<![CDATA[光电资讯及信息发布]]> <![CDATA[一种智能化小型光谱仪]]> 传统光谱仪在科学和工业研究中发挥着重要作用,但由于其笨重的尺寸和重量,限制了其在实验室光学系统、汽车电子系统、工业检测设备以及智能手机等领域的应用。因此,开发一种小型化、智能化的光谱仪成为当前研究的热点。

上海科技大学信息科学与技术学院的陈佰乐、虞晶怡课题组成功研发出一种基于AlGaAs/GaAs渐变带隙PN结探测器的单像素智能微型光谱仪。该光谱仪结合神经光谱场(Neural Spectral Fields, NSF)光谱重建方法,实现了高光学灵敏度、高光谱准确度和高光谱分辨率的测量。

图1.智能微型光谱仪

该光谱仪通过改变PN结的工作偏压实现探测器响应截止波长动态可调。同时,研究团队为光谱仪定制化设计了神经光谱场(Neural Spectral Fields, NSF)光谱重建方法,从测量的电流电压曲线中提取深度特征,通过神经场(Neural Fields, NFs)重建连续光谱。

图2.渐变带隙PN结光谱仪的结构概述与电学性能

图3.渐变带隙PN结光谱仪的成像结果与阵列设计

通过这一神经光谱场重建方法,渐变带隙PN结光谱仪实现高达0.30nm的光谱重建精度和高达10nm的光谱分辨率,且光谱范围广泛,涵盖从480nm到820nm的范围。该光谱仪由标准的III-V族半导体工艺制造,达到微米级别,具备大规模生产和集成的潜力,且与焦平面阵列(FPA)制备工艺兼容,未来可进一步实现高光谱成像。

图4.渐变带隙PN结光谱仪光谱测量流程及其结果

这一研究成果为光谱仪的小型化、智能化提供了新的思路和方法,有望推动光谱技术在更多领域的应用和发展。同时,该光谱仪的制造工艺与焦平面阵列(FPA)制备工艺兼容,为未来的高光谱成像技术奠定了基础。该智能微型光谱仪有望在环境监测、食品安全、生物医学等领域发挥重要作用,为科学研究和工业应用提供更多可能性。

该成果已发表于《自然·通讯》(Nature Communications),标题《Single-pixel p-graded-n junction spectrometers》。上海科技大学信息科学与技术学院的陈佰乐教授和虞晶怡教授为共同通讯作者,2020级博士生王景熠、2021级硕士生潘贝贝和2019级博士生王梓为本工作共同第一作者。本项研究器件制造得到了上海科技大学量子器件中心的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-46066-5

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<![CDATA[探索人工智能驱动的超光子学研究趋势]]> 一个研究小组在《固态与材料科学的当前观点》上发表了一篇论文,强调了将超光子学研究与人工智能相结合的下一代研究趋势。

超透镜引发了一场光学革命,将传统透镜厚度大幅缩小到万分之一,同时保持对光特性的控制。值得注意的是,学术界已经开始利用人工智能作为映射工具来辨别输入和输出数据之间的关系。在他们的论文中,研究团队概述了人工智能驱动的超光子学研究中出现的三个关键趋势。

以前涉及模拟以开发基于超材料的器件的研究非常耗时。然而,随着人工智能技术的应用,研究人员已经实现了基于输入数据的光学特性的快速预测,大大节省了时间和精力。通过将有关光学特性的数据输入人工智能系统,研究人员现在可以设计出具有所需特性的光学器件。

在光学神经网络领域,一个新兴的光计算机技术领域正在兴起,旨在通过使用超材料将信息转换为光来实现光速的人工智能。

该研究团队由浦项科技大学机械工程系、化学工程系和电气工程系的 Junsuk Rho 教授以及浦项科技大学机械工程系的博士生 Seokho Lee 和 Cherry Park 组成,通过将光学神经网络分类为编码器,为人工智能与未来超光子学研究之间的协同作用提供了新的视角。 负责压缩和抽象信息,以及负责解释信息的解码器。

该团队还强调了基于超材料的超传感器是下一代研究趋势。超传感器是将测量数据编码为光并同时放大的设备,当与人工智能集成时,可以实现非常精确和快速的数据分析。这些超传感器在各个领域都有所希望,包括患者的诊断和治疗、环境监测、安全等,有助于对数据进行高度详细的检测和分析。

Junsuk Rho教授说:“本文介绍了超光子学研究的轨迹,包括过去、现在和未来的努力,从最近的研究到挑战和即将到来的趋势。我们期待进一步的创造性和创新性研究,利用人工智能和超材料的内在属性。”

相关链接:https://phys.org/news/2024-03-exploring-trends-ai-fueled-metaphotonics.html

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<![CDATA[宇瞳光学“一种变焦镜头”专利公布]]> 据国家知识产权局公告,东莞市宇瞳光学科技股份有限公司申请一项名为“一种变焦镜头”,公开号CN117741934A,申请日期为2024年1月。

专利摘要显示,本发明实施例公开了一种变焦镜头,包括沿光轴从物面至像面依次排列的光焦度为负的对焦透镜组、光焦度为正的变焦透镜组和光焦度为正的固定透镜组;对焦镜头组包括光焦度为负的第一透镜,光焦度为负的第二透镜以及光焦度为正的第三透镜;变焦透镜组包括光焦度为正的第四透镜,光焦度为正的第五透镜,光焦度为正的第六透镜,光焦度为负的第七透镜,光焦度为正的第八透镜以及光焦度为负的第九透镜;固定镜头组包括光焦度为正的第十透镜;变焦镜头的像面大小HI与长焦端的镜头总长TTLT之间满足11.536≤HI/TTLT≤11.761。通过合理设置各个透镜组的光焦度、各个透镜组包括的透镜数量、各个透镜的光焦度以及像面大小与长焦端的镜头总长,实现大光圈、小体积以及大靶面的变焦镜头。

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<![CDATA[扫一扫!各种光学软件和仪器的功能价格信息都在这里]]> 面对各种各样的光学产品,很多朋友都不知道该如何选择,今天为大家分享一些关于光学产品功能与价格的获取方法。希望大家收藏和转发哦!

  扫一扫咨询各种光电产品的功能信息和价格

  光电软件产品
  
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<![CDATA[清华大学刷新钙钛矿太阳能电池效率世界纪录]]> 近日,清华大学电机系易陈谊团队通过开发新的空穴传输材料结合真空蒸镀钙钛矿薄膜实现了26.41%的钙钛矿太阳能电池世界最高效率纪录。

在光伏技术领域,钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其突出的能量转换效率(PCE)和低成本而受到广泛关注。空穴传输材料(HTM)对于PSCs的光电性能和长期稳定性至关重要,其主要作用是提取光生空穴并阻止电子回传,从而抑制电荷复合,同时还可以作为中间层阻挡金属电极与钙钛矿之间的离子相互扩散。

目前应用最广的空穴传输材料2,2′,7,7′-四(N,N-二-p-甲氧基苯胺)-9,9′-螺旋双芴(spiro-OMeTAD)虽然具有高效的空穴提取能力,并且与钙钛矿有较好的能级匹配,但是该材料的合成和纯化过程复杂,成本高昂,不利于大规模工业化应用。此外,常用添加剂如双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶的加入,导致spiro-OMeTAD薄膜中存在针孔。这些孔洞为钙钛矿中的离子和背电极中的金属原子相互扩散提供了通道,容易导致缺陷形成,从而对器件的长期稳定性产生不利影响。

T2实物照片及其特点以及基于T2制备的钙钛矿电池效率测试曲线

为解决这些问题,易陈谊团队设计并合成了新型多功能空穴传输材料T2(化学结构如图所示)。该材料可以由低成本的商业原材料高产率的合成,适合大批量生产(已实现单次超过15克的合成),其原材料成本仅为常用spiro-OMeTAD价格的三十分之一。相较于spiro-OMeTAD,T2不仅跟钙钛矿具有更好的能级匹配,还与钙钛矿层的部分局部电子态密度(LDOS)有所重叠,这有利于增强电荷提取能力,降低电压损耗。T2与掺杂剂Li-TFSI具有强结合力,可形成无针孔的HTM层。此外,T2中的硫原子可与钙钛矿/HTM界面上未配位的铅原子相互作用,不仅可以钝化缺陷,还能抑制离子扩散;同时硫原子还能与HTM/电极界面上的金属原子配位,可有效抑制金属的迁移;有利于提升PSCs的效率和稳定性。

通过T2与顺序真空沉积制造的钙钛矿薄膜相结合,研究人员在0.1cm²的PSCs上实现了26.41%的光电转换效率(认证效率26.21%),并在1.0cm²孔径面积的PSCs上实现了24.88%的认证效率。此外,研究人员还实现了效率为21.45%的小模组(有效光照面积14.4cm²)。未经封装的基于T2的器件的最大功率点跟踪(MPPT)的T80为600小时,是spiro-OMeTAD基PSCs的4倍。基于T2的PSCs在存储期间(在空气条件下,相对湿度10%,未封装存放2800小时后保持初始PCE的95%)和热处理期间(在60°C下加热1500小时后保持初始PCE的84%)也展现出了良好的长期器件稳定性。

创纪录的效率和良好的稳定性以及低成本和可大规模制备的特点,显示了多功能空穴传输材料在PSCs应用中的巨大潜力。这种多功能空穴传输材料设计策略为未来新材料开发提供了宝贵的经验和指导。同时这也是真空蒸镀钙钛矿电池效率首次超过传统溶液法,展示了该方法的巨大发展潜力。

相关研究成果以“通过多功能空穴传输材料实现高效率稳定钙钛矿太阳能电池”(Highly efficient and stable perovskite solar cells via a multifunctional hole transporting material)为题,于近日发表于国际学术期刊《焦耳》(Joule)。

清华大学电机系2021级博士生周俊杰、谭理国、刘越和李航为论文共同第一作者。易陈谊为论文通讯作者。合作者包括清华大学化学系华瑞茂、瑞士苏黎世应用科技大学沃尔夫冈·特雷斯(Wolfgang Tress)、意大利费拉拉大学西蒙内·梅洛尼(Simone Meloni)等。

研究得到国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目、国家重点研发计划、清华大学自主科研计划和清华大学电机系自主科研项目以及中国博士后基金和清华大学“水木学者”计划项目的支持。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435124001028

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<![CDATA[科学家在智能驾驶场景感知研究方面取得进展]]> 近日,中国科学院上海微系统与信息技术研究所仿生视觉系统实验室研究员李嘉茂团队与合作者在智能驾驶感知领域取得进展。针对智能驾驶感知的两个关键问题——栅格占据预测和全景分割进行研究,两项成果分别被机器人领域国际学术会议2024 IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA)录用。

在智能驾驶中,栅格占据预测旨在表征空间中的对象分布,以指导路径选择。最直接的表征方法是将立体空间划分为无数个堆叠的占据体素,但庞大的计算量导致难以在实车中部署。鸟瞰视角(BEV)的表征方式,将空间投影于单个水平面,可以大幅减少计算与存储压力,但由于缺失细粒度的结构信息,在开放场景中对象的形状或外观不明确时,往往会出现错误估计障碍物的情况。TPVFormer基于传统三视图的占据预测方法,在BEV基础上将表征平面扩展至三个,可客观精细地表征三维环境,但该方法忽略了自车与表征平面的相对关系,导致场景中的视角重叠障碍物间难以分辨。

为解决上述问题,在TPVFormer基础上,该团队提出了一种以自车为中心的环视视角的占据预测表征方法CVFormer。以汽车全景环视多视图为输入,建立环绕车辆的二维正交视角来表征三维场景,有效实现细粒度三维场景表征,并克服车体周身障碍物的视角遮挡问题。具体地,该研究提出了环视视图交叉注意力模块构建二维环视特征,设计时序多重注意力模块加强帧间关系的利用,并通过设计2D与3D类别一致性约束,增强网络对场景的学习性能。此方法在nuScenes数据集上进行验证,在预测精度上明显优于现有算法,达到了43.09%的mIoU性能指标,相比基线算法提高了102.3%,并将计算复杂度由O(n3)降低至O(n),展现了较强的可部署性,在路特斯下一代量产车型智能驾驶感知系统上完成了测试验证。

全景分割是理解场景中背景与对象个体的语义的基础感知问题,是融合了语义分割与实例分割的综合方法。其中,语义分割关注将图像中的区域分割为不同的类别,而不区分不同的物体实例;实例分割则侧重对每个实例对象进行独立的分割。全景分割往往基于语义分割与实例分割的融合实现,既区分场景语义,又需要明确物体实例。全景分割方法在语义-实例分割任务融合中,往往由于二者预测结果间的矛盾,导致难以分辨合理的预测结果。

为解决这一问题,该团队设计了基于门控编码和边缘约束的端到端全景分割模型BEE-Net。该模型基于全局双向信息交互以及多角度边缘优化,有效地缓解了全景分割中的语义-实例预测矛盾问题与边缘分割挑战。具体地,针对语义与实例分割特征感知融合,研究人员设计了轻量级门控编码模块进行多尺度全局特征信息交互,并通过语义-实例-全景三重边缘优化算法对边缘分割质量进行针对性优化,保持高效的同时,提升了场景分割性能。该方法在驾驶场景分割数据集CityScapes上完成了验证,取得了65.0%的PQ精度指标,在精度上超越了现有基于CNN的全景分割模型,同时在效率上优于所有基于Transformer的全景分割模型。该方法兼顾了分割精度与效率的性能需求,在路特斯下一代量产车型智能驾驶感知系统上完成了测试验证。

上述研究成果得到科学技术部科技创新2030、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、上海市优秀学术带头人计划等的支持。

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<![CDATA[亿嘉和“基于激光强度的3D激光雷达探测方法”专利公布]]> 据国家知识产权局公告,亿嘉和科技股份有限公司申请一项名为“基于激光强度的3D激光雷达探测方法”,公开号CN117741694A,申请日期为2023年12月。

专利摘要显示,本发明提供了一种基于激光强度的3D激光雷达探测方法,包括获取前进载体所处空间中的激光返回信息;识别并过滤地面点,以免对正常行驶过程中造成影响;设置障碍物区域,剔除无关点加入计算,避免增加控制器运算负担;对避障区域内的点云数据进行聚类分析,用以区分雨水、雾霾或者实体障碍物等;对聚类后的各个点云团,结合强度信息和位置信息分别计算避障权重;根据避障权重,判断载体前进过程中是否遭遇阻碍。采用基于激光强度的3D激光雷达探测方法,降低了移动载体在户外环境行驶的硬件成本,增强了恶劣环境下的感知能力,提高了移动载体的安全性和稳定性。

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<![CDATA[上海光机所在飞秒激光加工碳化硅陶瓷基复合材料获得进展]]> 近日,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队与中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明院士团队等合作,针对碳化硅陶瓷基复合材料(SiC CMC)精密加工及其过程监测的难题,提出并演示了一种基于飞秒激光成丝加工SiC CMC并通过光丝诱导等离子体荧光对飞秒激光加工过程进行监测的方法。研究结果以“Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence”为题发表于Ceramics International上。

碳化硅陶瓷基复合材料作为新一代的热结构材料,具有密度低、耐高温、抗腐蚀、强度高等显著优点,因此在航空航天、核电、国防、高超声速交通等领域具有巨大的应用潜力。SiC CMC材料器件高硬度、各向异性的特点,对加工工艺提出了更高的要求和挑战,如曲面和深孔等形状的精密加工。传统的机械、水刀、电火花、超声等加工技术容易产生毛刺、分层、裂纹等缺陷,很难实现精密加工。超快激光加工作为一种新体制的“冷加工”方法,有望满足高精度乃至超过精度SiC CMC加工的需求。

在这项工作中,研究人员通过飞秒激光空气成丝,产生具有高强度、长相互作用范围的光丝,利用光丝在SiC CMC表面完成了高精度凹槽的加工,并系统研究了光丝位置、激光脉冲能量、扫描速度和扫描次数对光丝加工凹槽的宽度、深度、热影响区、内壁倾角等参数的影响。光丝的长相互作用范围特点为超快激光曲面、深孔等精密加工提供了新的途径。研究通过实时收集并分析光丝加工SiC CMC产生的等离子体荧光,如硅原子390.55nm荧光,提出并演示光丝加工SiC CMC过程的监测方法(图1和图2)。发现硅原子390.55nm荧光谱线强度的变化直接反应了不同加工参数条件下SiC CMC表面材料移除情况,这对于理解、监测和优化光丝加工SiC CMC的过程是有帮助的。

图1.(a)光丝加工V型槽示意图,(b)和(c)分别为光丝加工V型槽俯视和截面形貌照片,(d)光丝侧向荧光照片,(e)和(f)分别为光丝与SiC CMC相互作用诱导等离子体荧光的原始光谱和去除连续谱背景的光谱。

图2.(a)不同激光能量下光丝加工SiC CMC凹槽的形貌,(b)2.4mJ下凹槽截面深度轮廓曲线,(c)凹槽宽度、深度、热影响区、内壁倾角随激光能量的变化关系,(d)等离子体荧光强度随激光能量的变化关系。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院国际合作重点项目、上海市科技项目、上海科技成果转化与产业化项目等支持。

相关链接:https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.02.133

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<![CDATA[CODEV宏及优化中文学习笔记]]> codev在光学设计软件中以超快收敛显名,前期初始结构,全局优化收敛用codev,后期精雕细琢用zemax是大部分光学设计师的常规之旅!

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<![CDATA[苹果公司“光学测量系统中的去斑”专利公布]]> 据国家知识产权局公告,苹果公司申请一项名为“光学测量系统中的去斑”,公开号CN117760960A,申请日期为2023年9月。

专利摘要显示,本公开涉及光学测量系统中的去斑。实施方案涉及在测量期间利用多个发射器来发射光的光学测量系统,以及使用这些光学测量系统来执行测量的方法。该光学测量系统可包括:光产生组件,该光产生组件被配置为经由光源单元产生光;以及光子集成电路,该光子集成电路包括发射组,该发射组具有多个发射器。这些发射器中的每个发射器光学地耦接到该光产生组件以接收从该光产生组件产生的光,并且可从该光子集成电路的表面发射该光。该光学测量系统可执行测量,其中该光产生组件产生光并且该多个发射器中的每个发射器同时地发射从该光产生组件接收的光。

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<![CDATA[一种新铁基液流电池可用于电网储能]]> 美国能源部太平洋西北国家实验室团队在一种新的电池设计中,创新性地将水处理设施中使用的一种常见化学品用于大规模储能。这一设计为造出安全、经济的水基液流电池开辟了新途径,同时该电池由储备丰富的材料制成,为将风能和太阳能等间歇性能源纳入国家电网提供了可能。研究成果发表在最新的《自然·通讯》上。

此次实验室规模的新铁基电池,在连续1000次充电循环中表现出显著的循环稳定性,同时保持其最大容量的98.7%。相比之下,先前类似铁基电池在更少的充电周期内,充电容量会下降两个数量级。

研究人员正在组装一个测试液流电池装置。

铁基液流电池将能量储存在一种独特的液体化学物质中,称为含氮三膦酸酯、次氮基三甲基膦酸(NTMPA)。该物质能将带电铁与中性pH值的磷酸盐基液体电解质或能量载体相结合。至关重要的是,该物质在工业上可大量获得,因为它通常被水处理厂用于抑制腐蚀。

液流电池由两个腔室组成,每个腔室都充满不同的液体。电池通过电化学反应充电,并以化学键的形式储存能量。当连接到外部电路时,它们会释放能量,从而为电气设备供电。与其他传统电池不同,液流电池具有两个外部供液罐,液体不断循环通过它们以供应电解质,作为电池系统的“血液供应”。电解液供应罐越大,液流电池可以存储的能量就越多。

液流电池可作为电网的备用发电机,是可再生能源储能脱碳战略的关键支柱之一。它们的优点是能以任何规模建造,从实验室工作台规模到城市街区的大小均可。

研究团队的初始设计能量密度可以达到9瓦时/升,这是一个关键的设计特征。相比之下,商业化的钒基系统的能量密度是其两倍多,为25瓦时/升。更高能量密度的电池可在更小的面积内存储更多的能量,但用地球上储量丰富的材料构建的新系统,可轻松进行扩展以提供相同的能量输出。

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<![CDATA[怎么寻找可靠的光学产品?]]> 怎么寻找可靠的光学产品?扫一扫这些二维码可以获取信息

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<![CDATA[华中科技大学提出的像素化可编程非易失性光子集成电路]]> 华中科技大学的研究人员提出了一种像素化的可编程光子集成电路(PICs),其相变材料(PCMs)的20级中间态达到了创纪录的高度。

这项研究成果发表在《国际极端制造学报》(International Journal of Extreme Manufacturing)上,为激光诱导相变材料在神经形态光子学、光学计算和可重构元表面中的应用铺平了道路。

论文通讯作者、华中科技大学机械科学与工程学院朱金龙教授解释说:"基于可编程PCMs的PIC和元表面的研究主要利用热退火和电热转换。相比之下,采用自由空间激光开关的多层次 PCM 在相位调制方面的灵活性大大提高"。

像素化可编程非易失性光子集成电路

可编程 PIC 已成为光通信、传感器和光子神经网络等多个领域的强大平台。由于钙化物 PCM 的无定形态与晶体态之间存在较大的折射率对比(Δn >1),研究人员对纳米光子平台中的 PCM 进行了研究,以实现可编程光学功能。

虽然对非晶态和晶体态低损耗 PCM 的研究取得了重大进展,但对微米尺度多级中间态的研究仍处于起步阶段。基于可编程 PCM 的 PIC 和元表面的研究主要利用热退火和电热开关。

因此,利用多级 PCM 和自由空间激光开关实现超高灵活相位调制的可编程 PIC 和元表面还鲜有报道。

研究人员研究了在微尺度上激光写入单个 Sb2S3 元素的多级中间态。通过优化激光脉冲的功率和数量,在 120 ~ 320 脉冲范围内实现了单个 Sb2S3 像素的 20 级中间态。相变像素的直径约为 1.2 μm,这是聚焦激光造成的。

研究人员利用微米级激光写入系统实现的多级中间态,在可编程马赫-泽恩德干涉仪中模拟了基于 Sb2S3 的移相器,并证明它能在 785 nm 波长下实现 π 的 30 级移相精度。通过这种方式,模拟演示了超大规模像素化非易失性可编程 PIC 的可用性。

基于 Sb2S3 矩阵的可编程光子集成电路将对通用可编程光子电路和光子神经网络产生积极影响。此外,激光诱导可编程器件的应用领域还包括神经形态光子学、光学计算和可重构元表面。

研究人员正在继续这项工作,将像素化可编程相变材料应用于可编程光子集成电路和元表面。

相关链接:https://phys.org/news/2024-03-pixelated-volatile-programmable-photonic-circuits.html

论文链接:https://dx.doi.org/10.1088/2631-7990/ad2c60

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<![CDATA[光研科技Ansys Zemax标准成像+高级实战课程邀请函]]> 开课时间:2024年4月25-30日    

开课地点:南京    

主办单位:光研科技南京有限公司    

课程形式:现场小班互动式,教材与PPT同步,安装新正版软件,上机操作练习    

课程说明:    

1.名额上限10人,人满截止报名    

2.课堂上提供新版的Ansys ZEMAX 正版软件,统一发送配套的培训教材    

3.学员自带笔记本电脑,课程结束后颁发培训证书    

4.标准成像课程是4月25-27日,高级实战课程是4月28-30日。两个班可以单独报名,也可以一起报名。    

标准成像课程安排:    

  

高级实战课程安排:    

费用及优惠:              

标准班:4500元/人      高级实战班:5000元/人    

☆ 同时报6个课程享8折加送一个课程,同时报10个课程享8折加送两个课程

☆ 光研软件购买客户或者同一单位有三人以上报名可享受8折优惠(未购买光研软件用户工程师推荐购买光研软件或仪器全额返还一期培训费用)    

☆ 同时报两门课程或者两人一起报名可享受85折优惠

☆ 光研书籍购买客户或者提前一个月报名可享受9折优惠

☆ OPSS新加坡光学与光子学学会会员报名可享受9折优惠

以上费用含培训、教材、发-票、证书和午餐,其他费用自理。发-票统一开“培训服务费”。    

报名咨询:15051868232(微信同号)    

    

线上预约:    

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<![CDATA[热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑激光成像]]> 近期,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与国科大杭州高等研究院和山东大学合作,在热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑激光成像应用方面取得进展,相关成果以“Random lasing from thermally evaporated quasi-two-dimensional perovskite film for speckle-free imaging”为题发表于ACS Photonics。

准二维钙钛矿由于其天然的多量子阱结构和显著的稳定性,被认为是高性能微纳激光器件理想的增益介质之一。热蒸发技术易实现精度可控的大面积生产,已在商业化发光二极管中取得了巨大成功,是推动钙钛矿激光器商业化进程中一种很有前景的补充方案。然而,由于热蒸发过程中快速且不可控的结晶过程,导致钙钛矿薄膜缺陷较多,增益性能较差,大大影响其激光性能。

针对上述问题,研究人员通过优化热蒸发工艺,制备了高增益准二维钙钛矿薄膜。结合时间分辨荧光光谱和瞬态吸收光谱技术,观察到多量子阱结构内部超快的激子能量转移(0.25 ps),阐明其内部的激子和自由载流子竞争机制,并分析了超快激子转移、高效率双分子辐射复合过程(93.1%)是促成长增益寿命(66.5 ps)和高增益系数(1071 cm-1)的原因,这有利于粒子数反转和光放大。最终,基于准二维钙钛矿薄膜的优异增益特性,研究人员实现了低阈值随机激光器及低散斑对比度的高质量无散斑激光成像应用。这项工作不仅为制备高效的热蒸发钙钛矿微纳激光器件提供了宝贵的指导,而且证实了热蒸发钙钛矿薄膜用于高性能随机激光器和无散斑成像系统的可能性。

图1. 热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑成像示意图

相关工作得到了国家重点研发计划、上海市基础研究试点计划、国家自然科学基金、浙江省科技厅和浙江省杭州市科学技术局的资助和支持。

相关链接:https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01826

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<![CDATA[计算全息再现质量提升技术的研究]]>        计算全息显示技术发展至今仍存在着再现像质量差、计算速度慢与全息再现像的尺寸小和视区窄等关键性问题,其中,散斑噪声作为计算全息显示的固有问题而制约着其进一步发展,本文从抑制散斑噪声和扩大视区(FOV)两个角度出发,使得图像的质量改善。
计算全息再现质量提升技术的研究

首先明确什么是光学全息?
光学全息是一种记录和再现物体信息的成像技术。其原理是:将物体发出的光波和已知振幅和相位的光进行干涉,将它们记录在感光介质上,然后,通过光的衍射原理,用特定的照明方式将记录下来的感光介质照亮,在再现过程中就可以重现原始物体的全部信息。
相比于光学全息,计算全息的基本原理是什么?
计算全息的基本原理是:通过计算机算法实现物光波的相位分布,然后将这些信息转换成数字信号,存储在计算机中。接着,通过数字信号处理技术将这些相位信息转换成一系列控制信号,然后通过光学器件(如液晶屏、光栅等)将这些控制信号转化成光学全息图像。与光学全息不同,计算全息不需要光学显影过程,因此可以实现高速、高精度的全息图像生成。

图1 计算全息光学再现示意图
本实验所采用的空间光调制器为我司的FSLM-2K55-P,其参数规格如下:
型号
FSLM-2K55-P
调制类型
相位型
液晶类型
反射式灰度等级8位,256阶
像素数
1920×1080
像元大小6.4μm
有效区域

0.55"
12.29mm×6.91mm
相位范围2π@532nm
填充因子
94%光学利用率75%@532nm
刷新频率
60Hz光谱范围532nm
起偏和检偏与液晶光阀长边夹角为45°配向角45°
损伤阈值
2W/cm²输入电源12V 2A


        计算全息显示中散斑噪声的来源全息显示中的激光散斑现象被视为影响全息再现像质量的光学干扰,称为散斑噪声。纯相位全息图可以获得高质量的再现像。然而,纯相位全息图获取算法的缺陷和再现光源的高度相干性会导致散斑噪声的存在,所以必须采取措施抑制散斑噪声。
       在全息图计算中加入初始随机相位是必要的,因为它可以使得物体的高频信息得到传递和重建。而物面不加入初始随机相位时只有部分高频信息能传递到全息面上,导致低频信息的丢失,影响再现时的物体重建质量。
图2 全息图的记录和再现过程示意图

全息再现像中的散斑噪声还有其他的来源,主要分为以下四个部分:
a)在全息图编码过程中,物面的振幅信息丢失会导致散斑噪声的产生。
b)在全息再现系统中,由于SLM的孔径限制,使得再现光会产生额外衍射,导致散斑噪声的出现。
c)在全息图的记录过程中,全息面上的物光波会受到全息面大小限制而接收部分信息,这使得散斑噪声的出现。
d)全息显示系统中的光学器件出现表面缺陷,会造成粗糙表面的形成,高相干性的再现光源照射后会导致散斑噪声产生。
       为了抑制散斑噪声,可采用时间平均法和像素分离法等方法。下面简单介绍一些散斑噪声抑制方法。1. GS算法Grechberg-Saxton(GS)算法是目前获取纯相位全息图中较成熟的算法。这种算法需要在满足物平面和全息面设定的约束条件下经过多次的傅里叶变换和逆变换的迭代计算,得到衍射率较高的相位全息图。其算法流程图如下图所示。

图3 GS算法流程图

2. 像素分离法
        在全息再现系统中,需要使用高相干性的激光作为再现光源,在经过衍射生成再现像的过程中会使用到一些光学器件。由于光学器件的孔径尺寸有限,因此在相干再现光衍射再现时,会产生额外的衍射效应。这种衍射效应会导致再现像点呈现出艾里斑的形式。对于任意一个艾里斑,在它的区域内有与其发生重叠的艾里斑,在这个区域内受再现光的影响而发生随机干涉现象,导致散斑噪声的进一步产生,并且随机干涉的面积也会随着艾里斑的重叠面积增加而增大,斑点噪声会愈加严重。
       像素分离法就是为了抑制这种斑点噪声而提出的解决方法。在像素分离法中,通过取特定的像素分离间隔N可以将物体分离成N²个物点组,从而物体中相邻的物点在空间上被分离到不同的物点组中。每个物点组会对应生成一个子重建像,子像中艾里斑之间的重叠面积随着N值的不同而发生变化,其情况如下图所示。

图4 像素分离间隔N取不同值时子像中艾里斑的重叠情况

图5 像素间隔N取不同值对应的最终再现像及对应放大区域
3. 时间平均法
        为了抑制散斑噪声,可以采用时间平均法来提高全息再现像的质量。已有研究表明,在N幅独立非相关的散斑图样叠加时,散斑对比度降低到原始的。因此,该方法可以显著抑制全息再现像中的散斑噪声。
       时间平均法的基本原理是对多幅全息图序列进行计算,每幅图计算时引入不同的随机初始相位,再现图像序列后得到具有不同散斑分布的子再现像。通过时间复用原理得到散斑抑制的全息再现像。

图6 时间平均法的实现过程
        在文章中,提出了一种斑点噪声被抑制的大视场全息显示。与传统的方法不同,该方法可以生成多个尺寸较大的sub-CGH。通过像素分离,将记录的物体分离为多个物点组,每个物点组的信息被记录在具有独立初始随机相位的不同全息图上。在全息重建中,使用空间中呈直线排布结构的三个SLM来加载子全息图,并通过时间复用来重建图像。其中FOV被放大是因为每个图像点的光分布尺寸被增大。同时,通过平均效应和相邻图像点的分离来减少图像的斑点噪声。

图7 所提方法的示意图

图8 重建系统的结构

图9 当所提出的方法分别聚焦“3”和“D”时,从左视点(A1,A2)和右视点(A3,A4)拍摄的光学重建“3D”图像;当通过像素分离方法分别聚焦“3”和“D”时,左视点(B1,B2)和右视点(B3,B4)拍摄的“3D”图像;当“3”和“D”分别通过GS方法聚焦时,左视点(C1,C2)和右视点(C3,C4)拍摄的光学重建“3D”图像

图10 通过所提出的方法分别从左视点(A)和右视点(B)捕获的光学重建图像;通过GS方法在左视点(C)和右视点(D)捕获的光学重建图像

总结:文中提出了一种基于散斑噪声被抑制的大视场全息显示方法。
        该方法通过子CGH的产生保证了每个像点的光分布尺寸增大,从而实现了FOV的扩大。此外,基于时分复用,通过平均噪声并分离相邻图像点,有效地抑制斑点噪声。该方法操作简单易行,具有一定的实用价值。与GS方法相比,本文提出的方法在观看距离R=600mm时,FOV尺寸增大了40倍,散斑对比度降低了54.55%。与像素分离法相比,散斑对比度降低了19%。
      模块化系统推出

        我司在计算全息的基础上还推出了彩色全息,基于时分复用方法建立的彩色全息显示系统,以R、G、B激光作为光源,利用空间光调制器承载全息图实现对激光的调制,进而实现彩色全息显示。该系统具有参数可灵活配置、易于操作、衍射效率高等优点。可应用于国防军事、教育科学、文化娱乐、创意设计等全息投影显示领域。

图11 彩色全息系统

彩色全息系统中配套的空间光调制器型号为FSLM-2K39-P02,其参数规格如下:
型号
FSLM-2K39-P02
调制类型
相位型
液晶类型反射式
灰度等级
8位,256阶
像素数1920×1080
像元大小
4.5μm
有效区域

0.39"
8.64mm×4.86mm
相位范围
≥2π
填充因子
91.3%
光学利用率
75%@532nm
相位线性度
≥0.999响应时间
≤11ms
刷新频率


180Hz@单色
60Hz@彩色  


光谱范围

420nm-650nm

振幅/相位稳定度

RMS≤0.006π@532nm

配向角


损伤阈值

10W/cm²

输入电源

5V 2A


除FSLM-2K39-P02外,我司还有其他型号的相位型和振幅型SLM同样支持彩色全息,参数规格如下:
型号
FSLM-2K73-P02
调制类型
相位型
液晶类型反射式
灰度等级
8位,256阶
像素数2048×2048
像元大小
6.4μm
有效区域

0.73"
13.1mm×13.1mm
相位范围
2π@633nm
填充因子
93%
光学利用率
80%@633nm
平整度(PV)
1.48λ平整度(RMS)1/3λ
刷新频率


60Hz@单色
20Hz@ 彩色*


光谱范围

420nm-650nm

损伤阈值

20W/cm²

配向角


数据接口

HDMI

输入电源

12V 3A

*后续推出单色180Hz,彩色60Hz。
型号
FSLM-4K55-P02
调制类型
振幅型
液晶类型反射式
灰度等级
8位,256阶
像素数3840×2460
像元大小
3.2μm
有效区域

0.55"
12.28mm×6.91mm

损伤阈值

10W/cm²
对比度

>1000
:1
光学利用率
>50%
填充因子90%
光谱范围

420nm-650nm
线性度
≥99%

是否支持同步

支持光源同步

刷新频率

60Hz

响应时间

<5ms

数据接口

Mini HDMI

输入电源

5V 3A

参考文献:马宁涛.计算全息再现质量提升技术的研究[D].郑州轻工业大学,2023.]]>
<![CDATA[世界上首次观察到引力子激发]]> 近日,南京大学物理学院杜灵杰教授领衔的国际团队利用极端条件下的偏振光散射技术,在砷化镓量子阱中对分数量子霍尔效应的集体激发进行了测量,在世界上首次观察到引力子激发,即引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。相关研究发表于3月28日的国际学术期刊《自然》。

引力子的研究,一直是物理学研究的终极问题之一。近年来,有理论物理学家提出,分数量子霍尔效应中可能存在着引力子激发,也被称为分数量子霍尔效应引力子。

“引力子激发是凝聚态物质中的一种准粒子或者集体激发现象,它具有引力子特征,但不是一种真正的粒子。”论文的通讯作者、南大教授杜灵杰告诉科技日报记者,引力子激发作为分数量子霍尔效应几何理论的重要结论,对凝聚态物理有着非常重要的意义。但遗憾的是,分数量子霍尔效应引力子,像是一个谜一样的存在,人们此前一直没有发现。

2019年,杜灵杰团队在分数量子霍尔效应中发现了一种新的集体激发,这一结果随即被理论物理学家们认为可能是分数量子霍尔效应引力子,并提出了检测该引力子的关键自旋测量方案。

圆偏振光测量引力子激发

寻找分数量子霍尔效应引力子,成为杜灵杰团队新的目标。他们花费3年多时间,在南大自主设计、组装了一台极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统。该系统像一个特殊的“望远镜”,有两层楼高,可以在零下273.1摄氏度下,捕捉到最低达10G赫兹的微弱激发现象,并判断其自旋。

“依靠这一利器,我们在砷化镓半导体量子阱中成功观测到分数量子霍尔效应引力子。团队通过共振非弹性光散射,测量到了最低能量长波集体激发,并通过改变入射和散射光的自旋,观察到该激发具有自旋2的特性。”杜灵杰说,这些结果从自旋、动量和能量角度充分提供了引力子激发的实验证据。这些发现,是引力子这一概念被提出以来,首次在实验上发现具有引力子特征的准粒子。实验结果为在凝聚态系统中研究量子引力相关物理开辟了新的视野,为拓扑量子计算的分数态波函数验证奠定了实验基础,开辟了拓扑关联物态几何效应实验研究的新方向。

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<![CDATA[高能同步辐射光源2024年内发射“第一束光”]]> 相关媒体了解到,今年年内,北京市怀柔科学城大科学装置高能同步辐射光源预计发射“第一束光”,其他科学设施平台建设也将取得重要进展。

高能同步辐射光源是由中国科学院、北京市共建的怀柔科学城大科学装置集群的核心装置。其建成后将成为我国首台高能同步辐射光源,也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一,可以发射比太阳亮1万亿倍的光,有助于更深层次地解析物质微观结构和演化机制,为提升我国国家发展战略与前沿基础科学技术领域的原始创新能力提供高科技研究平台。

“今年,我们将坚决完成储存环调束、装置发射‘第一束光’的攻坚任务,为实现高水平科技自立自强和建设科技强国再立新功。”中国科学院高能物理研究所高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民说。

记者了解到,2023年,高能光源直线加速器、增强器相继完成设备安装、调试和束流调试。通过工程指挥部组织的工艺验收,各项指标全部达到或优于验收指标,总体性能达到同类装置国际先进水平。目前,真空、束控、注入引出、高频、低温等设备和光束线站批量加工测试工作正在紧张推进中,预计将于今年年底发射“第一束光”。

除高能同步辐射光源,今年怀柔科学城其他科学设施平台建设,也将取得重要进展。其中,多模态跨尺度生物医学成像设施、子午工程二期将全力冲刺国家验收并投入正式运行,轻元素量子材料交叉平台、北京分子科学交叉研究平台等设施平台将完成设备安装,投入试运行;太赫兹科学技术中心平台等“十四五”时期落地项目也将于年内开工。

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<![CDATA[清华大学实现超过25%的柔性钙钛矿太阳能电池世界最高效率纪录]]> 近日,清华大学电机系易陈谊研究员团队通过开发可适用于柔性衬底的化学水浴制备二氧化锡(SnO2)电子传输层工艺实现了25.09%(认证效率为24.90%)的柔性钙钛矿太阳能电池的世界最高效率纪录。

柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)因其轻薄、高功率质量比、可弯折赋型等独特优势而备受关注。然而,FPSCs的加工过程和使用过程都会受外力和形变的影响,并且柔性衬底常使用的PET等衬底很难长时间耐受超过150摄氏度以上的高温,因此其表面很难沉积需要进行高温后处理的FTO等导电薄膜,只能使用ITO等材料。而ITO容易在较低pH条件下被强酸所腐蚀,导致很难用传统的SnCl2添加盐酸的化学水浴法(最低pH约为1)在该柔性衬底上制备高质量的SnO2电子传输层薄膜。因此,目前柔性钙钛矿太阳能电池效率仍然显著低于刚性器件。

图1.柔性器件结构图及其实物以及基于化学水浴制备的柔性钙钛矿电池效率测试曲线

为解决这些问题,易陈谊团队开发了一种高质量SnO2电子传输层的制备新工艺。通过使用SnSO4取代常规的SnCl2作为锡源,能够在不添加强酸,恒定pH条件下可控生长制备SnO2薄膜,从而使其适用于对酸敏感的柔性ITO衬底。基于温和且可控的生长环境获得了覆盖均匀的致密SnO2薄膜,并且利用该薄膜实现了25.09%(认证效率为24.90%)光电转换效率(PCE)的FPSCs,该效率为目前报道的柔性钙钛矿太阳能电池的世界最高效率纪录。

图2.柔性钙钛矿太阳能电池最高效率的进展以及使用SnCl2和SnSO4在柔性基板上制备SnO2膜的差异

图3.柔性钙钛矿电池截面SEM图和性能测试结果

基于SnSO4的FPSCs在耐久性方面表现出色,经过10000次弯曲循环后,仍能保持其初始光电转换效率的90%以上;测试表明基于SnSO4(与SnCl2相比)制备的SnO2为电子传输层的钙钛矿电池具有更好的热稳定性。这可归因于硫酸锡基SnO2上的SO42-与Pb2+之间的强相互作用,可减少界面缺陷,提高钙钛矿器件的热稳定性。此外,新工艺SnO2的可控生长不仅确保了化学水浴过程的优异再现性,还使得化学浴能够重复使用,不仅可节省原材料,还可减少该过程对环境的影响。

相关研究成果以“通过SnO2的可控生长实现25%效率的柔性钙钛矿太阳能电池”(25%-Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells Via Controllable Growth of SnO2)为题,于3月22日发表于《电力能源汇刊(英文)》(iEnergy)。

清华大学电机系博士后任宁宇、2021级博士生谭理国和李明昊为论文共同第一作者,易陈谊为论文通讯作者。

论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10478316

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<![CDATA[量子点源产生近乎完美纠缠光子对]]> 加拿大滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)科学家汇集了两项诺贝尔奖的研究概念,从量子点源有效地产生了近乎完美的纠缠光子对。发表在《通信物理》上的该项成果将推动量子通信领域的发展。

纠缠光子是在远距离也能保持关联的光粒子,2022年诺贝尔物理学奖认可了这一主题的实验。IQC团队将纠缠与量子点(荣获2023年诺贝尔化学奖的技术)相结合,旨在优化纠缠光子的生成过程。纠缠光子可用于安全通信等广泛领域。

纠缠光子源示意图。嵌入半导体纳米线中的铟基量子点(左),以及如何从纳米线有效提取纠缠光子。

量子密钥分发或量子中继器等令人兴奋的应用需要高度纠缠和高效率的结合,这些应用预计将安全量子通信的距离扩展到全球范围或链接远程量子计算机。以前的实验只测量近乎完美的纠缠或高效率,但新研究首次利用量子点同时满足了这两个要求。

通过将半导体量子点嵌入纳米线中,研究人员创造了一种量子点源,其产生近乎完美纠缠光子的效率,比之前的设备高65倍。这种新光源可用激光激发,根据指令产生纠缠对。研究人员使用荷兰单量子公司提供的高分辨率单光子探测器提高了纠缠程度。

量子点系统一直受到精细结构分裂问题的困扰,该问题会导致纠缠态随着时间的推移而振荡。这意味着,如果检测系统缓慢就会阻碍测量纠缠。通过将量子点与非常快速和精确的检测系统相结合,研究人员获取了振荡期间每个点的纠缠态的时间戳(在特定时间点存在的可验证的数据)。

研究人员利用新的量子点纠缠源模拟了量子密钥分发,证明量子点源在未来安全量子通信领域具有重要作用。

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<![CDATA[新型单分子晶体管利用量子干涉来控制电子流]]> 英国和加拿大科学家组成的一个国际研究团队开发出一种新型单分子晶体管,利用量子干涉来控制电子流。这一成果为在电子设备中使用量子效应带来了新的可能性,有望催生比现有设备更小、更快、更节能的新型晶体管,以制造新一代电子设备。相关论文发表于25日出版的《自然·纳米技术》杂志。

晶体管是现代电子技术的基本组成部分,用于放大和切换电信号,广泛应用于从智能手机到宇宙飞船等各种设备和器件上。但传统晶体管制造方法已到达极限。随着晶体管越来越小,其效率越来越低,且容易受到误差的影响。由于存在量子隧穿效应,即使晶体管关闭,电子也会从中泄漏。

研究示意图

鉴于此,研究人员正在探索新型开关机制,希望能消除这种影响。在最新研究中,英国玛丽女王大学物理与化学科学学院简·摩勒教授领导的团队,借助量子干涉研制出一种新型晶体管,消除了量子隧穿效应的影响。在这种量子力学效应中,电子表现为波而非粒子。

新型晶体管的导电通道是单个导电分子卟啉锌。该分子位于两个石墨烯电极之间,当向电极施加电压时,借助量子干涉效应可控制通过分子的电子流。干涉指两个波相互作用而相互抵消(相消干涉)或相互增强(相长干涉)时发生的一种现象。在新晶体管内,研究人员通过控制电子在卟啉锌分子内流动时是相长干涉还是相消干涉来打开和关闭晶体管。

研究团队发现,新型晶体管的开关比非常高,这意味着它可以非常精确地打开和关闭电流。晶体管也非常稳定,以前由单个分子制成的晶体管只能开关几次,但新晶体管在不出现故障的情况下可以开关数十万次。

摩勒等人认为,新型晶体管可用于制造新一代电子设备,包括新型电脑、智能手机,以及医疗设备等。而且最新研究结果表明,量子干涉可以高效且可靠地控制晶体管内的电子流,有望带来更小、更快、更节能的晶体管。

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<![CDATA[飞秒晶体成像技术揭示原子复杂运动]]> 了解物质的行为对于推动生物、化学和材料科学等领域的发展至关重要。X射线结晶学使科学家能精确地确定分子结构。韩国基础科学研究所科学家首次利用时间分辨连续飞秒晶体成像技术(TR-SFX),以原子分辨率实时观察到蛋白质以外系统中的分子运动。

TR-SFX此前仅限于对蛋白质样品的研究。此次,研究人员首次将TR-SFX应用于蛋白质以外的系统。他们选择的材料是一种名为PCN(多孔配位网络)-224(Fe)的样品。样品由吸附在铁衍生物上的一氧化碳(CO)和金属有机框架中重复出现的锆团簇组成。

PCN–224(Fe)的时间分辨连续飞秒晶体成像技术实验方案。

研究团队的设置揭示了从100飞秒到3纳秒的总共33个时间点的晶体结构。这比之前的蛋白质TR-SFX研究更进一步,以前通常只报告大约10个时间点的晶体结构。这种时间分辨率的大幅提高,能更准确地表示长时间内的结构变化。

研究识别出3种不同的结构变化路径:铁原子被拉向卟啉环平面;锆和铁原子的声子模式;随温度升高的随机振动运动。研究表明,将TR-SFX测量应用于化学体系是可能的。

这项研究首次使用串列晶体学实时观察分子行为,标志着一个重要的科学里程碑。通过使用TR-SFX提供高时空分辨率,该团队能实时捕捉固态分子的微小结构变化。

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