Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Chemical Biology and Molecular Engineering, Ministry of Education, Institute of Biotechnology, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, Renewable Energy Conversion and Storage Center, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China
Although previously reported terahertz absorbers can achieve high-sensitivity refractive index sensing, the resonant peak is too broad, which leads to a low figure of merit (FOM). Transmissive sensors based on bound states in the continuum (BIC) can achieve high FOM, but they have some limitations in high sensitivity. Herein, we propose a periodic triple parallel metal bars structure to obtain high quality, a strong field, and multiple hot spots by the Friedrich–Wintgen BIC. Numerical results show the sensitivity and FOM can reach 1877 GHz/RIU and 665, respectively. Compared to the previously reported transmissive sensors based on BIC, the sensitivity has been greatly improved.
Fano resonance bound states in the continuum terahertz high-sensitivity sensing Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031202
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
纳米操作技术是实现纳米材料位移、排布、形变等操作的关键方法,也是一种“自下而上”制造性能优异的纳米结构及纳米电路的重要技术手段,同时也为新型纳米器件的研发提供了新思路。本文主要对基于扫描探针显微镜、电子显微镜的纳米操作技术以及光镊技术的研究进展进行了介绍及总结,简单阐述了三种操作技术的基本原理及特点,并在此基础上分析了不同操作技术存在的问题,介绍了几种典型的操作系统和操作策略的改进方法,进一步概括了三种操作技术在纳米材料测试及器件制造中的应用。最后针对三种操作技术的优势、适用范围以及目前仍存在的问题进行分析与总结,探讨了三种操作技术的适用范围,并对不同操作技术的结合进行了展望。
激光光学 光镊或光操作 纳米操作 扫描探针显微镜 电子显微镜 纳米器件
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
近年来,纳米线在纳米电子学、纳米光子学、纳米医学和纳米机电系统等领域的应用逐渐广泛,纳米线的连接已经成为未来器件小型化和集成化的关键问题。为了实现良好的纳米线互连,提出了一种基于扫描电子显微镜(SEM)的纳米线-纳米钎料原位互连结构组装、钎焊互连的方法。利用开发的SEM纳米操作平台,实现了直径为100 nm左右的ZnO纳米线与直径为180~300 nm的Ag纳米钎料的同基底互连结构组装。利用SEM聚焦电子束辐照熔融纳米钎料实现了纳米线钎焊互连,利用双探针纳米操作系统对焊接后的纳米线进行电流-电压(I-V)测试,钎焊后的纳米互连结构成功实现电流导通。
集成光学 钎焊 纳米操作 纳米线互连 组装 电子束辐照
1 教育部微系统与微结构制造重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
氧化石墨烯的还原与表面结构化有助于提升传感器、储能器等微型电子器件的性能。相比于其他工艺手段,采用飞秒激光辐照方法可以快速实现氧化石墨烯的同步还原和表面纳结构成型。本文首次对比了1030 nm和257 nm两种飞秒激光波长辐照下氧化石墨烯的形貌与结构特征,发现1030 nm激光辐照产生的条纹周期纳结构主要由入射激光与表面等离激元干涉作用而形成,257 nm激光辐照产生的沟槽微纳结构主要归因于光化学作用。通过拉曼测试和电化学阻抗谱分析表明,相比于257 nm激光作用,1030 nm激光辐照下氧化石墨烯还原程度更高,电极反应过程中接触电阻更小且有利于电荷转移和离子的扩散。
激光技术 飞秒激光 氧化石墨烯 纳结构 电化学性能
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 香港城市大学生物医疗工程系, 香港 999077
3 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
实现纳米材料焊接的纳米连接技术不仅是研制高性能纳米器件的关键,还是“自下而上”进行纳米结构制造的重要手段,决定着新一代纳米器件的性能及可靠性。其中,纳米钎焊技术对焊接母材损伤小,可以连接同种或不同种类的纳米材料,并获得优异的力学及电学性能,是纳米连接技术的重要发展方向。基于分子动力学,对纳米颗粒钎料在SiO2基底上的激光熔融过程进行了仿真分析,分析了激光辐照导致的不同温度下银纳米颗粒的原子构型变化,并探究了钎料熔融过程。为了探讨基底对熔化过程的影响,进一步分析了基底与纳米颗粒之间的接触角、接触长度以及吸附能变化等。研究结果表明:为了获得可靠的纳米互连结点,激光辐照下温度对纳米颗粒与衬底之间吸附能的调控是影响纳米互连结点稳定性的主要因素。该仿真结果为实现激光熔融纳米颗粒的连接提供了参考。
激光技术 材料加工 激光焊接 纳米钎焊 纳米颗粒 分子动力学
1 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
2 哈尔滨工业大学 机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
建立了Chirp调制激光激励的红外热波雷达成像检测系统, 提出了基于分数阶傅里叶变换的Chirp锁相算法和基于希尔伯特变换时域积分的HT算法, 实现了对CFRP层板缺陷的检测; 合理设计了模拟缺陷的尺寸分布范围与缺陷判定准则, 采用Hit/miss法分析了信号提取算法对检测概率的影响; 给出了不同检测参数与判定阈值情况下, 相关算法、Chirp锁相算法和HT算法提取结果的检测概率数据, 确定了红外热波雷达成像系统对CFRP层板缺陷的检测概率水平。
检测概率 热波雷达成像 CFRP缺陷 信号提取算法 probability of detection thermal wave radar imaging CFRP defect signal extraction algorithm 红外与激光工程
2017, 46(10): 1004005
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用顺序耦合的方法建立了交叉筋壁板激光弯曲成形的有限元模型, 对壁板成形过程中的温度场和应变场进行分析, 提出一种变功率扫描策略来减小壁板的非期望变形。结果显示, 恒参数扫描时交叉筋壁板不仅发生横向弯曲, 还发生纵向弯曲, 并且扫描线上的蒙皮发生下凹。分析表明, 蒙皮的下凹是由横向弯曲变形不一致导致的, 纵向弯曲是由纵向塑性压应变导致的; 采用提出的变功率扫描策略可以有效减小壁板的非期望变形, 将蒙皮的最大下陷量和自由端的相对弯曲程度分别减小了80%和58%。
激光技术 激光弯曲成形 有限元仿真 交叉筋壁板 非期望变形 中国激光
2017, 44(10): 1002004
1 黑龙江科技大学 机械工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150022
2 哈尔滨工业大学 机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对脉冲红外热成像检测缺陷构件时, 红外图像噪声较大、边缘信息模糊等特点, 提出了一种基于模糊C均值聚类和Canny算子相结合的边缘检测新方法。该方法首先对输入的红外图像进行整体灰度变换, 采用模糊C均值聚类对图像进行区域分割、提取和二值化; 再将各个区域进行叠加, 使红外图像的边缘变得连续; 最后, 采用Canny算子对处理后的图像进行边缘检测, 实现缺陷的识别。在图像边缘检测基础上, 分析了图像定位缺陷位置与实际缺陷位置之间的相对误差, 并运用物像关系, 实现缺陷几何尺寸的定量检测。结果表明: 该方法对缺陷边缘识别完整清晰, 具有较高的定位精度和抗噪能力, 有利于缺陷的识别与定量检测。
红外图像 边缘检测 模糊C均值聚类 Canny算子 定量检测 thermal imaging edge detection Fuzzy C-means algorithm clustering Canny operator quantitative determination 红外与激光工程
2016, 45(9): 0928001
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨150001
2 Center for Advanced Diffusion Wave Technologies (CADIFT), Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario MS5 3G8, Canada
激光诱发硅太阳能电池产生载流子，由于少数载流子的复合而发射红外辐射.基于一维载流子传输方程，建立了调制激光诱发PN结少数载流子密度模型，利用该模型仿真分析了载流子寿命、扩散率、表面复合率及光电压对辐射复合产生红外辐射信号的影响.利用InGaAs红外探测器(0.9~1.7μm)记录激光诱发载流子辐射复合的红外辐射信号，用数字锁相放大器提取了幅值与相位.通过频率扫描试验获得了多晶硅太阳能电池载流子传输参数.
载流子复合 辐射复合 红外辐射 太阳能电池 carrier recombination radiative recombination infrared radiation solar cell
