... 详细信息

DNA折纸结构是蕴含复杂序列折叠信息的纳米结构，为发展具有超大密钥空间的信息加密技术提供了新思路。该文设计了一种能够充分发挥DNA折纸结构信息特征的信息加密策略，与先前利用DNA折纸骨架链折叠的思路不同，该文基于订书钉链集合的非线性组合特征，提出通过探索其更为广阔的折叠多样性来实现更大的密钥空间。该策略的密钥空间计算模型分解为订书钉链的结合域模式、协同折叠以及独立性3个因素，分别考虑了订书钉链的链内区段分布性、链间排布多样性以及序列特异性。以上3种因素的组合，使单位几何空间内DNA折纸的折叠多样性更有效地转化为密钥空间。该策略是一种基于生物分子热力学的加密方式，为扩展信息安全的应用场景提供了新的可能。

关键词： DNA折纸 DNA纳米结构信息加密密钥空间自组装