1上海师范大学 数理学院物理系，上海 200233
在实际应用中，有效的操控极化激元给纳米光子器件、亚波长成像、异常折射等领域带来了巨大的发展前景而广受关注，但传统介质材料中的极化激元的调控灵活度相对较低，不能满足现实的广阔需要成为具有挑战性的难题。然而，声子极化激元作为一种光子——声子强耦合的新型准粒子，与其他的极化激元相比，具有更强的束缚光的能力、更长的寿命以及更低的损耗，在亚波长尺度红外光调控领域能够发挥举足轻重的作用。近年来，随着对二维范德瓦尔斯晶体的相关研究及报道，能够承载双曲声子极化激元的介质材料步入大众视野，并且在具有超高分辨率的纳米成像技术的支持下，很多新颖的近场红外光学现象在多种操控手段下被发掘，这极大的丰富了人们对于极化激元的认知。此综述首先从双曲声子极化激元的机理入手，介绍了声子极化激元的概念、色散关系和近期被广泛关注的双曲介质（h-BN、α-MoO3）。随后，总结了双曲声子极化激元在上述介质中的不同传播特性以及多种维度调控下的近场成像分析，例如改变范德华晶体的周围介质环境、谐振腔、金属天线的面内调控等等。最后，我们对声子极化激元的研究进行了展望。多样的调控手段展现了声子极化激元的丰富应用，这对纳米成像、集成光路、纳米透镜等红外纳米光子器件提供可借鉴的途径，同时在未来可能还会衍生出更多新兴领域。
双曲声子极化激元 纳米成像 近场调控 红外纳米光子器件 hyperbolic phonon polaritons nano-image Near-field modulation Infrared Nanophotonic devices
华太极光光电技术有限公司产品开发部, 上海 200030
利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了固态 α-乳糖的光谱特性, 首先实验以传统透射式光谱技术为基准, 获得了 0.53 THz,1.36 THz 2个较强的吸收峰; 其次, 取剂量分别为1.8 mg+2.56 mg与 1.8 mg的 α-乳糖, 利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线, 在 0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰, 增加样品剂量对 0.53 THz,1.36 THz处吸收强度未产生影响; 最后取相同剂量的 2份 α-乳糖, 一份过筛至 75 μm, 另一份未过筛, 利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线, 在 0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰; 减小样品颗粒度, 在 0.53 THz, 1.36 THz附近吸收强度增加。
太赫兹时域光谱系统 衰减全反射 α-乳糖 Terahertz Time-Domain Spectroscopy system attenuated total reflection α-lactose 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 311
1 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心, 广东 深圳 518055
2 山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
大尺寸功能晶体氧化物广泛应用于**、高端制造、医疗等领域。熔体的结构和性质对于生长大尺寸高质量的功能晶体而言十分关键。本文综述了氧化铝、钇铝石榴石、铌酸锂等典型氧化物晶体的熔体结构特征。研究表明这几种熔体中都存在几种由金属阳离子与氧离子配位形成的不同多面体结构基元, 这些结构基元的配位数、键长、空间结构以及各种基元数量的相对占比与晶体中的存在显著差异, 并且结构基元的种类和占比与温度具有一定关联关系。在熔体中, 这些结构基元相互连接形成网状结构, 阴阳离子都可以作为节点在熔体中连接结构基元多面体。相变和熔体结构动态转变反映了晶体生长的热力学和动力学过程, 揭示结构相变和熔体的结构演变动力学过程将有助于从深层次理解大尺寸晶体的实际生长机理。在生长界面处诱导形成特定熔体结构基元, 构筑长程、均一的介尺度化学键合结构, 有助于实现高品质大尺寸晶体生长。
熔体结构 结构基元 网络结构 大尺寸 氧化物晶体 structure of melt dynamic coordination unit network large-size oxide crystal
谢茂彬 1,3,4,5吴智勇 1,2,3崔恒毅 1,3,4,5赵新潮 1,3,4,5[ ... ]王少伟 1,3,4,5,7,**
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海师范大学物理系，上海 200234
3 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心，上海 200083
4 上海量子科学研究中心，上海 201315
5 中国科学院大学，北京 100049
6 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
7 南通智能传感研究院，江苏 南通 226000
薄膜的光学常数（折射率和消光系数）精度直接影响设计和制造的光学器件的性能。大多数光学常数的测定方法较为复杂，不能直接应用在镀膜过程中。提出了一种薄膜光学常数原位实时测量的方法，通过监测沉积材料的透射率可以快速准确地测量光学常数。测量了高吸收材料Si、低吸收材料Ta2O5和超低吸收材料SiO2的近红外光学常数，用这种方法测得光学常数分别为n=3.22，k=4.6×10-3，n=2.06，k=1.3×10-3和n=1.46，k=6.6×10-5。该方法适用于强吸收材料和弱吸收材料光学常数的测定，为在线精确测量薄膜的光学常数提供了一种有效的方法，对设计和制造高质量的光学器件具有重要意义。
光学常数 近红外 薄膜 原位 测定 optical constants near-infrared thin film on-site determination
1 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心, 深圳 518055
2 山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一, 揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上, 晶体生长可以是有势垒的热激活过程, 也可以是无势垒的超快结晶过程, 这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看, 光滑界面是以台阶拓展的方式生长; 粗糙界面没有明显的固-液分层, 通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例, 以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体, 但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识, 建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法, 建立固-液界面, 模拟晶体生长, 将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。
大尺寸晶体 人工晶体 晶体生长模型 生长理论 固-液界面 large-size crystal synthetic crystal crystal growth model theory of growth solid-liquid interface 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1732
山东省农业科学院农业信息与经济研究所, 山东 济南 250100
为应用遥感技术进行小麦条锈病的实时监测以及大范围作物病害识别, 明确条锈病胁迫下小麦光谱反射率和净光合速率与病情指数的关系, 利用光谱植被指数预测小麦光合速率的变化, 在2018年—2019年度冬小麦生长季节, 以易感条锈病的济麦15号小麦品种为对照, 以生产上播种面积较大的济麦22和鲁原502为供试品种, 基于大田小区条锈病接种试验, 从抽穗期到乳熟期, 每隔7~10 d进行小麦旗叶光合速率、 光谱反射率测定及病情指数调查。 研究发现, 随感病程度加重, 小麦旗叶光合速率呈显著下降趋势, 扬花期济麦22光合速率高于鲁原502。 灌浆期可见光波段, 病斑部位的光谱反射率始终高于正常部位, 这是由于病斑部位叶片单位面积上叶绿素含量较低, 对光吸收的少; 而在反射平台区域, 病斑部位的光谱反射率较正常叶低得多。 利用与病害胁迫、 生长状况以及产量相关较大的光化学反射指数(photochemical reflectance index, PRI)、 植被衰减指数(plant senescence reflectance index, PSRI)和比值植被指数(ratio vegetation index, RVI)来反映病情指数变化, 结果显示, 病斑部位的光化学反射指数和植被衰减指数大于正常部位, 且植被衰减指数变化率较大, 而比值植被指数变化率小于正常部位。 小麦不同生育期, 光合速率与光谱反射率的相关性不同, 模拟光合速率的植被指数也不同。 灌浆期, 鲁原502的光合速率与光谱反射率始终呈正相关关系; 在可见光范围内, 对照光合速率与光谱反射率呈正相关, 济麦22呈负相关; 在反射率平台位置, 对照光合速率与光谱反射率呈负相关, 济麦22呈正相关。 在小麦灌浆期, 可以利用植被衰减指数进行病害程度识别及光合速率估测。 该研究为利用遥感手段大面积监测小麦长势及病害发生情况提供了理论依据, 也为探讨利用光谱指标无损监测的方法预测小麦条锈病发生及危害程度奠定了基础。
小麦 条锈病 光合速率 成像高光谱 估测模型 Wheat Stripe rust Photosynthetic rate Imaging hyperspectral Estimating model
1 上海师范大学 数理学院，上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
采用变激发功率红外光致发光（Photoluminescence，PL）光谱方法研究四个不同阱内δ掺杂面密度的GaSb0.93Bi0.07/GaSb单量子阱（Single Quantum Well，SQW）及其非掺杂SQW参考样品。通过分析GaSbBi SQW和GaSb势垒/衬底成分的PL强度演化，发现阱内δ掺杂导致红外辐射效率显著降低，相对下降幅度约为。进一步分析结果表明，发光效率下降来源于界面恶化引发的“电子损失”和阱内晶格质量下降导致的“光子损失”的共同作用。这一工作有望为稀Bi红外发光器件的性能优化提供帮助。
红外光致发光 GaSbBi 发光效率 阱内δ掺杂 infrared photoluminescence GaSbBi emission efficiency in-well δ-doping
1 韶关学院 物理与机电工程学院, 广东 韶关 512005
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
为解决复杂结构金属梯度材料零件制造技术的难题, 对成分梯度材料零件的激光选区熔化成型方法展开了研究。通过零件梯度设计法结合多组扫描路径数据文件及一个txt格式文件, 实现了成分梯度材料零件增材制造数据的获取; 通过双轴摆动的粉末实时混合均布装置实现了梯度成分粉末的实时混合及均布; 采用柔性清扫回收原理解决激光选区熔化制造梯度材料零件时同层内不同粉末的清理回收问题。利用自主研发的梯度材料零件激光选区熔化成型系统展开了实验验证。获得了4340+CuSn10梯度材料零件, 颜色上呈明显的梯度过渡, 对其前侧面及上表面进行EDS分析, 发现中间3个梯度区域Fe的平均质量百分比在垂直方向分别为4.94%, 36.49%, 59.16%, 在水平方向分别为1288%, 41%, 53.59%, 在不同层之间、同一层不同区域之间均呈梯度变化。该方法可实现成分梯度材料零件自由增材制造, 为该类零件的制造提供了新的选择。
激光选区熔化 梯度材料 金属零件 增材制造 selective laser melting gradient material metal parts additive manufacturing
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
2 上海师范大学 数理学院, 上海 200080
红外和太赫兹具有非常广阔的应用前景, 在光谱学、成像、无线通信和遥感等领域发挥着越来越重要的作用。但是, 由于红外、太赫兹波段的光子能量低, 相关的探测遇到很大困难, 所以实现高灵敏、高速和高稳定性的红外太赫兹探测是一个具有挑战性的工作。二维材料由于其高迁移率、带隙可调和表面悬挂键少等特点为红外太赫兹探测提供了新的机遇。基于光热载流子调控的二维材料红外、太赫兹探测器的发展方兴未艾。文中主要介绍了目前基于光热载流子调控的红外、太赫兹探测器的最新研究进展, 将从材料、器件结构、响应波段和响应机理等方面展开。
探测器 红外 太赫兹 二维材料 光热载流子 detector infrared terahertz two-dimensional materials photo-hot carrier 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103001
