分形激光精密控制研究综述

介绍了单通光纤中的孤子分形、矢量孤子碰撞中的分形、自旋波孤子中的分形、呼吸子激光中的分形等激光器中存在的典型分形结构及相关调控方法,阐述了锁模激光器中分形激光频谱密度高、调谐精度高、能够实现高分辨力飞秒光纤光梳等特点。探讨了提升飞秒光纤光梳分辨力的问题,指出利用呼吸子激光中的魔鬼阶梯和法里树分形结构,结合智能调谐手段可提升飞秒光纤光梳的探测分辨力。展望了呼吸子分形光梳在分子光谱、任意光波合成等领域的发展方向,指出未来通过发展光频域高精度锁定技术、时频相位全息跟踪探测技术、分形频谱关联与相噪分析技术,并优化理论模型,有望进一步抑制光梳的噪声,并突破谱密度极限。

1GHz,48.8fs高重复频率掺镱光纤飞秒激光器研究

GHz基本重复频率光纤超短脉冲激光器由于具有宽光谱,窄脉宽等优势,在高速光刻,高端制造,天文探测,太赫兹检测,精密仪器等领域应用广泛。然而在实现1GHz以上基本重复频率锁模的前提下,如何输出脉冲宽度在50fs以下的超短脉冲是当前科学研究的难点。文章以实现更宽光谱,更窄脉宽的GHz重复频率光纤超短脉冲激光器为目标,通过非线性偏振旋转锁模(NPR)技术,利用波分复用光纤准直器(WDM-Collimator)缩短激光谐振腔长度,最终实现了48.8fs脉冲宽度的1GHz基本重复频率光纤激光器。该脉冲宽度是当前国际上1μm波段GHz基本重复频率光纤激光器的最窄直接输出脉冲宽度。最后对激光器集成形成样机,并有效降低制造成本,提升了系统稳定性。该激光样机可满足天文光梳、卫星导航等领域空间尺寸的需求,有望推动高重复频率光纤超短脉冲激光器工业化、商业化发展。

中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统研究

高光谱成像技术是一种分析物质化学成分、物理性质和形态等信息的非接触式、无损检测方法。然而,中红外波段分子指纹谱测量,受限于探测器响应速度和固有噪声,传统的高光谱成像技术难以同时实现高速和高信噪比测量。基于时间拉伸频率上转换的光谱测量技术具有高测量速度、高光谱分辨率、宽光谱覆盖等优势,与高光谱成像技术结合后,可为快速获取样品种类与形态信息提供可靠手段。搭建了中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统,同源产生1047 nm泵浦光与1550 nm信号光平均功率分别为2 W和100 mW,结合同步泵浦技术,可在两块周期性极化铌酸锂晶体中分别实现中红外脉冲的产生与频率上转换,完成将中红外波段分子指纹谱信息传递至近红外波段,解决了难以高速、低噪声探测中红外光谱信息的难题。通过对晶体温度与工作通道的调谐,中红外波段探测范围可覆盖2700~3900 nm,具有多样品检测能力。对频率上转换的近红外脉冲进行时间拉伸并与高光谱成像相结合,通过逐点扫描对比色皿中苯溶液吸收光谱及空间分布信息进行实测,光谱数据与傅里叶变换红外光谱仪测量结果高度吻合,能在8 s内完成600μm×1200μm空间区域的高光谱成像,单个像素点采集时间12.9 ns,光谱测量速度77.6 MSpectra·s^(-1),光谱分辨率5.8 cm-1,证实了系统对光谱覆盖范围内液相分子的高速光谱测量及空间分辨能力。解决了传统高光谱测量方式在中红外波段存在响应速度慢、积分时间长、信噪比低的难点,能以10~7帧率的光谱刷新率完成多组分样品检测及其形态测量,为材料与生物成像分析等领域提供了新途径。

不锈钢基材表面激光熔覆钴基合金涂层组织对比研究

采用激光熔覆技术分别在304不锈钢、2205不锈钢基材表面熔覆了stellite 6和stellite 12钴基合金涂层。通过显微硬度分析、金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和模拟海水电位腐蚀试验,分别研究了在不同不锈钢基材上两种合金熔覆层的显微硬度、微观结构组织、物相、微观形貌、熔池形貌以及腐蚀性能。并结合激光熔覆工艺分析了熔覆层的底部、中部以及顶层的晶相和Co、Cr成分的分布,通过对比分析发现,在2205双相不锈钢衬底上熔覆的stellite 12镀层具有更高的熔覆层界面硬度。腐蚀试验表明,stellite 12镀层较stellite 6镀层具有更好的耐腐蚀性。

A位La/Sr共掺杂PbZrO_(3)薄膜的制备及储能特性优化

反铁电材料凭借超高的功率密度,在电介质能量存储领域具有极高的研究热度。锆酸铅(PbZrO_(3),PZO)是反铁电材料的典型代表,也是研究最为广泛的反铁电材料之一。如何提升PZO基材料的储能性能是目前的研究重点。本工作在La^(3+)掺杂PZO的基础上,进一步将小半径的Sr^(2+)掺入到PZO钙钛矿结构的A位,实现了PZO基反铁电薄膜储能性能的进一步提升。采用溶胶-凝胶法制备了A位La/Sr共掺杂Pb__(0.94-x)La_(0.04)Sr_(x)ZrO_(3)(Sr-PLZ-x,x=0,0.03,0.06,0.09,0.12)反铁电薄膜,系统研究了不同Sr^(2+)掺杂量对Sr-PLZ-x反铁电薄膜的晶体结构,以及铁电性能、储能性能和疲劳性能等的影响。结果表明:随着Sr^(2+)掺杂量x的增加,Sr-PLZ-x薄膜的晶格常数不断减小,薄膜的饱和极化强度先略有增加并保持,后逐渐降低。同时,Sr-PLZ-x薄膜的容忍因子逐步降低,转折电场不断增大,反铁电性逐渐增强,击穿场强有所提高,储能性能得到提高。在x=0.03时,Sr-PLZ-x反铁电薄膜的储能密度和储能效率分别达到31.7 J/cm^(3)和71%,储能性能最优。同时掺入Sr^(2+)也使得Sr-PLZ-x反铁电薄膜的疲劳性能进一步优化,其中x=0.12组分薄膜样品在经历了10^(7)次循环后,储能密度和储能效率仅有3.4%和2.7%的衰减。综上所述,A位La/Sr共掺杂可有效提高PZO基反铁电薄膜的储能性能。

CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉的合成、性能及其白光LEDs应用

全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)纳米晶因其卓越的光电性能被广泛应用于光电子器件领域,但稳定性问题仍然是制约其商业化发展的主要因素之一。基于此,本研究以提高CsPbBr_(3)纳米晶的稳定性和固态发光性能为研究目标,选用具有优异疏水性能的多孔MIL-53(Al)金属有机框架(MOFs)作为封装基质,通过热注射工艺在MIL-53(Al)孔道内原位限域生长CsPbBr_(3)纳米晶,成功制备了优异发光性能和稳定性的CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉。MIL-53通过包含的苯环和有机配体与CsPbBr_(3)纳米晶螯合,将其稳固地锚定在孔道内,既保护了CsPbBr_(3)纳米晶免受外界环境的影响,又有效防止了纳米晶之间的聚集,从而避免了固态荧光猝灭。此外,MIL-53中的COO-官能团与CsPbBr_(3)纳米晶表面未配对的Pb2+结合,钝化了其表面的缺陷,抑制了载流子的非辐射复合。MIL-53包含的苯环及有机长链又赋予了纳米复合荧光粉出色的疏水性能。这些因素的协同作用显著提升了CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉的光学性能和水稳定性,其荧光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)为75.4%,是固态CsPbBr_(3)纳米晶粉体(33.2%)的2.3倍。将CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉完全浸泡在水中10h,其荧光强度仍能维持初始值的75.6%。最后,将绿光发射的CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉应用于白光发光二极管(LightEmittingDiodes,LEDs)器件,实现了126%NTSC和85%Rec.2020的宽色域覆盖面积,表明其在显示器件领域具有优异的应用前景。

基于HEDTA配体修饰的纯红色CsPb(Br/I)_(3)钙钛矿发光二极管

近年来,钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diodes,PeLEDs)已表现出了超高色纯度、超宽色域、高发光效率等一系列卓越性能,尤其绿光和近红外光PeLEDs的外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和亮度迅速提升,但荧光峰位于620~640 nm的纯红光PeLEDs器件的性能(效率、亮度、可靠性等)发展则相对缓慢。本文采用热注射和N-羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)配体后处理相结合的工艺制备了光学性能和稳定性均显著提升的纯红色混合卤素钙钛矿CsPb(Br/I)_(3)纳米晶。HEDTA多齿配体通过与纳米晶表面的Pb^(2+)和I-有效结合,钝化表面Pb^(2+)有关的缺陷,同时抑制了致使卤化物偏析的I-弗伦克尔缺陷的形成。基于配体交换处理后的CsPb(Br/I)_(3)纳米晶为发光层制备的PeLEDs,发射峰位于636 nm的纯红色范围,最大EQE和最大亮度分别为18.62%和1880 cd/m^(2)。表征器件工作稳定性的T50(器件亮度衰减至初始亮度一半所需的时间)由未修饰器件的11.4 min提升至74.5 min。

Dirac和Majorana费米子在空间平坦FRW时空背景下挠率场中的散射

讨论了在空间平坦FRW(Friedmann-Robertson-Walker)时空背景下,通过有质量宇宙学中微子能量分布的移动检验由大尺度Lorentz破缺产生的宇宙学挠率存在的可能性.在空间平坦FRW时空背景下,有质量的宇宙学中,微子在宇宙学挠率场中的散射会导致其末态能量分布的峰值位置相比于无挠情况时有一个m^(2)/E^(2)量级的移动;并且,在非最小矢量挠率耦合的情况下,对于Dirac中微子和Majoran中微子移动的数值由于矢量挠率的影响而不同.

具有持续使用行为患者择医偏好多样性的就医推荐模型

信息爆炸导致患者择医难,也限制了互联网医疗服务高效发挥作用。围绕考虑患者择医偏好多样性的智能就医推荐模型展开研究,重点关注具有持续使用行为患者的择医决策偏好特征,如对医生服务质量、知识贡献量、电子口碑、诊疗经验的偏好等,并将分级诊疗标准纳入考虑,构建特征变量。同时,以相对地位量数为基础,通过熵权-TOPSIS多指标评价模型计算综合评分,将评分结果作为目标变量,并利用改进麻雀搜索算法优化的支持向量回归算法挖掘特征变量与目标变量间的数据关系,从而构建智能就医推荐模型。根据该推荐模型所推荐的医生综合表现较好,推荐采纳率也有所提高。

组态视角下患者在线问诊选择的驱动因素

在线健康社区拥有大量医生及多种来源的医生在线评价信息,患者面临选择过载问题并不确定如何根据各种信息选择合适的医生。基于整体论的组态视角,采集好大夫在线平台中的二手数据,利用fsQCA方法,探究多种来源信息的协同对患者在线问诊选择的影响。研究结果表明:各种医生在线评价信息均无法单独构成高或非高患者在线问诊选择的必要条件;存在4种产生高患者在线问诊选择的驱动模式以及4种产生非高患者在线问诊选择的驱动模式,两者存在非对称关系。首次从整体论的组态视角对患者在线问诊选择的驱动因素进行分析,拓展了患者在线问诊选择的研究范畴,为医患在线匹配以及提高医生在线影响力提供了重要的实践价值。

五碲化锆超快光激发表面电流特性研究

利用反射式太赫兹时域光谱研究飞秒光激发狄拉克半金属五碲化锆表面产生的瞬态光电流,进而分析五碲化锆产生太赫兹辐射的几种物理过程。实验结果表明,偏振无关的光电流是表面电流的主要成分,同时太赫兹振幅与泵浦脉冲的线偏振相关,表明部分电流产生于非线性光整流效应。圆偏振光泵浦下,太赫兹振幅随泵浦脉冲呈四倍周期性变化,证实五碲化锆在飞秒脉冲泵浦下产生圆偏振光电流效应。进一步分析超短激光脉冲激发下的太赫兹时域电场,揭示五碲化锆在光诱导下发生反演对称性破缺,产生B声子,形成瞬态外尔点,发生从狄拉克态到外尔态的转变。这对研究拓扑相变和其他拓扑态等方面具有重要意义。

具有栅瓣抑制功能的非等间距光学相控阵芯片研究

光学相控阵(optical phased array,OPA)作为一种激光扫描技术,具有扫描速度快、精度高、损耗小和易于集成化等优点,在光通信、无人驾驶、激光雷达和航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了抑制旁瓣的产生,要求工作波长大于OPA的阵元间距,导致远场主瓣附近必然产生栅瓣,降低OPA扫描精度和扫描范围。提出了一种具有栅瓣抑制功能的非等间距OPA芯片,可实现宽视场、高精度的光斑偏转效果。采用遗传算法优化64路非等间距OPA阵元间距,得到最低栅瓣的阵元分布,实现最佳的栅瓣抑制效果。实验结果表明,在1500~1600 nm波长范围内,优化后波导最小间距为2.2μm,最大间距为11.4μm,芯片远场光斑可实现20°×10°的二维扫描角度,且对旁瓣的抑制作用显著。

光梳光谱技术在六氟化硫分解产物检测中的应用

随着电力系统向高压、大容量、信息技术应用等方向发展,电力设备的高效运维对于保障电力系统安全运行和经济平稳增长具有重大意义。对六氟化硫气体分解产物的检测是电气绝缘设备检漏及判断故障类型的有效手段。基于光学频率梳的双光梳光谱检测技术具有高分辨、高精度、宽光谱、高速动态等优势,有望在电力设备漏气故障检修中,为判断特征气体种类及定量分析提供可靠手段。搭建了基于两台集成掺铒光纤光梳的双光梳光谱检测装置。通过精密频率控制及精细温控,光梳重复频率抖动从18.37 Hz降低至607.72μHz,光梳梳齿稳定度控制在10^(-12)。装置具有长时间稳定和小型化集成的特点,对外界环境干扰免疫性强,在室外环境运行两小时,光梳的重复频率及载波包络相位信号仍能保持相位锁定,两台光梳相干性无明显劣化。在光谱检测方面,结合使用超灵敏多通气室,对CO与CO_(2)混气进行了测量,在ms量级时间内实现了1540~1590 nm波段内CO和CO_(2)吸收峰的同时成谱检测,光谱分辨率达1 pm。分别以CO和CO_(2)在1585.47、1581.946 nm和1580.5、1579.575 nm的特征吸收峰为例,通过洛伦兹数据拟合反演出相应分子数密度。CO和CO_(2)的气体分子数密度的多峰测量不确定度分别为0.32%与0.24%,较单峰测量结果(2%)降低了近1个量级。该研究推进了双光梳光谱技术及系统在电力设备漏气故障特征气体非接触实时检测中的应用。传统接触式检测存在检测气体种类单一、积分时间长、难以做到长期在线实时监测的缺点,而双光梳光谱检测能够在ms量级对多组分气体的多峰非接触式同时成谱检测,在缩短检测时间的同时提高了检测精度,为电力设备漏气故障的及时排查及故障类型的诊断提供了有效途径。

基于双波长激光器的集成化中红外双光梳系统(特邀)

中红外双光梳光谱检测系统因其高分辨、高灵敏、快速测量的特性为极低浓度气体的标定带来了革新技术。本文用单腔双波长激光器输出的异步双波长脉冲替代两台锁模激光器,结合非线性差频技术,发展了集成实用化的中红外双光梳系统。共腔产生的1034 nm与1039 nm双波长脉冲序列,其重复频率差约为1.18 kHz,且因共模噪声被抑制,脉冲间的相对稳定性较高。利用级联放大器将种子脉冲光功率提升至1.1 W后,与2 W的1549.315 nm的连续激光非线性差频,将激光器输出波段拓展至中红外。产生的中红外激光功率可达3.5 mW,光谱覆盖范围超过50 nm。对中红外双光梳的相干性进行测量,与1μm的底层双光梳相比,中红外双光梳拍频梳齿频率间隔、信噪比、线宽等无明显劣化,可为复杂环境下的痕量分析提供可行方案。

中心力场中的电子涡旋

电子涡旋波最早是在轨道角动量守恒的系统中被发现.对于轨道角动量不守恒的系统,涡旋波的存在与否尚不清楚.以相对论情况下的中心力场中的电子为例,构建了在轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,当携带固定总角动量的电子沿z轴传播时,对此时系统所对应的电子涡旋波进行微扰求解;并结合Foldy-Wouthuysen(F-W)变换,说明了在相对论情况下,中心力场下携带轨道角动量的电子沿z轴传播时确实存在涡旋解,同时展示了相对应的涡旋波解和螺旋等相位面.

挠率对自旋粒子的作用

有挠引力理论表明挠率–自旋耦合会影响自旋粒子在挠率场中的传播.根据有挠弯曲时空中挠率耦合的狄拉克(Dirac)作用量,将几何–流体动力学方法,从闵氏度规的黎曼(Riemann)平时空推广到宇宙学时空的情形,得到了描述在宇宙学Robertson-Walker度规和挠率背景场中,运动的自旋1/2粒子行为的半经典流守恒方程、动力学方程、自旋演化方程,以及挠率–自旋作用一般会使自旋粒子在时空中的传播路径偏离测地线;对确定宇宙学挠率时空中自旋粒子的传播,求出了其运动方程的解;发现挠率使自旋粒子绕无挠情形的传播路径做螺旋进动,这可以用来检验建立在有挠引力基础上的宇宙学模型.

用旋转引力场分辨中微子的费米子类型

在前人关于Majorana费米子和Dirac费米子在Schwarzschild时空中的散射和挠率对这两种费米子散射影响研究的基础上,在引力的弱场近似和引力场对费米子散射的微扰论的最低阶近似下,仿照挠率的分解,将自旋联络分解为在宇称变换下类似矢量的部分和类似轴矢量的部分;分别分析了这两部分对两种费米子的散射矩阵元的影响,发现一般的引力场对两种费米子的量子散射矩阵元存在差别,并且差别来自类似矢量的部分;之后,在Kerr引力场背景下,对上述发现进行了验证,发现两种费米子的散射矩阵元的差别与引力源的质量和角动量有关,并且当角动量为0时,会退化为Schwarzschild时空中的情况.

激光烧蚀低密度等离子体产生高次谐波的研究进展

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源,并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料,极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配,使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应,从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面,极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展,分析各种优化方法和光场调控手段,并对未来的发展趋势进行展望。

基于硅基波导的集成光学相控阵芯片(特邀)

基于芯层厚度为220 nm的绝缘体上硅材料平台,利用光束传播法与有限时域差分法设计了大偏转角度的64路硅基光学相控阵集成芯片.利用电子束光刻等工艺实现了芯片制备,并进行了性能表征.对关键的分束器以及阵列波导远场干涉的光斑图像进行了仿真,仿真结果显示了高于49.7%的分束效率和大于31°的偏转范围.利用标准的绝缘衬底上的硅工艺制作芯片,并进行整体封装.采用基于粒子群算法优化的自反馈电压调制系统进行相位调制.测试结果表明,在电压调制下,光斑产生了大于±30°的水平偏转;同时在1550~1610 nm的波长调制下,垂直范围也有8.4°的偏转.研究结果有望在自动驾驶、无人机导航等领域得到广泛应用.

几种激光诱导击穿光谱技术的改进方法

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种基于原子发射光谱对物质成分进行快速分析的技术,由于具有简单、快速、可实时原位分析等多个优点而成为光谱学领域的研究热点,但同时也存在重复性差、等离子屏蔽效应以及基体效应等问题。随着对LIBS技术研究的深入以及激光技术的发展,出现了诸如纳米颗粒辅助增强、金属基底辅助、等离子体约束、光丝诱导技术光谱(filament-induced breakdown spectroscopy,FIBS)以及等离子体光栅诱导技术光谱(plasma-grating-induced breakdown spectroscopy,GIBS)等多种改进方法,这些方法的实际应用也有报道。该文从LIBS技术的原理出发讨论相关问题出现的原因,并对其中几种改进方法进行介绍,最后展望了该技术未来发展的趋势。