空芯光纤温度敏感性研究进展(特邀)

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作者 孙一之 吴贺林 +2 位作者 高寿飞 汪滢莹 丁伟 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期215-232,共18页

空芯光纤具有低温度敏感性,在光通信、光纤器件、精密光学测量等应用中可以提高精度并降低温控带来的系统额外成本,具有重要的应用价值。文中综述了空芯光纤中传输时延和传输相位温度敏感的来源和机理,近年来降低空芯光纤温度敏感性的... 空芯光纤具有低温度敏感性,在光通信、光纤器件、精密光学测量等应用中可以提高精度并降低温控带来的系统额外成本,具有重要的应用价值。文中综述了空芯光纤中传输时延和传输相位温度敏感的来源和机理,近年来降低空芯光纤温度敏感性的一系列新方法,以及低温度敏感性空芯光纤的应用探索,并对低温度敏感性空芯光纤的未来发展进行了展望。 展开更多

关键词 空芯光纤 光纤光学 温度敏感性 相位 时延

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差动临界角法高精度动态检焦技术研究

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作者 彭玲娜 赵圆圆 +1 位作者 张杨 段宣明 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期84-94,共11页

基于临界角检焦技术具有光能量损耗小、组装相对简单、调试相对容易、系统分辨率高等特点,当引入差动信号处理技术,可放大提取的检焦信号,提升检测灵敏度和提高检焦曲线的光滑度,同时可实现更大的焦面检测范围,减少由于基底本身存在不... 基于临界角检焦技术具有光能量损耗小、组装相对简单、调试相对容易、系统分辨率高等特点,当引入差动信号处理技术,可放大提取的检焦信号,提升检测灵敏度和提高检焦曲线的光滑度,同时可实现更大的焦面检测范围,减少由于基底本身存在不平整影响到的检焦误差。本论文首先从差动临界角法检焦技术的基本原理出发,通过Fresnel公式和牛顿公式得到离焦量与离焦信号的关系。其次搭建差动临界角法检焦验证系统,利用四象限光电探测器采集单个临界角棱镜的离焦信号,并对两个垂直放置的四象限光电探测器接收到的离焦信号进行差动计算,以获得差动K值大小与离焦量z之间的关系。实验结果表明:采用波长532 nm的激光,数值孔径0.3的投影物镜时,检焦线性范围可达22μm;采用数值孔径0.45的投影物镜时,检焦线性范围可达14μm,差动临界角检焦法分辨率可达25 nm。 展开更多

关键词 差动临界角 检焦技术 亚微米级 检焦精度 检焦范围

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飞秒激光双光子聚合三维微纳结构加工技术 被引量：8

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作者 赵圆圆 金峰 +2 位作者 董贤子 郑美玲 段宣明 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1-33,共33页

飞秒激光双光子聚合微纳加工技术作为重要的三维微纳结构制备手段,已成为国际前沿研究热点。该技术利用激光与物质相互作用的双光子非线性吸收效应和阈值效应,可以突破经典光学理论衍射极限,实现纳米尺度的激光加工分辨力,在三维功能性... 飞秒激光双光子聚合微纳加工技术作为重要的三维微纳结构制备手段,已成为国际前沿研究热点。该技术利用激光与物质相互作用的双光子非线性吸收效应和阈值效应,可以突破经典光学理论衍射极限,实现纳米尺度的激光加工分辨力,在三维功能性微纳器件制备领域正在发挥着十分重要的作用。本文在介绍飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的光物理和光化学过程基本原理的基础上,重点回顾人们在改善加工线宽及分辨力、提高加工效率等方面的研究进展与发展概况。该技术所制备的各种微光学器件、集成光学器件、微机电系统以及生物医学器件,不仅充分展示了飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的高空间分辨力和真三维加工特点,也为其在相关前沿领域的应用提供具有启发性的思路。最后,对该技术实现高精度、高效率、低成本、大面积、多功能的三维微纳结构加工所存在的挑战和未来发展方向,进行了讨论和展望。 展开更多

关键词 飞秒激光 双光子聚合 光学衍射极限 加工分辨力 加工效率

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双光束超分辨激光直写纳米加工技术 被引量：21

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作者 曹耀宇 谢飞 +1 位作者 张鹏达 李向平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1133-1145,共13页

随着纳米技术的不断发展,各行业领域对纳米尺寸结构的加工需求与日剧增,激光直写加工技术作为一项重要的三维微纳结构加工手段,在多个现代科学技术领域得到了广泛应用。针对三维微纳结构制备,双光束超分辨激光加工技术,结合双光子聚合(T... 随着纳米技术的不断发展,各行业领域对纳米尺寸结构的加工需求与日剧增,激光直写加工技术作为一项重要的三维微纳结构加工手段,在多个现代科学技术领域得到了广泛应用。针对三维微纳结构制备,双光束超分辨激光加工技术,结合双光子聚合(TPP)过程与受激发射损耗(STED)纳米显微技术的原理,实现了超光学衍射极限的加工分辨率,为三维纳米结构加工技术及其应用提供了新的发展方向。本文将阐述基于双光束超分辨激光加工技术超光学衍射极限的基本原理,并回顾该技术在改善加工线宽及分辨率等方面的研究进展,以及在相关领域中的应用。最后就如何实现低成本、高效率、大面积、多功能性材料加工存在的挑战和未来发展方向进行了讨论。 展开更多

关键词 激光直写加工 光聚合 受激辐射损耗 超分辨光学技术 三维纳米结构

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超分辨光存储研究进展 被引量：12

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作者 姜美玲 张明偲 +1 位作者 李向平 曹耀宇 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期79-90,共12页

随着大数据和人工智能等信息技术日新月异,各行各业对数据信息存储的要求与日俱增。当前,以磁控存储技术为主的信息存储方式普遍存在寿命低、能耗高的缺点。与磁存储技术相比,光学数据存储技术具有能耗低、数据安全性高等优势,然而其数... 随着大数据和人工智能等信息技术日新月异,各行各业对数据信息存储的要求与日俱增。当前,以磁控存储技术为主的信息存储方式普遍存在寿命低、能耗高的缺点。与磁存储技术相比,光学数据存储技术具有能耗低、数据安全性高等优势,然而其数据存储容量受到光学衍射极限的极大制约。如何突破光学衍射极限,提升光存储技术光学系统的分辨能力,从而增加光学存储系统数据存储容量,是目前光存储技术进一步与大数据和云计算等信息技术融合的关键。本文阐述了基于超衍射极限分辨率的光学存储技术的原理和国内外发展现状,包括远场超分辨的三维光存储(如基于双光子吸收过程和饱和受激发射损耗荧光过程光数据存储)和近场超分辨二维光存储(如近场探针扫描显微存储、近场固体浸没透镜存储和超分辨近场结构存储)。最后,对基于超分辨光学存储技术当前存在的问题及未来发展方向进行了讨论。 展开更多

关键词 光数据存储技术 光学超分辨技术 超大容量数据存储

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基于微纳结构的光子轨道角动量复用及检测进展

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作者 欧阳旭 张明偲 +3 位作者 杨清帅 曹耀宇 徐毅 李向平 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期251-261,共11页

1992年Allen等认识到光子可以携带轨道角动量(OAM),其表现为波前的螺旋相位分布。由于其独特的光场分布以及其拓扑荷理论上可取任意整数等特性, OAM光束在超分辨成像、高密度数据编码等领域具有重要作用。对微纳尺度下OAM光束与物质相... 1992年Allen等认识到光子可以携带轨道角动量(OAM),其表现为波前的螺旋相位分布。由于其独特的光场分布以及其拓扑荷理论上可取任意整数等特性, OAM光束在超分辨成像、高密度数据编码等领域具有重要作用。对微纳尺度下OAM光束与物质相互作用新机制的研究,有望为现代光子器件以及多维光与物质相互作用等领域提供新的思路和方法。介绍了本课题组利用OAM光束在纳米结构上实现多维信息复用以及OAM光束拓扑荷的探测技术,并对纳米尺度OAM光束的应用进行了展望。 展开更多

关键词 信息光学 轨道角动量 光复用 编码解码 完美涡旋光 涡旋光检测

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GdFeCo材料全光磁反转的微观三温度模型研究

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作者 姚涵 王思聪 +2 位作者 魏琛 曹耀宇 李向平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期122-130,共9页

与外加磁场和热辅助磁反转相比,全光磁反转将磁化反转时间缩短至100 ps之内,得到了人们的广泛关注。其中,亚铁磁材料GdFeCo是能够实现单脉冲全光磁反转的重要材料,在全光磁存储领域中具有巨大的潜在应用价值。本文利用微观三温度模型(M3... 与外加磁场和热辅助磁反转相比,全光磁反转将磁化反转时间缩短至100 ps之内,得到了人们的广泛关注。其中,亚铁磁材料GdFeCo是能够实现单脉冲全光磁反转的重要材料,在全光磁存储领域中具有巨大的潜在应用价值。本文利用微观三温度模型(M3TM)理论模拟并实验验证了GdFeCo材料因热效应所引起的全光磁反转过程。具体研究了GdFeCo材料在单脉冲激发下磁化场的全光磁动力学过程,以及GdFeCo材料的全光磁响应末状态随激光脉冲能量与脉宽的变化关系。与原子自旋模型和Landau-Lifshitz-Bloch(LLB)模型相比,M3TM更简洁地给出了单脉冲激发下GdFeCo材料磁化场随时间的变化关系以及角动量转移的量子化关系,为基于热效应的全光磁反转的快速、大面积计算提供了有效手段。 展开更多

关键词 微观三温度模型 GdFeCo 全光磁反转

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基于无序金纳米棒编码的多维光信息存储 被引量：11

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作者 欧阳旭 徐毅 +4 位作者 冼铭聪 曹耀宇 戴峭峰 李向平 兰胜 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期54-66,共13页

随着信息时代的到来,日益增长的海量数据对数据存储技术提出了高容量、高安全性和高存储时长等要求。常规的磁存储技术难以满足这些要求,面临着前所未有的挑战。随着激光器的发明和纳米技术的快速发展,基于金纳米棒与读写激光相互作用... 随着信息时代的到来,日益增长的海量数据对数据存储技术提出了高容量、高安全性和高存储时长等要求。常规的磁存储技术难以满足这些要求,面临着前所未有的挑战。随着激光器的发明和纳米技术的快速发展,基于金纳米棒与读写激光相互作用的五维光存储技术应运而生,其存储密度高和寿命长的特点能够满足上述要求。本文将总结如何从结构物质的角度来实现读写激光物理维度的复用和多进制存储以及如何从结构光的角度来实现超分辨存储。本文还将讨论进一步提升五维光存储容量的方法,并对这种技术的未来发展方向进行展望。 展开更多

关键词 光存储 金纳米棒 超分辨存储 多进制存储

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基于柱矢量光调控的纵向超分辨率准球形多焦点阵列 被引量：8

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作者 夏小兰 曾宪智 +2 位作者 宋世超 刘小威 曹耀宇 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期44-53,共10页

激光多焦点阵列以兼具更高的光场操控自由度和焦斑单元高空间分辨率的特点,被广泛应用在光学诱捕以及飞秒激光微纳制造等领域。然而由于阵列中焦斑的纵向分辨率弱于横向分辨率,在激光加工应用中限制了其对各向同性结构的加工能力。因此... 激光多焦点阵列以兼具更高的光场操控自由度和焦斑单元高空间分辨率的特点,被广泛应用在光学诱捕以及飞秒激光微纳制造等领域。然而由于阵列中焦斑的纵向分辨率弱于横向分辨率,在激光加工应用中限制了其对各向同性结构的加工能力。因此,本文提出一种基于柱矢量光调控生成纵向超分辨准球形多焦点阵列的方法。利用对柱矢量光的两组基径向偏振光和角向偏振光分别进行聚焦调控,结合环形衰减调制可形成纵向超分辨焦斑,再将两种偏振光场以适当的振幅比例在焦区叠加,从而合成准球形多焦点阵列。实验结果表明,10×10的多焦点阵列中各焦斑尺寸均一,具有近球形光强分布。其中,阵列中所有焦点的纵向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.005λ,横向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.019λ。该具有高尺寸均一性的准球形多焦点阵列可为激光微纳加工精准制备微纳器件提供新的途径。 展开更多

关键词 柱矢量光 球形多焦点 纵向超分辨率 光场调控

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基于激光诱导表面周期结构的微纳防伪结构色 被引量：5

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作者 欧阳旭 谢子健 +5 位作者 张孟瑞 杨清帅 李晨辉 曹耀宇 徐毅 李向平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期51-59,共9页

激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色,备受研究人员的广泛关注,而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构,利用其在明场... 激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色,备受研究人员的广泛关注,而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构,利用其在明场和暗场的观察下具有不同的颜色特性实现图像加密应用。通过控制飞秒激光的偏振、脉冲能量和扫描速度在氧化铟锡薄膜上形成与偏振和波长相关的亚波长周期光栅,通过控制激光加工线条行间距形成大周期光栅。本文研究了激光加工能量和加工线条之间的间距对其形成双周期结构在明场和暗场显色的影响,利用不同加工参数结构在明场和暗场下显示不同的颜色实现图像加密。激光直写加工可以快速制备大面积区域,有望在商品防伪、图案装饰、超表面设计等方面发挥潜在的应用价值。 展开更多

关键词 结构色 激光诱导表面周期结构 信息防伪 激光加工

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基于迂回相位的轨道角动量Talbot阵列照明器 被引量：1

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作者 聂芳松 姜美玲 +2 位作者 张明偲 曹耀宇 李向平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期83-90,共8页

轨道角动量(OAM)光束具有螺旋形相位分布,在信息光学、光捕获、光学操控等领域都有着重要的应用。本文设计了一种可以生成聚焦OAM光束的平面型光学器件。该器件利用迂回相位的编码方式,在平板上加载了根据分数Talbot效应计算得到的特定... 轨道角动量(OAM)光束具有螺旋形相位分布,在信息光学、光捕获、光学操控等领域都有着重要的应用。本文设计了一种可以生成聚焦OAM光束的平面型光学器件。该器件利用迂回相位的编码方式,在平板上加载了根据分数Talbot效应计算得到的特定相位分布。使用时域有限差分(FDTD)分别对具有正方形和六边形周期性结构的光学器件进行仿真模拟。结果表明,平面波经过此器件可以转化为阵列型聚焦OAM光束。该器件加工方便,容易拼接或复制,集成度高,可以用来生成高质量大面积阵列型OAM光束。 展开更多

关键词 分数Talbot效应 轨道角动量 周期性结构 迂回相位

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基于4π聚焦系统的电磁矢量光学斯格明子的产生 被引量：1

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作者 孙家琳 王思聪 +7 位作者 周志凯 郑泽灿 姜美玲 宋世超 邓子岚 秦飞 曹耀宇 李向平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期95-104,共10页

光学斯格明子为实现结构光场以及时空光场的拓扑属性提供了新的研究方法与研究思路。本文在4π聚焦系统中,通过对两对入射柱矢量光束进行偏振与相位调控,实现了聚焦光场纵向分量与横向分量的独立控制,在焦平面上得到了Néel型与Bloc... 光学斯格明子为实现结构光场以及时空光场的拓扑属性提供了新的研究方法与研究思路。本文在4π聚焦系统中,通过对两对入射柱矢量光束进行偏振与相位调控,实现了聚焦光场纵向分量与横向分量的独立控制,在焦平面上得到了Néel型与Bloch型的电磁矢量光学斯格明子。在4π聚焦系统内调控两对反向传播的径向偏振光时,焦平面处将产生Néel型的电场矢量斯格明子。将其中一对替换为角向偏振光时,焦平面处将同时产生Bloch型的电场矢量斯格明子与相位超前π/2的磁场矢量斯格明子。本工作为进一步研究自由空间中微纳尺度电磁矢量光学斯格明子与物质的相互作用提供了理论基础。 展开更多

关键词 矢量光场 4π聚焦 光学斯格明子

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基于飞秒激光打印的二氧化钒光谱动态调控结构

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作者 朱家琦 吴世宇 +1 位作者 宋世超 曹耀宇 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期69-80,共12页

具有动态调控能力的微纳光学器件是近年来微纳光子学领域的研究热点,二氧化钒(VO2)作为一种常见的功能性可调谐材料,其相变前后晶态的转变导致材料本身电磁参数的变化,可用于实现对光谱的动态调控。本文利用VO2的相变特性和光敏树脂单... 具有动态调控能力的微纳光学器件是近年来微纳光子学领域的研究热点,二氧化钒(VO2)作为一种常见的功能性可调谐材料,其相变前后晶态的转变导致材料本身电磁参数的变化,可用于实现对光谱的动态调控。本文利用VO2的相变特性和光敏树脂单体的光聚合特性,通过在甲基丙烯酸酯单体中掺入VO2纳米晶,制备出了有效折射率可变的光敏型聚合物纳米复合材料。在此基础上,结合飞秒激光加工技术,开发出了具有相变调控特性的高精度二维、三维微纳光学结构的一次加工成型技术。测试结果表明,该方法所研制出的微纳光学结构,在外界温度达到相变临界温度时,结构中VO2纳米晶发生热致相变,导致结构整体的有效折射率发生变化,实现了对短波段光谱的动态调控。 展开更多

关键词 二氧化钒 聚合物纳米复合材料 飞秒激光直写 光场调控 动态调控

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基于全局拓扑优化深度学习模型的超构光栅分束器

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作者 邓人隽 史坦 +1 位作者 李向平 邓子岚 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期275-278,共4页

将深度学习模型应用于超构光栅分束器的逆向设计,可以在全局范围内获得具有良好均匀性和高衍射效率的结构。利用基于全局拓扑优化的深度学习模型,围绕超构光栅分束器的结构设计和衍射效率及均匀性等光学性能展开了一系列的研究。在波长... 将深度学习模型应用于超构光栅分束器的逆向设计,可以在全局范围内获得具有良好均匀性和高衍射效率的结构。利用基于全局拓扑优化的深度学习模型,围绕超构光栅分束器的结构设计和衍射效率及均匀性等光学性能展开了一系列的研究。在波长为900 nm的入射光下,基于全局拓扑优化深度学习模型设计出大角度高衍射效率超构光栅分束器,设计的分束角为120°与150°时衍射效率分别达到95%与85%。 展开更多

关键词 超构光栅 分束器 深度学习

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