纳米结构分子吸附引起的表面增强拉曼散射研究

利用模板印刷技术,制备了具有不同局域表面等离子体共振(LSPR)峰的Au纳米空心半球壳结构,并以4-巯基苯胺(4-ATP)为探针分子研究了纳米结构表面吸附分子对表面增强拉曼散射(SERS)强度的影响。结果表明,当纳米结构的LSPR峰位处于激发光波长的短波长或"马鞍型"位置时,SERS强度随吸附分子数的增加而增大;当处于长波长位置时,SERS强度呈现先增大后减小的趋势。利用分子吸附理论和纳米结构表面局域场强度变化,对此现象进行了解释。     

脉冲激光改性金属纳米薄膜的等离子体特性

在室温环境下,实验采用Nd\:YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。     

金纳米球壳结构局域表面等离子体共振调谐特性

理论研究了金纳米球壳结构局域表面等离子体共振(LSPR)的调谐特性。结果表明,对于固定内径的球壳结构,利用杂化效应使得球壳结构可通过改变其厚度实现LSPR峰位的调控,并可保持较窄的谱宽;而对于不同内径的球壳,在LSPR调控过程中,随壳层厚度与球壳内半径比值的减小,吸收光谱在消光光谱中所占比例增大。不仅如此,利用杂化效应进行偶极峰位调控时所能获得的峰位调控范围与球壳内径有关,内径越大,所能获得的偶极峰位调控范围越大。     

受纳米结构损伤限制的光纤拉曼探头SERS探测灵敏度

利用光线追迹法,研究了典型光纤拉曼探头在纳米结构损伤限制下收集到的SERS功率与样品位置之间关系,结果表明,对于不同焦距构成的同轴等光程光纤拉曼探头,在给定的纳米结构损伤阈值激发光功率密度下,样品偏离焦平面反而会使探头收集到的SERS功率增加,相比于样品远离探头方向偏离焦平面,靠近探头方向偏离焦平面时收集到的SERS功率更高。此外,收集光纤芯径越大,探头所收集的SERS功率越大。     

飞秒激光诱导石墨表面周期性纳米结构

介绍了使用近阈值飞秒激光(脉宽130 fs,中心波长800 nm)烧蚀高定向热解石墨(HOPG)的实验,研究了激光强度与烧蚀深度、激光强度与烧蚀面积之间的关系,计算得到石墨的烧蚀阈值为0.44 J/cm2.使用SEM观察样品表面的烧蚀凹坑,发现两种不同的周期性纳米结构,其周期分别为400 nm和100 nm左右.通过改变脉冲数量、激光能量等参数,分析了各种结构的形成条件.     

飞秒激光诱导材料表面纳米结构研究新进展

综述了利用飞秒激光脉冲在材料表而产生纳米结构现象的最新研究进展,介绍了在飞秒激光烧蚀过程中不同激光参量对纳米结构的影响,总结了纳米结构形成的主要物理机制。     

纳米金修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射

研究了纳米金粒子修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射性能.通过FDTD理论模拟仿真了不同粒径纳米金颗粒的场强分布;并采用化学还原的方法制备出直径分别为20、40和60 nm三种不同粒径的金颗粒,然后将纳米金粒子修饰到有序定向的碳纳米管阵列表面,并将该结构作为表面增强拉曼基底.FDTD软件仿真结果表明,60 nm粒径的纳米金颗粒周围场强分布最强,是入射场场强的15倍.同时将罗丹明6G溶液用于测试几组不同尺寸的金颗粒对拉曼散射光强的影响,发现60 nm金颗粒对R6G拉曼信号增强最大.FDTD理论模拟仿真和罗丹明6G溶液实验测试结果表明:金颗粒尺寸在20～60 nm内,颗粒尺寸越大,拉曼散射光的光强越大.     

Femtosecond laser processing stainless steel foil and its Fourier spectrum detection

In this paper, we use femtosecond laser pulse to scribe 304 stainless steel foil, detect the Fourier transform infrared spectrum of the sample before and after processing, confirm the "cold processing" and "thermal processing" and their mutual conversion, and determine the "cold processing" parameter window. The ablation threshold and incubation coefficient of 304 stainless steel foil are calculated, and the effects of scanning speed and effective pulse number on the ablation threshold are analyzed. The ANSYS software is used to simulate the radial and axial temperature distributions of the surface on 304 stainless steel foil sample and the heat-affected zone with a femtosecond laser fluence of 10 J/cm2 and an effective number of pulses of 1 200 are obtained. In the aspect of spectral detection, the Fourier transform infrared spectra of the sample before and after processing are measured and two processing mechanisms of "cold processing" and "hot processing" are confirmed, which proves that we can achieve the conversion between "cold processing" and "hot processing" by changing the laser fluence and determine the "cold processing" laser fluence range.     

飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀）

多年来,硅和锗一直被认为是合适制造探测器和集成光电器件的半导体材料。然而,与金刚石基器件相比,这种四价半导体的抗辐射损伤能力较差,而且在恶劣条件或高强光辐照下,器件的稳定性较差。近年来,金刚石因其优异的光学与力学性能,在集成光子学、传感和量子光学等领域展现了巨大的应用前景。利用激光诱导金刚石微纳结构为开发金刚石上的三维光互联器件、全碳探测器、石墨电阻以及单光子源的实现提供了一种有潜力的制备方法。阐述了飞秒激光诱导金刚石色心形成、石墨化和折射率变化的物理机制,在此基础上,进一步探究了飞秒激光诱导金刚石微纳结构在单光子源、传感器和光波导等方面的应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

激光光斑的图像处理及边缘检测的改进

为了更精准地检测激光光斑中心位置与半径,用Matlab对采集到的激光光斑图像进行仿真对比实验,根据每一步图像处理结果分析,选出最理想的方案进行图像后续处理。最后根据光斑边缘检测的效果,用LabVIEW做出曲线拟合与图像边界的认定,解决了圆拟合算法对二值化后的光斑图像边缘认定不准,半径计算不够精确等关键问题。实验结果表明改进后的中心定位法,切实可行,对激光发射机光斑半径及其他参数的检测提供了一种更为精确的手段。     

爆炸物检测中微弱NQR信号的处理

介绍了用核四极矩共振技术检测爆炸物品的原理及检测过程中信号的处理方法。根据NQR测量中接收信号极其微弱的特点,针对以数字累加技术处理NQR信号的常规方法,提出了利用相关检测的方法来处理核四极矩共振（NQR）信号,该方法可以更有效地提高信噪比,并消除随机噪声和外界干扰对接收信号的干扰,从而提高了检测微弱NQR信号的准确性。     

Infared holographic optical elements with applications to laser material processing

Reflective holographic elements replayed at the 10.6 μm wavelength of the CO2laser can generate wavefronts that cannot be obtained using conventional optical elements. One proposed application is to use the projected holographic real image for laser materials processing, such as cutting or soldering. Three methods are discussed for producing the required holograms: computer generation, direct recording at 10.6 μm, and indirect recording in the visible. Results are presented on image intensity roll-off and aberrations introduced in image reconstruction.     

共振喇曼光谱法检测人体皮肤中类胡萝卜素

类胡萝卜素作为一种强抗氧化剂在人体的抗氧化防御系统中起着重要作用,它在人体中的含量可以用来表征人体的健康状况。为了研究人体中的类胡萝卜素含量,采用了共振喇曼光谱法检测人体皮肤中的类胡萝卜素。经过反复实验得到了实验参量的最佳选择。例如选择测量部位为拇指内侧,入射波长473nm、入射光强度20mW、曝光时间5s。同时通过甘油匹配的方法增加了探测到的喇曼信号的强度。利用拟合差分算法有效去除了荧光背景噪声。最终获得了明显的人体皮肤中类胡萝卜素的喇曼光谱。结果表明,用共振喇曼光谱法检测人体皮肤中类胡萝卜素是一种行之有效的方法。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

Randomized data selection in detection with applications to distributed signal processing

Performing robust detection with resource limitations such as low-power requirements or limited communication bandwidth is becoming increasingly important in contexts involving distributed signal processing. One way to address these constraints consists of reducing the amount of data used by the detection algorithms. Intelligent data selection in detection can be highly dependent on a priori information about the signal and noise. In this paper, we explore detection strategies based on randomized data selection and analyze the resulting algorithms' performance. Randomized data selection is a viable approach in the absence of reliable and detailed a priori information, and it provides a reasonable lower bound on signal processing performance as more a priori information is incorporated. The randomized selection procedure has the added benefits of simple implementation in a distributed environment and limited communication overhead. As an example of detection algorithms based upon randomized selection, we analyze a binary hypothesis testing problem, and determine several useful properties of detectors derived from the likelihood ratio test. Additionally, we suggest an adaptive detector that accounts for fluctuations in the selected data subset. The advantages and disadvantages of this approach in distributed sensor networks applications are also discussed.     

Ge-As-Se-Te硫系玻璃的飞秒激光损伤特性

Ge-As-Se-Te（GAST）硫族化物玻璃拥有超过20 μm的超宽透射范围,是一种可应用于中红外（MIR）和远红外(FIR)波段的优良光学材料。通过熔融淬火法制备了Ge_xAs_40?xSe₄₀Te₂₀（x = 0、10、20、30、40 mol%）系列硫系玻璃,采用不同波长（800 nm,3 μm和4 μm）、功率和重复频率的飞秒激光辐照硫系玻璃,利用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱等手段研究了GAST的激光损伤特性。研究结果发现,Ge_xAs_40-xSe₄₀Te₂₀玻璃的激光诱导损伤阈值（LIDT）随着样品中Ge含量的增加而增加,在800 nm下Ge₃₀As₁₀Se₄₀Te₂₀玻璃的LIDT达到最高40.16 mJ/cm2。随着飞秒激光波长增加,系列玻璃的LIDT也逐步增加,Ge₃₀As₁₀Se₄₀Te₂₀在4 μm激光辐照下LIDT达到81.09 mJ/cm2。此外,研究结果表明样品LIDT随着激光的脉冲辐照数量和重复率的增加将逐渐减小。     

基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统设计

设计实现了基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统,对系统设计基本原理、基本构成和系统架构进行了分析说明,论述了基于LabVIEW多线程和模块设计的激光主动探测控制与处理系统架构具有功能完整、运行高效、扩展性强、稳定性好、人机交互性好等优点。最后利用该系统进行了激光主动探测实验,结果表明:该系统可以实时获取并处理实验数据并进行可视化显示,满足激光主动探测应用需求,为激光主动探测技术应用提供了一种新手段。