基于单层图案化石墨烯超材料在太赫兹波段实现了等离子诱导透明效应，利用耦合模式理论（CMT）分析了等离子诱导透明产生的机理，得到的理论结果与时域有限差分方法计算的结果高度一致。通过调节石墨烯费米能级对等离子诱导透明特性进行了动态调控，并实现了多模同步异步开关的设计，在2.16、3.01、3.84 THz三个频率处的振幅调制度分别为95.77%、83.42%、95.58%，消光比最高可达13.73 dB。对慢光效应的研究结果表明群折射率可达180。本研究为设计光电子器件提供方案和指导。
材料 表面等离子体 石墨烯 等离子诱导透明 电光开关
1 华东交通大学理学院, 江西 南昌 330013
2 俄亥俄州立大学材料科学与工程学院, 美国 俄亥俄州 哥伦布43210
设计了一种含有矩形槽(RG)的方环谐振器边耦合金属-介质-金属(MDM)波导,运用Fabry-Perot(F-P)理论精确推导了谐振器的有效长度,并利用该结构实现了多模可调等离子体滤波器。在数值计算和理论分析的基础上,得到了除传统整数模式以外的非整数模式。非整数模式的波长随着RG长度的增加发生红移,这是因为RG位于磁场的波腹时,对磁场的影响最大;整数模式由于对RG不敏感,其波长保持不变,这是因为RG位于磁场的波节时,对磁场的影响最小。可以通过改变RG的形状、位置及数目来调控模式的数目和场分布。与传统的谐振器相比,所提结构和所得到的结果可以为灵活调控谐振波长提供更多选择,在光电子器件的设计上具有潜在的应用价值。
光学器件 表面等离子 MDM波导 Fano共振 多模光学滤波器 谐振腔 光学学报
2020, 40(11): 1123001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, Shanghai 200093, China
3 School of Electric and Information, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China
In this Letter, we propose a broadband near-infrared (NIR) absorber based on the phase transition material VO2. By designing different arrangements of the VO2 square lattice at high and low temperatures on fused silica substrates, the absorption rate reaches more than 90% in the entire 1.4–2.4 μm range. Using a finite-difference time-domain simulation method and thermal field analysis, the results prove that the absorber is polarization-independent and has wide-angle absorption for incident angles of 0°–70°. The proposed absorber has a smoother absorption curve and is superior in performance, and it has many application prospects in remote sensing geology.
metamaterial absorber broadband polarization-independence thermal analysis Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052601
北京空间机电研究所中国空间技术研究院天基空间目标监视技术核心专业实验室，北京 100094
精导星传感器广泛地应用于空间红外天文望远镜中，它利用光学系统的长焦距及相关算法获得高精度像移，实时地为精密稳像控制系统提供补偿信息。本文详细介绍了精导星传感器的设计过程：设计了与载荷共光路的光学系统成像方案，选择了适合在深低温环境下工作的碲镉汞探测器作为精导星传感器(Fine Guidance Sensor，FGS)探测器，采用基于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)的前置电路代替了传统印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)电路，设计了科学观测中的精导星功能；为了满足精导星传感器高精度实时检测的需求，选择 ROI-IDFT矩阵乘法运算对相关峰及其附近区域进行变换，避免冗余计算，降低了运算量。最后，本文总结了精导星传感器在工程实现中亟待解决的关键技术以及应用前景。
精密稳像 低温前置电路 精导星 亚像素质心细分算法 空间红外天文望远镜 line of sight stabilization，fine guidance sensor
1 华东交通大学理学院, 江西 南昌330013
2 俄亥俄州立大学生物医疗信息中心, 美国 俄亥俄州 哥伦布 43210
3 俄亥俄州立大学材料科学与工程学院, 美国 俄亥俄州 哥伦布 43210
国家自然科学基金、国家留学基金委青年骨干教师出国研修项目、江西省教育厅科研项目、江西省研究生教改项目、江西省“远航工程”人才项目、江西省青年教师出国访学项目;
表面光学 相位共振 时域有限差分法 复合光栅 光通道选择器 光学学报
2018, 38(10): 1024001
河南工业大学化学化工学院, 河南 郑州 450001
葡萄干因其种类繁杂, 产地来源多, 制作工艺多样, 导致品质各异。 因此需要建立能够科学、 准确的鉴别葡萄干种类、 产地、 品质的分析方法, 以确保葡萄干产品质量、 保护消费者利益、 规范葡萄干商品市场。 该实验基于葡萄干中富含多种荧光物质, 以甲醇为萃取剂, 应用微波提取法, 结合三维荧光光谱技术, 在激发波长300~700 nm, 发射波长360~720 nm范围, 获取三维荧光矩阵数据, 应用多维主成分分析(M-PCA), 多维偏最小二乘辨别分析(N-PLS-DA)和平行因子算法-偏最小二乘辨别分析(PARAFAC-PLS-DA)等多维模式识别方法, 对三种主色为绿色、 两种主色为红色的五个不同种类的葡萄干进了分类研究。 M-PCA研究结果显示不同种类的葡萄干存在聚类趋势, 而N-PLS-DA和PARAFAC-PLS-DA则给出了比较满意的分类结果。 相对而言, 由于PARAFAC-PLS-DA是基于PARAFAC分解得到浓度得分结果基础之上进行的分类, 去除了不相干的冗余信息, 因此取得了100%准确的分类结果。 两种算法的品质因子比较结果也说明基于荧光光谱法和多维模式识别技术相结合的分析技术可以很好的用于葡萄干种类的识别研究, 并有望用于葡萄干质量等级识别及产地追溯。
葡萄干 三维荧光 多维模式识别 品质因子 Raisins Three-dimensional fluorescence spectrometry Multidimensional pattern recognition Figure of merit 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1153
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海电力学院电子与信息工程学院, 上海 200090
4 上海健康医学院医学影像学院, 上海 201318
基于VO2/Si3N4/Al结构设计了一种发射率可调控的智能辐射器 (SRD)。通过薄膜特征矩阵理论SRD的光学特性进行分析, 结果表明VO2的厚度决定了SRD的辐射能力, 其调控光谱范围与介质层Si3N4的厚度密切相关, 优化后的SRD发射率调控范围为0.38。采用MgF2/Si3N4双层减反膜进一步优化SRD, 使其低温(20 ℃)和高温(100 ℃)发射率分别达到0.30和0.91, 调控范围扩大至0.61。利用有限时域差分法分析了有无减反膜时SRD的辐射场分布, 结果表明减反膜可以提高SRD的温度调控效率, 增强空间复杂环境适应能力。设计思路对高性能SRD的制备和航天器热控系统的轻量化具有重要意义。
薄膜 智能辐射器 发射率 二氧化钒 减反膜
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海电力学院 电子与信息工程学院, 上海 200090
4 上海健康医学院医学影像学院, 上海 201318
设计了一种Au/VO2周期性方形孔洞阵列结构的红外吸收器, 利用时域有限差分法研究了吸收器的结构参数对吸收光谱的影响, 优选出VO2和Au膜层厚度分别为140 nm和80 nm, 孔洞边长和阵列周期分别为1.1 μm和1.2 μm时, 吸收可调控特性最为明显, 在2.3 μm处其高低温的吸收率差值可达80.3%.理论模拟计算了光以不同偏振、入射角入射时的吸收, 结果表明, 正入射时吸收器是偏振无关的; 斜入射时吸收器具有广角吸收的特点, 与TM偏振相比TE偏振下吸收器具有更强的角度依赖性.低温时吸收器中的电磁场呈高度局域化分布, 表现为强的吸收; 而高温时吸收器中的电磁场分布在吸收器表面, 吸收被抑制.所设计的吸收器吸收效率高, 吸收强度可以调控, 可应用于新型可调控智能光电器件.
吸收器 热致相变 表面等离子体共振 时域有限差分 广角 偏振无关 absorber thermochromism surface plasmon resonance finite difference time domain wide angle polarization-independent
河南工业大学化学化工学院, 河南 郑州 450001
确认食品的种类和产地等信息是食品质量与安全研究的重要内容。 基于蜂蜜中的氨基酸种类和含量的不同, 应用甲醛和乙酰丙酮与蜂蜜中氨基酸发生荧光衍生反应对源自不同花源的蜂蜜进行种类辨别研究。 实验首先研究了衍生剂用量、 时间、 温度及pH值对蜂蜜中氨基酸荧光衍生反应的影响。 然后在激发光波长范围为300～500 nm和发射光波长范围380～580 nm下对衍生后的蜂蜜进行三维荧光检测, 每个蜂蜜样品经检测后得到一个三维荧光光谱矩阵数据, 五种蜂蜜共150个样品最后得到一个三维立方数据。 将检测获得的三维荧光数据结合多维主成分分析(M-PCA)、 自加权交替三线性分解法(SWATLD)及多维偏最小二乘辨别分析(N-PLS-DA)等多维模式识别方法,进行数据处理并获取五种蜂蜜的识别信息。 三种多维模式识别方法分别都展示出不同种类蜂蜜的聚类趋势, 相比较而言, 由于N-PLS-DA充分利用了衍生蜂蜜荧光的所有信息, 所以取得了更加准确和可靠的分类结果, 对五种蜂蜜的总识别率为88%。 研究结果显示基于氨基酸荧光衍生的多维模式识别方法可以用于蜂蜜种类的识别研究。 该研究为无荧光或弱荧光自然物质的直接荧光辨别分析提供了一种新思路。
蜂蜜 氨基酸 荧光衍生 三维荧光 多维模式识别 Honey Amino acid Fluorescence derivative Three-dimensional fluorescence spectrometry Multidimensional pattern recognition methods 光谱学与光谱分析
2016, 36(7): 2148
1 华东交通大学 基础科学学院,南昌 330013
2 中国原子能科学研究院,北京 102413
为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。
强流束 螺旋管透镜 束流光学 非线性传输 迭代计算 intense beams solenoid lenses beam optics nonlinear transport iterative calculation
