王梦梦 1,2韵力宇 3王一飞 1,2杨啸宇 1,2[ ... ]闫树斌 1,2,*
作者单位
摘要
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
3 中国人民武装警察部队指挥学院, 天津 300250
设计了一种基于Fano共振的等离子体折射率纳米传感器,传感器由带存根谐振腔的直波导耦合开口方环谐振器组成。使用有限元分析法研究了该传感器结构的传输特性,并分析了结构参数对系统传感特性的影响。计算结果表明该结构可以激发Fano共振,且共振峰的位置和线型可以通过改变关键参数进行调节。通过调整结构参数,该结构的灵敏度值可以达到1125.7 nm/RIU,品质因数为30.01。该结构在光学集成回路方面具有潜在的应用前景,尤其是在纳米生物传感器方面。
表面光学 表面等离子激元 有限元分析法 纳米传感器 Fano共振 波导 
激光与光电子学进展
2020, 57(5): 052401
作者单位
摘要
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 浙江水利水电学院, 杭州 310018
为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能, 基于光子晶体的禁带特性, 提出了一种高效率的三通道解波分复用器。基于平面波展开法(PWE)分析了光子晶体的传播特性并给出了光子晶体能带图; 使用有限元分析法(FEM)对器件结构参数优化, 给出了不同端口的透射谱图。实验结果表明: 该器件可以实现1537.8 nm、1543.7 nm 和1548.7 nm等3个波长的波分解复用; 输出端口的透射率均达到90%以上, 且信道平均间隔仅为5.5 nm; 输出端口的平均信道串扰值为-27 dB; 该解波分复用器具有耦合效率高、波长选择性好、信道间隔小、信道串扰低、波长调节方法简单和易于集成等特点。
光子晶体 解波分复用器 环形谐振腔 photonic crystals wavelength division demultiplexer ring resonator 
光通信技术
2019, 43(12): 27
Author Affiliations
Abstract
1 Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory, North University of China, Taiyuan 030051, China
2 Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
A vapor cell provides a well-controlled and stable inner atmosphere for atomic sensors, such as atomic gyroscopes, atomic magnetometers, and atomic clocks, and its hermeticity affects the stability and aging of atomic sensors. We present the micro-fabrication of a micro-electromechanical system wafer-level hermit vapor cell based on deep reactive ion etching and vacuum anodic-bonding technology. The anodic-bonding process with the voltage increasing in steps of 200 V had a critical influence on vapor cell hermeticity. Further, the silicon–glass bonding surface was experimentally investigated by a scanning electron microscope, which illustrated that there were no visual cracks and defects in the bonding surface. The leak rate was measured using a helium leak detector. The result shows that the vapor cells with different optical cavity lengths comply with the MIL-STD-883E standard (5 × 10 8 mbar·L/s). Moreover, D2 absorption spectroscopy was characterized via optical absorption. The bonding strength was determined to be 13 MPa, which further verified the quality of the vapor cells.
020.1335 Atom optics 020.1670 Coherent optical effects 110.3960 Microlithography 300.6460 Spectroscopy, saturation 
Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100201
李云超 1,2胡旭文 1,2张璐 1,2刘召军 1,2[ ... ]张彦军 1,2,*
作者单位
摘要
1 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
频率稳定度是评价相干布局囚禁(CPT)原子钟性能的重要指标,而原子气室内部缓冲气体的种类及其气压比是影响CPT原子钟频率稳定度的主要因素。选用Ar与N2为缓冲气体,从理论上对其温度频移特性进行仿真分析,并在不同缓冲气体气压比例的条件下实验测量了CPT原子钟的温度频移特性。根据理论与实验结果确定了原子气室内部缓冲气体最佳的比例,并给出了与之对应的最小温度频移工作点。研究结果对设计CPT原子钟原子气室内部的缓冲气体气压比及其工作温度具有借鉴作用。
原子与分子物理 原子钟 原子气室 频率稳定度 温度频移 
激光与光电子学进展
2019, 56(12): 120201
Author Affiliations
Abstract
1 Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory, North University of China, Taiyuan 030051, China
2 Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
As the key part of chip-scale atomic clocks (CSACs), the vapor cell directly determines the volume, stability, and power consumption of the CSAC. The reduction of the power consumption and CSAC volumes demands the manufacture of corresponding vapor cells. This overview presents the research development of vapor cells of the past few years and analyzes the shortages of the current preparation technology. By comparing several different vapor cell preparation methods, we successfully realized the micro-fabrication of vapor cells using anodic bonding and deep silicon etching. This cell fabrication method is simple and effective in avoiding weak bonding strengths caused by alkali metal volatilization during anodic bonding under high temperatures. Finally, the vapor cell D2 line was characterized via optical-absorption resonance. According to the results, the proposed method is suitable for CSAC.
020.1335 Atom optics 020.1670 Coherent optical effects 110.3960 Microlithography 
Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 040202
李云超 1,2胡旭文 1,2刘召军 1,2汤跃 1,2[ ... ]闫树斌 1,2,1; 2; *;
作者单位
摘要
1 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中国航天科技集团公司, 北京 100048
在微型定位、导航、授时(Micro-PNT)系统中,芯片原子钟(CSAC)作为微型时钟模块的核心,其发展关乎到Micro-PNT系统的定位精度与授时能力。原子气室作为芯片原子钟的“心脏”,其制备工艺直接决定着原子钟的体积、稳定度与功耗等多项性能指标。随着原子钟功耗的降低与体积的减小,加工制造出与之相适应的微型原子气室势在必行。从玻璃吹制法与微电子机械系统(MEMS)超精细加工法两个方面介绍了原子气室的加工工艺,综述了其研究进展,并分析了目前微型原子气室在制备工艺中存在的不足,对未来原子气室制备工艺的进一步优化具有一定的参考作用。
原子与分子物理学 芯片原子钟 原子气室 导航 定位 授时 
激光与光电子学进展
2018, 55(6): 060003
作者单位
摘要
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
利用感应耦合等离子体深硅刻蚀机与阳极键合机,制备出了应用于芯片原子钟的碱金属气室。以AZ4620光刻胶为硅片掩模,研究了深硅刻蚀后硅表面的形貌特征,对比了不同结构下深硅刻蚀速率。经过阳极键合,获得了三明治结构的微碱金属气室,并检测其饱和吸收谱线。实验结果表明:制备出的微碱金属气室在温度为80 ℃条件下出现明显的饱和吸收现象。
原子与分子物理学 芯片原子钟 碱金属气室 饱和吸收 感应耦合等离子体 阳极键合 
激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040201
作者单位
摘要
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 机电工程学院, 太原 030051
3 中国人民武装警察部队指挥学院, 天津 300250
激光表面熔凝技术可有效降低纳米光波导侧壁粗糙度进而减小光传输的散射损耗。为明确波导侧壁在KrF准分子激光表面熔凝过程的温度场演化规律,考虑材料参数随温度变化和相变潜热的影响,建立了纳米光波导侧壁激光熔凝的二维有限元数值模型,研究了熔池边界的推进行为与不同工艺参数的映射关系。结果表明:熔池形成于波导上表面与迎光侧壁夹角处;激光入射角度一定时,熔池熔深与平均能量密度正相关;熔池形貌受控于激光入射角度,随着入射角度的减小,熔池形貌由单边U形过渡为单边V形最终呈带钝角单边V形。分析表明,较大激光入射角对应的熔池形貌更有利于波导侧壁的光整加工;据此提出先确定激光入射角度以优化熔池形貌,再选取合适平均能量密度以获得足够熔化深度的工艺方法。
激光加热 表面微加工 有限元方法 光波导 表面粗糙度 laser heating surface micromachining finite element method optical waveguides surface roughness 
强激光与粒子束
2017, 29(10): 104102
闫徐林 1,2,*汤跃 2闫树斌 1,2
作者单位
摘要
1 中北大学电子测试技术重点实验室,山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原 030051
在原子钟系统研究中,激光频率的微小变化会导致CPT共振信号幅值的大幅度减小。根据饱和吸收稳频原理,设计了一种比例积分锁频电路,通过对激光器频率调制后的解调曲线进行判断,在FPGA中进行处理并通过PI控制模块及时反馈回激光器中。实验结果表明,运用此电路后闭环锁定100 ms内激光频率的相对起伏为390 kHz,频率稳定度为1.307 09×10-10,满足当前原子钟稳定性的要求。
原子钟 锁频 解调曲线 频率稳定性 atomic clocks frequency locking demodulation curve frequency stability 
量子光学学报
2016, 22(4): 316
作者单位
摘要
1 中北大学 a 电子测试技术国家重点实验室
2 b 仪器科学与动态测试教育部重点实验室
3 c 机电工程学院, 太原 030051
4 中北大学 c 机电工程学院, 太原 030051
设计了一种基于金属-介质-金属波导的半圆形谐振腔与矩形谐振腔的耦合结构, 采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明:透射光谱中产生一个类似Fano共振线型的共振谷, 该Fano共振由半圆形谐振腔的宽谱共振和矩形谐振腔的窄谱共振相互耦合所导致.变化谐振腔的结构参量, 发现该Fano共振谷位置依赖于矩形谐振腔的几何参量, 而对两谐振腔相对位置的微小移动不敏感;同时, 改变两谐振腔的并联方式, 研究了两种衍生结构的传播特性, 发现这些结构均可产生明显的Fano共振.此外, 通过在谐振腔中填充不同折射率的介质材料, 研究了三种结构基于Fano共振效应的折射率传感特性, 其折射率敏感度最高达到750 nm/RIU.研究结果可为未来芯片上基于表面等离极化激元波导的高灵敏折射率传感器的设计提供理论依据.
表面等离激元 纳米传感器 有限元法 Fano共振 谐振腔 波导 Surface plasmon polaritons Nanosensors Finite element method Fano resonance Resonator Waveguide 
光子学报
2016, 45(8): 0823002

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