天津大学建筑学院, 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室, 天津 300072
馆藏丝绢文物具有极高的历史价值和艺术价值, 但是丝绢材料却极易在展陈照明过程中发生开裂和脆化。 由于红紫外光对于文物照明没有贡献, 因此实现丝绢文物有效照明保护的基础, 是找到评价可见光对于丝绢材料照明损伤度的有效方法。 机械损伤是丝绢文物最主要的光化学损伤形式, 本质上是其内部的分子结构发生了改变, 而常用的色差法和拉曼光谱法均因自身局限性无法有效测取丝绢文物的微观结构。 研究表明红外光谱法适用于测取丝绢文物的微观变化, 且光谱中表征酪氨酸和结晶度的特征信号能够有效反映紫外光对于丝心蛋白结构和性质的影响, 但是两者表征可见光对于丝绢材料照明损伤度的有效性目前仍有待明确。 通过十种窄带光源的辐照实验得到了丝绢文物的光老化样品, 并基于样品的红外光谱分析定义了酪氨酸指数TFTIR和结晶度指数CFTIR两种损伤评价参数。 在使用TFTIR和CFTIR描述可见光对于丝绢样品照明损伤规律的基础上, 进一步分析了两者表征丝绢材料对可见光波长λ和曝光量Q耦合响应的性能。 对Q与TFTIR的相关性分析结果表明: 除595 nm辐照组外（Sig＜0.05）, Q对TFTIR均无显著影响（Sig>0.05）, 说明TFTIR不适合表征丝绢的光照响应度。 对Q与CFTIR的相关性分析结果表明: Q对CFTIR有显著影响（Sig＜0.01）且两者相关性很强（|Pearson|＞0.9）, 说明CFTIR能够有效表征丝绢材料对于Q的响应特性。 对Q与CFTIR的线性回归分析结果表明: 两者虽不适合建立线性回归模型（R2＜0.8）, 但Q对于CFTIR具有解释性（Sig<0.05）; λ对CFTIR的影响有差异但没有突变, 说明CFTIR具有表征丝绢材料对于λ响应特性的潜力。 根据上述分析结论, 使用多项式拟合构建了基于CFTIR的丝绢光照响应度函数f(λ, Q), 拟合评价参数表明该式具有良好的解释性（确定性系数R2>0.8, 误差平方和SSE与均方根误差RMSE均趋于0）。 最终提出了丝绢文物的照明损伤度模型D=∫780380S(λ)f(λ, Q)dλ并选取典型展陈照明光源对其进行了验证, 配对样本T检验的结果（Sig>0.05）表明该模型能够准确计算丝绢文物的照明损伤度。 该研究能够为馆藏丝绢文物的照明损伤评价、 光源损伤判定和照明标准制定提供有效的帮助。
丝绢文物 照明损伤 红外光谱 结晶度指数 评价模型 Silk cultural relics Lighting damage Infrared spectrum Crystallinity index Evaluation model 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3930
西安工业大学材料与化工学院， 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、 高分辨率、 无损检测及不需要预处理等优点， 已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具， 使目标分析物信号放大的痕量检测技术， 甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。 虽然SERS增强机理一直存在争议， 但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。 随着近年来金属、 非金属等诸多材料应用于SERS领域， 诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣， 对于SERS增强机理的研究具有重要意义。 综述中主要从SERS电磁增强机理、 化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述， 分析哪些因素影响基底增强效应， 为SERS增强机理的分析提供一些参考。 同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题: (1)在电磁增强机理中， 单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、 不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素， 对SERS电磁增强机理影响效果较大; (2)在化学增强机理中， 单一半导体材料由于价格实惠、 材料性能较稳定、 表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、 由于增强能力较低等因素、 对SERS化学增强效果不明显; (3)SERS基底不再局限于单一的金属或者非金属材料， 更多是金属-非金属两者的结合， 既能够弥补贵金属的缺点， 也能利用非金属的优点， 通过电磁增强机理和化学增强机理的协同作用有效提高SERS增强能力。 对于SERS增强机理的分析， 有助于制备均一性强、 重复性高的SERS基底， 为SERS基底的制备提供参考。
表面增强拉曼散射 电磁场增强机理 化学增强机理 SERS基底 Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) Electromagnetic enhancement mechanism Chemical enhancement mechanism SERS substrate 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1340
利用太赫兹时域光谱技术信噪比高、频带宽、入射波光子能量低等特点，以及仪器操作简单、测试速度快等优势，对地学领域中的岩石矿物的成分、结构等参量的表征进行了总结，特别是围绕岩石矿物的光学性质、矿物中水的含量、填料矿物的表征、矿物对太赫兹波的调制等方面进行阐述。为研究岩石矿物的形成条件、矿化过程、矿物应用等内容提供一种新型的分析手段，拓展了太赫兹光谱技术的应用范围。
太赫兹波 光谱技术 岩石矿物 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2100006
1 东南大学 仪器科学与工程学院 微惯性仪表与先进导航教育部重点实验室， 江苏 南京 210096
2 东南大学 苏州校区 苏州市金属纳米光电技术重点实验室，江苏 苏州 215123
3 东南大学 电子科学与工程学院 信息显示与可视化国际合作联合实验室，江苏 南京 210096
光子集成芯片将多种功能器件进行片上集成，具有损耗低、带宽大、抗电磁干扰等优势，是当前光电领域发展的主流方向。集成光学器件的温度稳定性是影响其光学性能的重要因素之一。为了提高集成光学器件温度稳定性，提出了基于氮化硅（Si3N4）和长程表面等离激元（Long-Range Surface Plasmon Polariton，LRSPP）波导的温度不敏感结构，对器件性能随温度的漂移进行抑制和补偿。首先，分析了Si3N4波导和LRSPP波导对接的模式耦合效率，当满足最佳匹配条件时，可实现耦合效率99.9%以上的高效耦合。对混合波导的温度特性进行了分析，结果表明，当LRSPP波导和Si3N4波导的最佳长度比为 0.077，相位不随温度的变化而发生漂移，实现了温度不敏感的波导。当波导不能满足最佳长度比时，对LRSPP波导芯层施加电压实现主动补偿，亦可实现温度不敏感。此外，对LRSPP波导的传输特性进行了测试，测得偏振消光比为64 dB，具有良好的单偏振特性。文中提出的温度不敏感结构具有可主动调谐、损耗低、单偏振、普适性高等优点，能有效地解决Si3N4波导性能随温度变化发生漂移的问题，在Si3N4基光子集成芯片中具有广泛的应用前景。
光子集成芯片 温度不敏感 相位调谐 氮化硅 表面等离激元 photonic integrated circuits temperature insensitive phase tuning silicon nitride surface plasmon polariton 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220881
Author Affiliations
Abstract
1 Joint International Research Laboratory of Information Display and Visualization, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 National Key Laboratory of Solid-State Microwave Devices and Circuits, Nanjing 210016, China
3 Nanjing Electronic Devices Institute, Nanjing 210016, China
4 Key Laboratory of Micro-Inertial Instrument and Advanced Navigation Technology, Ministry of Education, and School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
5 Suzhou Key Laboratory of Metal Nano-Optoelectronic Technology, Southeast University Suzhou Campus, Suzhou 215123, China
The technological innovation of thin-film lithium niobate (TFLN) is supplanting the traditional lithium niobate industry and generating a vast array of ultra-compact and low-loss optical waveguide devices, providing an unprecedented prospect for chip-scale integrated optics. Because of its unique strong quadratic nonlinearity, TFLN is widely used to create new coherent light, which significantly promotes all-optical signal processes, especially in terms of speed. Herein, we review recent advances in TFLN, review the thorough optimization strategies of all-optical devices with unique characteristics based on TFLN, and discuss the challenges and perspectives of the developed nonlinear devices.
thin-film lithium niobate second-order nonlinearity nonlinear integrated optics Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101901
1 北京工业大学 先进半导体光电技术研究所, 北京
2 陕西科技大学 材料原子分子科学研究所, 西安
研究了两维相干阵激光光束主瓣的远场特性。建立了正方形和正六边形子光源排列的相干阵激光传输的数学物理模型, 通过数值模拟与分析得出: 采用高斯函数来描述相干阵激光光束的远场中心主瓣光强分布误差很小, 可按照单孔径激光器的基模高斯光束传输规律来描述相干阵激光光束的传输规律。在此基础上, 计算了远场中心主瓣能量占比, 计算结果表明, 远场中心主瓣能量占比几乎不受子光源数目的影响; 而随着占空比的增加, 中心主瓣能量占比逐渐增大。当相干阵激光的孔径完全装填时, 正方形排列的激光光束中心主瓣的最高能量占比为79.1%; 而正六边形排列的能量占比值为83.2%。
相干阵激光器 中心主瓣 曲线拟合 能量占比 coherent array laser central main lobe curve fitting energy proportion
烟幕作为提高己方防护能力的重要无源干扰手段, 其作用效能与相对湿度(RH)密切相关。基于湿度可控的烟幕箱实验系统, 测定了不同RH下烟幕材料对3~5 μm和8~14 μm红外的衰减率、沉降速度、质量消光系数, 揭示了RH对石墨超细粉体的红外干扰特性的影响规律。在RH较低时, 石墨超细粉体烟幕表现出更高的红外衰减率, 且红外衰减率随时间减小更慢; 随着RH的增大, 石墨烟幕颗粒的沉降速率先增大后减小, 在RH为50%时沉降速率达到峰值1.04×10-3 m·s-1; 实验测得的石墨超细粉体烟幕的质量消光系数随着RH增大总体表现出下降的趋势, RH为28%时3~5 μm、8~14 μm的质量消光系数分别为2.12 m2·g-1、1.41 m2·g-1, 与RH为70%时的相应数值相比分别提高了11.12%和10.05%。
相对湿度 烟幕 红外 超细粉体 光电对抗
1 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083
2 华电电力科学研究院有限公司, 杭州 310012
煤气化渣与粉煤灰均为煤炭资源利用过程中产生的固体废弃物, 可以应用在碱激发领域。从煤气化粗渣的性质入手, 采用粉煤灰对煤气化粗渣进行改性, 利用碱激发技术制备了煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物, 并对所制备产物的性能进行研究。结果表明, 在体系中掺入粉煤灰可以明显改善其力学性能, 当粉煤灰掺入量为30%（质量分数）时, 样品的28 d抗压强度最高, 达到44.5 MPa。此外, 通过对样品进行物相分析与微观形貌表征发现, 样品的无定形产物主要为N(C)-A-S-H凝胶, 它能够结成相互连接的空间网状结构, 具有较强的黏结能力, 这是样品材料具有较高强度的主要原因。
煤气化粗渣 碱激发 粉煤灰 地质聚合物 N(C)-A-S-H凝胶 力学性能 coal gasification coarse slag alkali-activation fly ash geopolymer N(C)-A-S-H gel mechanical property
1 北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124
2 陕西科技大学 材料原子分子科学研究所，陕西 西安 710021
质子注入参数对注入型垂直腔面发射激光器（Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL）的电流限制孔径位置及电流限制效果具有较大影响。文中从质子注入的能量和剂量及其相互作用对VCSEL电流限制孔径的影响规律及机制出发，通过理论模拟分析了注入参数对质子分布及注入区电阻值的影响。在此基础上，采用VCSEL外延片进行了质子注入实验研究。实验结果和理论分析均表明：注入区电流隔离效果及质子分布受注入能量和剂量共同调控。当注入参数为320 keV、8×1014 cm−2时，经430 ℃、30 s退火后可得到结深约0.7 μm，平均射程距有源区约1.3 μm，电阻值达4.6×107 Ω∙cm2的质子注入区。使用该参数制备的VCSEL器件实现了较好的激光激射，证明该质子分布不仅可避免VCSEL有源区损伤，而且能实现较好的电流隔离效果，满足VCSEL电流限制孔径的制备要求。研究结果对质子注入型VCSEL的芯片结构及工艺优化具有重要指导意义。
质子注入 垂直腔面发射激光器 GaAs基质 晶格缺陷 proton implantation VCSEL GaAs matrix lattice defect 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220141
1 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室，天津 300308
2 王之江激光创新中心，天津 300308
ZnSe以其优异的光学性能与机械性能，一直是光学零件的首选材料之一。光学窗口、光学透镜等光学零件的制作成本很大程度上取决于光学材料的可加工性，加工成本占制作总成本的50%以上。从微观结构上来看，光学晶体材料的可加工性又与晶粒尺寸相关。文中采用物理气相沉积（PVD）法制备了PVDZnSe红外光学材料，并从沉积温度与原料性能两个方面研究了PVDZnSe制备工艺对其晶粒尺寸和可加工性的影响。研究表明：在920、960、1 000 ℃三个温度条件下，随着沉积温度升高，PVDZnSe材料晶粒呈现增加的趋势，其尺寸范围分别为20~180 μm、300~2000 μm和1 200~2 800 μm。在相同工艺参数条件下，选用粒径分别为2~10 μm、10~20 μm和300~2 000 μm的三种ZnSe原料制备PVDZnSe。随着原料ZnSe晶粒尺寸的增加，所得PVDZnSe的晶粒尺寸显著增大。结果表明，随着晶粒尺寸增加，脆性指数也相应增加，即PVDZnSe可加工性能在逐渐变差。研究还发现，在一定的晶粒尺寸范围内，材料的透过率差别不大，在2~14 μm波长范围内，PVDZnSe材料的平均透过率均能达到70%以上。该研究为PVDZnSe材料在光学零件领域的应用提供了实践经验和有力的技术支撑。
PVDZnSe 晶粒尺寸 沉积温度 原料 PVDZnSe grain size deposition temperature raw material 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210565
