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综述

新型过渡金属硫化物在超快激光中的应用
孙俊杰, 陈飞, 何洋, 丛春晓, 曲家沂, 季艳慧, 鲍赫
2020, 13(4): 647-659. doi: 10.37188/CO.2019-0241
摘要:
超快激光技术是目前激光乃至物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一,在工业加工、生物医学和激光雷达等领域具有广泛应用。二维材料具有独特的物理结构及优异的光电特性,作为可饱和吸收体应用于超快激光器时,具备工作波段宽、调制深度可控和恢复时间快等优势。其中,过渡金属硫化物因具有带隙连续可调等特点,已成为二维材料研究领域的重点。本文从过渡金属硫化物的特性出发,介绍了可饱和吸收器件的制作方法,综述了基于新型过渡金属硫化物的超快激光器的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
K-B镜面形高精度检测技术研究进展
张帅, 侯溪
2020, 13(4): 660-675. doi: 10.37188/CO.2019-0231
摘要:
以新一代同步辐射光源和全相干X射线自由电子激光为代表的先进光源已成为众多学科领域中一种不可或缺的研究工具。先进光源技术不断进步,驱动超精密光学制造快速发展,先进光源中关键聚焦光学元件K-B镜的面形精度是影响光源性能的重要指标,要求其在几十纳弧度以下。然而,高精度K-B镜面形检测技术依然存在较大技术挑战,一直是国内外研究热点。本文介绍了反射式轮廓测量技术即长程轮廓仪(LTP)、纳米测量仪(NOM)以及拼接干涉检测技术等典型K-B镜面形检测技术的基本原理,对比分析了其技术特点,综述了国内外K-B镜面形检测技术的研究现状和最新进展,对发展趋势进行了展望。
高功率连续波掺镱光纤激光器研究进展
党文佳, 李哲, 李玉婷, 卢娜, 张蕾, 田晓, 杨慧慧
2020, 13(4): 676-694. doi: 10.37188/CO.2019-0208
摘要:
高功率连续波掺镱光纤激光器因具有电光效率高、光束质量好、热管理方便等优点,在工业加工、军事国防、科学研究等领域得到广泛应用,但是高功率条件下的非线性效应和热效应限制了其输出功率的进一步提升。基于此,本文重点分析了受激拉曼散射非线性效应和热致模式不稳定现象的形成机理和抑制方法,为高功率光纤激光系统的设计与集成提供了参考,并详细介绍了2015年以来为克服两种因素的影响所取得的最新研究成果,最后展望了高功率连续波掺镱光纤激光器的发展趋势。
纤维增强碳化硅及其在光学反射镜中的应用
张巍, 张舸, 郭聪慧, 范天扬, 徐传享
2020, 13(4): 695-704. doi: 10.37188/CO.2020-0052
摘要:
纤维增强碳化硅复合材料具有优异的力学及热学性能被广泛应用在航空航天、核能、汽车、化工等诸多领域,特别是在光学反射镜方面有良好的应用前景。本文介绍了纤维增强碳化硅复合材料的特点以及其相对传统反射镜材料的优势,对比分析了不同纤维增强碳化硅复合材料制备工艺的优缺点,阐述了不同界面层对纤维的保护作用及对复合材料性能的影响,综述了国内外纤维增强碳化硅复合材料在光学反射镜领域的应用进展,最后总结了纤维增强碳化硅反射镜坯实现大规模应用所需进一步开展的研究方向。
深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源研究进展
王晓洋, 刘丽娟
2020, 13(3): 427-441. doi: 10.3788/CO.2020-0028
摘要:
全固态深紫外相干光源在前沿科学、高技术等领域均有重要应用。产生全固态深紫外相干光源的一种有效而可行的技术途径是将商业化的可见、近红外全固态激光作为基频光源,通过非线性光学晶体的多级变频技术产生深紫外激光。本文系统地介绍了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源的研究进展。主要以KBBF晶体为代表,详细介绍了发现KBBF晶体的过程,晶体生长技术,棱镜耦合器件技术,KBBF晶体的主要光学性质以及产生深紫外相干光源的能力,同时证实了KBBF晶体是目前能使用直接倍频方法实现深紫外激光输出的非线性光学晶体。此外,文中还详细介绍了基于KBBF晶体及棱镜耦合技术的深紫外相干光源的应用情况,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及取得的重要成果。最后,展望了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外激光技术的发展方向。
有机发光二极管显示屏的喷墨打印研究与展望
刘欣, 叶芸, 唐谦, 郭太良
2020, 13(2): 217-228. doi: 10.3788/CO.20201302.0217
摘要:
近年来,有机发光二极管(OLED)被广泛应用于智能手机等中小尺寸显示屏,并逐步进入电视等大尺寸显示领域和照明市场。随着OLED平板显示新时代的到来,对显示屏的彩色化与图案化研究提出了更高要求。与传统真空蒸镀技术相比,喷墨打印技术更容易实现大面积器件的彩色化和复合功能材料的图案化,且工艺简单,成本低廉,并可进行柔性器件加工。本文综述了采用喷墨打印技术制备OLED显示屏的研究现状,并系统介绍了喷墨打印设备的发展历程,通过优化bank结构提高显示屏的分辨率,优化墨水配方及组成配比抑制喷墨液滴的"咖啡环"效应,从而提高显示器发光均匀性,最后对国内外该技术产业进行了概述与展望。
激光破岩技术的研究现状及进展
官兵, 李士斌, 张立刚, 陈双庆
2020, 13(2): 229-248. doi: 10.3788/CO.20201302.0229
摘要:
激光破岩技术是应用光学领域的重要研究方向,它是集合了多相态、多耦合、多尺度的复杂高温、高压物理与化学过程。为了厘清激光破岩研究中的核心难点,给研究者提供有效的理论参考和趋向信息,本文对激光破岩技术的研究概况进行了分析总结。首先明确了激光破岩机理;之后分别从石油井下作业用激光器、激光破岩影响因素、激光破岩的温度场相变传热、物理力学性质以及激光破岩应用可行性等方面对国内外激光破岩技术研究进行了总结分析,指出了现阶段所取得的创新成果和不足;最后阐明了激光破岩技术的优点和发展趋势。研究结果表明,激光破岩技术可在现场配套设施研发、多影响因素评价、多场耦合作用机制和井下适用性理论体系研究等方向着力突破。
平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用
王晓东, 颜伟, 李兆峰, 张博文, 黄镇, 杨富华
2020, 13(1): 1-13. doi: 10.3788/CO.20201301.0001
摘要:
为了提高场效应晶体管太赫兹探测器的响应度并降低噪声等效功率,需要对探测器集成平面天线的结构进行合理设计与优化,本文对集成平面天线结构的场效应晶体管太赫兹探测器的研究进行了深入调研。首先,对场效应晶体管太赫兹探测器的工作原理进行了分析,介绍了集成平面天线如何解决耦合太赫兹波效率低的问题。然后,介绍了一些常用的平面天线结构,包括偶极子天线、贴片天线、缝隙天线、grating-gate和其他类型的结构,比较了各种天线的性能以及引入后对太赫兹探测器响应度的影响。通过对比不同天线结构的探测器响应度和噪声等效功率等参数指标,发现:采用平面天线结构之后,场效应晶体管太赫兹探测器的响应度有了大幅度的提升,各种类型的天线对探测器响应度都有不同程度的提升。本文着重介绍了几种集成于场效应晶体管的平面天线结构,包括各种天线的性能和研究进展,最后分析了场效应晶体管太赫兹探测器存在的问题和发展趋势。
量子点背光技术的研究进展
叶芸, 喻金辉, 林淑颜, 陈恩果, 徐胜, 郭太良
2020, 13(1): 14-27. doi: 10.3788/CO.20201301.0014
摘要:
量子点材料因具有发光波长可调,色度纯,量子效率高等优异特性而受到广泛关注,在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展,主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构,并分析了它们在液晶显示领域的应用,未来前景及面临的挑战;然后介绍了几种新型的量子点背光技术,并对两种量子点背光新技术进行重点说明:一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体,用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板;另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面,形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点,对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。
激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展
宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦
2020, 13(1): 28-42. doi: 10.3788/CO.20201301.0028
摘要:
半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。
可调谐超构透镜的发展现状
林雨, 蒋春萍
2020, 13(1): 43-61. doi: 10.3788/CO.20201301.0043
摘要:
随着新兴光学设备对微型化、一体化、智能化光学变焦系统的需求与日俱增,大大促进了纳米光电子学的迅猛发展。超构透镜是由具有特殊电磁属性的人造元素按照一定的排列方式组成的具有透镜功能的二维平面结构,其最大优点就是:轻薄和易于集成。然而,集成在超构透镜上的微纳结构一旦制备完成,便难以再改变其形貌或者尺寸,因而无法对其聚焦性能进行实时调控,限制了其功能及应用范围的进一步扩展。近年来,科学家们探索了实现超构透镜聚焦性能实时调控的多种途径,其中最引人注目的是将智能材料与超构透镜相结合。本文首先回顾了可调谐超构透镜的最新进展,分别详细阐述和分析了它们的调节原理和器件性能。最后,归纳分析了当前阻碍可调谐超构透镜发展的主要问题,并进一步对未来可调谐超构透镜的发展趋势做出了展望。
量子点增强硅基探测成像器件的研究进展
朱晓秀, 葛咏, 李建军, 赵跃进, 邹炳锁, 钟海政
2020, 13(1): 62-74. doi: 10.3788/CO.20201301.0062
摘要:
硅基探测成像器件具有可靠性高、易集成和成本低等优点,是目前应用最广泛的探测成像器件。随着人工智能和无人驾驶等技术的日益发展,对探测成像器件提出了更高的要求,而硅基探测成像器件性能的提升成为重要的研究方向。量子点具有吸收系数大、光谱可调、发光效率高和易集成等优点,是一类优异的光谱转换和光调制材料。利用量子点材料可调制的光学特性,可以对硅基探测成像器件的功能进行拓展,从而实现紫外响应增强、红外响应拓展、紫外偏振探测和多光谱成像等功能。经过多年的研究,这一领域已经取得了一定的进展,部分技术展现出较好的应用前景。本文介绍了量子点增强硅基探测器在紫外探测、红外成像、偏振探测和多光谱成像方面的研究进展,希望能够引起国内学术界和工业界的关注和重视。
增材制造金属反射镜的发展综述
谭淞年, 丁亚林, 许永森, 刘伟毅
2020, 13(1): 75-86. doi: 10.3788/CO.20201301.0075
摘要:
随着光学测量与遥感领域的不断发展,折反式光学系统对重量、体积和环境适应性等需求不断提高。基于增材制造技术的金属反射镜以其便于实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点,逐渐获得国内外学者的关注与研究。与传统金属反射镜相比,增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度,同时可实现更高程度的轻量化。增材制造反射镜可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。本文首先讨论了金属反射镜的评价指标;其次,综述了国内外在基于增材制造技术制备金属反射镜领域的发展现状和技术参数,从增材制造金属反射镜的基体设计与制备和基体的后处理2个方面展开论述;然后,通过分析,总结了增材制造金属反射镜的技术路线和关键技术;最后,对增材制造反射镜的应用前景提出了展望。
实用化平面超振荡透镜的研究进展
李文丽, 虞益挺
2019, 12(6): 1155-1178. doi: 10.3788/CO.20191206.1155
摘要:
传统光学系统由于受到衍射极限的制约,难以实现远场超分辨聚焦与成像。基于超振荡原理的平面超透镜为这一难题提供了可能的解决途径,其在传播过程中可不依赖倏逝波而实现远场超分辨聚焦。利用对各个衍射单元之间的衍射干涉效应进行精确调控,可在焦平面上局部区域内获得高于系统最高空间频率的电场振荡,从而实现对衍射焦点区域横向和轴向尺寸的可控调节。与传统光学透镜相比,平面超振荡透镜具有光场可控性强、设计自由度大、便于集成等优点,同时借助其远场超衍射极限的光场调控能力,受到衍射光学和微纳光学等领域研究人员的广泛关注。本文主要从实际应用的角度出发,对平面超振荡透镜的研究现状及其应用场景进行了分析和讨论,最后对该类透镜目前面临的问题及对应的解决办法进行了阐述。
液体变焦镜头的研究进展
黄翔, 林四英, 谷丹丹, 卜振翔, 易伟劲, 谢培钦, 王凌云
2019, 12(6): 1179-1194. doi: 10.3788/CO.20191206.1179
摘要:
相比于传统的机械变焦镜头,液体变焦镜头具有体积小、响应快、成本低和集成度高等特点,被广泛应用于图像采集、目标追踪和特征识别等领域。焦距调节方式决定了液体镜头的性能和应用,本文概括了基于液晶材料、介电泳、电化学、电润湿原理的物性控制式变焦镜头和基于静电力、电磁力、压力调节和环境响应的机械驱动式变焦镜头的研究现状,介绍了液体变焦镜头在光流控芯片内的集成应用,并指出当前面临的主要问题和解决方案。最后,对液体变焦镜头的发展前景和研究方向进行了展望和总结。
椭圆偏振光谱测量技术及其在薄膜材料研究中的应用
朱绪丹, 张荣君, 郑玉祥, 王松有, 陈良尧
2019, 12(6): 1195-1234. doi: 10.3788/CO.20191206.1195
摘要:
椭圆偏振光谱测量技术通过测量线偏振光经材料表面反射后光的相对振幅与相位改变量计算得到椭偏参数,再通过椭偏参数的拟合获取样品光学性质。由于其具有非接触、高灵敏度、非破坏性等优势,广泛应用于物理、化学、材料科学和微电子等方面,是一种不可或缺的光学测量手段。本文首先简要回顾了该技术的发展历程,接着阐述了传统椭偏仪的基本原理,按照测量原理的不同可将椭偏仪分为消光式和光度式。随后,本文简单介绍了一些常用椭偏仪的基本架构、测量原理和相关应用,并比较了他们的优缺点,重点展示了复旦大学研制的双重傅立叶变换红外椭偏光谱系统。然后按照椭偏参数处理的基本步骤:测量、建模与拟合3个方面,阐述了其过程,详细剖析了参数拟合所使用的各种光学色散模型,同时通过应用实例介绍了各色散模型的应用情况。最后,对未来椭偏技术的发展方向进行了展望。
光学无创血糖浓度检测方法的研究进展
郭帅, 苏杭, 黄星灿, 刘剑
2019, 12(6): 1235-1248. doi: 10.3788/CO.20191206.1235
摘要:
连续监测血糖浓度是控制糖尿病及其并发症的前提,无创伤性血糖浓度检测方法备受关注。近几十年来,随着测量精度的不断提高,基于光学的无创伤性血糖浓度检测方法呈现出巨大发展潜力,有望在未来实现临床应用。本文详细介绍了偏振光旋光法、光学相干断层成像法、红外光谱法等主流光学无创血糖检测方法,重点对其基本原理、测量优势、测量精度、存在问题与可能解决方法等进行了综述和分析,对比发现红外光谱法在测量精度方面具有明显优势。最后指出未来还需从提高仪器信噪比、消除背景干扰以及建立更加普适的校正模型等方面展开研究。
远程紫外拉曼光谱检测技术研究进展
何玉青, 魏帅迎, 郭一新, 赵曼, 金伟其, 任林茂
2019, 12(6): 1249-1259. doi: 10.3788/CO.20191206.1249
摘要:
远距离检测主要用于人类不宜或不易接触的物品检测,紫外拉曼光谱法是一种比较有效的远距离危险物品检测方法,在反恐、禁毒和食品安全等领域具有广泛的应用前景。本文在分析远程拉曼光谱检测技术基本原理的基础上,总结了紫外拉曼光谱检测技术的优势,对远程紫外拉曼光谱检测技术的现状进行综合分析。从激光器发射、光学接收系统、光谱接收、光谱处理等方面分析了不同模块关键技术及研究现状,分析了远程紫外拉曼光谱检测技术的研究难点和发展趋势。
星载激光通信技术研究进展
董全睿, 陈涛, 高世杰, 刘永凯, 张玉良
2019, 12(6): 1260-1270. doi: 10.3788/CO.20191206.1260
摘要:
文章首先说明了星载激光通信较传统微波通信的先进性和重要性,介绍了激光通信系统的基本组成,简述了系统的工作过程。之后总结了国外的星载激光通信项目和发展计划,重点介绍了日本、美国和欧洲近几年在星载激光通信领域的研究现状,同时也简述了国内各高校以及研究所的研究进展。接着指出了目前星载激光通信的难点并且归纳了与之相关的关键技术。最后,对星载激光通信的未来发展趋势进行了展望。
中高体积分数SiCp/Al复合材料研究进展
程思扬, 曹琪, 包建勋, 张舸
2019, 12(5): 1064-1075. doi: 10.3788/CO.20191205.1064
摘要:
中高体积分数SiCp/Al复合材料相较于传统合金材料具有力学性能和热学性能"可裁剪"的特点。本文介绍了中高体积分数SiCp/Al复合材料的主要制备技术工艺,以及中高体积分数SiCp/Al复合材料在精密仪器、光学系统、电子封装及热控领域典型应用,最后展望了中高体积分数SiCp/Al复合材料未来的发展趋势。
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