光学仪器


测试技术

  • 水凝胶波导探针的制备及对罗丹明B的超高灵敏检测

    罗洪;蔡斌;

    波导型倏逝波传感器依赖于待测物与倏逝场的相互作用,其检测能力受制于倏逝波的强弱。一般而言,波导的倏逝波强度在内部传输光中占比很低,因此传感器灵敏度受到很大限制。提出的一种基于水凝胶聚合物的波导探针可以克服上述缺点。水凝胶具有的三维网状结构,可以方便待测物渗入波导内部,因此可以利用局域在波导内部的传输光进行探测,大幅提高探测光的利用效率。此外,实验通过其他聚合物单体的添加成功抑制了水凝胶波导遇水溶胀变形带来的额外光损。由于纯水凝胶制备的波导在吸水溶胀后会导致变形,从而带来额外的光损耗,因此除水凝胶之外还需掺入其他聚合物以维持波导的基本形状。实验表明,该水凝胶聚合物波导传感器对罗丹明B水溶液的吸收检测极限为1.0×10~(-9) g/mL,荧光检测极限为1.0×10~(-19) g/mL。相比于其他波导型倏逝波传感器,荧光检测极限提高了约7个数量级。该水凝胶聚合物波导传感器制备方法简单,成本低廉,可适应性高,灵敏度高,在医疗及环境监测等多个领域都有着广泛的应用前景。

    2024年02期 v.46;No.258 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
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应用技术

  • 异质微环谐振腔双稳态及全光存储器应用

    王婷;沈微宏;SCHOENHARDT Steffen;张启明;

    提出了一种基于异质集成波导的微环谐振腔,对其双稳态现象进行了研究分析,并将其应用于全光存储功能的实现。异质集成波导具有超高的克尔非线性效应,不受热光效应和载流子响应的限制,在超快克尔非线性效应的支持下,该结构具有快速全光切换的能力。设计了一个高品质因子Q=77 565的微环谐振腔,用耦合模式理论模拟了其双稳态现象。在峰值功率为474 fJ,宽度为20 ps的脉冲激励下,该微环谐振腔很好地实现了全光存储功能,并通过波分复用的串联微环结构展示了波长可寻址的四位光存储器。研究了基于超高克尔非线性效应的双稳态现象,为实现超快切换速度提供了可能性,在光存储、光开关、人工智能研究等方面具有一定的参考价值。

    2024年02期 v.46;No.258 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1685K]
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  • 三维培养结肠癌细胞的微流控芯片荧光成像研究

    蔡书祺;郑璐璐;张大伟;

    改良了一种微流控芯片,可用于对结肠癌细胞进行三维培养并实现实时荧光成像。在结肠癌细胞内植入内源性的红色荧光蛋白,使用激光共聚焦显微镜对芯片中三维培养的细胞进行成像。通过细胞内部红色荧光蛋白的表达,可以观测到细胞的生长状态,实现对细胞的实时监测和高分辨率荧光成像。同时,通过免疫荧光染色来表征反映细胞活性的特征蛋白,其荧光强度和蛋白表达呈正相关。研究结果提示,细胞活性相关蛋白的表达受到微环境的影响,其在芯片三维培养中的活性强于二维培养,表明芯片内环境更加接近真实的人体微环境。该方法为进一步探究肿瘤细胞转移机制及相关药物的筛选研究提供了一种新的技术手段及实验平台。

    2024年02期 v.46;No.258 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1261K]
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  • 基于水凝胶聚合物波导传感器检测盐酸吖啶黄

    倪天成;蔡斌;

    多功能化是光纤化学传感器的重要发展方向。为实现该目标,首先通过激光诱导波导自形成技术制备了一种光纤–水凝胶聚合物波导–光纤传感结构,并在水凝胶聚合物波导探针中成功地掺杂了纳米金颗粒。在该结构中,波导与光纤同轴无缝相连,保证了探测光和信号光的高效利用。掺金后的聚合物波导具有丰富的光谱探测能力,利用该波导探针成功实现了对盐酸吖啶黄的吸收、荧光以及拉曼光谱的检测,扩大了波导传感器的应用范围。

    2024年02期 v.46;No.258 20-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • Smith预估模糊PID控制算法及其在粉末定量称重中的应用

    陈奇;袁旭军;张荣福;郑阳;

    针对上海科源电子科技有限公司研发的定量称重系统(由高精度抖粉装置与万分之一天平组成),在工作中因粉末密度、粉末流动性、颗粒大小、湿度、天平延时等因素造成的非线性和滞后等问题,采用Smith预估模糊PID控制器优化控制方法。首先通过理论分析,得出系统的传递函数,再构建Smith预估的模糊PID控制器,以适应系统的非线性、滞后等特性,最后将此算法代入MATLAB进行仿真并于实际系统中进行1 g定量抖粉实验。Smith预估模糊PID控制算法和传统PID算法的标准差分别为0.002 0和0.004 2,表明Smith预估模糊PID控制算法在实际环境中稳定性更好,能有效减小系统的称重误差。

    2024年02期 v.46;No.258 28-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1519K]
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  • 体布拉格光栅外腔倍频半导体激光器研究

    刘荣战;

    为提高绿光激光器的输出特性,设计了一种体布拉格光栅外腔倍频半导体激光器。采用反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光器,并使用三硼酸锂晶体进行倍频,研究了基频光的光束及光谱特性对倍频光的光束及光谱特性的影响。实验结果表明,使用体布拉格光栅进行外腔锁波时,所得到的倍频光同样能实现窄带宽输出,同时倍频光的远场分布与基频光的远场分布一致。使用衍射效率为10%的体布拉格光栅作为外腔输出镜,可将半导体激光器的输出波长稳定锁定在1 064 nm,所得到的倍频光波长稳定在532 nm附近,光谱线宽压缩至0.4 nm左右,输出功率可达73 mW。

    2024年02期 v.46;No.258 36-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1602K]
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光学系统

  • 高分辨率旋转光栅光谱仪的设计

    申佳琪;杨照清;傅伟;王兴宇;郭汉明;

    针对光栅光谱仪中高分辨率与宽光谱难以同时满足的问题,设计了一款基于旋转光栅的Czerny-Turner(C-T型)光路结构的高分辨率宽光谱拉曼光谱仪,激发波长为532 nm,光谱范围为80~3 000 cm~(-1),分辨率为1.2 cm~(-1)。将光谱范围分为低(80~1 450 cm~(-1))、中(855~2 225 cm~(-1))、高(1 630~3 000 cm~(-1))3个波段,以优化中波段为主,对全波段进行了优化。通过微调光栅的旋转角度,确保低、中、高波段均位于CCD的有效像面上。该光谱仪成像系统的点列图、均方根图和调制传递函数图均符合设计要求。

    2024年02期 v.46;No.258 46-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1562K]
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设计与研究

  • 插片式可穿戴眼球追踪系统

    李广林;金涛;

    针对不同屈光度人员使用穿戴式近眼眼球追踪设备无法自由更换镜片的问题,研发出一套插片式近眼眼球追踪系统设备。该系统是由近眼采集硬件平台和眼动特征提取算法两部分构成:硬件平台是根据插片验光试镜架结构设计的图像采集模块;眼动特征提取算法是通过机器学习训练眼睛检测器和眼部特征点检测器,再结合候选瞳孔拟合筛选策略得到瞳孔直径、中心点和眨眼频次。实验结果表明,系统算法中瞳孔检测正确率为97.24%,眨眼检测正确率为91.59%。该设备可满足屈光不正人群眼动追踪检测和研究的需求,同时提供准确可靠的眼动数据。

    2024年02期 v.46;No.258 54-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1589K]
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  • 磁控溅射制备碳化硼薄膜的结构与成分分析

    朱京涛;刘扬;周健荣;周晓娟;孙志嘉;崔明启;

    近年来国际上~3He资源的短缺造成了基于3He的中子探测器高昂的成本,而以碳化硼薄膜作为中子转换层的硼基中子探测器逐渐成为了最有前景的替代方案。通过直流磁控溅射制备了Ti/B_4C多层膜,并使用透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对薄膜的结构与成分进行表征。结果表明:Ti层存在结晶情况;H、O、N元素为薄膜内部的主要杂质,且多分布于Ti层与B_4C-on-Ti过渡层中;更高的本底真空度能够降低碳化硼薄膜内的杂质含量,提高B含量占比;中子探测效率测试结果证明本底真空度的提高能够有效提高碳化硼中子转换层的效率。

    2024年02期 v.46;No.258 63-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1770K]
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  • 二氧化硅平面波导集成光开关器件研究

    郭松;袁硕;陈益姝;玄洪文;冯吉军;

    基于二氧化硅平面光波导平台,设计并制作了一种多模干涉马赫曾德型的低功耗热光开关。该器件结合了多模干涉耦合器的稳定性及二氧化硅波导和热光开关的低损耗等优势。经仿真,对器件参数进行了优化,并讨论了金属层与波导的间距对传输光强及功耗的影响。测试结果表明,该器件的结构稳定,偏振依赖小,插入损耗低于2 dB,能实现开关的转换,功耗为450 mW左右,开关响应时间为103μs和113μs,在1 564 nm工作波长下消光比超过16 dB,尺寸为2.30 cm×0.25 mm。该器件不仅与互补金属氧化物半导体工艺相兼容,同时与光纤之间也有较好的兼容性。二氧化硅波导光开关器件具有成本低,产量大,性能稳定的优势,能给光通信及光计算的未来发展提供可靠的基础。

    2024年02期 v.46;No.258 69-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K]
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  • 基于光学衍射神经网络的拉盖尔–高斯光束识别

    贺瑜;陈龙;胡晓楠;栾海涛;

    拉盖尔–高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束除了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)维度外,还拥有径向量子数p,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受到大气湍流的干扰时,识别准确率会明显下降,从而限制了其实际应用。提出了一种基于衍射神经网络(diffractive neural network,DNN)的LG光束识别方式,实现了p在1~3范围内的识别。即使在强湍流强度,衍射距离为5 m的情况下,该识别方式的识别准确率依然能达到95%以上。该DNN方法能够为准确识别LG光束模式提供有效途径,在大容量OAM通信、高维量子信息处理等方面均具有潜在应用价值。

    2024年02期 v.46;No.258 77-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 2041K]
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  • 锰掺杂二维钙钛矿(PMA)_2PbBr_4中的发光性质及能量转移机制

    王梓屹;徐公杰;

    通过锰掺杂,可以调节钙钛矿的发光波长,提高其发光量子产率。在二维钙钛矿(PMA)_2PbBr_4中引入Mn~(2+)掺杂,研究了(PMA)_2PbBr_4中Mn~(2+)掺杂的发光性质以及能量转移机制。研究表明,锰掺杂后,原来二维钙钛矿的激子复合发光峰(419 nm)变成了Mn~(2+)轨道~4T_1→~6A_1之间的跃迁发光(608 nm),其中发生了有效的能量转移。Mn~(2+)的引入导致晶格一定程度的畸变,进而激子寿命显著降低(从6.51 ns到0.30 ns);同时,由Mn~(2+)带来的发光寿命却对掺杂浓度并不敏感(0.23 ms),这源于此时发光对应于Mn~(2+)对应于~4T_1→~6A_1之间的跃迁。Mn~(2+)掺杂后,其光稳定性有了明显改善。因此,锰掺杂对于调节二维钙钛矿的发光波长或带宽,提高发光效率是一个有效手段,为二维钙钛矿在白光照明方面的应用提供可能性。

    2024年02期 v.46;No.258 86-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1419K]
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  • 《光学仪器》征稿简则

    <正>《光学仪器》创刊于1979年,是中国科学技术协会主管,中国仪器仪表学会、上海光学仪器研究所和中国光学学会工程光学专业委员会主办的中国科技期刊。本刊得到了广大光学科技工作者的热情支持,刊物的影响力不断扩大,为我国光学事业的发展发挥了积极作用。

    2024年02期 v.46;No.258 95页 [查看摘要][在线阅读][下载 616K]
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