用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜

采用反应离子束溅射和后退火处理技术在石英玻璃基底上制备了具有纳米粒子的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有半导体-金属相变特性,在3 μm处的开关率达到76.6%。 热致相变实验结果给出了准确的最佳退火温度为465 ℃. 仿真、热致相变和光致相变实验都显示VO₂薄膜在红外波段具有很高的光学开关特性. 光电池防护实验结果显示VO₂薄膜将硅光电池的抗干扰能力提升了2.6倍, 证明了VO₂在激光防护中的适用性. 采用连续可调节系统研究得到VO₂在室温条件下的相变阈值功率密度为4.35 W/cm², 损伤阈值功率密度为404 W/cm²。 低相变阈值和高损伤阈值都进一步证明VO₂薄膜适用于激光防护系统。本实验制备的VO₂薄膜在光开关、光电存储器、智能窗等方面也具有广泛的应用价值.     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.     

浓悬浮液中纳米SiO_2团聚体的渗透率

本文基于悬浮液中渗透性颗粒的短时扩散动力学理论,采用低相干光纤动态光散射方法,测量了相同粒径的纳米SiO_2团聚体在不同体积分数时的扩散系数,利用扩散系数随渗透率的变化关系得到纳米SiO_2团聚体的渗透率.结果表明:恒温条件下,具有一定渗透率的团聚体颗粒扩散得比硬球颗粒快.实验测量得到的团聚体渗透率与采用photoshop CS6对团聚体SEM图像进行处理计算得到的渗透率符合较好.     

远红外固体激光器研究进展

8～12μm波段是大气的一个窗口,被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力,在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8～12μm非线性频率变换晶体,以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展,对国内外能实现8～12μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结,通过分析比较得出在8～12μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级,最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距,主要受制于高重频、高功率脉冲1～3μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱,我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢,因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

基于OPO脉冲激发的血糖光声检测影响因素研究

构建了一套基于侧向模式的光学参数振荡(optical parameter oscillator,OPO)脉冲激光激发-超声传感的血糖光声检测系统,并且将激发波长、激光能量、探测频率和温度等对血糖光声检测的影响,在系统结构上进行了有效融合。然后,以不同浓度的葡萄糖溶液作为测试样品,实验研究了几个因素(激发波长、激光能量、探测频率和温度等)对葡萄糖光声检测和浓度预测的影响。实验得到了不同浓度葡萄糖溶液在不同影响因素条件下的葡萄糖实时光声信号和光声峰峰值,同时,为了得到不同因素对葡萄糖光声值和浓度预测的影响规律,通过线性回归算法建立了葡萄糖光声峰峰值与各因素变化,以及不同因素下光声峰峰值与浓度梯度的映射关系模型。实验和模型预测结果表明：相比1 200和1 300 nm波长而言,1 064 nm波长下的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度模型预测效果最好,模型相关系数达到0.986;葡萄糖光声峰峰值随着脉冲激光输出能量的增大呈线性增大趋势,且葡萄糖浓度预测准确度随着激光输出能量增大有所提高;根据不同探测频率的超声探测器捕获的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度建模效果来看,响应频率为1 MHz的超声探测器相比2.5和10 MHz的超声探测器,在葡萄糖光声信号探测上具有更好的探测效果;最后,实验发现,葡萄糖光声峰峰值随着温度和浓度的增大均呈线性增大趋势,且浓度预测误差随着温度的升高逐渐增大。     

氦氩射频容性放电发射光谱分析

光抽运亚稳态稀有气体激光器利用放电等离子体作为激光的增益介质.为掌握容性射频放电的放电参数对等离子体各项参数的影响的基本规律,利用等离子体发射光谱法研究了氦氩混合气体在不同装置、不同Ar组分、不同气压和不同射频注入功率下的等离子体参数.利用残留水蒸气产生的OH自由基A~2Σ~+→X~2Π的转动光谱分析获得气体温度;利用电子态光谱的玻尔兹曼做图法获得电子激发温度,利用Ar原子696.5 nm谱线的斯塔克展宽获得电子密度.结果表明:气体温度随气压增加略微上升,在一个大气压下改变组分和放电功率,气体温度变化不大;电子激发温度随总气压的下降而上升,且随着Ar组分的增加而略微下降;目前放电条件下的电子密度均在10~(15)cm~(-3)量级;长时间放电监测表明,残留的水蒸气会导致电子温度的下降,从而降低Ar亚稳态的产率.     

光子晶体光纤结构与掺杂对受激布里渊散射快光的影响

由受激布里渊散射三波耦合方程导出了在小信号条件下的快光时间提前量,通过全矢量有限元法模拟了光子晶体光纤占空比和GeO₂掺杂质量分数对布里渊频移、时间提前量、脉冲展宽因子及脉冲形变的影响。结果表明,布里渊频移随着占空比和掺杂质量分数的增大而减小。在保持泵浦功率为20 mW和快光传输长度为10 m的条件下,时间提前量随着占空比的增大而增大,随着掺杂质量分数的增大而减小。脉冲展宽因子与时间提前量变化趋势相反。当占空比为0.8,Ge掺杂质量分数为18%时,能够实现快光时间提前量为29.7 ns,脉冲展宽因子为0.88。布里渊阈值随着占空比的增大而减小,随着掺杂质量分数的增大而增大。     

液电冲击波在液固介质中的传播观测*

冲击波是一种高速瞬态的强烈非线性波动现象,在流体力学和材料力学、国防军工等领域有重要的学术意义和应用价值。冲击波在液体和固体介质中的清晰观测比较困难,但这种研究又不可或缺。该文采用高压电火花放电技术在水中产生厘米级的球形空泡,空泡膨胀后接着收缩崩塌,在极短时间和极小空间内释放出的能量在水中产生冲击波。结合纹影法和动态光弹法,使用高速摄像机和脉冲激光器组成的纹影-动态光弹法冲击波观测系统,可实现冲击波在液固介质中传播过程的高分辨率观测,为进一步研究冲击波的相关理论和应用技术提供了一种实验手段。     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。