光子学报
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光子学报
 
2018年 47卷 7期   刊出日期:2018-07-25

几何光学
衍射与光栅
散射
光学器件
激光与激光光学
仪器,测量,度量学
显微镜学
      
衍射与光栅
固定体积比例下Ag纳米线对不同光栅结构吸收的影响
陈科, 方旭, 郑红梅, 吴睿, 汪园园

为了研究Ag纳米线对单晶硅薄膜太阳能电池光吸收效率的影响,设计了固定体积比例下具有三角形光栅和矩形光栅的单晶硅薄膜太阳能电池结构.在两种结构的Ag-Si交界处分别添加横向截面为圆形和矩形的Ag纳米线阵列,利用有限时域差分法分别模拟计算了这两种结构的太阳能电池和对照组的吸收光谱.通过扫描优化得到两种光栅结构的最佳高度、纳米线横截面积以及分布密度,并计算出最优条件下300~1 100 nm波段的光吸收效率.通过分析光吸收增强谱和电磁场强度分布图得出了含有纳米线模型在长波段的吸收增强机理.结果表明,添加了Ag纳米线后的两种太阳能电池模型均比两种对照组模型具有更好的光捕获和吸收作用,在矩形光栅模型中添加Ag纳米线后吸收效率的提升要比三角形光栅模型中更为明显.研究结果可为新型太阳能电池的结构参数设计提供参考.

2018 Vol. 47 (7): 0705001 [摘要] ( 32 ) [PDF 7018KB] ( 30 )
曝光剂量与体布喇格光栅衍射特性的研究
熊宝星, 张桂菊, 邹快盛

采用分振幅双光束干涉法和“二步法”热处理工艺,在光热敏折变微晶玻璃中制备了周期2.1 μm的透射型体布喇格光栅,研究了不同曝光剂量与光栅衍射效率和角度选择性之间的关系.当曝光剂量逐渐增至为0.6 J/m2时,光栅的衍射效率最高达80.02%;随着曝光剂量的继续增加,光栅的衍射效率逐渐下降,并最终保持稳定.当曝光剂量达到1.5 J/cm2及以上时,光栅对测试光的吸收变化小于5%,此时光栅的衍射效率趋于稳定.曝光剂量的变化对光栅角度选择性没有明显的影响.分析结果表明随着曝光剂量增大,光栅中的含银胶团对532 nm测试光的吸收加剧,从而使透过的衍射光强减弱,出现衍射效率降低的现象.

2018 Vol. 47 (7): 0705002 [摘要] ( 25 ) [PDF 2633KB] ( 19 )
几何光学
径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的传输及其偏振特性
刘永欣, 张凯宁, 蒲继雄

理论和实验研究了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束在自由空间传输的光强分布和偏振特性.数值计算表明,在无衍射区域,随着传输距离的增加,光强分布基本保持不变;对于零阶光束,其偏振态一直保持径向偏振不变;对于高阶光束,其偏振态发生变化,由初始的径向偏振逐渐变为椭圆偏振和线偏振的杂化状态.实验上,利用径向偏振转换器、螺旋相位板和轴棱锥元件产生了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束,探测了其通过不同偏振片后的光强分布.实验结果与理论结果基本相符合.该研究也提供了一种产生杂化偏振矢量光束的方法.

2018 Vol. 47 (7): 0708001 [摘要] ( 22 ) [PDF 3849KB] ( 27 )
仪器,测量,度量学
基于二氧化钛-介孔硅复合材料的光催化毒气过滤器
苗竟, 曾凡哲, 管磊, 吴春晓, 韩莎莎, 贺正权, 孔德鹏, 王丽莉

介绍了一种介孔硅与纳米二氧化钛的复合方法,制备了兼具高吸附性与高光催化活性的纳米二氧化钛-介孔硅复合材料.在此基础上,以365 nm波长的紫外LED为光源、特制的半泄露聚合物光纤为导光介质制造了一种新型的光催化毒气过滤器.实验结果表明:当LED光功率为540 mW,复合材料装填量为350 g时,该过滤器对甲醛气体的吸附量大于3 mg;当过滤器达吸附饱和后,输入甲醛气流量为2 L/min、浓度为0.7 mg/m3,实时分解甲醛的速率达72 μg/h,输出气体中甲醛浓度降至0.09 mg/m3,低于国家卫生标准中的室内甲醛浓度的安全阈值.纳米二氧化钛-介孔硅复合光催化剂的吸附特性为光催化分解提供了充分的反应时间,有利于提高光催化分解效率,可以长时间循环工作,有望用于家庭空气净化,甚至取代现有的活性炭过滤器,用在长效的防毒面具等装置中.

2018 Vol. 47 (7): 0712001 [摘要] ( 24 ) [PDF 2055KB] ( 14 )
离焦位置任意波长透射波前Zernike系数算法研究
张齐元, 韩森, 唐寿鸿, 王全召, 姜志华

基于Zernike多项式波前拟合法,提出计算离焦位置任意波长透射波前Zernike系数的算法,在聚焦位置Zernike系数基础上补偿离焦距离内Zernike系数变化量.以典型的消色差望远物镜为例,根据设计波长及权重优化其工作位置,计算不同波长的聚焦位置与工作位置的离焦量,使用该算法验证消色差系统工作位置任意波长Zernike系数.与在工作位置直接使用Conrady-Zernike公式对比表明,该算法对于与位置有关的Zernike系数计算效果明显,Z1的绝对误差由6.78降低到了1.41,Z4的绝对误差由6.83降低到了1.45.

2018 Vol. 47 (7): 0712002 [摘要] ( 26 ) [PDF 2609KB] ( 28 )
激光与激光光学
平行光注入多横模1 550 nm垂直腔面发射激光器的非线性动力学实验研究
杨文艳, 夏光琼, 侯玉双, 蒋再富, 邓涛, 吴正茂

实验研究了平行光注入下多横模1 550 nm垂直腔面发射激光器(1 550 nm-VCSEL)输出的非线性动力学特性.对于一个在自由运行时腔内同时存在基横模和一阶横模(高阶模)的1 550 nm-VCSEL,其两横模的主激射模均为Y偏振模式(Y-LP),当受到偏振方向沿自由运行时主激射模式偏振方向的外部光注入(即平行注入)时,实验研究结果表明:当平行注入光的频率νinj更临近基横模Y-LP频率νfy时(此时频率失谐Δνf定义为Δνf=νinj-νfy),在注入光强度Pinj增加的过程中,基横模Y-LP呈现多种动力学状态,而高阶模Y-LP出现的动力学状态相对较少,且能量逐渐减小.当Pinj增加到一定值时,高阶模Y-LP完全被抑制,此时1 550 nm-VCSEL处于单模工作状态,即实现了基横模Y-LP的模式选择.随Δνf的逐渐增加,实现基横模Y-LP模式选择所需的最小注入光强度Pinj,min先减小,达到一个最小值后再逐渐增加;在给定的Δνf条件下,Pinj,min随偏置电流I增加而增大.当平行注入光的频率νinj更靠近高阶模Y-LP的频率νhy时(此时频率失谐Δνh定义为Δνh=νinj-νhy),在Pinj增加的过程中,高阶模Y-LP和基横模Y-LP均呈现出多种非线性动力学状态,但实验过程中未观察到基横模Y-LP完全被抑制的现象,即未实现高阶模Y-LP的模式选择.

2018 Vol. 47 (7): 0714002 [摘要] ( 20 ) [PDF 4058KB] ( 25 )
显微镜学
基于视觉原理和流体力学法的全息光镊三维光阱刚度测量
何威, 李静

为了检测全息光镊的捕获能力,将基于视觉原理的光学测量系统用于全息光镊三维光阱刚度的测量.光学系统采用对称分布的双光源照射样品池,形成两个像点,通过跟踪像点位移获取被全息光镊捕获微球的三维位移信息.结合流体力学法测出本光学系统中单、双光阱的三维光阱刚度.实验结果表明:单光阱中,沿XY水平方向光阱刚度相差不大,而轴向光阱刚度落在水平方向的1/3~1/4范围;双光阱中,离光轴(即衍射中心)近的光阱其三维刚度要比距离光轴稍远的光阱要大,说明越靠近衍射中心,光的衍射效率越高,产生的光阱捕获能力也越强.

2018 Vol. 47 (7): 0718002 [摘要] ( 24 ) [PDF 1840KB] ( 18 )
光学器件
方环结构的宽频可调超材料滤波器
赵亚娟, 周必成, 张晗, 张婷, 李宝毅, 王东红

采用微控制电路加载技术控制超材料的等效介电常数和等效磁导率在不同时间的空间分布形式,实现空间滤波器中心频率的可调.设计了一种方环缝隙结构超材料滤波器,单元结构尺寸为18.5 mm×18.5 mm,通过在单元结构上加载变容二极管实现X波段内的连续可调.当变容二极管电容值从0.15 pF增大到0.70 pF时,仿真结果表明滤波器的中心频率从11.8 GHz逐渐减小到10.5 GHz,工作带宽为16.3%(10.2~12.0 GHz),通带内的回波损耗最小值为22 dB,插入损耗最大值为0.6 dB.测试结果表明滤波器的中心频率从11.7 GHz逐渐减小到10.3 GHz,工作带宽为17.2%(10.1~12.0 GHz),且通带内的回波损耗最小值为25 dB,插入损耗最大值为0.5 dB.

2018 Vol. 47 (7): 0723003 [摘要] ( 22 ) [PDF 2441KB] ( 14 )
散射
基于核矩阵扩展的动态光散射截断奇异值分解反演
黄钰, 申晋, 徐敏, 孙成, 刘伟, 孙贤明, 王雅静

针对截断奇异值分解方法进行动态光散射反演存在的颗粒粒度信息丢失问题,本文在分析自相关函数不同衰减时段粒度信息分布差异的基础上,提出利用每一角度核矩阵与对应角度下粒度信息在自相关函数不同延迟时刻的分布构建扩展矩阵的扩展截断奇异值分解方法.该方法通过用自相关函数中每一延迟时刻的粒度信息,调节同一时刻原核矩阵数据对信噪比的贡献,进而保留了更多的有效奇异值,减少了由于奇异值截断引起的信息丢失,在保证抗噪性的基础上,提高了自相关函数的信息利用率.在1×10-3噪声水平下,对一组单峰宽分布(260 nm)和三组双峰颗粒分布(250/750 nm)、(270/800 nm)以及(306/974 nm)的模拟动态光散射数据,进行了单角度、3角度和6角度反演.结果表明,与截断奇异值分解方法相比,采用扩展截断奇异值分解方法反演得到的峰值粒度误差和分布误差均明显减小.对306/974 nm颗粒体系的6角度实测数据的反演表明,采用扩展截断奇异值分解法得到的颗粒峰值粒度误差由非扩展方法的0.032/0.016降至0.029/0.006,且得到的峰值比更接近真实值.

2018 Vol. 47 (7): 0729001 [摘要] ( 28 ) [PDF 3610KB] ( 16 )
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