径向偏振光瞳滤波共焦拉曼光谱显微系统研制

针对共焦拉曼系统空间分辨力提升的迫切需求,研制了一套径向偏振光瞳滤波共焦拉曼光谱显微系统(RPCRS)。该系统利用径向偏振光发生器(S波片)将激光器发出的线偏振光转换为径向偏振光;然后,利用光瞳滤波器对径向偏振光进行调制,从而压缩拉曼激发光斑;最后,利用共焦针孔消除焦点外位置的拉曼散射光,进一步提升共焦拉曼显微系统的空间分辨力。该系统具有较高的空间分辨力和横向灵敏度。以周期性刻线和标准台阶作为测试样品进行实验,实验结果表明,RPCRS的空间分辨力可以达到240 nm,横向灵敏度相比普通拉曼共焦系统提升了46.5%,测量标准不确定度为18.87 nm。该系统可用于高空间分辨共焦拉曼成像。     

用于去除非共振背景的圆偏振宽带CARS光谱研究

相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)是一种受激拉曼现象,在显微成像时,存在非共振背景,会导致光谱产生峰位偏移和谱线变形。本文利用飞秒激光作为光源,通过光栅滤波系统产生窄带泵浦光,飞秒激光激发光子晶体光纤产生超连续谱作为斯托克斯光,两束光被调制为圆偏振光后同时激发样品产生CARS光谱。通过模拟计算说明圆偏振光可以有效去除各向异性材料CARS光谱中的非共振背景,从而使CARS光谱具有和自发拉曼相似的谱线形状。聚苯乙烯微球和液晶样品的CARS光谱实验结果与模拟计算基本相符,说明圆偏振是一种有效去除CARS光谱非共振背景的方法。     

铌酸锶钡铁电薄膜的微结构与薄膜厚度的关系

叙述了使用溶胶—凝胶法在 Si( 0 0 1 )基片上制备不同厚度的铁电铌酸锶钡薄膜的过程 ,使用 X射线衍射 ,扫描电子显微镜 ,拉曼散射光谱等方法研究薄膜的微结构与薄膜厚度之间的关系 ,薄膜的厚度一直能够达到 5 μm。实验发现 ,随着厚度的增加 ,SBN60薄膜在 ( 0 0 1 )方向的优先取向性越来越好。在逐层生长的过程中 ,处于底层的膜层能够起到缓冲层的作用 ,以逐渐改善薄膜与基片之间的晶格失配 ,从而使得晶体的结晶取向性越来越好     

新型光子纳米射流器件的设计

光子纳米射流是一种高强度,极窄的亚波长电磁场区域,它是由介电微球或微柱体的Mie散射对电磁场的聚焦作用产生的。光子纳米射流广泛应用于激光加工、纳米光刻、光学高密度存储以及超分辨率显微镜。从径向偏振光的角度出发,使用一种介电圆环结构对光束进行聚焦,由于径向偏振光在焦点区域可以产生较强的纵向场,通过优化圆环的尺寸、折射率以及与物镜焦点的相对位置,可以得到超过90%光束质量的纵向光子纳米射流,而且强度相比于未使用圆环时可以提高约一个数量级,并在高折射率下可以获得半高全宽小于衍射极限尺寸的光斑,因此该结构预计可以在粒子加速、光镊以及拉曼光谱学中有所应用。     

过渡金属二硫化物拉曼散射在免疫检测中的应用

为了利用可见光激发下半导体拉曼散射信号实现生物检测,以窄带隙的MoS_2材料构建了拉曼免疫标记探针,用于实现对人IgG分子的高特异性识别。首先,运用液相剥离法分别获得了MoS_2和WS_2微米材料,以加热陈化处理分析了温度对532nm激发下样品拉曼散射信号强度的影响。之后借助3-巯基丙酸修饰向MoS_2材料表面引入羧基,进而获得了可用于免疫检测的拉曼探针。最后,以"抗体-待测物-抗体"的三层结构分析了基于MoS_2拉曼散射的免疫检测性能。实验发现适当温度下加热陈化处理可增强过渡金属二硫化物的拉曼散射强度(70℃下最优)。多组对照实验结果表明,免疫检测生物芯片的拉曼信号强度随人IgG浓度的升高而升高,最终趋于饱和,最低浓度的检测限达到1fM,实现了可见光激发下利用半导体拉曼散射信号对目标分子的高灵敏度、高特异性免疫检测。     

Si(111)和Si(100)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延生长特征

采用激光分子束外延技术在Si(111)和Si(100)衬底上制备了AlN薄膜,研究了衬底温度和激光能量对薄膜物相结构和形貌的影响。结果表明:低的激光能量和高的衬底温度有益于薄膜的取向度和表面质量;激光能量为100mJ时,Si(111)衬底上的AlN薄膜呈单一的h-AlN(002)取向,Si(100)衬底上的薄膜在600℃时出现小的h-AlN(100)衍射峰,在700℃时呈微弱的h-AlN(002)取向;在Si(111)衬底上更易生长出取向度高的AlN薄膜。     

典型食用油的荧光光谱特性与拉曼光谱特性研究

本文结合激光诱导荧光技术和激光拉曼技术,建立了基于光谱分析的食用油快速分析系统,并利用此系统测量了多种油类样品的荧光光谱及拉曼光谱信号,结果表明,油类样品存在极为丰富的荧光信号和拉曼信号,不同种类的油类样品信号存在较大差异。因此,食用油的激光诱导荧光光谱和拉曼光谱可以作为食用油安全快速检测的一种依据,适于发展快速监测仪器。     

基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪

本文介绍了一种基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪。光谱仪采用了迈克尔逊干涉仪将拉曼光信号调制成干涉信号,通过计算机对干涉信号做快速傅里叶变换(FFT)得到拉曼光谱。为了克服干涉仪中动镜和定镜两面平面反射镜之间在运动过程中产生倾斜和振动,导致拉曼光谱调制度和信噪比降低,设计中采用了通过控制三个磁力线圈的磁场力的方式动态调整定镜的姿态实现动态准直。采用单晶硅材料作为样品对仪器性能进行测试,实验结果表明,该拉曼光谱仪的分辨率达到2 cm-1,测试硫的光谱和三氧化二锑的光谱的信噪比优于100:1。该仪器的设计和研发为我国未来同类仪器的创新发展做出有益探索。     

铌酸锶钡铁电薄膜的微结构与薄膜厚度的关系

叙述了使用溶胶-凝胶法在Si(001)基片上制备不同厚度的铁电铌酸锶钡薄膜的过程,使用X射线衍射,扫描电子显微镜,拉曼散射光谱等方法研究薄膜的微结构与薄膜厚度之间的关系,薄膜的厚度一直能够达到5μm.实验发现,随着厚度的增加,SBN60薄膜在(001)方向的优先取向性越来越好.在逐层生长的过程中,处于底层的膜层能够起到缓冲层的作用,以逐渐改善薄膜与基片之间的晶格失配,从而使得晶体的结晶取向性越来越好.     

铌酸锶钡铁电薄膜的微结构与薄膜厚度的关系

叙述了使用溶胶-凝胶法在Si(001)基片上制备不同厚度的铁电铌酸锶钡薄膜的过程,使用X射线衍射,扫描电子显微镜,拉曼散射光谱等方法研究薄膜的微结构与薄膜厚度之间的关系,薄膜的厚度一直能够达到5μm.实验发现,随着厚度的增加,SBN60薄膜在(001)方向的优先取向性越来越好.在逐层生长的过程中,处于底层的膜层能够起到缓冲层的作用,以逐渐改善薄膜与基片之间的晶格失配,从而使得晶体的结晶取向性越来越好.     

Bessel beams as virtual tips for near-field optics

In the previous NFO meeting, we proposed the use of confined evanescent light beams as ‘virtual’ or ‘immaterial’ tips. Unfortunately, this technique was hindered by the need for perfectly radially polarized light beams. In this communication, we propose a simple, stable and cheap method allowing the generation of beams of any polarization and more especially of purely radially polarized light beams. We also demonstrate both theoretically and experimentally that for near‐field imaging systems polarization is a limiting factor of resolution and light confinement. Finally, we present the very first experimental results dealing with virtual tips.     

基于LCP径向偏振光输出的掺镱MOPA脉冲光纤激光器

为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出,提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法,利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成,通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器,最终获得的平均输出功率为19.5 W,脉宽为10 ns,重复频率为10 kHz,横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出,模式转换效率可达97%。另外,通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%,兼具高功率与高纯度的优势。     

一种低温极化电子拉曼散射系统简介

本文介绍了一种低温极化电子拉曼散射系统的组成、结构、用法及成果。拉曼散射是一种常见的非弹性光散射现象。通过检测散射光谱,可以对材料的内在基础性质进行深入研究。拉曼散射光中也包含了更深层次的电子激发信息,表现为连续的拉曼谱,并具有很低的信号强度,需要严格控制杂散光的影响,并需低温（液氦）和高真空的极端条件。为此,我们设计并建造了一套低温极化（低温下光的偏振）电子拉曼散射系统,并获得一些科研成果。     

Sample modulated Raman spectroscopy and frequency modulated visible light--resonance Raman spectrum of a polydiacetylene fiber

Methods for obtaining sample modulated Raman (SMR) spectra and frequency modulated visible light are described. The sample modulated Raman method is one in which the frequency of the Raman scattered light is modulated by the sample which is responding to an externally applied periodic stress. The Raman active modes of the sample which are due to the vibrational motion of those molecular-scale units that change in response to the external stress are modulated and appear in the frequency-locked phase sensitively detected Raman spectrum. Those modes due to units that do not respond significantly to the stress do not appear. In principle the SMR method permits determination of those molecular units of a complex substance that are responsible for the substance's response to an external stress. The Raman scattered light is frequency modulated, has the wave form nu=nu(0)-nu(i)-(deltanu) sin(2pi ft), where nu(0) is the incident monochromatic light, nu(i) is the vibrational frequency of the statically stressed material, and (deltanu) is the magnitude of the frequency shift caused by the maximum stress applied at the frequency f.     

Probing highly confined optical fields in the focal region of a high NA parabolic mirror with subwavelength spatial resolution

Parabolic mirrors with a high numerical aperture can be conveniently used to produce highly confined optical fields in the focal region. Furthermore, these fields can have interesting polarization behaviour due to the high numerical aperture. In particular, if the mirror is illuminated with a size matched radially polarized or azimuthally polarized doughnut mode, the electric field has in the focal region almost exclusively a longitudinal or a transverse polarization component. Such field distributions are interesting for applications in confocal or near‐field optical microscopy. Here we present experimental results where we have probed some of these field distributions by raster scanning a fine gold tip in nanometer steps through the focal region and detecting the scattered light intensity. The measured intensity patterns are compared with corresponding vector‐field calculations.     

Novel laser induced breakdown spectroscopy – Raman instrumentation using a single pulsed laser and an echelle spectrometer

Raman spectroscopy is a fast technique providing molecular and structural characteristics of analytes, while laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is powerful for elemental analysis. In this work, a novel hybrid LIBS–Raman instrument (LIBRAS) was developed, which is capable of providing both atomic emission spectra as well as vibrational spectra of polyatomic ions. LIBS and Raman signals were recorded simultaneously with respective 1064 and 532?nm pulse beams emitted from the single pulse laser. Meanwhile, one echelle spectrometer, equipped with an electron multiplying charge-coupled device detector, was applied to collect all LIBS and Raman signals. Mineral samples were measured by this novel hybrid setup, with their main elements and molecular vibrations being studied.     

航空多角度偏振辐射计的偏振定标

研究了航空多角度偏振辐射计的辐射定标方法,以消除其自身引入的偏振效应,提高偏振辐射计的测量精度.首先,根据引入仪器偏振效应的主要因素推导了含定标系数的仪器探测方程,由仪器在0°和90°两个状态下对同一信号的探测方程求解了定标系数表达式,并设计了仪器分别处于两个状态下获取信号、求解定标系数的定标方法.最后,分别针对非偏振光源和完全线偏振光源的测试数据求解了所有的定标系数,使用可调偏振度光源验证了偏振定标结果.结果显示,该仪器偏振测量精度不低于o.5％,满足仪器精度指标要求.     

基于锁相技术和磁光调制的旋光角度检测

根据法拉第磁光效应和锁相基本原理,研究了经磁光调制后的偏振光通过旋光物质后的偏转情况,分析了透射光信号中的与调制频率相同的基频信号和二倍于调制频率的倍频信号。通过对基频幅值和倍频幅值进行比较,提出了一种测量旋光角度的计算方法,根据旋光角和磁偏角两者之间的关系,提出了一种用标准石英管来标定法拉第磁光效应中磁偏角大小的方法,并对其进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。