基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜设计

二维材料具有高折射率和高透光率等优异光学特性,利用激光加工氧化石墨烯材料,会发生还原反应并生成具有类石墨烯材料特性的还原氧化石墨烯,这使得基于氧化石墨烯材料设计菲涅耳透镜成为可能。相较于传统的光学透镜及微型光学透镜,这一设计将透镜的尺寸从厘米级缩减到纳米级。针对工作波长532 nm设计了基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜,通过瑞利–索末菲衍射理论及电磁场数值仿真测试了菲涅耳透镜的聚焦效果,并且通过滴铸法制备了氧化石墨烯薄膜(约500 nm),在薄膜上用激光加工菲涅耳透镜,最终得到透镜聚焦光斑直径2.14µm,聚焦效率41.2%。相比旋涂法制备氧化石墨烯薄膜,滴铸法制备氧化石墨烯具有效率高、价格低廉的优点。该设计为纳米级的基于氧化石墨烯的光学系统的集成化和大规模生产提供了可能。

基于钙钛矿光刻胶纳米复合材料的热光刻技术

钙钛矿量子点因其具有高荧光发光效率、窄荧光发射峰、荧光发光波长可调控等一系列优良光学特性,被广泛应用在光电探测、照明显示、激光等领域。为了满足实现快速且简便地大面积制备钙钛矿发光器件的制备要求,提出并实现了一种基于掺杂CsPbBr3钙钛矿前驱体的含锆有机–无机光刻胶材料热光刻蚀技术。复合材料旋涂制成复合薄膜后,研究了温度对薄膜内钙钛矿前驱体形成发光量子点以及温度对薄膜材料折射率的影响,当温度从30℃到110℃不断升高时,钙钛矿前驱体逐渐结晶成发光量子点,在503 nm波长附近处出现窄带宽(半峰宽~25 nm)的优秀荧光效应;以及在波长范围438 nm~510 nm的可见光波段,实现最大0.014的折射率调制。最后,通过对复合薄膜材料进行掩膜紫外光刻,实现了厘米量级的钙钛矿量子点绿光发光带,证明了材料具有优异的光刻性能,为新一代发光器件提供一种材料与热光刻蚀技术方案。

人工智能纳米光子学:光学神经网络与纳米光子学

人工智能技术,特别是人工神经网络的创新引领了许多领域的应用革命,如网络搜索、计算机识别和语言、图像的识别技术。近年来纳米光子学的发展为传统的人工神经网络技术,特别是光学神经网络的发展带来了全新的物理视角以及截然不同的实现方法。一方面,纳米光子学是一门研究光与材料在纳米尺度相互作用的科学,可以带来全新的技术,如超分辨光学加工技术和超分辨光学成像技术,进而推动微纳尺度上多种功能的光学神经网络的实现。另一方面,纳米光子学中光子传播的多频段、高速度、低功耗的特点,促使了光学神经网络向着小体积、高密度、低功耗的方向发展。人工神经网络自身的发展也促使神经网络算法(如逆向设计、深度学习)在纳米光子学器件的设计中发挥前所未有的作用,以满足纳米光子学器件对自身功能、体积、集成度、计算功能的日益增长的要求。以神经网络的发展为起点,阐述人工神经网络特别是光学神经网络的发展趋势,以及人工神经网络与纳米光子学相互促进的发展历程。