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小闪耀角单晶硅光栅结构参数优化及制备工艺

中国光学（中英文） 2024年第5期17卷 1139-1149页

作者：徐昊宇姜岩秀陈星硕王瑞鹏张靖巴音贺希格中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

本文开展了对单晶硅小闪耀角光栅的各向异性湿法刻蚀制备工艺研究,制备了适用于软X射线中波波段的闪耀光栅,以满足国家同步辐射光源的需要。首先,基于严格耦合波法对小闪耀角光栅进行了结构参数优化及工艺容差分析。在晶向对准过程中,... 详细信息

本文开展了对单晶硅小闪耀角光栅的各向异性湿法刻蚀制备工艺研究,制备了适用于软X射线中波波段的闪耀光栅,以满足国家同步辐射光源的需要。首先,基于严格耦合波法对小闪耀角光栅进行了结构参数优化及工艺容差分析。在晶向对准过程中,先通过环形预刻蚀确定硅片晶向,再基于倍频调整法实现光栅掩模与单晶硅晶向的对准。研究了光刻胶灰化技术及活性剂对光栅槽形质量的影响,并通过单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺成功制备了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。实验结果证明:所制备光栅闪耀角为1°,刻线密度为1200 gr/mm,闪耀面均方根粗糙度在0.5 nm以内。此方法可以应用于软X射线中波波段闪耀光栅的制作,在获得较高衍射效率的同时可以大大减少制作难度及成本。

关键词：闪耀光栅单晶硅晶向对准湿法刻蚀

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轻小型短波红外自准直高光谱成像仪设计

光学学报 2024年第3期44卷 238-246页

作者：刘洋李博顾国超李寒霜王晓旭中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

随着搭载平台技术的不断进步,对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求,轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题,本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导,得... 详细信息

随着搭载平台技术的不断进步,对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求,轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题,本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导,得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构,并逐步进行优化。同时,在狭缝处引入一块平面反射镜,对望远系统进行折叠,避免狭缝与探测器干涉,并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610~1640 nm,F数优于3,在奈奎斯特频率为20 lp/mm时,调制传递函数(MTF)均优于0.8,全视场均方根半径(RMS)均小于7μm,光谱分辨率均优于0.1 nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。

关键词：光学设计成像光谱仪自准直轻小型

荧光粉/SiO_(2)荧光膜用于高显指激光照明

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 820-827页

作者：武华君潘国徽吴昊张亮亮张家骅中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

利用“蓝光激光+无机荧光体”的方式产生白光是当前激光照明的主流技术,具有结构简单、成本低等优势。但现有的无机荧光体光谱中缺乏青绿光和红光成分,导致激光照明的显色指数偏低。本工作通过引入电荷补偿剂Na^(+)的方式,制备出高效的... 详细信息

利用“蓝光激光+无机荧光体”的方式产生白光是当前激光照明的主流技术,具有结构简单、成本低等优势。但现有的无机荧光体光谱中缺乏青绿光和红光成分,导致激光照明的显色指数偏低。本工作通过引入电荷补偿剂Na^(+)的方式,制备出高效的蓝绿色Ca_(3)Sc_(2)Si_(3)O_(12):Ce^(3+),Na^(+)荧光粉,其内/外量子效率分别达到86%和55%;然后结合商用CaAlSiN_(3):Eu^(2+)红粉,以二氧化硅溶胶为无机黏结剂,在蓝宝石衬底上低温制备出高效的复合荧光膜。该荧光膜具有良好的热稳定性,200℃时其荧光强度仍保持在常温下的84%;荧光膜中绿光、黄光、红光成分均匀分布,其半高宽达176 nm;在蓝光激光激发下产生647 lm的白光,光效122 lm/W,光源的显色指数88。这些结果表明荧光粉/SiO_(2)复合荧光膜在高显色激光照明中有广阔的应用前景。

关键词：激光照明荧光转换体高显色石榴石硅酸钪钙

基于交叉条形阳极探测器混叠数据的目标定位方法

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激光与光电子学进展 2024年第18期61卷 312-318页

作者：翟一行王斌中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电探测技术研究部中国科学院大学

在使用交叉条形（XS）阳极单光子探测器进行空间目标探测的过程中，会产生大量的混叠数据，而这些数据却无法被直接使用。为了提高目标定位的速度和质量，需要提高数据的利用效率，对混叠数据进行合理利用。对探测过程中产生的混叠数据... 详细信息

在使用交叉条形（XS）阳极单光子探测器进行空间目标探测的过程中，会产生大量的混叠数据，而这些数据却无法被直接使用。为了提高目标定位的速度和质量，需要提高数据的利用效率，对混叠数据进行合理利用。对探测过程中产生的混叠数据进行建模和分析，得到了混叠数据的具体数据结构，并提出保留混叠数据的质心探测方法。设计了数值仿真和实际光路实验，将保留和去除混叠数据两种方法的探测结果进行对比。在仿真和实验中，保留混叠数据的方法均获得了更低的探测误差。在实验中，保留混叠数据方法比去除混叠数据方法的探测误差平均降低了11.9%，可以得到更为准确的探测结果，实现更加快速、高效的目标定位。

关键词：交叉条形阳极单光子探测器目标定位质心计算

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基于猫眼效应的激光主动探测技术研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：张阔吕喆陈飞王佳敏李伟伟陈勇丁晓鹏中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗部中国科学院大学

基于猫眼效应的激光主动探测技术在快速侦察定位和目标信息获取等领域得到广泛应用，本文针对光学系统猫眼效应理论及其在激光主动探测领域应用情况进行总结分析，研判该技术发展趋势与实施远距离目标激光主动探测的可行性。首先，阐述... 详细信息

基于猫眼效应的激光主动探测技术在快速侦察定位和目标信息获取等领域得到广泛应用，本文针对光学系统猫眼效应理论及其在激光主动探测领域应用情况进行总结分析，研判该技术发展趋势与实施远距离目标激光主动探测的可行性。首先，阐述了基于猫眼效应的激光主动探测系统的工作原理；其次，对比分析了利用猫眼效应进行激光主动探测的三种方法：几何光学法，物理光学法与角谱传播法；然后，研究猫眼目标回波数据特性与处理方法；最后，梳理了目前该技术存在的主要难点问题，结合工程需求，研判该技术的发展趋势。

关键词：激光主动探测猫眼效应回波光束回波信号识别

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具有高吸收性能的柔性超黑表面

光学精密工程 2024年第15期32卷 2334-2343页

作者：吴家政安阳李炜中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

超黑表面在热辐射等领域发挥着重要作用,为了制备具有宽光谱高吸收特性的超黑表面,并且简化制备流程、降低成本,提出一种基于飞秒激光和倒模技术的制造方法。实验以激光加工的铜片为母版,探究激光参数对微结构形貌尺寸的影响,选取合适... 详细信息

超黑表面在热辐射等领域发挥着重要作用,为了制备具有宽光谱高吸收特性的超黑表面,并且简化制备流程、降低成本,提出一种基于飞秒激光和倒模技术的制造方法。实验以激光加工的铜片为母版,探究激光参数对微结构形貌尺寸的影响,选取合适参数进行周期性微结构的加工。利用二次模具将周期性微结构与黑漆基底进行结合,获得一种在太阳光谱宽波段具有全向高吸收性能的柔性超黑表面。最后,利用超黑表面联合氧化铟锡(IndiumTin Oxide,ITO)透明玻璃提出一种太阳能吸收器设计方法,并进行户外实验验证。实验结果表明:超黑表面在太阳光谱波段具有高达98.3%的正入射吸收率,入射角为70°大角度时,超黑表面仍具有90%以上的吸收率。覆盖有ITO透明玻璃的太阳能吸收器最高可提升4℃的器件温度。整体工艺制备流程简单,成本低廉,超黑表面具有柔性基底且可大面积扩展。

关键词：飞秒激光加工倒模超黑表面吸收率微结构阵列

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光镊在深海环境中的捕获特性

光子学报 2024年第2期53卷 160-170页

作者：王京刘博刘坤香陈福原李备中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室长春130033 中国科学院大学北京100049

在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬1... 详细信息

在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬18°附近,1.5 km深处的海水折射率模型,预估了深海对光镊系统激光功率的损耗。使用T矩阵法计算对比了光镊在深海中和陆地上的纯水中对不同折射率和不同大小的球形微生物的捕获力。结果表明,相比于纯水中,光镊在1.5 km的深海中的最大轴向捕获力平均降低了25%,最大横向捕获力平均降低了20%。本研究可为未来基于光镊技术开发的深海微生物分选设备的下海实验提供参考。

关键词：光镊光镊捕获力 T矩阵法深海环境深海微生物海水折射率

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基于声光锁模全固态660 nm激光器

中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 238-244页

作者：王禹凝郑权苏鑫柏中树张秀齐刘超智刘薇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长春新产业光电技术有限公司吉林长春130103

脉冲宽度为皮秒的红光激光器,具有脉冲宽度窄,峰值功率高的优点,使其在工业、医疗、科研和信息存储等方面具有广泛的应用。本文采用声光锁模(AOML)的方式设计了一款具有窄线宽、高转换效率,输出波长为660 nm的全固态皮秒激光器。该激光... 详细信息

脉冲宽度为皮秒的红光激光器,具有脉冲宽度窄,峰值功率高的优点,使其在工业、医疗、科研和信息存储等方面具有广泛的应用。本文采用声光锁模(AOML)的方式设计了一款具有窄线宽、高转换效率,输出波长为660 nm的全固态皮秒激光器。该激光器采用半导体侧面泵浦的方式,通过优化谐振腔型,并使用两块LiB3O5(LBO)晶体进行腔外倍频,最终获得最大输出功率为8.6 W的660 nm激光输出。激光器采用脉冲侧面泵浦的模式,获得的锁模脉冲频率为100 MHz,脉冲宽度为887 ps。1319 nm至660 nm激光的倍频转换效率可达41%。

关键词：声光锁模非临界相位匹配宏微脉冲

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重复频率可调窄脉宽228 nm紫外激光器

中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 100-107页

作者：王金艳马放郑磊田东贺陈曦郑权长春新产业光电技术有限公司吉林长春130103 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

紫外激光器是研究紫外共振拉曼光谱的重要工具,拉曼信号可以通过共振拉曼效应得到增强,从而降低拉曼测量的探测极限。本文研究了一种输出波长为228 nm的窄脉宽全固态紫外激光器。首先,以Nd:YVO4作为增益介质,采用电光调Q腔倒空技术,实... 详细信息

紫外激光器是研究紫外共振拉曼光谱的重要工具,拉曼信号可以通过共振拉曼效应得到增强,从而降低拉曼测量的探测极限。本文研究了一种输出波长为228 nm的窄脉宽全固态紫外激光器。首先,以Nd:YVO4作为增益介质,采用电光调Q腔倒空技术,实现了纳秒量级914 nm基频光输出。然后,经过偏硼酸锂(LBO)晶体产生二次谐波,最终经偏硼酸钡(BBO)晶体获得四次谐波228 nm紫外激光。在此基础上,进一步研究了不同重复频率时基频光和倍频光功率的变化规律,优化了紫外激光器的输出效率。实验结果表明:当总抽运功率为30 W时,在10 kHz重复频率下,可获得最高平均功率为84 mW的228 nm紫外激光输出。228 nm激光在5~25 kHz重复频率范围内连续可调,脉冲宽度保持在2.8~2.9 ns,能够满足紫外光谱检测技术领域的应用需求。

关键词： 228 nm激光器紫外激光腔倒空技术二次谐波