一种反射型全光纤氢气传感器的设计EI北大核心CSCD

介绍了一种基于光子晶体光纤(PCF)干涉仪的新型氢气传感器。该传感器采用反射式光路设计,在氢气传感单元中引入一段PCF。该PCF的一端以及一部分包层外壁在真空条件下蒸镀了一层金属钯膜,另一端接入光路,构成一套全光纤氢气传感系统。实验中记录了氢气浓度(体积分数)从0到5%变化时传感单元对应的干涉谐振波长的变化,谐振波长最大的移动可达1.2nm,相比大多数基于布拉格光栅的光纤氢气传感器,相同条件下灵敏度有很大的提高。整套传感系统未引入任何分立的光学元件,在兼顾了全光纤光路的条件下,实现了较高的检测灵敏度。     

Brief review of recent research on blue phase liquid crystal materials and devices

Both polymer stabilization and bent-shaped molecule doping strategies are utilized to widen the blue phase range of liquid crystals. The molecular structures of compositions are optimized for high thermo-optical and electro-optical performances. A low temperature applicable blue phase liquid crystal with suppressed hysteresis is achieved. The bistability of one blue phase liquid crystal is investigated. Based on these materials, fast tunable devices such as gratings with polarization insensitivity are designed and fabricated. The materials and device designs demonstrated here are suitable in wide applications requiring fast response time.     

压电体超晶格中的新型极化激元

对压电体超晶格中电磁波的传播情况进行了研究，通过压电效应，压电体超晶格中的纵振动声波将引起横向电极化，这一极化会与某一特定波段的电磁波强烈耦合，从而出现通常离子晶体中所没有的新型极化激元，产生非布拉格反射引起的光学禁带。     

太赫兹表面极化激元

作为束缚于表面或界面的电磁波与极性元激发的耦合模量子,表面极化激元是克服衍射极限的核心物理.在紫外、可见以及近红外波段,表面等离子极化激元展现出了亚波长特性,具有高分辨成像等应用,并发展成为"表面等离子极化激元亚波长光学"学科;在中红外波段,表面声子极化激元发挥着同样的作用.太赫兹波段曾是人类认识的空白区域,近三十年来得以高速发展,其战略意义重大.具有克服衍射极限能力的太赫兹表面极化激元同样是小型化与集成化太赫兹器件,以及太赫兹超高分辨成像的重要物理基础.近几年来,对以石墨烯为代表的二维材料的研究突飞猛进,诞生了"石墨烯表面等离子极化激元亚波长光学"这门学科,并贡献于太赫兹领域.本文对可在太赫兹波段工作的人工超构材料、掺杂半导体、二维电子气、二维材料、拓扑绝缘体等结构材料的表面极化激元进行了较为全面的总结与介绍,为研制克服衍射极限的太赫兹集成光子学器件提供可资借鉴的物理基础.     

金属亚波长结构的表面增强拉曼散射

灵敏度高、可重复性好的固态表面增强拉曼散射基板可作为生物医学、环境科学、化学化工、纳米科技等领域的生化感测器,具有十分重要的实际应用价值.传统的表面增强拉曼散射基于金属颗粒提供的局域表面等离谐振这一物理机制,但其组装不易且模式损耗大.本文基于周期性金属亚波长结构,构建增强拉曼散射信号的"热点",同时保证测量信号的可重复性.从表面光子能带结构出发,提出了区别于局域表面等离谐振的其他三种增强机制:表面等离子极化激元带边增强机制、间隙等离子极化激元增强机制以及二者相耦合增强机制.采用一定的工艺,提高金属表面平整度,抑制表面等离子极化激元的传播损耗,从而提高表面增强拉曼散射的增强因子.理论结合实验,且二者一致性好.研究结果有望将表面增强拉曼散射光谱技术进一步向实用化方向推进.     

负性向列相液晶电致缺陷的产生与湮灭过程

取向有序的液晶材料具有丰富的物理各向异性、外场响应性、物理效应,催生了新一代的光电应用.利用电场可在液晶中产生拓扑缺陷.缺陷动态过程受材料自身特性和外界条件的影响尚未明晰.本文选用介电各向异性△ε在-1.1到-11.5之间的7种向列相液晶材料,通过施加线性增加的交流电场,研究了负性向列相液晶电致脐点缺陷产生到湮灭过程中材料特性(△ε)和外界条件(温度、外加电场参数)对脐点缺陷的标度规律及湮灭快慢的影响.结果表明:在不同的△ε、温度和电场频率下,缺陷产生过程均满足Kibble-Zurek机制,即缺陷密度与电场变化率之间存在标度关系,且标度指数约为1/2;温度越高,产生缺陷密度越大;△ε越强或电场变化越快,缺陷湮灭速度越快.本文的研究厘清了拓扑缺陷产生湮灭与材料特性和外界条件的依赖关系,有利于对软物质中拓扑缺陷动态过程的认识和理解.     

介电体超晶格的研究

介电体超晶格是一种新型的有序微结构材料.它具有通常均质材料所不具有的独特优异性能,展现出重要的应用前景.文章介绍了南京大学研究组关于介电体超晶格研究所取得的进展,如将多个光参量过程集成于一块介电体超晶格之中获得了多波长激光同时输出,研制成超晶格全固态三基色激光器原型,在介电体超晶格中将拉曼散射强度增强到104-105倍,用超晶格研制的器件填补了体波超声器件从几百MHz到几千MHz的空白频段,发现了微波与超晶格振动的强烈耦合以及极化激元(polariton)的激发与传播等.     

Bridging the terahertz near-field and far-field observations of liquid crystal based metamaterial absorbers

Metamaterial-based absorbers play a significant role in applications ranging from energy harvesting and thermal emitters to sensors and imaging devices.The middle dielectric layer of conventional metamaterial absorbers has always been solid.Researchers could not detect the near field distribution in this layer or utilize it effectively.Here,we use anisotropic liquid crystal as the dielectric layer to realize electrically fast tunable terahertz metamaterial absorbers.We demonstrate strong,position-dependent terahertz near-field enhancement with sub-wavelength resolution inside the metamaterial absorber.We measure the terahertz far-field absorption as the driving voltage increases.By combining experimental results with liquid crystal simulations,we verify the near-field distribution in the middle layer indirectly and bridge the nearfield and far-field observations.Our work opens new opportunities for creating high-performance,fast,tunable,terahertz metamaterial devices that can be applied in biological imaging and sensing.     

Visual measurement of the microscopic temperature of porous graphene based on cholesteric liquid crystal microcapsules

Measuring the microscopic temperature of graphene is challenging.We used cholesteric liquid crystal microcapsules(CLCMs)as temperature sensors to detect the local temperature of three-dimensional porous graphene through quantitative visualization.Based on a CLCM(~20μm in size),we determined the temperature variation in a small area with an accuracy of 0.1℃.By analyzing the color changes between two CLCMs,we demonstrated the temperature changes dynamically in a region with a diameter of approximately 110μm.Furthermore,by comparing the color evolution among the three CLCMs,we visualized the anisotropic thermal properties in the micro-zone.This convenient and low-cost temperature measurement method is expected to further improve graphene-based devices.     

离子型声子晶体的光学性质

提出了离子型声子晶体的概念,发展了相应的理论：在实验上证实了离子型声子晶体中存在超晶格振动与电磁波的强烈耦合,观察到原先存在于离子晶体中的极化激元等长波光波行为;预言了一些可能的物理效应,离子型声子晶体超晶格振动和电磁波的耦合方程与黄昆方程在形式上完全一致,说明了超晶格与实际晶格在物理上的相似性。