2017年这一年光学相关研究取得了哪些突破？盘点2017光学最新研究！大家是不是有一些小的激动呢？2017年有很多光学相关研究取得了很多的突破，今天就为大家进行一下盘点，有兴趣的朋友们看看吧。

二维GeSe的偏振光学特性研究获进展

光在传波过程中振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，偏振是光作为电磁波的重要特征之一。偏振光探测在线性偏光镜（LPL）、偏振遥感以及医疗诊断治疗等方面已展现出广泛的应用前景。目前，对可见波段的偏振检测研究已比较普及，而对其它特殊波段的偏振探测有待进一步探索。近日，中国科学院半导体研究所超晶格室研究员李京波、魏钟鸣，与天津大学教授胡文平合作，围绕二维GeSe材料在短波近红外波段（700-1100 nm）的偏振光探测取得新进展。

GeSe是一种典型的二元IV-VI硫族化合物，研究显示，GeSe是以高度各向异性的层状正交晶系方式结晶（空间群Pcmn- ，比黑磷的空间群Bmab- 对称性低）。此外，GeSe的带隙范围为1.1-1.2eV，使其适用的二向色性波段分布在1100nm波段以内（可见/短波近红外波段）。在靠近带边处，高态密度直接导致高吸收系数。鉴于上述特性，GeSe在面内各向异性等方面的独特性质有待研究，来实现其在可见/短波近红外波段光偏振探测方面的应用。

在此背景下，该研究员团队利用GeSe材料高蒸气压的特点，采用真空气相沉积法，获得了高质量的GeSe层状单晶。通过XRD以及TEM表征，证实获得的二维GeSe纳米片具有很高的结晶度。同时，通过拉曼光谱、光吸收谱和光探测器件研究，系统分析了GeSe在晶格振动以及光学方面的各向异性（如图）。由于GeSe的几个典型的拉曼振动模的强度随着入射光和散射光的偏振方向以及样品的夹角而变化，拉曼光谱检测为GeSe晶向的确定提供了快速简便的方法。在光学方面，GeSe的各向异性体现在偏振度可分辨的光吸收谱和光电流谱等方面，在532nm激光波长下二向色性比为1.09，在638nm下为1.44，在808nm下为2.16，与吸收谱测试结果基本符合（对应的各向异性吸收比分别是1.09，1.26，3.02），这两种测试方法系统地确定了GeSe最佳的各向异性的光响应在808nm波长附近。结合理论计算的佐证，系统探测显示8-16nm厚度的GeSe有助于实现最优质的光探测结果。该研究成果显示出，二维GeSe在线偏振探测领域有潜在的应用价值。

相关研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到中科院和国家自然科学基金委员会的资助。

由GeSe低晶格对称性导致的角度依赖各向异性拉曼信号和808nm激光下的探测性能。

碱金属氟硼酸盐深紫外非线性光学晶体研究

深紫外（波长＜200 nm）非线性光学晶体作为全固态激光器输出深紫外激光的关键元件，近几十年被国内外科研机构关注并进行深入研究。目前，仅有KBe2BO3F2（KBBF）晶体能够实现Nd：YAG的直接六倍频深紫外激光（波长=177.3 nm）输出。KBBF晶体拥有优异的光学性能，然而受到本征缺陷的制约（层状习性，原料剧毒等），KBBF晶体无法产业化以满足行业需求。因此，设计合成新型深紫外非线性光学晶体是目前亟待研究的课题。

目前，有很多性能优异的非线性光学晶体已实现产业化，如应用在可见波段的KTiOPO4（KTP），应用在紫外波段的BaB2O4（BBO）和LiB3O5（LBO），这些晶体各自具有优良的结构基元，选取其中的优秀基元并加以改良，可以设计合成具有优异性能的新型深紫外非线性光学晶体。其中，BBO具有B-O基元中非线性效应最大的B3O6基元，而B3O6基元的悬挂键，导致BBO晶体无法在深紫外区透过。中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队通过材料结构基元重组的设计思路，将BBO中的B3O6基元引入结构中，同时引入BO3F基元替代KBBF中剧毒的BeO3F，设计了新型非线性光学晶体CsB4O6F（CBF）。该晶体紫外截止边达到155nm，倍频效应为KH2PO4（KDP）的1.9倍（KBBF为1.2倍），具有大的双折射率，最短相位匹配波长预计达到171nm，且具有良好的热稳定性，是非常有前景的深紫外非线性光学晶体。同时，该晶体为同成分熔融化合物，容易生长大尺寸晶体，有利于产业化。

相关研究成果发表在《德国应用化学》上，进一步研究评估工作正在进行中。研究工作获得科技部，国家基金委和中科院的支持。

CBF的线性和非线性光学性能

大口径光学元件表面微粒在线检测

中国科学院自动化研究所精密感知与控制中心研究员徐德、张正涛在IJAC第4期发表了研究论文An Effective On-line Surface Particles Inspection Instrument for Large Aperture Optical Element。文章介绍了最新设计的一款新型紧凑检测仪，可用于快速检测LAOE表面的微粒污染，该仪器携带方便，实现在线检测。

当前，对于光学元件表面微粒的检测最基本的方法是肉眼观察，这全凭工人的经验来判断微粒数量和大小，最后的结果往往受很多主观因素影响。现在，还有一些专业的检测仪器，如：激光剪切散斑干涉技术检测薄片上的细小缺陷;投射测定法使用THz光谱仪追踪THz脉冲延迟，并得出元件表面状况的量化数据;C-CT，即原子力显微镜，也称扫描电子显微镜，检测光学元件表面的微粒污染。虽然通过这些仪器测出的结果精度高，但不适用于在线检测几百微米级大小的微粒。

现阶段，研究者们设计出了两种可满足美国国家点火装置(NIF)损伤检测要求的系统：激光光学元件损伤检测系统(LODI)用于检测传输光学元件及靶室真空窗的损伤情况;终端光学元件损伤检测系统(FODI)用于检测终端光学元件的损伤情况。两系统均采用暗场成像技术来增加损伤图像间的对比度。FODI系统可检测大小超过50微米的裂缝，置信度达99%，检测192束光大约需要2小时。但上述系统操作复杂，造价高昂，不易携带，应用于实际时困难重重。

该论文设计的用于检测大口径光学仪器表面微粒的设备，基于暗场成像系统，可在远工作距离的条件下，得到LAOEs表面的高清图像。通过步进电机调整镜头的放大倍率，而后自动对焦。设备易于安装，方便携带，可在线检测。摄像机内部参数和镜头畸变参数离线校正。当前图像和理想图像间的单应矩阵在线校正。当前的变形图像可通过单应矩阵和图像校正算法进行校正。借助自适应阈值算法和SSE2算法可得到带背景且抽取了微粒的二值图像。通过分别计算子区域的微粒数，可得到微粒分布情况。

实验结果表明，该紧凑型设备可满足大口径光学元件的检测要求，过程高效，结果准确。

黄铜矿红外非线性光学材料研究

目前，商业化的红外非线性光学晶体主要为黄铜矿类型材料，例如AgGaS2，AgGaSe2和ZnGeP2，其具有很好的非线性光学系数和宽的透过范围，在红外变频领域有着重要的应用。但一系列性能缺陷影响了它们的应用范围，例如AgGaS2和AgGaSe2具有低的激光损伤阈值，ZnGeP2在1 μm附近存在严重的双光子吸收等。优异的非线性光学材料要求具有大的非线性光学系数（> 0.5×AgGaS2），宽的带隙（>3.0 eV）以及合适的双折射率（0.03-0.10）。,材料的非线性光学系数与带隙存在反比关系，如何实现材料的性能平衡成为探索新型红外非线性光学材料的研究难点。

中国科学院新疆理化技术研究所光电功能材料实验室潘世烈研究团队致力于新型红外非线性光学晶体材料的研发。考虑到商业化红外非线性光学材料的性能缺陷，该团队以著名的黄铜矿材料AgGaQ2 (Q=S,Se)为模板，通过在结构中引入合适的非线性活性基元（MIVQ4：MIV=Ge,Sn）来取代GaQ4基元，保证材料具有大的非线性光学系数；引入具有高正电性的碱金属或者碱土金属来取代Ag原子来增大材料的带隙，进而提高材料的抗激光损伤能力。基于以上策略，科研人员优选Li-Ba-MIV-Q体系为研究对象，设计和合成了四种新的红外非线性光学材料，Li2BaMIVQ4。四种材料均结晶于非中心对称空间群：I-42m，具有与黄铜矿材料相同的点群（-42m），相比于传统的黄铜矿结构，发现其在c轴方向上有明显的结构压缩畸变，因此可将Li2BaMIVQ4称为类黄铜矿材料。

科研人员在已报道过的I2−Ba−MIV−Q4 (I =一价离子, 例如 Cu, Ag, Na)体系调研中发现，已知化合物的结构均随着不同的MIV和Q原子发生转变，但Li2BaMIVQ4体系材料均结晶于同一空间群，这一现象首次在I2−Ba−MIV−Q4体系中发现。经性能测试表明，该系列材料具有很好的非线性光学性能，均能实现相位匹配，消除了AgGaSe2的性能缺陷。同时Li2BaGeS4 和Li2BaSnS4满足了优异红外非线性光学材料的性能特点，实现了宽带隙、大的非线性光学系数和合适的双折射率之间的性能平衡，消除了商业化黄铜矿材料的性能缺陷。同时，类黄铜矿红外非线性光学材料的发现为以后探索新材料提供了很好的设计策略。

该研究结果发表于《美国化学会志》（JACS）上。相关研究工作得到国家自然科学基金、“万人计划后备人选”等项目资助。

类黄铜矿材料设计和性能比较

量子光学集成芯片研究

中科院西安光学精密机械研究所与国外多家科研机构合作，利用西光研制的光子芯片，基于微谐振腔中多个高纯度频率模式相干叠加的独特方案，解决了片上高维纠缠双光子态制备与控制的国际难题，证实了利用10级纠缠双光子态实现超100维的片上量子系统，并通过频率操控实现了对量子态的灵活控制。相关成果于2017年6月发表在《自然》上。

三阶非线性光学性能研究

上海光机所中科院强激光材料重点实验室王俊研究员课题组在具有核壳结构的MoS2/碳纳米管纳米复合物及其三阶非线性光学性能研究方面取得进展。相关研究工作在Chemistry A European Journal（影响因子5.83）上发表，并被期刊选为内封面。

二维材料独特的结构和非线性光学性能使得这类材料在纳米光子学器件领域如锁模、调Q、光限幅、光开关等领域表现出潜在应用价值。二维过渡金属硫化物（MX2, M=Mo, W等，X=S，Se，Te）由于其半导体性能和强激子束缚效应，以及带隙的层数依赖性等特点，得到广大科研工作者的广泛关注。但由于单一过渡金属硫化物的非线性光学性能目前还无法满足器件化需求，使得通过形成异质结构等提高材料的非线性光学性能成为研究热点。

课题组利用一步溶剂热法在一维碳纳米管（CNTs）表面原位生长MoS2纳米片，得到了具有核壳结构的MoS2/CNTs纳米复合物材料，研究了其对不同时域脉冲激光的非线性光调制行为。研究发现，对飞秒脉冲激光，由于存在电荷转移，该纳米复合物先允许光透过，然后再阻塞光透过，表现出饱和吸收向光限幅的转变；而对于纳秒脉冲激光，由于存在较强的热致非线性散射效应，该纳米复合物表现出光限幅行为。研究表明，复合物的三阶光学非线性性能较单一MoS2或碳纳米管的有显著提升。

高精细度球形光学参考腔

中科院国家授时中心主任张首刚研究员领导的量子频标研究团队在空间窄线宽激光器的自主化研制方面取得重要进展。相关论文已在《物理学报》发表。

高精细度光学参考腔是研制窄线宽激光器的关键，也是我国空间站科学应用平台亟须解决的关键技术之一。张首刚研究团队在国家重大科研仪器设备研制专项和国家自然科学基金的支持下，与国内有关单位合作，在国内首次自主研制出应用于空间环境的高精细度球形光学参考腔，全面掌握了超稳光学参考腔制造所涉及的超精密光学加工、超高反射率镀膜、无胶光学键合等关键核心技术。

测试结果表明，该球形超稳光学参考腔的各种相关指标与国外同类产品技术水平相当，基本满足我国空间站科学应用的迫切需求，打破了国外潜在的禁运。

光学MOF薄膜材料研究

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员张健领导的研究团队成功合成了负载超小碳纳米点阵的光学MOF薄膜材料。

功能复合薄膜材料的高效、经济制备是当前新型薄膜材料研发的难题之一，尤其是光功能复合薄膜的制备和应用还需要大力发展。

碳纳米点(CDs)由于其高化学稳定性、低毒性、良好的生物兼容性和优异的光物理性能，在催化、荧光、传感和生物成像等方面都有着广泛的应用前景。该研究团队创新性地利用了MOF材料和葡萄糖分子在碳化温度上的显著差异，去实现碳纳米点与MOF材料的复合。一般MOF材料的碳化温度需超过500摄氏度，而葡萄糖分子的碳化温度却在200摄氏度左右。因此，负载葡萄糖分子的MOF材料在200摄氏度下保持骨架结构不变，但是葡萄糖被碳化行为限制在MOF孔中的碳纳米点，从而获得分散均一的CDs@MOF复合材料。

碳纳米点的尺寸可以通过选择拥有不同孔结构的MOFs去调控。制备的碳纳米点负载型MOF薄膜不仅具有良好的形貌和光学透明度，而且表现出波段可调的光致发光效应和光限幅效应。该研究工作实现了超小碳纳米点阵在MOF模板中的可控合成，并发展了新型CDs@MOF复合光限幅材料，发表于《德国应用化学》(Angew.Chem.Int.Ed.2017,DOI:10.1002/anie.201702162)。

同期，该研究团队制备了能够高效选择性检测挥发性有机物的卟啉基PIZA-1薄膜材料(Small,2017,1,1604035)，探索了MOF薄膜的生长取向、厚度、修饰基底等因素对MOF薄膜性能的影响，开发了一系列具有手性拆分功能和催化功能的薄膜材料。

该研究获得中科院战略性先导科技专项(B类)、国家基金委“无机-有机杂化功能材料”创新群体、国家杰出青年基金、国家自然科学基金青年项目、福建省自然基金面上项目以及结构化学国家重点实验室优秀青年课题(谷志刚)的资助。

以上就是为大家带来的年终光学科研盘点！2017光学最新研究。大家觉得怎么样呢？喜欢的话请关注我们微信公众号哦。