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基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器

光学学报 2024年第2期44卷 304-311页

作者：邓光晟方林颖郭澳然杨军李迎尹治平合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心安徽合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009

提出了一种基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器,该超材料传感器由刻蚀在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜表面的多方形谐振单元的平面阵列组成。拉伸柔性PDMS薄膜会改变谐振单元的结构参数,进而使传感器的谐振频率产生变化。该超材料传感器可... 详细信息

提出了一种基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器,该超材料传感器由刻蚀在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜表面的多方形谐振单元的平面阵列组成。拉伸柔性PDMS薄膜会改变谐振单元的结构参数,进而使传感器的谐振频率产生变化。该超材料传感器可以同时实现应变或拉力的高灵敏度检测。同时,谐振结构中央的方形连接环起到了不对称分裂间隙的作用,激发了具有更高Q值的高阶谐振模式,实现了更高的频谱分辨率。实验结果表明,施加拉力从0增大至1.2 N时,结构尺寸拉伸率达到初始状态的1.2倍,超材料的谐振峰频率从109.23 GHz红移到99.42 GHz。该传感器可以实现8.43 GHz/N的高灵敏度拉力传感。耐久性测试表明在该样品的使用中至少可以经历100次拉伸-松弛循环。所提出的传感器具有灵敏度高、加工方便、成本低和无线测量的优点,具有潜在的应用价值。

关键词：传感器拉力传感器柔性超材料光谱高灵敏度

热效应作用下SiO_(2)光学微腔中的多孤子光场分析

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光学学报 2024年第10期44卷 385-392页

作者：徐昕叶回春焦晨金雪莹潘成亮陈东夏豪杰合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230027

光学微腔中热效应对腔内光场的演化有重要的影响。在Lugiato-Lefever方程的基础上,分析了热效应对SiO_(2)光学微腔中光场演化的影响。研究发现,在零失谐的初始条件下,热效应可以在腔内激发出多孤子光场,但由于热效应的加剧,该光场只能... 详细信息

光学微腔中热效应对腔内光场的演化有重要的影响。在Lugiato-Lefever方程的基础上,分析了热效应对SiO_(2)光学微腔中光场演化的影响。研究发现,在零失谐的初始条件下,热效应可以在腔内激发出多孤子光场,但由于热效应的加剧,该光场只能短暂存在。因此,当多孤子光场产生后,利用调谐泵浦波长和功率的方式来保持微腔内的多孤子。通过选择合适的泵浦功率和波长扫描速度,可有效补偿热效应引起的失谐,维持多孤子光场。此外,泵浦的参数也会对调谐后的光场产生不同的影响。改变泵浦功率可以改变调谐后多孤子光场中脉冲的数量,泵浦功率越高,则热效应越明显,调谐后的多孤子光场包含的脉冲数量也越多。而泵浦波长的调谐速度过小,会导致多孤子光场逐渐消失;泵浦波长扫描过快,会引起微腔工作于正失谐状态,从而导致原有的多孤子演化为混沌光场。

关键词：激光器光学微腔热效应多孤子光场调谐

A位取代和缺陷钝化实现钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射

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发光学报 2024年第7期45卷 1068-1076页

作者：王亮严梦彤李妍吕梅陆红波朱俊合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽省半导体检测技术与仪器工程研究中心测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 合肥工业大学化学与化工学院安徽合肥230009

作为发红光的光学增益介质,CsPbI_(2)Br钙钛矿材料具有良好的热稳定性和合适的光学带隙,引起了研究者的广泛关注。然而,溶液法制备的CsPbI2Br薄膜在高湿度环境下易发生相变,同时薄膜存在大量缺陷,阻碍了其性能提升。鉴于此,采用部分FA^(... 详细信息

作为发红光的光学增益介质,CsPbI_(2)Br钙钛矿材料具有良好的热稳定性和合适的光学带隙,引起了研究者的广泛关注。然而,溶液法制备的CsPbI2Br薄膜在高湿度环境下易发生相变,同时薄膜存在大量缺陷,阻碍了其性能提升。鉴于此,采用部分FA^(+)(CH_(4)N_(2)^(+))进行A位取代以提高钙钛矿薄膜的相稳定性,然后利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对钙钛矿薄膜进行表面钝化。得益于FA^(+)阳离子带来的薄膜形貌的改善和PMMA良好缺陷钝化效果,实现了Cs_(0.7)FA_(0.3)PbI_(2)Br钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射(ASE),其发射波长为689 nm,纳秒激光激发下的阈值为15μJ/cm^(2)。同时,该薄膜具有良好的疏水性和光稳定性,在大气湿度环境下(RH为(40±10)%),采用3000μJ/cm^(2)脉冲激光持续照射120 min,其ASE强度仍能维持其初始值的93%。这项工作为实现低阈值高稳定的红光ASE和激光提供了参考。

关键词：钙钛矿放大自发辐射阳离子取代缺陷钝化

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基于边孔光纤偏振可调的环形腔激光输出技术

中国激光 2024年

作者：余燚余有龙王培明周秦至余千春合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

实际应用中往往对激光的偏振态有一定的要求，为实现不同偏振态的激光输出，基于边孔光纤(Side Hole Fiber, SHF)搭建了全光纤环形腔激光输出装置。通过扭转内嵌在腔内的SHF，实现对输出激光椭圆度和方位角的调节，并探讨了其应用于传... 详细信息

实际应用中往往对激光的偏振态有一定的要求，为实现不同偏振态的激光输出，基于边孔光纤(Side Hole Fiber, SHF)搭建了全光纤环形腔激光输出装置。通过扭转内嵌在腔内的SHF，实现对输出激光椭圆度和方位角的调节，并探讨了其应用于传感领域的可行°性。实验表明：扭转角为0°～180°时，输出激光椭圆度最大调节范围为0.02～0.48，而方位角最大调节范围为-93°～2°。若扭转角为0°时入射线偏振光的偏振方向与SHF主轴夹角为45，椭圆度的调节范围可增至0.02～0.91。将偏振可调激光输出装置用于扭转角度传感，扭转角度测量范围为5°～97°时，灵敏度为-1.0757°/°。该设计结构简单、易操控，为激光偏振态的调节及基于偏振的传感测量技术提供了新思路。

关键词：环形腔激光输出偏振调控扭转边孔光纤

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光交联制备可拉伸有机半导体材料

液晶与显示 2024年第7期39卷 867-874页

作者：徐宁陈显春徐佳馨王晓鸿邱龙臻合肥工业大学光电技术研究院特种显示技术国家工程实验室测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 中建材玻璃新材料研究院集团有限公司硅基材料安徽省实验室安徽蚌埠233000

有机半导体材料因具备良好的溶液加工性以及优异的电荷传输性能,在柔性器件中展现出广阔的应用前景。本文介绍了一种制备可拉伸半导体材料的方法。该方法利用二苯甲酮光引发将3,6-二噻吩-2-基-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮基共... 详细信息

有机半导体材料因具备良好的溶液加工性以及优异的电荷传输性能,在柔性器件中展现出广阔的应用前景。本文介绍了一种制备可拉伸半导体材料的方法。该方法利用二苯甲酮光引发将3,6-二噻吩-2-基-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮基共轭聚合物(4Si)与聚二甲基硅氧烷进行光交联,研究了聚合物薄膜交联前后的电学性能和机械性能变化。结果显示,与未交联的4Si以及共混薄膜相比,交联薄膜的电学性能略微下降,但是机械性能得到了提升,起始裂纹应变由30%增加到50%。在100%的应变下,交联薄膜在平行应变方向上的迁移率为0.36 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),是初始迁移率的1.44倍。

关键词：可拉伸半导体二苯甲酮光交联机械性能

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飞秒激光打印倾斜微结构在固液界面的变形研究(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 422-430页

作者：祁乔乔李鑫凯胡海健陈超张晨初张亚超吴思竹劳召欣合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 合肥工业大学材料科学与工程学院材料物理及新能源材料与器件系安徽合肥230009 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

在微纳制造过程中,固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性,导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程,对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立... 详细信息

在微纳制造过程中,固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性,导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程,对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立固液耦合界面下倾斜微板的毛细力作用模型,综合研究了倾斜角度、微板高度和结构间距对毛细力牵引下微结构形态(内组装、倾斜和外倒塌)的影响。结果表明:固液耦合界面下结构在毛细力作用下的变形行为主要取决于结构所受毛细力(内、外毛细力)和自身支撑力之间的竞争关系。理论分析、实验结果和仿真模拟表明,在高纵横比倾斜微结构阵列中,可以通过邻近结构的耦合设计来避免不对称毛细力诱导下的微结构坍塌。本工作对涉及固液耦合情况的倾斜型、高纵横比微纳米结构的加工制造具有重要的参考意义。

关键词：飞秒激光双光子聚合倾斜微结构固液耦合界面毛细力

一种新的大行程垂直纳米运动工作台设计与控制研究

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计量学报 2024年第3期45卷 318-324页

作者：张帆黄强先程荣俊张连生李红莉李瑞君合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009

在大行程高精度垂直运动中,工作台的设计及稳定控制是关键因素。因此设计一种新型的具有平衡机构的工作台,以实现垂直方向上大行程纳米稳定运动。所研究工作台采用N331压电直线电机独立驱动,通过空气静态导轨悬浮,设计Z轴平衡系统降低... 详细信息

在大行程高精度垂直运动中,工作台的设计及稳定控制是关键因素。因此设计一种新型的具有平衡机构的工作台,以实现垂直方向上大行程纳米稳定运动。所研究工作台采用N331压电直线电机独立驱动,通过空气静态导轨悬浮,设计Z轴平衡系统降低垂直向电机驱动负载。利用步进控制方式完成大行程驱动,模拟方式实现微位移精密驱动控制。所提出的驱动与控制策略,可实现100 mm垂直方向上高精度快速精密驱动。另Z向也可实现纳米步进模式与模拟模式的复合控制。在全行程100 mm的范围内定位波动可限制在±9 nm内。通过验证实验,本运动工作台可适用于微纳米三坐标测量机、微光刻和微加工应用的驱动与控制任务。

关键词：几何量计量纳米运动工作台垂直运动大行程纳米步进模拟模式

2-己基癸酸改性的全溶液制备的CsPbBr_(3)量子点发光二极管

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液晶与显示 2024年第7期39卷 875-882页

作者：吴加其王程杨陆红波朱俊合肥工业大学化学与化工学院安徽合肥230009 合肥工业大学光电技术研究院特种显示技术国家工程实验室安徽合肥230009

钙钛矿量子点发光二极管是极具发展潜力的新型显示技术。全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点具有优异的光电性能,然而合成CsPbX3量子点时往往需要油酸(OA)和油胺(OAm)等配体的参与,这些配体和量子点之间的动态结合方式使其极易从量子... 详细信息

钙钛矿量子点发光二极管是极具发展潜力的新型显示技术。全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点具有优异的光电性能,然而合成CsPbX3量子点时往往需要油酸(OA)和油胺(OAm)等配体的参与,这些配体和量子点之间的动态结合方式使其极易从量子点表面脱落,进而引发量子点的不稳定性现象。此外,油酸油胺的绝缘特性会阻碍发光二极管中载流子的传输并恶化器件性能。鉴于此,本文以CsPbBr_(3)量子点为研究对象,采用短链配体2-己基癸酸(DA)部分取代长链OA配体,系统探究了不同DA/OA摩尔比对CsPbBr_(3)量子点光学性能的影响。结果表明,经DA修饰的CsPbBr_(3)量子点表现出高达88.64%的光致发光量子产率。随后,将优化后的CsPbBr_(3)量子点应用到全溶液制备的发光二极管中,器件的最高亮度和最大外量子效率分别从9 cd·m^(-2)和0.04%提升至155 cd·m^(-2)和0.14%。接着,通过优化钙钛矿发光层和空穴传输层之间的能级匹配,进一步将器件的亮度和外量子效率提升至436 cd·m^(-2)和0.20%。

关键词： CsPbBr_(3)量子点新型显示技术发光二极管配体取代全溶液制备

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面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪

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计量学报 2024年第1期45卷 103-111页

作者：方旭刘欣李琪舒慧张正东程真英李瑞君合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 中国计量科学研究院北京100029

针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100 nm等间隔的干涉调制,最... 详细信息

针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100 nm等间隔的干涉调制,最终由傅里叶逆变换解析出的吸收光谱分辨力可达3.25 cm^(-1)。用该光谱仪对汽油样品进行质量检测的结果表明:该光谱仪可在短时间内对汽油中5种物质含量进行快速计量,其最大体积误差不超过0.7%,可以满足油品参数现场计量的需求,对市场中成品油质量的监管具有重要意义。

关键词：油品参数测量近红外光谱仪傅里叶逆变换汽油相干长度扩增法