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光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
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    空心微瓶腔回音壁模式谐振的调谐方法及应变传感特性

    蔡露李尚文王进刘俊...
    213-220页
    查看更多>>摘要：提出了一种双柄空心微瓶腔结构,利用微纳光纤耦合激发出了回音壁模式(WGM)谐振,通过控制轴向拉伸应变,实现了回音壁模式的谐振波长和品质因子Q的调谐,通过非对称拉锥的方式改变微腔结构,增大了双柄微腔结构轴向拉伸对腔长和壁厚的改变量,从而使谐振波长的调谐范围达到了 0.66 nm.所提结构在激光器、滤波器和传感检测等应用方面具有实际意义.实验中进一步探究了非对称双柄回音壁模式微腔的应变传感特性,结果表明,WGM谐振峰对轴向拉伸应变的灵敏度可达0.795 pm/με,分辨率小于25με,线性度达0.999.由于回音壁模式谐振腔具有极窄的谐振峰,该传感方法能够实现更高的传感分辨率,为高分辨率应变传感提供了新思路.

    集成光学回音壁模式空心微瓶腔谐振峰调谐应变传感

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    基于百太瓦级激光系统驱动的高能量13 nm波段高次谐波产生

    高记星娄智远杨帆杨晓骏...
    221-228页
    查看更多>>摘要：利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲.通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6 × 10-7和3.0× 10-7,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad.对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合.实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型.结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件.这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景.

    极紫外高次谐波相位匹配空间分布

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    高功率1060 nm垂直腔面发射激光器

    郑妹茵渠红伟周旭彦董风鑫...
    229-235页
    查看更多>>摘要：为了提高1060 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)的性能,本文对大功率1060 nm VCSEL进行了理论模拟和实验研究.计算得到红移速度为0.40 nm/K,据此确定增益和腔模失配量为-20 nm.对比分析了 6种不同InGaAs组分和厚度的量子阱,以及3种不同势垒材料的增益特性和输出特性,模拟结果表明,应变补偿的InGaAs/GaAsP量子阱有源区在温度稳定性、阈值电流以及功率方面更有优势.对P型分布式布拉格反射镜(DBR)进行优化设计,优化DBR渐变层厚度和对数,有助于获得更好的输出特性.采用金属有机化学气相沉积生长了 InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的VCSEL外延片,并制备了单管和阵列VCSEL,实验数据和理论分析基本吻合.实验测得,288单元VCSEL阵列在4.5 A电流下,连续输出功率为2.62 W,最高电光转换效率为36.8％,5mm×5mm VCSEL阵列准连续条件下(脉宽为100 μs,占空比为1％),且在100 A电流下,获得峰值功率为53.4 W.

    垂直腔面发射激光器高功率应变补偿分布式布拉格反射镜效率

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    Bi2Ga3.985O9:1.5％Fe3+,Eu3+长余辉材料的制备及光学性能研究

    茹鲜古丽·艾外力孙艳美库尔班江·努尔麦提赵天骐...
    236-245页
    查看更多>>摘要：采用共沉淀法制备了 Bi2-xGa3.985O9:1.5％Fe3+,xEu3+(BGO:1.5％Fe3+,xEu3+,x=0～2％)长余辉纳米粒子(PLNP),详细研究了 Eu3+掺杂浓度及煅烧温度对BGO:1.5％Fe3+PLNP晶体结构和光学性质的影响.结果显示,最佳的PLNP组成为Bi1.99Ga3.985O9:1.5％Fe3+,1％Eu3+,属于莫来石晶体结构,发射峰处于798 nm,在900 ℃煅烧1 h时,可获得高纯度的BGO:1.5％Fe3+,1％Eu3+PLNP,其平均电子陷阱能级深度为0.676 eV.与Fe3+单掺杂BGO:1.5％Fe3+PLNP相比,Eu3+共掺杂BGO:1.5％Fe3+,1％Eu3+PLNP后,荧光寿命(τav)从13.77 s增大至15.56 s,余辉发光时间从3 h延长至8 h以上.由于共掺杂BGO:1.5％Fe3+,1％Eu3+PLNP中存在从Eu3+到Fe3+的能量传递,共掺杂PLNP的余辉强度增大,发光时间延长.制备了长波长发射、具有余辉发光性能的BGO:1.5％Fe3+,1％Eu3+PLNP,该材料在生物成像、疾病检测及生物传感等领域具有巨大的应用潜力.

    材料近红外发光长余辉纳米粒子共掺杂镓酸铋

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    内窥环境下多光谱血氧饱和度检测

    章昶威邹鸿博齐伟明朱文武...
    246-253页
    查看更多>>摘要：采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630nm和660 nm 4个成像波段.基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证.在血管仿体组织上的实验结果表明,在95％的置信水平下,血氧饱和度的检测偏差为1.24％.研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性.

    医用光学多光谱成像内窥镜血氧饱和度蒙特卡罗仿真

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    部分相干圆刃型位错光束在生物组织中的偏振特性

    贺改梅段美玲殷子昂单晶...
    254-263页
    查看更多>>摘要：以推导的在生物组织中部分相干圆刃型位错光束传输时的交叉谱密度矩阵元,研究了传输中不同光束参数(光束波长λ、位错数目ndis、空间自相关长度σyy)对不同场点之间偏振特性的影响.部分相干圆刃型位错光束波长和位错数目不影响偏振态的初始值,而不同空间自相关长度的光束初始偏振态不同.随着传输距离增加,空间同一点的偏振态经历明显的起伏变化后最终趋于与源处一致,空间不同两点间的偏振态最终趋于一不同于初始值的定值.与远红外光和紫外光相比,可见光和近红外光更适合作为生物医学疾病诊疗的目标光束.位错数目越大,各偏振特征参量极值间距越大.空间自相关长度σyy与σxx的相对大小会影响偏振度的大小及变化趋势.

    生物光学圆刃型位错光束偏振度方位角椭圆率生物组织

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    大视场二维扩瞳全息光栅波导设计与加工

    程德文倪栋伟吕鑫王永东...
    264-271页
    查看更多>>摘要：为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法.该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳.将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场.该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角.介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16mm× 13 mm.实验结果验证了所提方法的可行性.该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案.

    全息两重体全息光栅波导二维扩瞳视场扩展

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    长条镜柔性支撑及点阵结构设计方法

    刘朋朋吴俊常君磊庞寿成...
    272-281页
    查看更多>>摘要：离轴三反光学系统多采用长条形反射镜,为尽可能提高反射镜面形精度,其支撑结构形式多为柔性支撑;为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求,支撑亦多采用壳体点阵结构.本文基于尺寸优化技术,建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型,分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数,并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析.对于背板的设计,本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法,采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构,保证了点阵结构模型的连续性与真实性.经过仿真验证,优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差(0.018λ)和装调方向重力下刚体位移(0.007 mm)均达到最优.表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行,可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑.

    长条形反射镜柔性支撑点阵结构点云优化算法

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    基于双层氮化硅减反射垂直光栅耦合器

    吉喆李东付士儒严英占...
    282-291页
    查看更多>>摘要：针对传统光栅耦合器在耦合过程中需要入射光倾斜一定角度且耦合效率低的缺点,提出了一种双层Si3N4减反射垂直光栅耦合器结构.基于时域有限差分法,对双层Si3N4薄膜结构的上、下层Si3N4厚度,下层Si3N4与光栅的距离及上、下层Si3N4之间的高度进行了详细讨论.分析结果表明,对于双层Si3N4减反射垂直光栅耦合器结构,横电波(TE)模式下在1550 nm波长处可以获得超过94％(-0.26 dB)的垂直耦合效率,3 dB带宽为107 nm(1485～1592 nm),具有良好的低损耗特性和带宽特性.同时,在现有加工工艺基础上,对该器件进行了容差分析.分析得知,当光纤光栅对准容差在-1.92～1.92 μm范围内、对准角度容差在-1.8°～1.8°范围内时,双层Si3N4减反射垂直光栅耦合器可以获得超过80％的耦合效率.

    垂直光栅耦合器Si3N4薄膜减反射耦合效率

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    基于二氧化钒和狄拉克半金属的太赫兹传感器/滤波器设计

    张璐陈哲孙超逸赵玉媛...
    292-303页
    查看更多>>摘要：设计了一种基于二氧化钒和狄拉克半金属的滤波/传感太赫兹超表面.该超表面由基于狄拉克半金属的镜面对称双开口环以及具有矩形孔的二氧化钒薄膜构成.通过调控超表面中二氧化钒的电导率,可以实现传感器/滤波器两种功能的切换.结果显示:当二氧化钒处于绝缘态时,超表面工作在传感器模式,此时,增大样品厚度及样品与传感器的距离均可增大传感器的灵敏度;当二氧化钒处于金属态时,超表面工作在滤波器模式,滤波器在中心频率处的插入损耗为1.3 dB,回波损耗为12.7 dB.这种具有多功能的超表面在太赫兹传感器和滤波器等方面具有较高的应用价值.

    光学器件太赫兹超表面多功能狄拉克半金属二氧化钒

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