超快光學的案例
具有超快光學調制的被動輻射冷卻智能窗
目前，超材料、無機多層結構、納米粒子嵌入結構、多孔聚合物薄膜等均被設計用于PRC領域，并且獲得了高效的PRC效率。為了應對多變的天氣，制冷效率的動態調節顯得尤為重要，但目前僅有少數能夠通過溫度或液體浸潤來實現PRC效率調節的相關報道。然而，這些動態PRC材料的響應性因素在現實環境中具有不可預測性以及不穩定性，且切換速度非常有限。為了滿足實際應用的要求，實現PRC材料冷卻效率的超快和穩定按需控制是極其必要的，但具有挑戰性。
聚合物分散液晶(PDLC)內部呈現多孔結構，通過電場能夠對液晶微滴與聚合物基質間的折射率匹配性進行調節，從而實現薄膜光學性能變化。由于制備簡單且成本低，PDLC在動態光學調節窗、建筑墻壁、投影屏幕等方面得到了廣泛的應用。實際上，PDLC的聚合物基體在紅外區域具有特殊的化學鍵振動，有望在大氣窗口范圍內產生穩定的紅外熱發射，這在過去的研究中顯然被忽視了，有待于進一步的探索。
中國PDLC薄膜的工作原理示意圖
02
成果掠影
近日，北京大學楊槐教授與湘潭大學謝鶴樓教授合作，通過分子設計，在傳統的PDLC基體中引入具有中紅外發射能力的可聚合單體并調控基體的微觀結構，首次提出了一種電控PRC智能窗，在單一薄膜中同時實現了被動輻射冷卻和太陽光調制。通過給定電壓控制入射太陽光的總量，以毫秒級的響應能力實現了熱量的按需多級管理 。該工作有望為先進光學器件和節能設備的設計提供新的啟示。
展開 Nature：石墨烯氮微諧振器中的柵極可調諧頻梳
引言
光學頻率梳以不連續的等間隔頻率發射光脈沖，是現代頻率計量學，精密光譜學，天文觀測，超快光學和量子信息的基礎。但是，無論是在微腔還是纖維腔中決定結構的激光腔內的色散通常難以用電場調諧。這種電動控制可以將光學梳齒和光電子相連，使得一個諧振器中的各種梳狀輸出具有快速和方便的可調性。由于其卓越的費米-狄拉克可調性和超快的載流子遷移率，石墨烯具有復雜的光色散，可通過柵極電壓進行調整。這帶來了光電子技術的進步，如調制器，光電探測器和可控等離子體激元。
成果簡介
近日，來自成都電子科技大學的姚佰承（通訊作者）的團隊在Nature發表了題為Gate-tunable frequency combs in graphene–nitride microresonators的文章，通過將柵極可調光導與氮化硅光子微諧振器耦合，從而通過改變費米能級來調制其二階和更高階色散來證明石墨烯基光學頻率梳的門控腔內可調諧性。他們實現了雙層離子凝膠門控晶體管，以在單電壓電平控制下調節石墨烯0.45-0.65電子伏特范圍內的費米能級。他們進一步證明了從周期性孤子晶體到具有缺陷的晶體的電壓可調諧轉換，這種結合了單原子層納米科學和超快光電子的異質石墨烯微腔將有助于提高我們對動態頻率梳和超快光學的理解。
圖文導讀
圖1：柵極可調石墨烯氮化物異質微腔的概念設計與實現
a: GMR的示意結構，氮化硅用灰色表示；
b: 石墨烯-氮化物異質波導的電場分布；
c: 光學顯微照片顯示母線波導（紅色箭頭），環形諧振器和Au/Ti金屬化圖案；
d: 根據其費米能級計算石墨烯的速度色散和三階色散。
展開 VirtualLab：鏡面膜層對脈沖特性的影響
摘要
隨著超快光學領域新技術的出現，向目標發射超短脈沖已成為一項越來越重要的任務。為此，通常使用帶有金屬或電介質層鍍膜的鏡子。因此，研究所選類型的反射鏡對傳播脈沖特性的影響具有特別重要的意義。在這個用例中，我們以鍍銀鏡和高反射（HR）介質涂層鏡為例，通過比較系統中的脈沖傳播來說明這種效果。
建模任務
系統構建模塊—元件
系統構建模塊—探測器
總結—元件
光線和場追跡結果
脈沖評估——銀鏡振幅
脈沖評估-銀鏡半高全寬
脈沖評估——鏡面振幅
脈沖評估——介質鏡半高全寬
不同反射鏡類型的最終脈沖比較
100fs脈沖的結論
?眾所周知，金屬表面整體上具有較低的色散效應，因此銀涂層可以很好地保持脈沖持續時間，但反射率較低。
?HR介電TiO2-SiO2涂層保持峰值和半高全寬相當穩定，因為在其設計頻率范圍內使用時，色散效應幾乎為零。
30fs脈沖的結論
?對于較短的脈沖持續時間，所研究的HR電介質涂層產生加寬的半高全寬和降低的峰值振幅。
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
展開 VirtualLab：鏡面膜層對脈沖特性的影響
摘要
隨著超快光學領域新技術的出現，向目標發射超短脈沖已成為一項越來越重要的任務。為此，通常使用帶有金屬或電介質層鍍膜的鏡子。因此，研究所選類型的反射鏡對傳播脈沖特性的影響具有特別重要的意義。在這個用例中，我們以鍍銀鏡和高反射（HR）介質涂層鏡為例，通過比較系統中的脈沖傳播來說明這種效果。
建模任務
系統構建模塊—元件
系統構建模塊—探測器
總結—元件
光線和場追跡結果
脈沖評估——銀鏡振幅
脈沖評估-銀鏡半高全寬
脈沖評估——鏡面振幅
脈沖評估——介質鏡半高全寬
不同反射鏡類型的最終脈沖比較
100fs脈沖的結論
?眾所周知，金屬表面整體上具有較低的色散效應，因此銀涂層可以很好地保持脈沖持續時間，但反射率較低。
?HR介電TiO2-SiO2涂層保持峰值和半高全寬相當穩定，因為在其設計頻率范圍內使用時，色散效應幾乎為零。
30fs脈沖的結論
?對于較短的脈沖持續時間，所研究的HR電介質涂層產生加寬的半高全寬和降低的峰值振幅。
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
更多閱讀
-Pulse Broadening in Dispersive Media Femtosecond Pulse Propagation through Dispersive Seawater Grating Stretcher for Ultrashort Pulses
展開 
VirtualLab：鏡面膜層對脈沖特性的影響
摘要
隨著超快光學領域新技術的出現，向目標發射超短脈沖已成為一項越來越重要的任務。為此，通常使用帶有金屬或電介質層鍍膜的鏡子。因此，研究所選類型的反射鏡對傳播脈沖特性的影響具有特別重要的意義。在這個用例中，我們以鍍銀鏡和高反射（HR）介質涂層鏡為例，通過比較系統中的脈沖傳播來說明這種效果。
建模任務
系統構建模塊—元件
系統構建模塊—探測器
總結—元件
光線和場追跡結果
脈沖評估——銀鏡振幅
脈沖評估-銀鏡半高全寬
脈沖評估——鏡面振幅
脈沖評估——介質鏡半高全寬
不同反射鏡類型的最終脈沖比較
100fs脈沖的結論
?眾所周知，金屬表面整體上具有較低的色散效應，因此銀涂層可以很好地保持脈沖持續時間，但反射率較低。
?HR介電TiO2-SiO2涂層保持峰值和半高全寬相當穩定，因為在其設計頻率范圍內使用時，色散效應幾乎為零。
30fs脈沖的結論
?對于較短的脈沖持續時間，所研究的HR電介質涂層產生加寬的半高全寬和降低的峰值振幅。
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
更多閱讀
-Pulse Broadening in Dispersive Media Femtosecond Pulse Propagation through Dispersive Seawater Grating Stretcher for Ultrashort Pulses
展開 頻譜圖 | RP 系列激光分析設計軟件
頻譜圖在聲學中很常見，但有時也用于光學，特別是在超短脈沖的情況下（→超快光學）。基本思想本質上是顯示一種與時間相關的頻譜：將傅里葉變換應用于信號的不同時間部分。從數學上講，這會產生以下形式的信號
S(ω,t)=|∫?∞+∞E(τ)g(τ?t)eiωτdτ|2
E(t)正在研究的信號(例如脈沖的電場)，和g(t)是一個基函數，其可以例如具有高斯形狀。增益函數在時間上越窄，時間分辨率越高，但光譜分辨率也越低。因此，門函數的選擇（特別是其寬度）對所得頻譜圖有很大影響。
通常使用水平時間軸和垂直頻率（或波長）軸，并使用灰度或色標對時間和頻率的每種組合的強度進行編碼。結果很直觀，例如對于上行線性調頻超短脈沖（見圖1）。
圖1中所示的頻譜圖讓人想起顯示瞬時頻率隨時間變化的圖表。然而，頻譜圖的垂直切片總是具有一定的有限寬度，而任何時間位置的瞬時頻率都是明確定義的值。
圖1:具有明顯向上線性調頻脈沖(即瞬時頻率上升)的超短脈沖的頻譜圖。
圖2是一個動畫頻譜圖，顯示了三階孤子脈沖如何在光纖中演化。標簽（右上側）指示脈沖當前顯示在光纖中的哪個位置。人們認識到，在脈沖演化過程中，上行和下行啁啾都會發生。
圖2:這個動畫頻譜圖顯示了三階孤子在光纖中的演化。高階孤子表現出更復雜的行為。
圖3顯示了超短脈沖通過光子晶體光纖后的頻譜圖，其中由于強烈的非線性而產生了超連續譜，色散的影響很大。為了跨越更廣泛的光譜強度，選擇了對數色標。正如時間軌跡（底部的黑色軌跡）所示，脈沖已分裂成多個脈沖（孤子裂變）。該圖的下半部分顯示了代表孤子脈沖的各種亮點，它們攜帶了總體能量的很大一部分。
圖3:用軟件模擬的超連續譜的光譜圖RP前脈沖.使用對數色標。
展開 