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薄膜铌酸锂电光调制器研究进展

中国科学:物理学力学天文学 2024年

作者：范佳诺李文健罗强禹宣伊薄方张国权许京军南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室物理科学学院泰达应用物理研究院南开大学

电光调制器被广泛应用于光通信系统的发射端,通过外加电信号改变光载波的振幅、相位等信息,实现高速电信号与光信号之间的转换.随着用户对数据流量和通信网络带宽需求的增加,对电光调制器的性能、集成度等指标提出了更高的要求.薄膜铌... 详细信息

电光调制器被广泛应用于光通信系统的发射端,通过外加电信号改变光载波的振幅、相位等信息,实现高速电信号与光信号之间的转换.随着用户对数据流量和通信网络带宽需求的增加,对电光调制器的性能、集成度等指标提出了更高的要求.薄膜铌酸锂调制器具有功耗低、带宽大、尺寸小及制备技术相对成熟的特点,是集成光路未来发展的有效解决方案之一.本文综述了薄膜铌酸锂调制器的工作原理及设计思路,系统总结了调制器重要的性能指标,介绍了相位调制器、马赫-曾德尔型强度调制器等主流结构电光调制器的研究进展,并讨论了当前用于提升调制器性能的有效方案,最后对薄膜电光调制器存在的问题及未来发展进行了总结与展望.

关键词：铌酸锂电光调制器带宽半波电压集成光路

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铌酸锂集成光子芯片端面耦合器件（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第11期 174-183页

作者：贾笛郝振中薄方张国权许京军弱光非线性光子学教育部重点实验室南开大学泰达应用物理研究院物理科学学院

薄膜铌酸锂（TFLN）具有优异的电光和光学非线性特性，是开展电光调制器、非线性光学频率转换器等相关研究的重要平台。然而，由于TFLN片上光波导与光纤模场尺寸存在显著差异，严重限制了二者之间的高效耦合。因此，高效率端面耦合器成... 详细信息

薄膜铌酸锂（TFLN）具有优异的电光和光学非线性特性，是开展电光调制器、非线性光学频率转换器等相关研究的重要平台。然而，由于TFLN片上光波导与光纤模场尺寸存在显著差异，严重限制了二者之间的高效耦合。因此，高效率端面耦合器成为了突破TFLN集成光学芯片应用限制瓶颈的重要手段。将对TFLN端面耦合器的研究进展进行系统综述，首先介绍常见的几种参与端面耦合的光纤特性；然后，介绍端面耦合器中铌酸锂端面耦合波导的典型结构，如单层或多层倒锥形波导、楔形波导等，并对相关的包层材料的选择及制备方法进行讨论；最后，对端面耦合器研究现状、存在的问题等做出总结，并展望未来可能的发展方向。

关键词：薄膜铌酸锂端面耦合器倒锥形波导楔形波导

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铌酸锂导电畴壁及其应用

人工晶体学报 2024年第3期53卷 395-409页

作者：张煜晨李三兵许京军张国权南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室天津300071

铌酸锂(LiNbO3,LN)是一种多功能的单轴铁电材料,广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道,在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景,促进了铌酸锂在... 详细信息

铌酸锂(LiNbO3,LN)是一种多功能的单轴铁电材料,广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道,在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景,促进了铌酸锂在纳米光电子学领域的应用。绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)畴壁p-n结的实现有望进一步促进铌酸锂基光电一体化芯片的发展进程。本文简要回顾了铌酸锂导电畴壁的研究进展,介绍了畴壁的制备、导电机制、导电类型和畴壁的应用,重点介绍了铌酸锂畴壁p-n结的研究,进一步结合应用热点概述了铌酸锂畴壁光电子器件开发进程中的关键问题、机遇和挑战。

关键词：铌酸锂导电畴壁 p-n结薄膜铁电纳米光电子学

质子交换膜电解水制氢阳极析氧反应催化剂的研究进展

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1861-1872页

作者：曹雪洁杨磊徐光宇焦丽芳南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室天津300071

氢气被认为是一种清洁的能源载体。作为应对全球能源挑战的潜在解决方案,各类可再生能源制氢工艺已受到广泛关注。质子交换膜(PEM)电解水技术具有启动和功率调节迅速的优点,是目前唯一可以耦合可再生能源发电制备高纯度氢气的技术。催... 详细信息

氢气被认为是一种清洁的能源载体。作为应对全球能源挑战的潜在解决方案,各类可再生能源制氢工艺已受到广泛关注。质子交换膜(PEM)电解水技术具有启动和功率调节迅速的优点,是目前唯一可以耦合可再生能源发电制备高纯度氢气的技术。催化剂是PEM电解水反应的关键材料,尤其是阳极侧的析氧催化剂。本文首先回顾了4类主流的电解水制氢技术,随后概述了铱基和钌基电催化剂在酸性析氧反应中的最新研究进展,特别强调了对活性/稳定性增强策略的讨论。最后,总结了该领域存在的问题和所面临的挑战,并对未来的研究方向做出了展望。

关键词：质子交换膜电解水制氢析氧反应铱基电催化剂钌基电催化剂

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磁声耦合:物理、材料与器件

物理学报 2024年第5期73卷 1-23页

作者：陈崇马铭远潘峰宋成清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积... 详细信息

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积小、成本低和性能稳定等多方面的优势,在移动通信等领域得到了广泛应用.受益于成熟的制造工艺和确定的共振频率,声波已逐渐成为操控磁性和自旋的有力手段,这一领域正朝着小型化、超快和节能的自旋电子学器件应用迈进.将磁性材料集成到声学射频器件,也开辟了对声学器件调控方法和性能提升的新思路.本综述首先梳理了各种磁声耦合的物理机制,并在此基础上系统介绍了声控磁化动力学、磁化翻转、磁畴和磁性斯格明子产生及运动、自旋流产生等一系列磁性和自旋现象.同时也讨论了声控磁的逆过程——磁控声波的研究进展,包括声波参数的磁调控和声波的非互易传播,以及基于此开发的新型磁声器件,如磁传感器、磁电天线、可调谐滤波器等.最后展望了磁声耦合未来可能的研究方向和潜在的应用前景.

关键词：磁弹耦合声控磁性磁控声波磁声器件

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铌酸锂晶体的缺陷结构

人工晶体学报 2024年第3期53卷 355-371页

作者：刘宏德王维维张中正郑大怀刘士国孔勇发许京军南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室天津300071 石家庄铁道大学数理系石家庄050043

铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌... 详细信息

铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌酸锂是一种典型的非化学计量比晶体,其含有大量的本征缺陷,严重影响了晶体性能;同时,铌酸锂晶格对众多杂质离子都有良好的固溶性,而且晶体的性质随着杂质离子的种类和浓度不同产生显著变化。如同单晶硅等半导体材料的缺陷工程,缺陷已经并且必将继续对晶体的性能及铌酸锂集成光子学产生重要影响。本文对铌酸锂晶体的缺陷结构做了一个简要的回顾,尤其是近期涉及薄膜铌酸锂晶体的相关内容,涵盖了本征缺陷结构、非本征缺陷结构、缺陷结构的表征、缺陷结构的理论计算、缺陷结构与晶体性能的构效关系等方面,以期对当前的铌酸锂集成光子学研究贡献微薄之力。

关键词：铌酸锂缺陷结构薄膜铌酸锂集成光子学构效关系

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基于碳中和新技术的美丽中国建设

中国环境科学 2024年第4期44卷 1777-1787页

作者：周启星王辉欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

碳中和技术是以减少碳排放和增加碳固定为目的,以节能、减排、增效为核心的新技术体系,主要分为三类,包括温室气体的捕集技术、温室气体的埋存技术和低碳或零碳新能源技术.将碳中和技术应用于美丽中国建设不仅可以有效推动我国能源结构... 详细信息

碳中和技术是以减少碳排放和增加碳固定为目的,以节能、减排、增效为核心的新技术体系,主要分为三类,包括温室气体的捕集技术、温室气体的埋存技术和低碳或零碳新能源技术.将碳中和技术应用于美丽中国建设不仅可以有效推动我国能源结构的转型和科学技术的进步,还能够促进生态环境的改善和绿色经济的发展.本研究通过阐述碳中和技术相关理念和发展现状,分析了实现碳中和的有效途径,并进一步讨论了碳中和技术如何助力美丽中国建设.结果表明,目前关于碳中和技术的研究领域主要有氢能领域、电化学领域、绿色化学领域、节能技术、储能技术、废物的资源回收以及合成生物学领域.这些新能源和新技术的出现不仅能够极大地提高能源的利用效率,还能够促进绿色清洁技术的发展.此外,碳中和技术也能够减少污染物的排放,增强资源的高效利用,助力低碳能源体系的建立和促进生态文明体制的健全,从而助力美丽中国建设.

关键词：碳中和技术美丽中国建设能源结构低碳能源体系

二抗物种特异性对双色STORM成像的影响(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 145-152页

作者：邓师禹胡芬侯梦迪杨建宇李任植潘雷霆弱光非线性光子学教育部重点实验室南开大学物理科学学院泰达应用物理研究院天津300071 药物化学生物学全国重点实验室南开大学生命科学学院细胞应答交叉科学中心天津300071 南开大学深圳研究院广东深圳518083 极端光学协同创新中心山西大学山西太原030006

随机光学重建显微术(STORM)基于免疫荧光标记技术,具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记,“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适... 详细信息

随机光学重建显微术(STORM)基于免疫荧光标记技术,具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记,“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题,生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响,基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系,对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像,对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果,结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步,分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像,结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略,助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。

关键词：超分辨成像随机光学重建显微术免疫荧光红细胞膜骨架互相关分析

二抗物种特异性对双色STORM成像的影响（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第6期 155-162页

作者：邓师禹胡芬侯梦迪杨建宇李任植潘雷霆弱光非线性光子学教育部重点实验室南开大学物理科学学院泰达应用物理研究院药物化学生物学全国重点实验室南开大学生命科学学院细胞应答交叉科学中心南开大学深圳研究院极端光学协同创新中心山西大学

随机光学重建显微术（STORM）基于免疫荧光标记技术，具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点，一直受到科研工作者的青睐，但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记，“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用... 详细信息

随机光学重建显微术（STORM）基于免疫荧光标记技术，具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点，一直受到科研工作者的青睐，但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记，“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题，生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响，基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系，对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像，对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果，结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步，分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像，结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略，助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。

关键词：超分辨成像随机光学重建显微术免疫荧光红细胞膜骨架互相关分析