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利用啁啾飞秒激光脉冲调控金薄膜中传输表面等离激元的群延迟色散

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物理学报 2024年第17期73卷 248-257页

作者：宋寒冰郎鹏季博宇徐洋宋晓伟林景全长春理工大学物理学院超快与极紫外光学重点实验室长春130022 长春理工大学重庆研究院重庆401135 长春理工大学中山研究院中山528400

准确评估与灵活调控表面等离激元(surface plasmon polaritons,SPP)的传输特性对基于等离激元效应设计的高速-小型化器件具有重要意义.本文从理论上推导了SPP在不同厚度金膜表面传播的群速度色散.当金膜厚度小于40 nm时,随着膜厚度的增... 详细信息

准确评估与灵活调控表面等离激元(surface plasmon polaritons,SPP)的传输特性对基于等离激元效应设计的高速-小型化器件具有重要意义.本文从理论上推导了SPP在不同厚度金膜表面传播的群速度色散.当金膜厚度小于40 nm时,随着膜厚度的增大,SPP的群速度色散显著减小;金膜厚度为40-60 nm时,SPP的群速度色散下降趋势变缓,并在厚度大于60 nm后保持恒定.利用时域有限差分方法,数值模拟了不同传播距离下SPP的电场时间演化.通过比较不同传输距离下SPP近场强度与入射光色散量的关系确定SPP的群速度色散,并得到接近理论推导的结果,进而提出利用负啁啾脉冲激发SPP来补偿传输中产生的群延迟色散,实现不同传输距离SPP场振幅、脉宽的调控.此外,利用定制的SPP激发金属纳米天线,通过调控入射脉冲色散量与SPP在金膜中传播产生群延迟色散的传播特性相结合的手段,实现在纳米信号接收器中热点位置的fs时间灵活时空相干控制.这对于利用等离激元效应设计和控制微型片上集成系统具有重要意义.

关键词：传输表面等离激元飞秒激光脉冲群速度色散群延迟色散

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渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

光学学报 2024年第8期44卷 208-218页

作者：张欣项华中马乐飞郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时... 详细信息

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

关键词：光学设计子午线光焦度加宽渐进通道渐进多焦点镜片

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分散剂浓度对真空热压烧结Y_(2)O_(3)透明陶瓷显微结构和光学性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 774-782页

作者：彭天硕李威威梅炳初武汉理工大学武汉430070

以硝酸钇为原料,采用沉淀法成功制备出Y_(2)O_(3)纳米粉体,通过真空热压烧结工艺制备出Y_(2)O_(3)透明陶瓷。沉淀法是制备Y_(2)O_(3)粉体的常用方法,具有反应条件温和、粉体纯度高、成本低等优点,但由于粉体在沉淀过程中容易发生团聚现... 详细信息

以硝酸钇为原料,采用沉淀法成功制备出Y_(2)O_(3)纳米粉体,通过真空热压烧结工艺制备出Y_(2)O_(3)透明陶瓷。沉淀法是制备Y_(2)O_(3)粉体的常用方法,具有反应条件温和、粉体纯度高、成本低等优点,但由于粉体在沉淀过程中容易发生团聚现象,导致陶瓷的透明性降低。为了解决这一问题,在沉淀溶液中添加了PEG4000作为分散剂,期望改善其粉体的分散性。同时,在真空热压烧结过程中,用钽箔包裹样品,有效地防止了碳污染的发生。本工作研究了PEG添加量对Y_(2)O_(3)粉体和陶瓷的影响,并找到最佳工艺参数。结果表明,当PEG添加量为0.9%(摩尔分数),烧结温度为1500℃时制备的Y_(2)O_(3)陶瓷具有最高的透明性,其在1100 nm处的直线透过率为48.4%,在600 nm处也达到了18.0%。

关键词：氧化钇透明陶瓷沉淀法透过率热压烧结

椭圆函数背景下Gerdjikov-Ivanov方程的多呼吸子

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物理学报 2024年第4期73卷 9-20页

作者：姚慧张海强熊玮玥上海理工大学理学院上海200093

作为非线性发展方程的一种特殊局域解,呼吸子具有包络振荡结构,且这种振荡呈现周期性变化.根据呼吸子在分布方向和演化方向的周期性,呼吸子主要有3种类型,即Kuznetsov-Ma呼吸子(Kuznetsov-Ma breather,KMB)、Akhmediev呼吸子(Akhmediev ... 详细信息

作为非线性发展方程的一种特殊局域解,呼吸子具有包络振荡结构,且这种振荡呈现周期性变化.根据呼吸子在分布方向和演化方向的周期性,呼吸子主要有3种类型,即Kuznetsov-Ma呼吸子(Kuznetsov-Ma breather,KMB)、Akhmediev呼吸子(Akhmediev breather,AB)和一般呼吸子(general breather,GB).近年来,周期背景下的呼吸子现象在许多非线性物理领域被观察到,比如在非线性光纤光学、流体力学等.研究表明背景周期波的调制不稳定性可以激发呼吸子的产生,且周期背景下的呼吸子具有非常丰富的物理性质和相互作用.因此,最近在周期背景下呼吸子的时空结构和相互作用引起了广泛关注.Gerdjikov-Ivanov方程可以被用来描述在量子场理论、弱非线性色散水波、非线性光学等领域中的非线性物理现象.构造该模型的各种类型的解是非常有意义的工作.据了解,在椭圆函数背景下的多呼吸子之前还未被研究过.本文首先利用修正的平方波(modified squared wave,MSW)函数法和行波变换法获得该方程的椭圆函数解.然后,在椭圆函数解初始条件下得到该方程Lax对的通解.基于椭圆函数的转换公式以及积分公式,将势函数周期解化简为只含有Weierstrass椭圆函数.然后,利用达布变换构造出在椭圆函数背景下呼吸子的具体表达形式.在椭圆函数背景下,推导出3种不同类型的呼吸子,包括GB,KMB和AB.最后,给出3种呼吸子的时空结构三维图,并且展示它们之间相互作用的过程.

关键词： Gerdjikov-Ivanov方程椭圆函数达布变换呼吸子

ZnSe及其Mn掺杂复合材料光吸收催化性能和高压结构性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 380-385页

作者：王世霞王晓雨胡天意上海理工大学材料与化学学院上海200093

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验... 详细信息

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验室制备纯ZnSe和Mn∶Zn加入比分别为5%、10%、15%和20%的ZnSe复合材料,对比材料形貌、结构,光吸收和催化性能,结果显示掺杂比为10%的样品结晶度最高,杂质成型量最少,催化性能最佳。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究纯ZnSe和掺杂比为10%的样品的高压结构相变行为,以探究元素掺杂对样品结构性能的影响。研究结果:(1)扫描电子显微镜(SEM)图显示,加入Mn元素后制得的ZnSe样品形貌为球状,与纯样大致相同,球状颗粒表面有小颗粒负载,且随着Mn加入量的增加,表面负载的物质增多;(2)X射线衍射(XRD)图谱表明,ZnSe样品结构为立方闪锌矿结构,随着Mn加入量的增加,样品MnSe特征峰增强,杂质MnO_(2)成型越完全。掺杂比为10%的样品ZnSe结晶度高,杂质成型量少;(3)固体紫外漫反射(UV-Vis)结果表明,掺杂比为10%的样品对光的吸收边最大,禁带宽度最小,为1.65 eV;(4)光催化实验结果显示,掺杂比为10%的样品催化降解甲基橙的效率最大,6 h降解85.4%。研究表明掺杂Mn元素比为10%的ZnSe复合材料,光吸收和催化性能相对最好。金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究ZnSe样品和掺杂比为10%的样品的高压相变结果表明,(1)纯ZnSe的LO声子模在压力上升到12.3 GPa时基本消失,TO声子模在压力上升到20.8 GPa时消失,整个加压过程中没有新峰生成,纯ZnSe发生闪锌矿相向岩盐矿相转变的高压行为;(2)复合材料的TO声子模在6.9 GPa时发生劈裂,在8.0 GPa时208 cm^(-1)处有新峰出现,表明在此压力下部分样品由闪锌矿相转变为辰砂矿相。在10.8 GPa时辰砂矿相的峰消失,体系发生由辰砂矿相向岩盐矿相转变;加压至18.8 GPa,LO声子模非常微弱,几近消失,此时体系中的闪锌矿相完全转化为岩盐矿相。研究了不同条件下ZnSe的光催化性能和相变行为,探究了不同掺杂比对ZnSe光催化性能的影响,确定掺杂比为10%的ZnSe样品为最佳掺杂比复合材料,丰富了极端条件下ZnSe的物理化学性质的多样性研究。

关键词： ZnSe Mn掺杂光吸收性能光催化性能高压相变

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等离子体光纤光栅超痕量汞离子传感器

光学学报 2024年第9期44卷 258-266页

作者：王芳廉岚淇卢梦迪张扬太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030600 大连理工大学物理学院辽宁大连116024

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测,提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振(TFBG-SPR)汞离子传感器。首先,在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共振,在... 详细信息

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测,提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振(TFBG-SPR)汞离子传感器。首先,在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共振,在探针末端镀金从而形成反射式传感结构。然后,采用具有胸腺嘧啶(T)碱基失配的适配体修饰TFBG-SPR栅区,进行特异性汞离子识别。最后,选择链霉亲和素包被的磁性纳米粒子作为信号放大标签,以提高离子检测性能。汞离子与T碱基作用激活适配体序列,连接磁性纳米粒子,传感器表面折射率发生变化,TFBG-SPR包层模式的振幅产生响应。结果表明:采用差分幅度解调,传感器对汞离子的检测极限为0.5 pmol/L,检测范围为1 pmol/L~10μmol/L,所提传感器具备良好的特异性以及再生性,同时通过测量临床样品的回收率,可以证实其在即时、快速检测领域中的应用前景。

关键词：传感器光纤传感器光纤布拉格光栅表面等离激元痕量离子检测

基于分子间电荷转移效应的P3HT∶Y6基可近红外响应有机光电倍增探测器

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光学学报 2024年第4期44卷 90-98页

作者：胡依凡滑羽璐冀婷石林林崔艳霞李国辉太原理工大学物理学院山西太原030024 太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024

通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件,Y6与P3HT发生分子间电荷转移,使得器件的响应波段拓展至1310 nm,在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性... 详细信息

通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件,Y6与P3HT发生分子间电荷转移,使得器件的响应波段拓展至1310 nm,在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性层之间引入原子级厚度的Al_(2)O_(3),极大降低了器件的暗电流,将器件由只能反向偏压响应改善到能够正反双向偏压响应。Al_(2)O_(3)修饰后器件在860 nm处的外量子效率为800%,比探测率为5.6×10^(11)Jones;1310 nm处器件的外量子效率为80.4%,比探测率为5.13×10^(10)Jones。

关键词：探测器分子间电荷转移近红外波段有机光电倍增探测器双向偏压界面修饰

基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)的TMA传感器气敏性能及其应用研究

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电子学报 2024年第4期52卷 1389-1398页

作者：韩丹洪宇涛刘志华段奇李栋辉王雨史杰旭桑胜波太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024

本文联合溶剂热法和氮化法合成氮化镓(GaN)/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料,并研究了基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料的气体传感器对三甲胺(Trimethylamine,TMA)气体的传感特性.通过一系列表征手段分析了复合材料的形貌以及元素组... 详细信息

本文联合溶剂热法和氮化法合成氮化镓(GaN)/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料,并研究了基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料的气体传感器对三甲胺(Trimethylamine,TMA)气体的传感特性.通过一系列表征手段分析了复合材料的形貌以及元素组成特性,证实了GaN与Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的成功复合.传感器对TMA气体的气敏特性结果表明,GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)传感器在室温下能够高效检测1~200 ppm的TMA气体,且与纯GaN传感器相比,对TMA的检测下限由10 ppm降低至1 ppm.此外,复合传感器气敏结果进一步证实了其良好的抗干扰特性以及长期稳定性.利用表面耗尽层模型解释了GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合传感器气敏机理,及其与纯GaN传感器相比气敏性能提升的原因.最后,本文开发了一种无接触式TMA气体检测装置,检测结果表明该装置有望实现对肝、肾病患者呼出气的高效实时检测,在肝、肾疾病的早期筛查方面具有较大的应用潜力.

关键词： GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x) 室温三甲胺气体传感器无接触检测

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基于自组装密排金纳米球微球壳的米散射特性

光学学报 2024年第14期44卷 326-335页

作者：宋明霞虞应刘绍鼎太原理工大学电子信息与光学工程学院山西商太原030024

通过乳化自组装方法制备了由密排金纳米球所构成的微球壳结构,实验测量及数值计算的单颗粒散射光谱表明,微球壳结构的光学响应与等效高折射率电介质球壳类似,能够产生电偶极及磁偶极共振模式。当两者的相互作用满足Kerker条件时,可形成... 详细信息

通过乳化自组装方法制备了由密排金纳米球所构成的微球壳结构,实验测量及数值计算的单颗粒散射光谱表明,微球壳结构的光学响应与等效高折射率电介质球壳类似,能够产生电偶极及磁偶极共振模式。当两者的相互作用满足Kerker条件时,可形成定向的前向散射,从而有效抑制背向散射。同时,由于金纳米颗粒之间的等离激元耦合作用,微球壳的壳层内部相对电介质结构能够产生更大的局域场增强。此外,通过测试和计算结果的对比可见,随着微球壳尺寸的增大,其壳层厚度有逐渐增大的趋势,同时如环形电偶极、电四极、磁四极等高阶米散射贡献也可有效被激发。上述结果表明这种金纳米球所构成的微球壳是一种具有丰富米散射特性的结构,在增强光学非线性和光学成像等领域具有潜在的应用前景。

关键词：米散射金纳米球乳化自组装等效介质理论表面等离激元