Contactless Microwave Detection of Shubnikov–De Haas Oscillations in Three-Dimensional Dirac Semimetal ZrTe_5

We report Shubnikov–de Haas(SdH)oscillations of a three-dimensional(3D) Dirac semimetal candidate of layered material ZrTe_5 single crystals through contactless electron spin resonance(ESR)measurements with the magnetic field up to 1.4 T.The ESR signals manifest remarkably anisotropic characteristics with respect to the direction of the magnetic field,indicating an anisotropic Fermi surface in ZrTe_5.Further experiments demonstrate that the ZrTe_5 single crystals have the signature of massless Dirac fermions with nontrivialBerry phase,key evidence for 3D Dirac/Weyl fermions.Moreover,the onset of quantum oscillation of our ZrTe_5 crystals revealed by the ESR can be derived down to 0.2 T,much smaller than the onset of SdH oscillation determined by conventional magnetoresistance measurements.Therefore,ESR measurement is a powerful tool to study the topologically nontrivial electronic structure in Dirac/Weyl semimetals and other topological materials with low bulk carrier density.     

基于TDLAS技术的云水含量检测系统

针对传统云水含量传感器体积大,功耗大等问题,本文基于可调谐半导体激光器吸收光谱技术,研制了一种云水含量检测系统.采用1 368.6nm分布式反馈半导体激光器作为检测光源,设计了基于TLC7528芯片的正交锁相放大器,提高了测量的稳定性和抑制噪声的能力;单板实现了激光器驱动、谐波信号处理、浓度反演功能.系统在不同浓度,不同温度下进行在线检测,实验结果表明,系统响应时间为10s左右,水含量在0~16g/m3范围内误差小于5%,在-55^+60℃条件下可正常工作.该系统体积小,检测精度高,响应速度快,性能不受温度影响,很好地满足了机载云层探测需要.     

基于全反射的波导异质结构单向传输性能研究

基于光子晶体异质结构实现光波单向传输在全光网络和光信息处理中有重要意义。基于全反射原理设计了两种由二氧化硅和锗材料构筑的三角晶格光子晶体波导异质结构,运用时域有限差分法对该结构在宽频带内的单向传输特性进行分析。通过改变正向出射端波导宽度对结构进一步优化,实现了在异质结构一中,TE模式光波在1458~1517nm波长范围内正向透射率高于0.8,透射对比度高于0.9的单向传输;在异质结构二中,TM模式光波在1498~1689nm波长范围内正向透射率高于0.8,透射对比度接近于1的单向传输。     

基于二维六方氮化硼材料的光子晶体非对称传输异质结构设计

二维六方氮化硼(hexagonal boron nitride,hBN)材料在产生光学稳定的超亮量子单光子光源领域有着潜在应用,有望用于量子计算和信息处理平台,已成为研究热点.而光学非对称传输设备是集成量子计算芯片中的关键器件之一.本文从理论上提出了一种基于hBN材料光子晶体异质结构的纳米光子学非对称光传输器件.运用平面波展开法研究了光子晶体的能带结构与等频特性,从理论上分析了hBN异质结构中可见光波非对称传输的可行性.同时,采用时域有限差分方法研究了可见光波段异质结构的晶格常数和半径对透射光谱的影响.研究结果显示,该结构实现了在610—684 nm波长范围内TE偏振光的非对称传输,在652 nm波长处正向透射率达到0.65,反向透射率为0.006,非对称传输透射对比度高达0.98.本文提出的结构模型为基于hBN的新型纳米光子器件设计提供了新的可能性,可用于不同功能光学器件的集成设计.     

漏斗型完全光子带隙光波导单向传输

光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑制反向透射,并研究了不同的点缺陷类型与位置对反向透射的影响.采用时域有限差分法进行数值计算,优化选取了最佳的点缺陷模式.结果显示,单柱型点缺陷在向左移动5a(a为光子晶体晶格常数,a=470 nm)时,横电(TE)偏振光在工作波长1550 nm处正向透射率为0.716,透射对比度为0.929,工作带宽为111 nm.另外,本文提出的光波单向传输器件结构简单、工艺要求低,有望为集成光路中单向传输器件设计提供新的解决方案.     

基于光子晶体缺陷耦合的日盲紫外带通滤波器

提出基于光子晶体多缺陷耦合实现紫外波段高透射带通滤波的方案,采用传输矩阵法分析日盲紫外带通滤波器的光学传输特性。通过减弱光子局域和多个缺陷耦合效应,实现光子晶体通带的拓宽和边沿截止陡度的调整,可在239～280 nm日盲紫外波段实现平均透过率为90.71%的高透射,且在239 nm以下和290～360 nm的阻带波段实现高抑制。研究结果表明,弱化光子局域和不同缺陷峰耦合作用可以有效拓宽通带范围,提升通带透过率,同时该结构对光源小角度（<15°）入射不敏感。该滤光器设计方案可应用于日盲紫外探测和紫外通信系统。