关于可分裂的光子模型的进一步分析和探讨(上)

在作者已有工作和思考的基础上,进一步 分析和探讨了可分裂的光子模型,并给出了集合或整体意义上的总 体量(例如吸收率、反射率和透射率)与单个光子的对应量(例如吸收、反 射和透射)之间的对应关系。利用可分裂的光子模型可以解释反射、衍 射、干涉等光学现象。基于蒙特卡罗方法和可分裂的光子模型,可 以对反射、衍射、干涉等光学现象进行计算机仿真。介绍了有关仿 真算法的思路。     

论光子分裂视角下的宇宙观(上)

在思想实验的框架下,提出了体积或 形状可变的广义质点的概念。分析了光速概念的起源。论述 了超光速的不可能性。提出了宇宙起源于一个初始光子黑洞 的分裂的观点。运动速度接近光速的类星体是支持光子分裂模 型的第一个证据。可以将光子分为高能光子和低能光子。讨 论了光子数据的排列和筛选问题。由黑洞可以导出黑体的概 念。介绍了基于MATLAB软件的黑体辐射公式推导过程。通过在光 子数据序列中引入一项“0”,可以得到低能光子的黑体辐射 公式(即普朗克公式),否则得到的是包括高能光子在内的结 果趋于无穷大的黑体辐射公式。对于宇宙终极命运的描述来 说,无需引入熵等其他概念或术语。通过光子分裂模型加上辐 射换热模型即可得到与热寂理论或耗散结构理论等价的结 论。介绍了基于光子分裂的暗物质粒子(暗子)模 型。暗子是支持光子分裂模型的第二个证据。提出了宇宙演 化的光速→非光速循环模型。     

论光子分裂视角下的宇宙观(下)

在思想实验的框架下,提出了体积或形状可变的广义质点的概念。分析了光速概念的起源。论述了超光速的不可能性。提出了宇宙起源于一个初始光子黑洞的分裂的观点。以接近光速运动的类星体是支持光子分裂模型的第一个证据。可以将光子分为高能光子和低能光子。讨论了光子数据的排列和筛选问题。从黑洞可以导出黑体的概念。介绍了基于MATLAB的黑体辐射公式推导过程,通过在光子数据序列中引入一项“0”,得到的是低能光子的黑体辐射公式(即普朗克公式),否则得到的是包括高能光子在内的、结果趋于无穷大的黑体辐射公式。对于宇宙终极命运的描述来说,不需要引入熵等其他概念或术语,光子分裂模型加上辐射换热模型即可得到与热寂理论或耗散结构理论等价的结论。介绍了基于光子分裂的暗物质粒子(暗子,darklet)模型。暗子是支持光子分裂模型的第二个证据。提出了宇宙演化的光速→非光速循环模型。     

基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器

通过模拟计算研究了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出了一种二维光子晶体1×2分束器。基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法对这种分束器的特性进行了数值计算和分析。研究发现,这种分束器的透射率可高达96%,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。     

论光子分裂视角下的宇宙观(中)

在思想实验的框架下,提出了体积或形状可变的广义质点的概念。分析了光速概念的起源。论述了超光速的不可能性。提出了宇宙起源于一个初始光子黑洞的分裂的观点。以接近光速运动的类星体是支持光子分裂模型的第一个证据。可以将光子分为高能光子和低能光子。讨论了光子数据的排列和筛选问题。从黑洞可以导出黑体的概念。介绍了基于MATLAB的黑体辐射公式推导过程,通过在光子数据序列中引入一项“0”,得到的是低能光子的黑体辐射公式(即普朗克公式),否则得到的是包括高能光子在内的、结果趋于无穷大的黑体辐射公式。对于宇宙终极命运的描述来说,不需要引入熵等其他概念或术语,光子分裂模型加上辐射换热模型即可得到与热寂理论或耗散结构理论等价的结论。介绍了基于光子分裂的暗物质粒子(暗子,darklet)模型。暗子是支持光子分裂模型的第二个证据。提出了宇宙演化的光速→非光速循环模型。     

基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器

通过模拟计算研究了二维三角形1光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出了一种二维光子晶体1×2分束器.基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法对这种分束器的特性进行了数值计算和分析.研究发现,这种分束器的透射率可高达96%,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值.     

五平行光子晶体多模波导的耦合特性及应用

本文通过模拟计算研究了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性。提出一种二维光子2端口晶体分束器,基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法数值计算和分析了这种分束器的特性。研究发现这种分束器的反射率低于10-4,透射率可高达0.9999。我们分析发现造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。     

光子晶体的反射振幅系数比特性的理论研究

运用光学传输矩阵法,通过数值模拟计算,研究了一维光子晶体中两偏振光（p波和s波）反射振幅系数比的两个参数与其它因素的关系。研究结果表明,对于不同折射率,不同光学厚度组合的一维光子晶体,反射光的振幅系数比变化是不同的。其反射光的相位差随入射角的改变而发生变化。利用相位差可连续改变的特性可以制成效率极高的反射型相位补偿器。     

棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究

模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。     

5平行光子晶体多模波导的耦合特性及应用

为了模拟计算研究2维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出一种2维光子晶体2端口分束器.基于自成像多模干涉效应,采用有限时域差分法,数值计算和分析了这种分束器的特性.结果表明,这种分束器每个输出端的反射率低于0.002,透射率可高达0.498,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应.这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重要的潜在应用价值.     

论光子分裂视角下二进制数据的量子态表达

根据相关的基本概念,从量纲分析和思想 实验的角度介绍了光速的起源,并指出了超光速的不可能性。深 入探讨了光量子和量子态等概念的内涵。基于光子分裂的视 角,分析了基于量子态表达二进制数据的物理实质,提出了可 控的光子分裂的概念。可控的光子分裂是实现二进制数据量子 态表达的前提。讨论了量子通信的现有理论基础可能会面临的问 题。     

光子筛及其优化设计

光子筛是一种基于光的衍射原理设计制作的新型成像光学器件,用非光学玻璃材料薄片制成,可广泛应用于多种光学仪器,其成像特性类似于传统的折射透镜,但比折射透镜分辨率高、成像质量优越。现在使用的光子筛皆为共轴元件,产生的多焦现象会降低衍射效率,影响聚焦效果。根据离轴光子筛可提高像质,推导出了理论表达式。研究表明在共轴情况下背景光强要大于所需要的信息光强,因而背景光会降低图像的清晰度。给出了一种制作离轴光子筛的方法,通过4f系统,用全息干板在像面记录,制成体全息光学器件,以消除背景光的干扰与高级衍射提高图像的清晰度。     

光子并合作用对激光雷达测量臭氧的影响分析

在激光雷达测量平流层下部臭氧时,我们发现光电倍增管接收到较低高度的强信号后,回波信号会产生光子并合现象。数据处理分析表明,光子并合现象对平流层下部臭氧测量的影响很大.为避免产生光子并合现象的产生,可以利用在接收光路上加装中性衰减片、提高光电倍增管开始工作的高度和降低光电倍增管增益等措施来分段测量,提高臭氧测量的精度.     

High‐Order Shift Current Induced Terahertz Emission from Inorganic Cesium Bromine Lead Perovskite Engendered by Two‐Photon Absorption

High‐order nonlinear optical phenomena are interesting from a fundamental point of view as they reveal intrinsic symmetries of the materials. Potentially they can also be used for practical optoelectronic applications. High‐order shift current is one of these phenomena, and yet it has never been detected in experiments, primarily due to the difficulty in conventional contact detection. In this work, the shift current due to the two‐photon absorption (TPA) from all‐inorganic perovskite CsPbBr₃ is first observed by a contactless and nondestructive terahertz (THz) emission method. The results reveal that the THz emission is dominated by a high‐order shift current (fourth‐order nonlinear optical effect) with the below‐bandgap photon energy of femtosecond laser excitation. The high‐order shift current origins from the broken inversion symmetry induced by the dynamic stereochemical activity of the Pb²⁺ lone pair. A microscopic TPA‐assisted nonlinear optical model is presented to describe the photophysical process of the THz emission. The model matches well with the quadratic pump fluence and angular dependence of the THz emission. This work can not only open a new venue for the all‐inorganic perovskite‐based nonlinear optoelectronics and THz devices, but also afford a THz technology for the high‐order nonlinear effect analysis.     

多像素光子计数器的光子数分辨模型与实验验证

以多像素光子计数器(MPPC)的光电特性与工作原理 为基础,提出了MPPC的短脉冲光子数分辨模型,并分别在忽略与考虑光学串话(OC,optical crosstalk)效应时导出MPPC的短脉冲光响应模型。实验表明,理论模型与实验结果吻合, 且实际的光子数分辨谱对理想 分布的偏离主要是由于OC效应引起的。利用本文模型可以方便而准确地反 演出入射光脉冲的平均光子数信息,快速地判断入射光子数分布是否是预期的统 计分布,并可以推广到具有其他脉冲光子数统计分布的情况,具有一定的普适性。 本文理论模型不仅可用于指导MPPC的设计与优化,而且对MPPC在光 子统计分布的测量、单光子源的表征等弱光探测领域的应用具有较重要的意义。     

相干背散射法测量微结构光纤中的光子局域化

光子局域化是光子晶体的重要性质,提出采用相干背散射法对微结构光纤(MOFs)进行测量,为了便于理解并解释光子局域化的理论,在可见光波段分别测量了石英晶体、集束式微结构光纤和双芯型微结构光纤,应用光波经典扩散理论,搭建了实验平台。实验结果表明,对石英晶体的探测没有发现相干现象,而在575 nm左右微结构光纤中产生了很强的干涉。分析认为是由于二维微结构光纤的端面中分布着从节区到脉区变化的周期结构,尺寸约为500~600 nm,相当于一些不连续的散射粒子,当入射575 nm光波长和这些粒子的尺寸相接近时,满足了光子局域化的条件,便产生了强烈的背相散射相干现象。     

Multibranched Octupolar Module Embedded Covalent Organic Frameworks Enable Efficient Two‐Photon Fluorescence

Covalent organic frameworks (COFs) have emerged as potential light emitting polymers for optoelectronic and optical devices, but their nonlinear optical properties, particularly two‐photon absorption and fluorescence (TPA/TPF), have seldom been explored. Herein, to construct octupolar three‐branched modules (e.g., acceptor 3‐(donor‐core), triphenylbenzene core) within a 2D cyano‐sp²c‐conjugated framework is proposed that results in two‐photon luminescent COFs, combining a large TPA cross section and high quantum yield (QY). Such octupolar module‐embedded sp²c‐conjugated COFs emit not only intense one‐photon fluorescence with QY of 27.2% in the solid state and 38.1% in tetrahydrofuran—superior to almost all reported COFs, but also efficient two‐photon fluorescence with large TPA cross section of 1225 GM—remarkably surpassing the corresponding cyano‐sp²c‐linked model compounds (104 GM). The finding highlights the synergy between sp²c‐conjugated framework and octupolar modules that leads to markedly improved TPA response owing to extended conjugated length, enhanced planarity and multidimensional intramolecular interaction. In view of the versatility of the branched chromophore, the proposed design idea is expected to be used to exploit more two‐photon active COF materials for a range of applications. Multiple uses of the COF in information encryption and warm white light‐emitting diodes are also exemplified.     

Analysis of Optical Losses in a Photoelectrochemical Cell: A Tool for Precise Absorptance Estimation

Optical losses in a photoelectrochemical (PEC) cell account for a substantial part of solar‐to‐hydrogen conversion losses, but limited attention is paid to the detailed investigation of optical losses in PEC cells. In this work, an optical model of combined coherent and incoherent light propagation in all layers of the PEC cell based on spectroscopic measurements is presented. Specifically, photoelectrodes using transparent conductive substrates such as F:SnO₂ coated with thin absorber films are focused. The optical model is verified for hematite photoanodes fabricated by atomic layer deposition and successfully used to determine wavelength‐dependent reflection, transmission, layer absorptances, and charge generation rates. Furthermore, the calculated absorptances enable 20–30% more accurate calculations of the absorbed photon‐to‐current efficiency of PEC cells. Our optical model is a powerful tool for the optimization of the optical performance of PEC cells focusing on single absorber or tandem configurations and represents a cornerstone of a complete (optical and electrical) model for PEC water splitting cells.