基于塔姆等离激元的硼烯近完美吸收器(特邀)

针对单层硼烯吸光效率低的难题,提出了一种基于塔姆等离激元的硼烯近完美吸收器件,通过入射光直接激发高度局域的塔姆等离激元模式,深入研究了硼烯的近红外光学响应。仿真结果表明,所设计的硼烯/一维光子晶体结构能够有效提高硼烯的吸光效率,相比单层硼烯提升了一个数量级。同时器件在不同面内晶体方向上表现出强烈的各向异性。通过改变硼烯狄拉克电子密度,将器件在x和y偏振方向上的吸光效率提高至95.52%和96.63%,对应共振吸收波长为1550 nm和1607 nm。此外,通过改变一维光子晶体结构、氧化铝间隔层厚度及单层硼烯在间隔层中的位置等参数能够实现对吸收效率及吸收波长的灵活调控。该器件具有吸收效率高、工作波段可调等显著优点,可为发展下一代片上集成光电器件提供机遇。

单层二硫化钼与银纳米颗粒阵列复合结构的表面增强荧光特性研究

本文采用阳极氧化铝模板辅助真空蒸镀技术研究并制备了厘米级、形貌均一、颗粒尺寸可控的银纳米颗粒(AgNPs)阵列,并结合传统的湿法转移技术获得了单层MoS_(2)/AgNPs阵列复合结构。系统研究了该复合结构的表面增强荧光(SEF)特性,结果表明我们制备的AgNPs阵列可用作高效SEF基底来增强单层MoS_(2)的荧光性能。且随着温度降低,单层MoS_(2)的荧光性能得到了进一步提升。本研究为MoS_(2)在光电集成领域的应用提供了理论和技术基础。

激光诱导击穿光谱技术测定钢样品中元素Mn和Ni

为了减小激光等离子体发射光谱的自吸效应,提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力,设计了一种平面反射镜装置对等离子体进行空间约束,研究了不同实验条件下的光谱线线型,定量分析了钢样品中的元素Mn和Ni.实验结果表明,利用平面反射镜装置约束激光等离子体以后,光谱线的自吸效应比常态条件下有明显减小;通过定量分析样品元素Mn和Ni的结果看出,无平面反射镜装置时的相对标准偏差分别为3.70%和6.23%,而实验中加入面反射镜装置以后分别降至1.86%和2.16%,显著提高了分析结果的测量精度.

一步微波法合成碳点及其荧光性质研究

近年来合成水溶性的荧光碳点受到越来越多研究者的关注。相对于传统的镉基、硅基量子点和有机染料,碳点毒性低,性质稳定,可以进行化学修饰,并且可以和多种有机,无机,生物分子相容,在众多领域中得到广泛应用。以抗坏血酸为原料经过一步微波反应制备了荧光碳点。并通过X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),紫外-可见吸收光谱,荧光光谱,傅里叶红外光谱(FTIR)进行表征。结果显示以抗坏血酸为原料制备的碳点近似球形,大小均匀,分散性良好,无团聚现象,荧光强度大;表面富含羧基和羟基,发射波长依赖于激发波长,并且具有很强的亲水性。在pH 3～11的范围内具有良好的荧光性能。

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。

激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响

为了提高激光诱导击穿光谱质量,采用Nd∶YAG激光器输出的纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体,采用光栅光谱仪和光电检测系统记录了元素谱线AlⅠ394.401nm,BaⅠ455.403nm,FeⅠ430.791nm和TiⅠ498.173nm的辐射强度和信背比,研究了激光脉冲重复频率(5,10和15Hz)对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明,在相同的激光输出能量条件下,当采用15Hz的激光脉冲重复频率时,元素Al,Ba,Fe和Ti的谱线强度要比5Hz时的分别提高50.94%,112.7%,107.46%和99.38%,光谱信背比分别提高15.16%,24.08%,40.26%和72.06%。通过测量等离子体参数,解释了激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响机理。

基于激光诱导击穿光谱的岩屑识别方法研究

石油钻井过程中的岩屑录井无论对油气勘探开发还是钻井工程都是极为关键的技术,而岩屑描述工作是岩屑录井过程中的一个重要的环节。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合判别偏最小二乘法(PLS-DA)对来自录井现场的粉砂岩、石英砂岩、青绿色泥岩、黑色泥岩四种岩屑样品进行识别。在获取LIBS光谱数据后分别建立了全谱模型和特征模型,其中特征模型的识别正确率为86.7%,略低于全谱模型的88.3%,但通过特征提取使得模型中变量数由24 041个减少到27个,极大缩减了数据量,提高了运算效率,更加符合岩屑录井现场快速分析的要求。结果表明LIBS技术结合一定的化学计量方法能够对不同种类的岩屑进行快速、有效的识别,在岩屑录井现场中有很大的应用潜力。

氮掺杂碳量子点的合成、表征及其在细胞成像中的应用

以葡萄糖和甘氨酸为混合碳源,在较低温度下经水热法一步合成了氮掺杂的荧光碳量子点(N-CQDs),然后对氮掺杂碳量子点的形貌、结构、组成、光学性质和细胞毒性进行了表征,最后将其应用于细胞成像。实验结果表明,对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,其荧光增强是由于表面形成了大量强供电子基团,当葡萄糖和甘氨酸的质量比为2∶1时能获得最高为6.57%荧光量子产率。氮掺杂碳量子点还具有水溶性好、粒度均匀、优异的光致发光性质、低的细胞毒性、多波长成像等诸多优点,有望作为荧光探针应用于细胞成像等领域。

碳涂层对激光诱导金属等离子体辐射强度的影响

为了降低样品表面对激光束的反射率，提高激光诱导等离子体的辐射强度，文章报道了一种在钢样品表面涂抹碳层的方法。实验结果表明，当一束高能量激光（～25J）作用于覆盖有适当厚度碳涂层的钢样品时，激光等离子体发射的谱线强度提高了10％～28％。为解释谱线强度增强的机理，测量了等离子体的激发温度。此外，实验研究还发现，更强的原子发射光谱出现在激光等离子体径向的1mm处，而不是在其中心位置。

磁约束技术对激光诱导等离子体辐射特性的影响

为了提高激光诱导击穿光谱质量,利用Nd:YAG激光器烧蚀土壤样品,研究了磁场作用下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明,在相同激光输出能量条件下,随着磁场强度的增大,等离子体的辐射强度逐渐增强。计算可知,当采用的磁场强度为0.5T时,样品元素Al,Fe,Ba和Ti的光谱线强度比无磁场作用时的分别增强了52.35%,46.64%,64.01%和51.73%,光谱信噪比分别提高了45.44%,69.64%,40.26%和41.33%;而等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1 355.01K和0.53×1016cm-3。可见,利用磁场约束等离子体的技术是提高激光光谱质量的一种有效方法。

透镜与样品之间距离对激光等离子体辐射特性的影响

采用高能量钕玻璃激光器产生的激光(～25J)在减压氩气环境下诱导钢和土壤样品等离子体,研究了激光束聚焦透镜(f=130 mm)与样品之间距离对等离子体辐射特性的影响.实验结果表明,当聚焦透镜的焦点围绕样品表面上下移动时,对于合金钢样品,激光束焦斑位于样品表面以下0.4 mm左右,则激光等离子体的辐射强度、激发温度和物质烧蚀质量均出现最大值;而对于土壤样品,当激光束聚焦位置在样品表面以下0.2 mm左右,等离子体辐射强度和物质烧蚀质量具有最大值.为了比较透镜与样品之间距离对等离子体形状的影响,也拍摄了氩气和空气环境下产生的激光等离子体象.所得结果证明,激光等离子体特性明显依赖于透镜与样品之间距离.

高气压Ar气对激光诱导Cu等离子体电子温度的影响

用高能量钕玻璃激光器产生的脉冲激光(0～25J)烧蚀Ar气氛中的Cu靶,观测了激光诱导Cu等离子体的发射光谱强度随环境气压(0·1～0·5MPa)的增强规律。为了探讨辐射增强的机理,在局部热平衡(LTE)近似条件下,测量了等离子体的电子温度随环境气压的变化。实验结果表明,等离子体的电子温度随着环境气压的升高而正比增加。为了进一步了解等离子体的空间行为,测量了Ar气气压分别为0·1,0·3,0·5MPa时,等离子体电子温度的空间分布。

样品温度对激光诱导土壤等离子体辐射特性的影响

为了研究样品温度对激光诱导等离子体辐射特性的影响,以国家标准土壤样品为靶,在空气中利用波长为1 064nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光烧蚀不同温度(≤350℃)下的片状样品,测量了激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比,计算了光谱分析检出限和信号的测量准确度.实验结果表明,当能量为200mJ时,随着样品温度的升高,等离子体辐射逐渐增强,并且在样品温度为300℃时达到最大值.计算表明,元素Al、Mg、Ba和Fe在300℃样品温度时的光谱线强度比室温条件下分别提高了67%、58%、61%和52%,信噪比分别增大了41%、51%、28%和38%,且元素分析检出限和光谱信号稳定性均有改善.升高样品温度有利于改善激光光谱的质量.

高压Ar气对激光诱导土壤等离子体辐射的增强效应

使用高能量钕玻璃脉冲激光器（～30J,0.7 ms）烧蚀土壤样品获得等离子体,通过对等离子体图像和光谱的采集,以及对烧蚀质量的测量,分析了高气压（0.2～1.1 MPa）Ar气环境对等离子体辐射强度的影响.结果表明,随着Ar气气压的升高等离子体的体积被压缩,温度升高,亮度明显增强.在实验条件下,等离子体发射光谱强度随着环境气压上升而不断提高,但是激光对样品的烧蚀质量却逐渐下降.结合实验过程对测量结果进行了适当的讨论.

利用荧光高光谱图像技术无损检测猕猴桃糖度

将405nm激光照射到猕猴桃样品上,当激光透过样品内部时,部分单色光被样品内部成分吸收,释放出荧光,再用高光谱成像系统采集诱导出的荧光散射图像。在荧光散射图像上选取感兴趣荧光区域(ROIs),提取感兴趣区域在波长400～1000nm范围内的特征变量。当提取12个特征变量时,建立的猕猴桃糖度多元线性回归(MLR)模型的校正集相关系数Rc为0.932,预测均方根误差(RMSEC)为0.4764°Brix,预测集相关系数Rp为0.8227,预测均方根误差(RMSEP)为0.5645°Brix。研究结果表明,采用激光诱导荧光成像技术无损检测猕猴桃糖度是可行的。

激光诱导熔穴对等离子体辐射增强效应的研究

采用高能量钕玻璃激光器输出的单脉冲激光重复作用于土壤样品表面同一位置,利用光谱采集系统对序列激光脉冲作用下形成的等离子体发射光谱进行采集。实验结果显示:在熔穴孔径的约束作用下,激光诱导产生的土壤等离子体辐射不断增强,谱线强度和信背比都随着作用脉冲个数的增加有不同幅度的提高。通过采集等离子体像及熔穴形貌的图片,对等离子体形状、激光诱导熔穴形貌以及激光烧蚀样品质量进行了研究,初步探究了激光诱导熔穴对等离子体辐射增强的内在机理。在序列激光脉冲作用下,所形成等离子体的体积先是逐渐增大,尾焰发生畸变,然后体积慢慢变小,并且颜色从浅黄色逐渐变为白色,意味着温度在不断升高。激光诱导熔穴的形状比较规则,从孔穴底部到顶部直径逐渐增大,基本成圆锥形。激光烧蚀样品质量随着脉冲个数的增加而递减。借助熔穴的约束作用、孔壁多次反射过程所产生的Fresnel(菲涅耳)吸收以及逆韧致辐射吸收提高了蒸发物质的原子化程度,增大了等离子体辐射强度。

光电导太赫兹源新进展

太赫兹技术在基础研究、工业以及军事领域有着良好的应用前景和研究价值,而太赫兹源在很大程度上决定了太赫兹技术的应用前景和发展潜力。由于光电导材料的研究发展,光电导太赫兹源目前已成为产生宽频带太赫兹辐射的一种重要方法,也是所有太赫兹相关技术中研究非常活跃的一个领域。本文就光电导太赫兹源的原理、性能影响因素、国内外研究情况作了较为全面的评述,着重阐述了基底材料、电极几何结构和激发光源对于其性能的影响以及国内外研究现状,并对其中存在的问题和解决思路等进行分析,展望了未来研究发展方向。

透明光学树脂中Eu^(3+)辐射参数的理论和实验研究

报道了一种新合成的含三元稀土配合物的透明光学树脂材料的辐射特性的研究。基于J-O参数理论,利用含稀土配合物Eu(TTA)3phen-0.31wt%的光学树脂的发射荧光光谱,计算了Eu3+在光学树脂基质中的J-O参数Ω2=10.139 4×10-20cm2,Ω4=3.810 9×10-20cm2,Ω6=9.050 7×10-20cm2。利用得到的J-O参数可以计算光学树脂中Eu3+的跃迁振子强度fcal,5D0激发态的辐射跃迁概率A(456.6 s-1)、辐射寿命τ(2 190.1μs),还计算了光学树脂中Eu3+的跃迁5D0→7FJ′(其中J′=1,2,4,6)的发射截面σ、荧光分支比β。通过分析计算得到的J-O参数可知,光学树脂中Eu3+的5D0亚稳态的寿命较长,跃迁5D0→7F2的发射截面最大,说明含稀土配合物的光学树脂具有作光放大或激光材料的潜在性。

NaCl对激光诱导土壤等离子体辐射的增强效应

为了改善激光诱导击穿光谱质量,采用Nd:YAG激光器输出的纳秒脉冲激光激发土壤样品,由光栅光谱仪和光电检测系统记录等离子体发射光谱,研究了激光输出能量(100～500mJ)和NaCl样品添加剂(质量分数0%～20%)对等离子体辐射强度的影响。实验结果表明,在激光能量为200mJ的优化条件下,可以提高光谱强度和信噪比,而更高激光能量诱导的等离子体中光谱线自吸严重。当土壤样品中加入适量NaCl添加剂以后,能够进一步改善激光光谱质量。NaCl加入量为10%时,等离子体中元素Fe,Ba,Al和Ti的谱线强度比无添加剂时分别提高了37%,32%,32%和70%,光谱信噪比分别提高了33%,26%,16%和38%。而样品烧蚀量、电子温度和电子密度比无添加剂时分别提高了14%,9.6%和26%。

准∧型四能级系统中的量子干涉现象

研究了原子与分子混合共振相互作用过程中准∧型四能级系统的量子干涉效应 ,特别对在驱动激光场作用下钠原子、钠分子和氩气组成的混合系统中出现量子干涉现象的机理作了分析 ,提出缀饰态能级有交叠区 ,并依据相应的理论计算 ,解释了原子光谱中的量子干涉增强效应。