激光与光谱技术的应用:复旦大学光学技术的一些历史与进展

复旦大学光学学科历经60余年的发展,在激光与光谱技术的应用领域取得了许多重要的成果,自20世纪50年代研制成功我国第一个医用X射线光管到如今各类先进光谱仪器、激光器件和国防应用特种设备的开发凝聚了几代教师的汗水与智慧.本文将简要介绍复旦大学光学与光学工程学科的发展历史,并着重介绍近年来复旦大学光科学与工程系在先进光谱学分析测试技术、超短超强激光检测技术,以及超精密光学制造与检测研究领域中取得的进展与应用成果.

磁光存储多层膜系统的光学与热分析方法

采用光学转移矩阵法计算激光照射下磁光存储多层膜的磁光及光学响应、光强分布及焦耳热损失分布 ,再用有限元方法求解在这种多层膜中的热传导方程 ,从而得到激光照射下多层膜系统中的温度场分布 .这种方法可用于磁光光盘的光学与热学设计 .

一种具有自取向极化效应的有机光折变体系

在用真空热压-饱和蒸汽扩散法制备的PVK-PBA/DR1/TNF有机聚合物体系中,观察到了无外电场作用下的较强的光折变效应。通过对样品的双波耦合、四波混频实验中,改变电场强度、电场方向或不加外电场而只改变光强,观察到的衍射效率的变化情况以及测量样品在单纯光照诱导下的光学非线性系数等一系列实验,可以认为光照时在该有机聚合物体系中由DR1分子两端的推、吸电子基团与光生分离的正负电荷相互作用而引发了“自极化”,从而产生周期性空间电场,最终产生自增强光折变效应。另外进行了图象存储实验,获得了理想的结果。本研究对发展零外场聚合物光折变体系有重要的参考意义。

窄带通滤波片群时延纹波对WDM光通信系统的影响(英文)

对应用于支撑大容量信息传输与显示的骨干网WDM光通信系统中,窄带通滤波器件的群时延纹波对系统性能的影响进行了初步模拟分析。分别考虑了用于10Gbit/s光通信系统中的ASK_NRZ和DPSK_NRZ两种调制情况,结果表明在EOP-纹波频率的曲线上,EOP在纹波频率大致等于信号传输速率的位置出现峰值;在整个纹波频率的高频区,DPSK_ NRZ优于ASK_NRZ。计算发现纹波的幅度基本决定了对整个系统性能的影响。模拟结果对大容量光通信系统及窄带通滤波器件的参数设计有重要参考价值。

一种描述散射体系中散射颗粒消光能力的新方法

提出了一种新的衡量散射体系中散射颗粒消光能力、散射能力和吸收能力的方法并与传统方法进行了比较。在此基础上 ,讨论了散射颗粒折射率和颗粒大小对其散射能力的影响。运用此方法可以为各种散射体系 ,尤其是强散射体系选择恰当的散射颗粒 。

稀土夹心双萘酞菁LB膜的非线性光学特性研究

研究了中心对称稀土夹心双萘酞菁化合物LB膜的光谱及其二阶非线性光学特性。双 (四叔丁基萘酞菁 )铒能制成很好的LB膜 ,不论在稀溶液中还是在LB膜中均主要以单体的形式存在 ,分子具有较大的超极化率 β。由于分子为中心对称结构 ,所以它们的二次谐波产生机制不同于不对称萘酞菁化合物 ,研究证明它的二阶非线性光学特性起源于电四极子模型 ,其LB膜的有效二阶非线性极化率 χ( 2 ) 为 1.1× 10 -8esu。

富勒烯C_(60)掺杂的共轭高聚物混合薄膜的光谱性质

测量了不同富勒烯C60 掺杂浓度的聚对亚苯基亚乙烯衍生物 (MEH PPV)混合薄膜的紫外 可见吸收光谱、稳态荧光和时间分辨荧光光谱。观察到MEH PPV吸收峰受到明显的抑制以及荧光峰的猝灭。证明混合薄膜内 ,由于π π共轭体系的强相互作用在基态发生MEH PPV向C60 的电子转移 ,形成电荷转移络合物。在光激发下会发生MEH PPV向C60 的激发传递进一步抑制了发光跃迁过程 ,导致了MEH

应用多种光学分析技术对一批河南出土古代玉器的无损分析

综合利用便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)、激光Raman光谱仪(便携式和可移动式)以及光学相干层析成像(OCT)技术,对河南出土的14件东周玉器进行无损分析测试。pXRF和便携式微型Raman光谱仪(miniRaman)能够准确、快速的识别玉器的原材料和物相。且这两台仪器操作简单、体积小,可用于做现场原位、无损分析。根据pXRF检测结果,这批玉器按成分可分为富硅铝钾、富钙、富硅、富硅镁、富硅钙和富钙磷6大类。通过miniRaman快速地鉴定出这批样品的主要物相。在实验室里,使用可移动式共焦激光Raman光谱仪,可以弥补便携式微型Raman光谱仪在光谱分辨率、测量精度以及测量范围等方面的不足。利用共焦激光Raman光谱仪,检测到透闪石型玉器中[OH]根的Raman振动峰。OCT技术可以分析玉器材质的透明度、纤维粗细程度、包裹体分布等亚表面特征。将共焦激光Raman光谱仪与OCT分析仪有机结合分析了两件含包裹体的透闪石玉器样品,OCT图像可以直观地展示这两件样品中的包裹体分布特征,而共焦激光Raman光谱仪可以准确定位样品表面的包裹体,进行显微形貌观察及其物相分析,结果表明黑色的包裹体为石墨,这对玉器的产地溯源研究具有重要意义。通过研究发现,利用便携式X射线荧光光谱仪,激光Raman光谱仪和光学相干层析成像技术,可以实现对文物样品的物相组成和质地特征进行初步鉴别和分析,满足考古工作的现场基础分析要求。

CrO共掺杂对GaN电子结构和光学性质的影响

利用第一性原理方法研究了O、Cr和CrO共掺杂对宽禁带半导体材料GaN的结构、能带和光学性质的影响.结果表明CrO共掺的方法可以在原GaN晶体中产生中间能带,CrO共掺的方法较单个氧原子掺杂可以降低材料的形成能.中间能带的出现实现了材料对低能光子的吸收,增强了其对太阳光谱中红外波段的能量利用,从理论上预言CrO共掺GaN作为第3代太阳能电池的半导体材料的可行性.

适合倍频光波导的多层LB膜结构研究

制备非中心对称的NMOB/CdA交替Y型累积LB膜,测量了它的二阶非线性光学特性.为了改善多层膜的有序性,研究在拉制NMOB/CdA多层膜时提高膜均匀性的两种方法,增强了它的二阶非线性光学特性.最后,制备光栅耦合的NMOB/CdA多层膜光波导测量了它的Cerenkov相位匹配光学二次谐波产生.

光学滤波片薄膜镀制工艺中的监控技术模拟分析

在窄带滤波器件的研制过程中 ,模拟分析了采用极值法对膜层厚度进行光学监控及其偏差对滤波器件光学特性的影响 ,并给出了一个 4腔DWDM滤波片的理想工艺曲线以及模拟计算所得到光学特性的分布曲线 ,计算结果有利于指导高品质薄膜器件的研制 ,并研制出符合工业应用标准要求 3腔和 4腔的 10 0GHz、2 0 0GHz的DWDM滤波片以及CWDM滤波片 .

近红外飞秒激光在纯石英玻璃中诱导产生色心

聚焦的近红外飞秒激光在纯石英玻璃中诱导产生SiE′心 .在宏观破坏前 ,色心含量随激光功率密度、辐照脉冲数呈线性关系增长 .通过飞秒激光辐照前后石英玻璃的吸收光谱、电子自旋共振谱、荧光谱分析 ,提出了超短脉冲激光作用下SiE′心的形成过程 ,并认为激子自陷是色心形成的主要原因 .

1.55μm全光纤相干多普勒激光测风雷达

激光雷达是一种精确的遥感风速测量方法。介绍了一种全光纤相干多普勒激光测风雷达,系统所有光学元件之间采用光纤连接,结构简单,调节方便。首先,使用该激光雷达系统的数据处理方法,对计算机模拟的探测器表面的中频多普勒频移信号进行测量,噪声的功率越大,信噪比越小,误差也越大。其次,使用该激光雷达系统对硬靶目标进行了速度测量,测量结果与标准值比较一致,最大误差的绝对值不超过0.046 m/s。最后,使用该激光雷达系统对水蒸气目标进行了速度测量,测量结果与标准值基本相近,最大误差的绝对值小于等于0.925 m/s。仿真和实际实验的测量结果均证明了该激光雷达系统测量结果的准确性和稳定性。

激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究

研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、微分散射截面等特性。发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用,可以获得阿秒X射线辐射脉冲。短脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射电子初始能量的增加,散射光的准直性越来越好,后向散射光脉冲的脉宽越来越短。

CeF_3掺杂增强纳米晶Si光致发光强度的研究

真空蒸发SiO粉末,在Si(100)基体上制备SiOx薄膜,后续氮气中1100℃退火制备镶嵌在SiO2基体中的纳米晶Si体系(nc-Si/SiO2),然后将该样品放入真空室,在其上沉积CeF3薄膜,不同温度下热处理使Ce3+扩散到nc-Si附近,实现对纳米晶Si的掺杂。通过改变CeF3薄膜厚度调节掺杂浓度,在一定的掺杂浓度下纳米晶Si的光致发光强度明显改善,激发光谱证实荧光增强机制是Ce3+通过强耦合过程对纳米晶Si的能量传递。

579.62nm波长处Y_2SiO_5∶Eu^(3+)晶体永久性光谱烧孔

分别利用氩离子激光,二倍频YAG∶Nd激光泵浦的诺明6G可调谐窄线宽(0.5 cm-1)染料激光和899-21可调谐染料激光作为光源,以单色仪-锁相放大器-光电倍增管-计算机数据采集系统记录光谱,对Y2SiO5∶Eu3+晶体进行了光谱和光谱烧孔研究。在常温和液氮温度下测量了晶体的激发光谱、荧光光谱等。在16 K温度下对晶体进行了光谱烧孔研究,得到了孔宽约80 MHz并能保存10 h的永久性光谱孔。

磁控溅射制备TbFeCo薄膜及其光学和磁光性质研究

采用放电等离子烧结(SPS)TbFeCo合金靶,分别在Si衬底和K9玻璃衬底上磁控溅射制备了磁光薄膜TbFeCo/Si和TbFeCo/K9;利用扫描型可变入射角全自动椭偏仪,室温下测量了复介电常数谱,测量结果表明两样品介电函数值有较大差异,说明衬底对薄膜的光学性质有重要影响.用磁光Kerr谱仪,在室温下分别测量了TbFeCo薄膜的极向Kerr回线和横向Kerr回线,发现所制备TbFeCo薄膜不具有垂直磁化性质,而呈现出面内磁化性质.

智能化多光栅单色仪的研制

针对传统光栅单色仪的工作缺陷,采用一个高精度细分步进马达,实现了３个不同光谱区之问光栅的自动转换、波长扫描和滤色片置换等功能．新设计研制的单色仪具有结构简单、工作可靠、光谱范围宽等优点,其原理和方法可在光电子领域获得重要应用．

大口径导光板抛光及其功率谱密度分析

光学技术对于现代科学尤其是航天科学的发展起着越来越重要的作用。而具有高精度大口径光学元器件的跨尺度加工一直是现代光学技术的难点。超精密气囊抛光技术是基于计算机控制光学表面成形技术。其采用充气的柔性抛光气囊作为抛光工具,解决了传统数控抛光方法中抛光头不能很好地和工件吻合的缺点。以Preston方程为基础,研究了超精密气囊抛光的理论材料去除特性,建立了气囊抛光中"进动"运动方式下的材料去除模型,并针对气囊抛光工具的物理特性,按照Hertz接触理论对去除模型进行了修正。在理论分析的基础上完成了一块口径为570 mm的平面楔形工件的抛光,使得工件的面形精度P-V值达到了1/8λ,RMS值达到1/75λ。并分析了该元件的功率谱密度(PSD)曲线,窄带噪声及其产生原因。

取代萘酞菁化合物LB膜的光谱特性研究

研究了四叔丁基萘酞菁和四叔丁基萘酞菁锌两种对称取代萘酞菁化合物LB膜的制备及其它们的聚集特性。两种萘酞菁化合物均能制成很好的LB膜。在稀溶液中，四叔丁基萘酞菁以单体为主要存在形式；而四叔丁基萘酞菁锌不仅能形成H-聚集体，而且还能形成J-聚集体，且主要以聚集体的形式存在。在LB膜中，两种化合物均形成了H-聚集体。