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中国激光 2023年第7期50卷 101-107页

作者：荀明娜尚滨鹏齐鹏飞郭兰军林列刘伟伟北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室北京100871 南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 天津市光电传感器与传感网络重点实验室天津300350

飞秒激光成丝表征是光丝调控及应用的基础,成丝过程中光、声和热信号之间丰富的能量转换效应为利用声学和光学等方法探索和诊断光丝打开了大门。由于成丝过程中声波和荧光辐射微观物理机制的区别,两种信号与光丝物理参数之间的定量关系... 详细信息

飞秒激光成丝表征是光丝调控及应用的基础,成丝过程中光、声和热信号之间丰富的能量转换效应为利用声学和光学等方法探索和诊断光丝打开了大门。由于成丝过程中声波和荧光辐射微观物理机制的区别,两种信号与光丝物理参数之间的定量关系存在差异,然而目前仍缺乏两种方法的准确性对比研究。基于此,实验上通过研究脉冲能量对光丝空间分布的影响,系统对比了声学及荧光法两种光丝表征方法的异同。结果表明:两种方法都可以实现对光丝空间特征的表征,相比于荧光法,声学法对光丝起始和结束位置表现出更高的灵敏度,光丝内自由电子动能对光场强度的依赖性是造成差异的主要原因。

关键词：非线性光学飞秒激光成丝声学荧光空间特征电子动能

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超越SNOM探针通光孔径尺寸的金属纳米间隙超分辨测量

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光子学报 2020年第5期49卷 63-70页

作者：武娜娜钟莹刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随... 详细信息

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线,实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量,对于100nm通光孔径的探针,可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果,表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面等离激元的激发.

关键词：纳米光子学偶极天线扫描近场光学显微镜分辨率探针间隙表面等离激元远场辐射速率

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金纳米球-银纳米线耦合结构量子点荧光自发辐射增强及表面等离激元传导

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中国激光 2020年第10期47卷 306-322页

作者：袁洪瑞钟莹刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

利用原子力显微镜(AFM)、荧光显微成像系统以及时间分辨单光子计数(TCSPC)系统,对金纳米球(AuNS)-银纳米线(AgNW)耦合结构纳米间隙内的量子点荧光自发辐射增强以及表面等离激元(SPP)传导特性进行研究。实验使用两种方式实现了金纳米球... 详细信息

利用原子力显微镜(AFM)、荧光显微成像系统以及时间分辨单光子计数(TCSPC)系统,对金纳米球(AuNS)-银纳米线(AgNW)耦合结构纳米间隙内的量子点荧光自发辐射增强以及表面等离激元(SPP)传导特性进行研究。实验使用两种方式实现了金纳米球和银纳米线间的耦合。第一种方式为:将金纳米球和量子点的混合溶液及银纳米线溶液依次涂覆到SiO2基片上,寻找随机存在的金纳米球-银纳米线耦合结构。第二种方式为:利用AFM进行纳米操纵,在SiO2基片上实现了可控的金纳米球和银纳米线耦合结构。利用该结构,实现了最高达到611的量子点自发辐射速率增强因子,同时也观测到了被增强的荧光激发SPP沿银纳米线传导。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,对金纳米球-银纳米线耦合结构附近不同位置和偏振的量子点自发辐射速率增强因子进行了模拟计算,并且和单个金纳米球、单根银纳米线附近量子点自发辐射速率增强因子进行了对比,结果表明金纳米球-银纳米线耦合结构能够获得更高的自发辐射速率增强因子。计算了量子点激发的银纳米线上SPP的场分布,得到了与实验相符的结果。

关键词：微纳光学荧光表面等离子体金属光学纳米结构纳米操纵

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基于“类金字塔”绒面构建的复合背反射电极

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太阳能学报 2013年第12期34卷 2186-2190页

作者：陈泽张晓丹孙建张德坤赵慧旭陈新亮黄茜魏长春赵颖南开大学光电子薄膜器件与技术研究所光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室光学信息技术科学教育部重点实验室天津300071

设计一种新型的绒面复合背反射电极，首先采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术在玻璃衬底上沉积一层“类金字塔”形貌的绒面ZnO薄膜，然后通过热蒸发技术在其表面覆盖一定厚度的Ag，最后溅射厚度约100nm的ZnO：A1介质薄膜。通... 详细信息

设计一种新型的绒面复合背反射电极，首先采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术在玻璃衬底上沉积一层“类金字塔”形貌的绒面ZnO薄膜，然后通过热蒸发技术在其表面覆盖一定厚度的Ag，最后溅射厚度约100nm的ZnO：A1介质薄膜。通过改变实验条件，得到不同表面粗糙度（RMS）（60—150nm）的复合背反射电极。实验获得的复合背反射电极在600～1100nm波长范围内对光的反射率大于88％，300～1100nm波长范围内的反射绒度（Haze）大于90％。结果表明，这种基于“类金字塔”绒面结构构建的MOCVD—ZnO／Ag／ZnO：A1复合背反射电极，能够有效地增强对反射光的散射，有望提高薄膜太阳电池的短路电流密度（Jsc）。

关键词：陷光复合背反射电极表面形貌光学反射率

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亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强

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物理学报 2022年第8期71卷 304-311页

作者：陶广益齐鹏飞戴宇琛石蓓蓓黄逸婧张天浩方哲宇北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室北京100871 南开大学物理科学学院光子学中心弱光非线性光子学教育部重点实验室天津市信息科学光子学材料与技术重点实验室天津300071 南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光... 详细信息

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.

关键词：过渡金属硫化物亚波长光栅光致发光 Purcell效应

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基于主成分分析的复杂光谱定量分析方法的研究

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光学学报 2009年第5期29卷 1285-1291页

作者：陈扬张太宁郭澎王湘晖王倩常胜江南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室天津300071 天津市医药科学研究所天津300020

针对超短脉冲激光与气体相互作用产生的非线性荧光光谱的特点,提出了光谱分析的预处理、特征提取以及定量分析的有效方法。采用小波算法对光谱数据进行压缩和降噪处理,使光谱数据山3979点压缩降噪至664点。对处理后的光谱特征峰团的强... 详细信息

针对超短脉冲激光与气体相互作用产生的非线性荧光光谱的特点,提出了光谱分析的预处理、特征提取以及定量分析的有效方法。采用小波算法对光谱数据进行压缩和降噪处理,使光谱数据山3979点压缩降噪至664点。对处理后的光谱特征峰团的强度进行主成分分析,结果表明2个主成分即可包含98%的光谱信息。采用第一主成分对不同浓度下的谱线强度进行拟合与误差计算,有效地提取了与气体浓度有关的特征参量,实现了气体的定量分析。同已有的定量分析方法相比,定量分析的精度有较大提高,特别在所关心的低浓度情况下,定量分析的精度改善更为明显。3种气体的拟合与计算显示同以往方法相比误差由0.2694降为0.02。

关键词：光谱学定量分析主成分分析非线性荧光光谱

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基于机器学习的大面积拼接镜倾斜误差探测

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光电子．激光 2020年第4期31卷 380-387页

作者：孙鑫蕾刘刚王晶董长哲赵星肖流长刘明铭赵润翰张楠谢茂强林列刘永基刘伟伟南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300071 上海卫星工程研究所上海201109 南开大学软件学院天津300071

为了实现对拼接镜整体幅面的共相位误差的快速检测,通过Zemax建立相位测量装置,数值模拟拼接镜的倾斜误差检测过程。使用基于主成分分析(PCA)、偏最小二乘回归(PLSR)的机器学习算法,替代传统的相位重建方法,从探测面强度分布图中提取倾... 详细信息

为了实现对拼接镜整体幅面的共相位误差的快速检测,通过Zemax建立相位测量装置,数值模拟拼接镜的倾斜误差检测过程。使用基于主成分分析(PCA)、偏最小二乘回归(PLSR)的机器学习算法,替代传统的相位重建方法,从探测面强度分布图中提取倾斜误差。预测结果表明,在单元情况下对12个样本的倾斜角进行预测,倾斜角预测值与真实值间的均方根误差(RMSE)约为0.00029;在多元情况下,倾角的RMSE均维持在0.0003以下。可见,在两种情况下,倾角的RMSE参量值均小于倾斜步长。因此,利用机器学习算法可以实现对倾角步长为0.0005°的倾斜误差的预测,与相位差波前检测等传统方法相比,该方法能大幅提高预测速度,明显降低传统波前重建算法复杂度。

关键词： Zemax 拼接镜机器学习倾斜误差 RMSE

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一种基于沃拉斯顿棱镜的多角度激光分束方法

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光电子．激光 2015年第12期26卷 2370-2374页

作者：杨晓苹杨海丰徐振新杨勇天津理工大学电子信息工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室天津300384 南开大学现代光学研究所光学信息技术科学教育部重点实验室天津300071

提出一种基于沃拉斯顿棱镜的多角度激光分束方法。利用沃拉斯顿棱镜和双透镜组合,将飞秒激光单脉冲分束为多角度传输、具有飞秒或者更长时间间隔的多个激光脉冲;分束角度调节灵活,能量利用率高,结构简单。采用本文方法搭建了飞秒激光超... 详细信息

提出一种基于沃拉斯顿棱镜的多角度激光分束方法。利用沃拉斯顿棱镜和双透镜组合,将飞秒激光单脉冲分束为多角度传输、具有飞秒或者更长时间间隔的多个激光脉冲;分束角度调节灵活,能量利用率高,结构简单。采用本文方法搭建了飞秒激光超快全息记录系统,并记录了4路复用的干涉条纹。实验结果表明,本文所提出的分束系统可以应用于超快全息记录系统。

关键词：沃拉斯顿棱镜角分复用脉冲分束飞秒激光全息记录

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超快激光成丝现象研究综述

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中国激光 2020年第5期47卷 48-71页

作者：刘伟伟薛嘉云苏强陈瑞良南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 Centre d’Optique Photonique et Laser(COPL)et le Departement de Physiquede Génie Physique et d’OptiqueUniversiteLavalQuebecG1V0A6Canada

超快激光成丝是高功率超快激光在透明光学介质中传输时出现的一种独特非线性光学现象,所产生长度远超共焦范围的离子体通道被称为光丝;同时伴随超连续谱产生、荧光辐射和受激放大、脉冲自压缩等丰富的光学效应,在大气遥感、超快激光技... 详细信息

超快激光成丝是高功率超快激光在透明光学介质中传输时出现的一种独特非线性光学现象,所产生长度远超共焦范围的离子体通道被称为光丝;同时伴随超连续谱产生、荧光辐射和受激放大、脉冲自压缩等丰富的光学效应,在大气遥感、超快激光技术、人工干预天气、激光超精细加工等方面具有广泛应用前景。本文对成丝现象研究的历史发展进行了简单介绍,包括实验技术、基本物理机制和调控方法的主要研究进展,并对成丝在大气远程应用、物理化学机制、强THz波产生等方面的研究所面临的挑战进行了展望。

关键词：激光光学超快激光非线性光学激光成丝超快激光现象

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基于卷积神经网络的细胞折射率显微图像和明场显微图像的融合方法

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激光与光电子学进展 2021年第22期58卷 416-424页

作者：刘中法杨艺哲方宇吴晓静朱思伟杨勇南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 南开大学人民医院转化医学研究院天津300121

为了改善细胞折射率显微成像的质量,提高特征的辨识度,本文提出了一种基于卷积神经网络算法的细胞折射率显微图像和明场显微图像的融合方法,该方法克服了传统融合方法人工制定融合规则的困难,通过训练数据学习自适应强鲁棒融合函数,获... 详细信息

为了改善细胞折射率显微成像的质量,提高特征的辨识度,本文提出了一种基于卷积神经网络算法的细胞折射率显微图像和明场显微图像的融合方法,该方法克服了传统融合方法人工制定融合规则的困难,通过训练数据学习自适应强鲁棒融合函数,获得了更佳的融合效果。主观和客观评价结果表明,该方法有效地改善了细胞折射率显微图像的分辨率,提升了特征辨识度。

关键词：图像处理图像融合折射率显微图像明场显微图像卷积神经网络细胞

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