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多维度大容量超表面全息及光场变换

光学学报 2024年第2期44卷 52-61页

作者：陈彦杰徐正琨赵睿哲李晓炜王涌天黄玲玲北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室北京100081 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室北京100081

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了... 详细信息

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。

关键词：超表面多维度光场调控全息成像光束整形

构筑可持续生物炭修饰钨酸铋复合光催化剂实现基于增强电荷转移效应的高效水净化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 169-184页

作者：周恒张蕊岳彩燕吴旭严琼王昊张衡马天翼贵州大学精细化工研发中心生物质资源综合利用国家地方联合工程实验室绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室绿色农药全国重点实验室贵州贵阳550025 沈阳药科大学制药工程学院辽宁沈阳110036 皇家墨尔本理工大学澳大利亚墨尔本

近年来,全球环境问题日趋严峻,水体中的农药污染愈发严重,亟待解决.光催化作为一种绿色高效的技术,在环境修复领域具有较高的应用价值.然而,光生载流子的快速复合和电荷利用效率低是制约光催化效率的关键问题.生物炭(BC)是一种新兴的碳... 详细信息

近年来,全球环境问题日趋严峻,水体中的农药污染愈发严重,亟待解决.光催化作为一种绿色高效的技术,在环境修复领域具有较高的应用价值.然而,光生载流子的快速复合和电荷利用效率低是制约光催化效率的关键问题.生物炭(BC)是一种新兴的碳质材料,来源于可持续利用的生物质废物,因其出色的吸附能力在污染物去除方面备受关注.因此,设计并开发功能化改性的BC基复合光催化剂,有望快速修复农药污染,推动高效、可持续的光催化污水净化技术的发展.本文首先以木屑生物质为原料,在厌氧条件下热解制备了不同氮含量掺杂的BC(Nx-BC,x代表尿素与BC的质量比).然后,以乙二醇为溶剂,将Nx-BC与Bi2WO6前驱体溶液混合,通过溶剂热反应制备一系列Bi2WO6/氮掺杂BC复合材料(BWO/Nx-BC),并用于可见光照射下光催化降解毒死蜱(CPs)农药.X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和傅里叶红外光谱等结果表明,成功制备了BWO/Nx-BC复合材料.紫外-可见漫反射光谱结果表明,BWO/Nx-BC能有效吸收可见光,结合X射线光电子能谱分析,确定了其导带和价带位置.特别是,氮掺杂后的BWO/N3-BC在电子导电性提高的同时,还保持了良好的吸附性能,有效避免了光生载流子的重组.通过光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线研究了光催化剂的载流子分离和重组行为.结果表明,BWO/N3-BC表现出较好的光催化降解效率,仅需0.5 h即可降解99.0%的CPs,其降解速率分别是纯BWO和纯N3-BC的2.91倍和12.13倍.BWO/N3-BC复合材料在8次循环使用后仍保持稳定.同时,考虑到真实水体环境的复杂性,本文还系统地探讨了不同操作参数对光催化降解活性的影响.自由基清除实验和电子顺磁共振结果表明,该反应的关键活性物质有•O_(2)^(-)、•OH和h^(+),其中•O_(2)^(-)是最主要的活性物质,并结合实验结果推测了BWO/N3-BC吸附-光降解的协同增效机制.利用高效液相色谱-质谱技术研究了CPs的降解中间体,提出了三种可能的降解途径,并对每种途径进行了详细分析.最后,通过生态毒性试验(大肠杆菌的培养)和毒性评估软件工具对CPs及其中间体的潜在生态毒性进行了系统评估.综上所述,本文通过直接煅烧辅助溶剂热法成功制备了BC基光催化剂,并揭示了其促进CPs光降解的机理,这为环境可持续的光催化循环经济提供了参考,也为光催化技术与废弃生物质高值利用相结合,实现环境修复开辟了新思路.

关键词：光催化生物炭 Bi_(2)WO_(6) 毒死蜱毒性评价

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基于T型透镜排布的多频干涉系统设计及成像

光子学报 2024年第7期53卷 145-152页

作者：乔宇陈贵祥翟雨生刘罡何伟基陈钱南京理工大学光学前沿交叉研究中心南京210094 南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119

为探究多频点采集对成像的影响,提出并搭建了一种T型透镜排布的多频干涉系统,该系统可以同时对二维光栅目标的多个空间频率进行采集。实验成功实现了二维光栅图像的重建,系统仿真得到的图像峰值信噪比(PSNR)为30.79 dB,实验重建图像PSNR... 详细信息

为探究多频点采集对成像的影响,提出并搭建了一种T型透镜排布的多频干涉系统,该系统可以同时对二维光栅目标的多个空间频率进行采集。实验成功实现了二维光栅图像的重建,系统仿真得到的图像峰值信噪比(PSNR)为30.79 dB,实验重建图像PSNR为27.95 dB,重建图像的整体结构未发生改变。成像系统的设计及成像的过程也为该技术的实际工程应用提供了指导和方向。

关键词：成像系统光子集成干涉成像透镜排布干涉成像图像重建

1064nm半导体可饱和吸收镜的激光热损伤研究

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1064nm半导体可饱和吸收镜的激光热损伤研究

作者：杨丽娇西安理工大学

学位级别：硕士

半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror,SESAM)由于其非线性吸收特性被广泛应用于产生超短脉冲激光,但是高功率工作条件下SESAM会产生非热损伤以及热损伤,从而对整个激光系统的可靠性造成重要影响。当前,国内外对... 详细信息

半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror,SESAM)由于其非线性吸收特性被广泛应用于产生超短脉冲激光,但是高功率工作条件下SESAM会产生非热损伤以及热损伤,从而对整个激光系统的可靠性造成重要影响。当前,国内外对于SESAM的损伤研究多是通过实验的方式进行实测验证,缺少损伤机制方面的定量理论机制研究。因此,本文基于能量弛豫过程以及固体传热理论,通过COMSOL多物理场仿真软件对1064 nm SESAM的损伤机制进行模拟计算和理论分析,最后结合SESAM芯片的损伤实验测试,对损伤规律和损伤表现进行对比分析。本文的研究内容和相关成果如下:1.针对SESAM中的InGaAs吸收层,对其晶格弛豫模型进行计算。通过计算得出,当能量密度从50 mJ/cm2升高到150 mJ/cm2时,电子温度升高一倍,晶格温度升高450 K,载流子浓度也增加了8×1020cm-3,表明非热损伤加剧。2.建立了1064 nm SESAM的二维模型进行热损伤仿真分析。对于脉宽为50 ns的激光,当光功率从2 W增大为8 W时,InGaAs吸收层中心点温度升高到1127.25℃,超过了材料的熔点,造成了不可逆的热损伤。当光斑半径从45 μm减小到35 μm时,吸收层中心点温度升高为1110.21℃,吸收层开始产生不可逆的热损伤。当环境温度从20 ℃上升到120℃时,吸收层中心点温度则升高88.6℃,环境温度增大使得热积累更严重。3.研究了表面分别沉积SiO2/TiO2、TiO2/SiO2及Ga2O3三种不同介质膜的SESAM的热分布规律,通过计算分析不同结构下的反射率、电场分布以及温度场分布,发现SESAM表面沉积4对TiO2/SiO2膜会比4对SiO2/TiO2膜时,吸收层温度降低22.1℃;如果表面沉积单层Ga2O3膜,SESAM吸收层的温度比起沉积单层其它两种类型的介质膜更低,更适合抑制SESAM的热损伤。4.对实际制作的SESAM芯片,搭建激光损伤测试平台,实验验证未镀膜SESAM和镀Ga2O3薄膜SESAM的损伤情况。结果表明激光功率的增大以及激光光斑半径的减小会使得SESAM更容易发生损伤;但对于沉积Ga2O3薄膜的SESAM,会因为膜层影响到达吸收层的激光能量和光子吸收过程的作用,其损伤阈值会提升。

关键词： 1064nm 有限元脉冲激光热分析介质膜

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基于薄膜铌酸锂的光子集成FBG解调系统

光电子·激光 2024年

作者：彭福祥陶传义郭涛钱正全钟祝强重庆理工大学理学院

本文提出了一种新型基于薄膜铌酸锂脊型光波导微纳结构的光纤布拉格光栅传感系统，其核心器件是集成了一个基于非平衡Mach-Zehnder干涉仪的电光布拉格偏转调制器。利用非平衡Mach-Zehnder结构将光纤布拉格光栅中心波长的漂移转化为相位... 详细信息

本文提出了一种新型基于薄膜铌酸锂脊型光波导微纳结构的光纤布拉格光栅传感系统，其核心器件是集成了一个基于非平衡Mach-Zehnder干涉仪的电光布拉格偏转调制器。利用非平衡Mach-Zehnder结构将光纤布拉格光栅中心波长的漂移转化为相位调制，并通过电光调制转化为强度调制，从而完成波长解调。采用有限元方法，当中心波长为1.55 μm时，非平衡Mach-Zehnder干涉仪的半波电压为29.4 V，解调效率为2.03 V·cm，器件消光比大于54 dB。电光布拉格偏转调制器的最大衍射效率为68%，远高于本系统所需的衍射强度。通过片上集成化设计，相比传统解调系统，该系统有效减少了体积和传输损耗。同时，在外加10 kHz动态信号测试中表现优异，显示出其在高频应变测量中较大的应用潜力。

关键词：集成光学薄膜铌酸锂电光布拉格偏转调制器光纤布拉格光栅波长解调

大气湍流信道下一种高斯光斑空间传输的高效耦合方法

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光电子·激光 2024年

作者：王伯文张雷王潼董科研庞迪月于笑楠长春理工大学光电工程学院长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心

针对大气信道下远距离通信，高斯光束受大气湍流信道影响，导致接收耦合能量低的问题，提出了一种适用于大气湍流信道的高斯光斑空间传输的高效耦合方法。该方法从高斯光斑光强、闪烁指数分布特性的角度出发，通过监测光强与闪烁指数的... 详细信息

针对大气信道下远距离通信，高斯光束受大气湍流信道影响，导致接收耦合能量低的问题，提出了一种适用于大气湍流信道的高斯光斑空间传输的高效耦合方法。该方法从高斯光斑光强、闪烁指数分布特性的角度出发，通过监测光强与闪烁指数的统计数值作为反馈，控制发射端抑制湍流引起的光强闪烁，实现了光束的高效耦合，提升通信系统性能。并通过搭建1km激光通信试验进行验证，结果表明：根据信道闪烁监测调整终端后，平均光强从19.63μW增加至24.91μW，闪烁指数从0.140降低至0.088，通信误码率从1.27E-6降低到1.07E-10，通信误码率在弱湍流条件下改善了4个数量级。该方法能够有效提升大气激光通信系统的性能，为大气激光通信系统的推广与应用奠定基础。

关键词：高斯光斑湍流信道耦合能量闪烁指数通信误码率

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基于苯硼酸衍生物的糖类传感器

化学进展 2024年第1期36卷 106-119页

作者：施坦寇东辉薛亚南张淑芬马威大连理工大学精细化工国家重点实验室智能材料化工前沿科学中心大连116024

苯硼酸作为全人工合成的新型糖类识别分子在糖类检测领域受到了广泛的关注,其具有稳定性好、识别能力强等特点,并且易于与多种检测方法耦合。本文首先介绍了苯硼酸与糖类的结合机理,然后总结了对苯硼酸进行结构修饰的策略,主要论述了在... 详细信息

苯硼酸作为全人工合成的新型糖类识别分子在糖类检测领域受到了广泛的关注,其具有稳定性好、识别能力强等特点,并且易于与多种检测方法耦合。本文首先介绍了苯硼酸与糖类的结合机理,然后总结了对苯硼酸进行结构修饰的策略,主要论述了在硼酸基团的邻、间、对位引入吸电子基团或供电子基团的方法,以及在降低pKa和提高糖类检测选择性方面取得的进展;同时也总结了近年来基于这些新型苯硼酸衍生物的糖类传感器,包括电化学传感器、荧光传感器、凝胶传感器和光子晶体传感器,主要分析物为结构类似的葡萄糖、果糖等单糖,并分别论述了检测原理。最后对基于苯硼酸衍生物的糖类传感器进行比较,分析各自的优缺点,并分别从诊疗一体化和复杂化学环境糖类识别检测两个方向对未来苯硼酸衍生物的糖类检测应用进行展望。

关键词：苯硼酸糖电化学荧光凝胶光子晶体

大功率GHz重复频率飞秒光纤激光技术及前沿应用

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科学通报 2024年

作者：修昊陈学文温俊鹏梁兆恒范怡衡胡旭王文龙林巍韦小明杨中民华南理工大学物理与光电学院华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室华南理工大学广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心华南理工大学广东省光纤激光材料及应用技术重点实验室华南师范大学未来技术研究院

与kHz～MHz重复频率飞秒激光相比, GHz重复频率飞秒激光具有更大的频率间隔、更易获得高平均功率,是光谱学、生物光子学、微波光子学、精密加工等基础研究与工业应用领域的崭新工具.光纤型飞秒激光在光束质量、紧凑性、鲁棒性等方面具... 详细信息

与kHz～MHz重复频率飞秒激光相比, GHz重复频率飞秒激光具有更大的频率间隔、更易获得高平均功率,是光谱学、生物光子学、微波光子学、精密加工等基础研究与工业应用领域的崭新工具.光纤型飞秒激光在光束质量、紧凑性、鲁棒性等方面具有先天优势,是大功率GHz重复频率飞秒激光的重要发展方向,有望拓展激发超快激光在尖端领域应用,支撑核心工业、生命医学、航空航天等领域持续创新.本文从大功率GHz重复频率飞秒光纤激光器的技术难点、最新进展、前沿应用等方面进行综述,并展望未来发展前景.

关键词：飞秒激光高重复频率大功率光纤激光超快激光

大功率GHz重复频率飞秒光纤激光技术及前沿应用

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科学通报 2024年第Z2期 4182-4196页

关键词：飞秒激光高重复频率大功率光纤激光超快激光