多光子(n≥2)荧光共焦成像特性

研究了有限尺寸光源和探测器的任意多光子荧光过程(n≥2)不同波长荧光共焦成像的分辨率,导出了相应的三维强度脉冲响应函数和光学传递函数[3D OTF],证明多光子过程可以克服光源和探测器有限孔径、荧光波长增大对系统3D OTF的不利影响;获得了普遍的点源、点探测器系统的光学传递函数[3D OTF]横向、纵向截止频率和相应的通频带(也适用单光子荧光情况).     

一维光子晶体的带隙分析

折射率交错变化的薄膜结构 ,可以作为一维光子晶体来分析 .采用薄膜光学理论 ,分析了光波在该类一维光子晶体中的传播特性 ,探讨了光子晶体膜层的折射率、光学厚度、中心波长等对一维光子晶体光带隙性能的影响 ,从而为一维光子晶体的设计提供参考 .     

光子晶体的能带理论

光子晶体具有光子能带,并且光子能带可能存在光子禁带。我们通过运用光子晶体的能带和禁带理论.就能够控制光在晶体中的传播。光子晶体对光子有着特殊的物理性质,它在光传输和光学器件有着广泛的用途。本文主要概述了光子晶体的概念、能带理论、性质,及光子晶体和半导体的区别和联系。     

Mn掺杂GaSb的电子结构和光学性质

采用第一性原理方法,交换关联泛函采用局域密度近似,并对计算体系电子的库仑能进行了修正,即采用LDA+U的方法计算研究了Mn掺杂GaSb半导体材料的能带结构和光学性质.研究结果表明:Mn掺杂GaSb体系(Mn-GaSb)的光学性质得到了有效改善,大大提升了对红外光区、远红外光区光子的吸收幅度,其中Mn替代Ga(Mn@Ga)缺陷对改善GaSb半导体材料的光学性能最为明显.Mn掺杂引入的杂质能级有效降低了掺杂体系的禁带宽度,Mn@Ga缺陷的引入增强了GaSb体系的电极化能力和对红外光区光子的吸收.Mn元素的掺入浓度及Mn元素的掺杂位置对Mn@Ga缺陷体系的光学性能均有影响,最佳Mn原子掺杂摩尔比为12.5%,此时Mn@Ga缺陷体系的光学吸收谱在红外光区的吸收幅度最大,同时均匀掺杂避免了光生电子-空穴对复合中心的形成,有效提高了GaSb半导体材料对红外区、远红外区光子的吸收转换效率和GaSb半导体材料的光催化性能.     

孤子脉冲在光子晶体光纤中的传播特性研究

根据光脉冲在光子晶体光纤中传播的非线性薛定谔方程,分析了孤子传播基本原理,给出了光脉冲在光子晶体光纤中色散和非线性效应的表达式,对非线性薛定谔方程进行归一化处理并求解,获得光子晶体光纤中基态孤子解.在远大于光纤零色散波长区域,使色散和非线性效应达到平衡,在光子晶体光纤中就可以得到稳定的光学孤子.光子晶体光纤中产生的孤子可以作为光孤子通信的载波,是光子晶体光纤中高次谐波产生的泵浦源.     

2006年国家自然科学基金项目指南:跨科学部交叉项目数理科学部

1．超快、超强光物理(与信息学部交叉) (1)阿秒激光产生及超快现象; (2)相对论强场光物理; (3)超短脉冲的极端非线性光学现象; (4)超快、超强激光在介质中的传输． 2．微-纳尺度的光子学(与信息学部交叉) (1)新型光子晶体及其集成与准相位匹配; (2)突破衍射极限的光传播与控制; (3)光子晶体中的腔量子电动力学现象; (4)表面等离子激元物理．     

卟啉材料在激光防护上的应用

研究卟啉材料的激光防护特性.基于卟啉-蒽化合物的分子结构特点及其光子吸收截面计算公式,研究了卟啉-蒽化合物的双光子和三光子吸收特性.结果表明,卟啉-蒽化合物具有很好的非线性光学吸收效应,其光学吸收谱可以覆盖很宽的波长范围,这种非线性光学吸收效应可以用于抵御不同波长激光武器的攻击.     

单分散PS微球的制备及其胶体晶体的组装

无皂乳液聚合法制备了不同尺寸单分散的PS微球,采用离心法和垂直沉降法将之组装成具有光子带隙的人工欧泊.采用扫描电子显微镜(SEM)和可见-紫外光度计对PS胶体晶体的形貌、结构和光学性能进行了观察测试.结果表明厚度较大的PS胶体晶体可以通过离心法组装制得,当转速为1 000 r/min、干燥温度为40℃时可以组装得到高质量的PS胶体晶体,而垂直沉降法则较适合组装薄型的胶体晶体.从样品的光学特性讨论了适合组装的乳液固含量,改变组装胶体晶体的PS微球粒径可以得到不同的光带隙波长.     

一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素研究

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素,研究结果表明:光子晶体单元周期数对滤波器品质因数和滤波波长透过率均有重要影响,是光子晶体滤波器设计的关键因素;光子晶体单元厚度增加将使滤波波长红移,与光子晶体禁带中心波长并不重合,禁带中心波长相对于滤波波长蓝移;入射波角度对滤波性能也有影响,随入射角增大,滤波波长的透过率逐渐增大,垂直入射时达最大值.     

现代科学的利器——电子显微镜的发明

17世纪中叶.英国人罗伯特·胡克(R.Hooke,1635-1703)和荷兰人列文,虎克 (A.van LeeIJwenhoek,1632-1723)对早期类似显微镜的放大仪器进行了改进,制造出了最早的光学显微镜.光学显微镜是利用光线来看物体,为了看到物体,物体的尺寸就必须大干光的波长,否则光就会"绕"过去.如果能找到一个比光波波长还短的光源,就能提高显微镜的分辨率.     

基于多波长激光器和MZ干涉仪的可调谐可重构微波光子滤波器

提出了1种基于波长间隔可调谐多波长激光器和MZ干涉仪的微波光子滤波器.光子晶体光纤(PCF)Sagnac环滤波器具有波长选择的功能,使激光器产生多波长.向PCF的一个大空气孔中填充甘油,调节温度,改变PCF的双折射,能够使激光器产生不同波长间隔的激光.该激光器作为微波光子滤波器的光源,通过连续调节输出激光的波长间隔,可使滤波器具有不同的自由频谱范围(FSR),实现了滤波器的连续可调谐.当温度的变化范围为25-120℃时,仿真测得,FSR的变化范围为2.33-10.54 GHz.此外,通过调节MZ干涉仪两臂的臂长差,改变载波系数,使滤波器通带具有不同的主旁瓣抑制比和3 d B带宽,频率响应形状发生明显变化,实现了滤波器的可重构特性.     

光子晶体中紫外波段的异常透射

采用时域有限差分法(FDTD)对三种不同材料(金属Al、半导体Ga₂O₃和绝缘体SiO₂)的矩型结构光子晶体进行了模拟计算,研究空气柱孔径变化对光子晶体光学传输特性及带隙宽度的影响。数值计算结果表明,晶格常数不变,空气柱孔径增大时,三种材料光子晶体在紫外光区及可见光区的透过率增大,反射率减小。Al光子晶体的孔径增大时,可见光区禁带宽度减小;Ga₂O₃光子晶体孔径增大时,禁带宽度增大;SiO₂的TE模和TM模光子禁带较宽,孔径增大,禁带宽度亦增大。三种材料光子晶体带隙的波长范围几乎都处于可见光波段,进入紫外光波段的波长范围很短。     

含特异材料的微波全向滤波器设计仿真

电磁波在折射率为零的特异材料中传播时具有相位不变、波长无穷大、出射波传播方向垂直于出射界面的特点.由正常材料与特异材料交替排列组合成的光子晶体存在零平均折射率带隙,且带隙不随晶格尺度、入射角度和偏振而变化.这一特性可用于设计新型全向滤波器.本文利用复合左右手传输线理论设计滤波器,得到实验加工参数.     

科技动向

正中美联手研制新型硅基光子芯片科学界希望光子芯片成为未来超高速通信和运算的主要信息处理器件。中国南京大学和美国加州理工学院研究人员设计出一种新型硅基光子芯片,初步实现了光的单向无反射传输,其可与CMOS(互补金属氧化物半导体,一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料)工艺相容的新一代光子器件集成工艺设计、制备提供了新途径,拓展了光子晶体及传统超构材料的研究领域,为经典光系统中探索和发展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。     

由ZnO胶体球生长光子晶体(英文)

利用重力场下的自组装,将单分散的ZnO胶体颗粒悬浮液自组装为三维光子晶体.通过扫描电镜图谱、反射光谱对制得的ZnO光子晶体进行了表征.结果表明,这种方法可得到排列有序的光子晶体,并且改变反应条件可以控制ZnO胶体球的尺寸.制得的样品有明显的光子禁带,且禁带波长位置随胶体球粒径的减小而蓝移,这是光子晶体的典型特征.     

光子晶体 中国科学家谈科学

光子晶体被认为是未来的半导体,对光通讯、微波通讯、光电子集成以及国防科技等领域将产生重大影响。如果能够突破光子晶体制备的瓶颈,光子晶体将在高性能反射镜、波导、光学微腔、光纤等光学及光电器件上显示其优势,同时在隐身材料等国防科技上也将有非常重要的应用前景。     

Monte-Carlo仿真酒精特征波长光子在皮肤中的传输规律及光纤探头设计

用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法研究酒精特征波长的光子在皮肤组织中的传输规律,从而确定酒精光谱的最佳检测距离,为应用近红外光谱进行人体酒精无创检测提供理论依据。通过建立皮肤4层结构模型,确定了在酒精特征波长(1694nm、1735nm、2266nm、2308nm)下该模型的光学参数。利用Monte-Carlo方法对该模型仿真可得到结论:1694nm、1735nm波长光子的最佳检测半径为650μm,2266nm、2308nm波长光子的最佳检测半径为450μm;半径在200～1000μm之间时,出射点的光子密度随检测半径的增加呈幂函数形式递减,检测到的光子数随检测宽度的增加大致呈线性递增。利用上述结果,设计了用于人体酒精无创检测的光纤探头,选用TE制冷型的InGaAs检测器作为光子检测器。     

微小型红外光栅光谱仪光学系统的设计与优化

光学系统是微小型光谱仪的核心部分,光学系统的设计质量将直接影响微小型光谱仪的性能.本文利用Zemax光学软件,对具有不对称Czemey-Turner结构的光栅光学系统进行设计与性能分析,并通过优化建立了满足要求的光学结构,该结构能实现波长范围为3-5μm的光谱检测,最小分辨波长间隔可小于50nm,光学系统特征尺寸小于10cm.本研究为微小型红外光谱仪的研制提供了前期理论基础与设计参考.     

四面体光学棱镜

讨论了四面体光学棱镜(包括立方体角锥棱镜)的几何光学特性和光偏振特性，给出了四面体光学棱镜内空间走向光线的传播和反射规律；叙述和证明了立方体角锥棱镜的光学不失调特性和光偏振特性．设计了两组由四面体光学棱镜构造的单块非平面单向行波环形激光谐振腔，分别用于LD泵浦产生1．064μm和1．319μm两个波长的单频固体激光．给出了谐振腔的设计方法和实验结果．     

一维光子晶体的禁带特性

利用传输矩阵法计算并分析了垂直入射下光子晶体的禁带特性. 给出一个实际需要的禁带范围设计方法. 通过调节两个介质折射率和厚度可控制禁带范围, 并探讨了当两种介质的光学厚度均为1/4中心波长时, 光子晶体透射谱与中心波长、 两种介质折射率比值等的变化规律. 