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正高级专业技术人员

冯素雅

曹用 2026-01-04 13:09:06

副高级专业技术人员

王天行

曹用 2026-01-04 13:02:20

科研进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部在稀土磷酸盐玻璃局域结构研究中取得重要进展。研究团队在原子尺度上解析了Sc3+离子的特征配位结构，并阐明了其局域聚集机制，为理解稀土掺杂功能玻璃的构效关系及性能优化提供了更深刻的理论依据。相关成果以 “Structural Studies of Sc2O3–xKPO3Glasses by Solid-State NMR Spectroscopy”为题发表于Journal of Non-Crystalline Solids上。稀土掺杂玻璃材料的光学与热力学稳定性高度依赖于稀土离子的局部配位环境和空间分布。以往的研究虽已采用光谱分析、拉曼、中子散射等各种手段来探讨稀土离子在玻璃网络中的配位状态，但这些手段难以精准分辨并定量解析稀土离子的多种局域构型。同时，顺次性稀土离子难以通过固态核磁共振（SSNMR）进行有效探测，进一步限制了对稀土离子与玻璃网络连接机制及其结构演化规律的深入理解。这些局限使得稀土离子的局部有序性和网络修饰机制仍缺乏系统认知。本研究选取无顺磁性且具优异固态核磁共振（SSNMR）响应特征的Sc3+作为模型离子，以模拟小半径重稀土离子在磷酸盐玻璃中的结构行为。通过多维SSNMR技术，系统解析了Sc2O3-xKPO3玻璃中31P、45Sc与39K的局域结构，进而揭示了Sc3+的配位特性与聚集规律。结果表明，Sc3+在玻璃网络中完全呈现六配位态，并以共顶形式连接六个磷氧四面体[PO4]。研究明确指认了P13Sc结构单元，并对鉴定出的九种PnmSc单元（n = 0,1,2;m = 0,1,2,3）进行了定量分析。基于电荷、键数与空间分布概率的计算发现，Sc3+在55 Å范围内存在显著聚集倾向，据此构建了其原子尺度的聚集模型。该原子尺度模型揭示了稀土离子聚集的微观机理，为理解和调控磷酸盐玻璃的光学与热学性能奠定了基础，并能指导材料设计以规避相分离风险。本工作得到了到中国科学院战略性先导科技专项的支持。原文链接图1 1Sc2O3-75KPO3玻璃中PnmSc单元在Sc3+离子周围的空间分布示意图

Sc 稀土玻璃离子研究

曹用 2025-10-29 09:39:30

科研进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部研究团队在新型Te团簇近红外荧光硼酸盐玻璃材料研究中取得重要进展。相关研究成果以“Broadband NIR luminescence of Te-doped barium borate glass for gc-LED device applications”为题，发表于Journal of Luminescence。随着夜视监控、生物医学成像和工业无损检测等领域的发展，对高性能近红外（NIR）光源的需求日益增长。然而，传统NIR发光材料普遍存在发射波段窄、稳定性差或制备工艺复杂等问题，限制了其实际应用。开发一种宽发射光谱、高稳定性且易于集成的NIR发光材料，成为当前研究的关键方向。本研究在还原气氛下诱导Te团簇在硼酸盐玻璃中形成，成功实现了覆盖600–1400 nm的超宽带NIR发光。同时，系统研究了玻璃基质组分及TeO₂掺杂浓度对发光性能的影响。此外，该玻璃的发光性能对温度和激发波长高度敏感，展示出优异的的光谱可调控能力。在应用探索方面，研究人员将该Te掺杂玻璃与商用460 nm蓝光LED结合，成功构建了gc-LED器件，并验证其在暗环境下的夜视成像、无损检测及生物组织成像中的潜力。该研究为开发稳定、高效、宽带的新型NIR玻璃材料提供了理论依据和技术路线，也为gc-LED器件在医疗诊断、安防监控等领域的实用化提供了材料基础。相关工作得到了国家自然科学基金项目的支持。原文链接图1基于掺Te玻璃样品构建的近红外gc-LED器件及其应用：(a)用于近红外gc-LED器件的02Te玻璃样品实物图；(b)近红外gc-LED器件在近红外成像中的工作原理示意图；(c–e)绿植、TeO₂试剂瓶和手指的可见光图像；(f, g, i)在近红外gc-LED器件照射下，绿植、试剂瓶和手指的近红外图像；(h)蓝光照明下，TeO₂试剂瓶在的近红外图像

研究玻璃 gc-LED NIR 材料

曹用 2025-09-19 10:47:36

基本特征

基本原理: 超连续谱是指强激光脉冲在非线性光纤中传输时,由于自相位调制、孤子自频移、拉曼四波混频,调制不稳定性、高次谐波等多种非线性效应的共同作用,所产生的光谱剧烈展宽的现象。如下图所示,光谱沿传输方向展宽,导致光纤不同的部位呈现出不同的颜色。主要特点: • 超宽光谱,光谱可以是一个甚至数个倍频程。我们提供的典型的超连续谱产品,光谱宽度达到2个倍频程以上。 • 高光束质量(高亮度)。我们提供的超连续谱一般为单横模输出,具有很好的光束质量,可以高效率地耦合到其它光波导结构中,或者直接远距离的作用到目标上。 • 全光纤结构,结构紧凑,鲁棒性好,抗冲击、搞震动性能优良。 • 界面友好,交互性强,易于集成到其它系统中联动使用。下图为一束准直输出的超连续谱激光,经光栅分光后的情形。主要应用: 1 光纤和光波导材料的表征 • 测试光纤或其它波导材料的吸收/传输特性、色散特性等。利用超连续谱单模、宽谱的特性,可对微米尺度、高损耗的波导材料进行表征。 • 使用超连续谱光源进行光纤表征,最常见的应用是吸收光谱测量、SNOM/NSOM(扫描探针显微镜)和白光干涉测量。 2 金刚石的氮空位中心检测 • 氮空位中心是金刚石中众多点缺陷之一。利用光致发光的特性,可以很容易地检测到氮空位中心,特别是那些处于负电荷状态的中心。不同的缺陷中心具有不同的吸收和发射光谱、荧光寿命和自旋效应。超连续谱具有单横模光束质量,多波长可选择,适合检测的缺陷种类范围广。 3 纳米粒子和量子点的表征 • 超连续谱各波长都具有很好的光束质量,可以有效聚焦并精准定位。纳米粒子严格的定位具有重要的实际意义,对于高分辨率检测、材料的局部调控、非线性效应增强机理的研究等都很重要。 • 量子点是由半导体材料制成的纳米晶体,这些纳米晶体表现出量子力学性质,可应用于生物成像中的太阳能电池、LED等。 4 石墨烯和碳纳米管的表征 • 包括基于石墨烯的光电探测器的表征,碳纳米管、超材料的表征等。主要利用超连续谱的宽光谱和高峰值功率的优势。 5 眼科影像学 • 眼部光学相干层析(OCT)。采用超连续谱作为OCT照明光源,可成倍提高成像分辨率。 • 扫描激光眼科:• 通过超连续谱同时采用842 nm和543 nm激光光源,利用自适应光学激光共焦扫描检眼镜(AOSLO)成像,可以以亚细胞分辨率绘制锥体镶嵌图。 • 超连续谱光源可以提高真彩色视网膜成像技术的灵敏度,能在早期发现与年龄相关的黄斑变性。 6 高光谱成像 • 超连续谱具有稳定、平坦、宽广的光谱,可提升高光谱成像系统的分辨率、信噪比,增加系统的可靠性和信息量。 • 空基对地高光谱成像技术依赖于天气状况,超连续谱作为高光束质量的主动照明光源,可以使其摆脱对天气的依赖。 7 钙钛矿等光伏材料的表征 • 超连续谱激光器可以是皮秒甚至飞秒量级的超短脉冲,从而可以以超短时间尺度来了解材料的缺陷动态反应过程,分析其结构特性(如样品均匀性、缺陷种类等)。 • 典型应用:激子寿命测量、激子扩散长度测量、折射率和吸收系数检测。 8 共聚焦显微镜 • 在共聚焦显微镜中,需要的光源波长范围宽、功率高,并且需要能精确控制多波长激发脉冲时间。超连续谱特别适合这样的应用场景。 9 太阳能电池表征 • 调控超连续谱的发射光谱,可以接近太阳光的发射光谱。可以用超连续谱作为太阳模拟器,表征太阳能电池的性能。 • 无论是大体积还是微观尺度的样品,超连续谱都适合。无论是采用上转换还是下转换机制的检测分析,超连续谱都可以。 10 图像传感器和探测器的表征 • 光学传感器测试和校准。颜色敏感型光学传感器必须针对一定范围的波长进行校准,需要高光谱分辨率或高空间分辨率、高亮度的宽谱光源,超连续谱很适合。

连续光谱表征成像材料

系统管理员 2025-08-12 15:51:14

中心简介

中国科学院上海光学精密机械研究所特种玻璃与光纤研究中心(原高功率激光单元技术中心)创始于1964年。自成立伊始,中心始终专注新型激光材料与核心器件的基础研究、技术开发和产品研制。主要研究领域为激光玻璃与特种玻璃、激光光纤与特种光纤、超连续谱激光器、以及玻璃与光纤的构效关系等。中心拥有一支以中国激光玻璃界泰斗、中国科学院院士姜中宏先生和国家技术发明二等奖第一完成人、激光玻璃与光纤领域双栖著名专家胡丽丽研究员领衔的一流科研团队。拥有正高级专业技术人员13位,副高级专业技术人员25位。其中包括上海市科技精英1名,上海市最美科技工作者1名,中国科学院海外优秀人才计划4名,中国科学院关键技术人才3名,中国科学院青促会成员3名,上海工匠1名。团队中41人拥有研究生以上学历,其中24人具有博士学位。中心拥有各类科研与生产用房5千余平米,其中万级超净间1千余平米。拥有全链条自主知识产权、国内唯一的激光玻璃连续熔炼生产线。拥有国际先进的特种光学玻璃生产工艺线,可承接各种新型光学玻璃的批量定制。中心建成了国际一流的特种光纤研发与生产条件,拥有MCVD设备两套,特种光纤拉丝塔5台。拥有完备的光学与激光材料的检测分析和表征设备,包括顺磁、核磁共振仪、ICP分析仪、时间分辨的荧光光谱分析仪、扫描电镜、拉曼光谱仪等。拥有先进的特种光纤检测仪器和光纤激光器研制设备,包括折射率分布测试仪、多台套的高分辨光纤光谱仪、各种型号的特种光纤熔接机、超短脉冲参量激光器等。中心对外提供批量化和定制化的产品与技术服务。成功研制并量产N31、N41和N51型系列掺钕磷酸盐玻璃,成为我国神光系列激光装置的指定增益介质材料,并出口到以色列、法国、俄罗斯等国家,蜚声海内外。成功研制并量产掺镱系列大模场激光光纤,性能达到国际先进水平,为创鑫激光、飞博激光等光纤激光器行业知名企业配套供货。成功研制光子晶体光纤和超连续谱激光器,关键指标达到国际领先水平,为复旦大学、中国科学院北京光电研究院、国家天文台南京天光所、中国计量大学等提供产品和技术服务。近5年来,除国家重大专项课题之外,中心还承担或参与承担了若干国家和地方重要科研项目,包括国家重点研发计划4项、中国科学院重点部署2项、上海市工业强基1项、装发电子元器件支撑1项,以及多项军科委863项目、国家自然科学基金项目和上海市自然科学基金项目。中心曾获得多项国家和省部级科研奖励,主要包括:国家科学技术进步二等奖1项、上海市科学技术进步奖一等奖1项、上海市技术发明特等奖1项、国家技术发明二等奖1项、上海市技术发明一等奖1项和中国科学院杰出科技成就奖1项。中心十分注重研究生教育培养。目前在读研究生30余名(含博士生、硕士生和联培生);近5年来,多位研究生斩获中国科学院和上海市的重要奖励;研究生就业率近100%,去向包括国内外高水平大学、科研院所和高科技企业(华为、OPPO)等。近5年来,中心共计发表学术论文168篇。据《International J of Appl Glass Sci》期刊的统计,中心在玻璃和光纤材料领域的国际论文数位居全球学术机构前列。中心为中国硅酸盐学会特种玻璃分会挂靠单位。胡丽丽研究员担任特种玻璃分会理事长,领导特种玻璃分会工作。特种玻璃分会主办的“中国功能玻璃学术研讨会暨新型光电子材料国际论坛”已连续举办20余届,成为特种玻璃和光电子材料领域知名国际学术会议之一。

中心玻璃激光光纤拥有

系统管理员 2025-08-12 14:29:17

科研进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，提出一种基于Pr3+/Ce3+掺杂硅酸盐作为红光激光材料的新方案，相关研究成果在线发表于《美国陶瓷协会》(Journal of the American Ceramic Society)。　　目前，Pr3+离子掺杂可见光光纤在显示技术、可见光通信和激光医疗领域中具有重要应用潜力。然而，由于Pr3+离子在大部分氧化物基质中5d能级位置比较低，在蓝光激发下容易发生多光子吸收（到达Pr3+：4f15d1）而进一步失去电子，导致光子暗化。寻找光暗化的解决方案是科研人员研究的方向和重点。　　研究团队提出一种Pr3+/Ce3+共掺硅酸盐玻璃实现高发光效率、暗化抑制特性和机械性能以及制备工艺成熟的激光基质材料的新方案。一方面，采用成熟的工艺，成功制备出光学性能好、物理化学性质稳定的稀土掺杂硅酸盐玻璃光纤。另一方面，利用Ce3+离子与Pr3+离子在4f5d能级上的能量传递，克服了Pr3+在蓝光激发下暗化的难题，大大增强了其可见光发光效率，其暗化效应被抑制了93%以上。同时，Ce离子的引入还能利用其变价的特点，通过抑制空穴电子中心的形成，达到提升可见激光光纤的耐辐照性能。　　相关研究得到了国家科技部重点研发项目、国际科技合作重点项目、上海市科委、国家自然科学基金、国家自然科学基金国际（地区）合作交流项目、中科院国际人才计划的支持。　　原文链接 Ce3+离子与Pr3+离子在4f5d能级上的能量传递示意图

Pr 激光离子 Ce 研究

系统管理员 2025-09-08 11:19:11

科研进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队，在空芯光子带隙光纤（PBG-HCF）基础研究中取得突破，提出利用表面模耦合新方法，实现对空芯光子带隙光纤热致群延迟系数（TCD）的大范围调控。相关研究成果发表于Optics Express。　　传统石英光纤的群延迟系数随使用温度不同而改变，这种现象源自于光纤材料的内禀属性，主要由石英材料热的光效应和涂敷层材料诱导的光弹效应决定。光纤群延迟的热敏感性在根本上限制了基于光纤的时频信号应用场景，而发展零热敏系数、负热敏系数的新型光纤在基础研究、国防安全和大容量光通信应用中有着迫切需求。　　研究团队根据低损耗空芯光纤的独特导光机制，提出了基于表面模耦合的光纤热致群延迟系数调控新方法。理论模型与数值计算表明，通过合理设计光纤结构，适量的表面模耦合效应可以较低的损耗代价（10-3dB/m），实现-400 ps/km/K至400 ps/km/K群延迟热敏系数的调节范围。基于表面模调控的光纤设计方法，使得定制具有特殊热延迟性质的空芯光纤成为可能，理论上可以满足长距离、分布式时间和频率传输，高精度时间、数据同步和宽带光通信网络等传输时延敏感应用的各种特殊需求。　　该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划的资助。　　原文链接图1 19芯PBG-HCF仿真结果。左:x偏振。右:y偏振。(a) 20°C下带隙内超模的有效折射率和损耗。彩色虚线:有效折射率；黑色实线:限制损耗。(b)反交叉点附近的TCD。图2 19芯PBG-HCF的双折射、TCB以及双折射关于波长导数的仿真结果。红实线:双折射。黑实线: TCB。蓝实线: 双折射关于波长的导数。矩形阴影：表面模强耦合区域。

光纤延迟研究表面损耗

系统管理员 2025-09-08 11:19:10

科研进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队在等效渐变包层折射率光子晶体光纤设计研究方面取得新进展。团队围绕新型光纤激光器和非线性光纤光学研究中对特殊色散光纤的需求，创新提出等效渐变包层折射率光子晶体光纤的新概念，围绕特殊色散光纤的逆向设计问题深入开展了研究。研究提出了等效渐变包层折射率光子晶体光纤色散经验公式，并结合差分遗传算法实现了光子晶体光纤在更大色散空间中的光纤结构逆向设计，光纤设计软件运行实现秒级输出，较传统有限元数值迭代方法缩短了近3个数量级。相关研究成果发表在Journal of Lightwave Technology。　　近年来，光子晶体光纤（PCF）因其灵活的色散裁剪特性在光纤通信，光纤激光器，非线性光学等方面得到广泛应用。等效渐变包层折射率光子晶体光纤作为一种改进的光子晶体光纤，可以为光纤设计带来更多的自由度，进一步提升色散的可调控性，但同时更多的自由度也为光纤设计带来了更大的困难。　　本研究中，研究人员从经典光波导理论出发并结合有限元数值计算，量化光纤结构参数和色散的关系，采用共轭梯度算法拟合得到经验公式。通过将差分遗传算法与色散经验公式相结合，可以实现基于计算机辅助的任意目标色散的快速光纤自动设计。研究利用该方法成功设计出在S+C+L波段近零色散，以及可用于1μm波段自相似演化的放大器或者激光器的渐变全正色散光纤结构。　　本研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划的资助。　　原文连接图1 （a）梯度等效折射率光子晶体光纤端面（四分之一）。 (b) 孔间距Λ=35μm, 经验公式（红）与有限元数值分析（黑）计算结果对比。图2 （a）逆向设计的零色散光纤在S+C+L波段的色散结果(b)设计的渐变全正色散锥形光纤在不同位置的色散结果。

光纤色散研究设计光子

系统管理员 2025-09-08 11:19:11

科研进展

　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室提出了一种基于溶胶凝胶法结合石英管内壁涂覆与熔融拉锥工艺的光纤制备新方案，研究团队利用该方案在高SiO2含量玻璃光纤中实现Yb3+离子高浓度掺杂，相关工作发表于《光学与激光技术》(Optics & Laser Technology)。　　自20世纪90年代提出单频激光这一概念以来，单频激光技术不断取得显著进展，并且取得越来越广泛的应用。稀土掺杂单频激光器通常要求高浓度的稀土离子掺杂。然而，高二氧化硅含量的玻璃基质因其结构特性难以实现稀土离子高掺，商用二氧化硅光纤中Yb3+离子的掺杂水平通常低于1wt%。　　研究团队提出一种基于溶胶凝胶法结合石英管内壁涂覆与熔融拉锥工艺的光纤制备新方案，其主要分为三个步骤：石英管内壁涂覆；膜层的热处理；二次熔融拉锥过程。利用该方案，团队成功制备得到~103μm高SiO2含量玻璃有源光纤，Yb3+掺杂浓度高达57wt%，激光输出的信噪比高达70dB。制得的光纤很容易与商用石英基无源光纤器件（如光纤光栅）熔接。　　该方案成功克服了高SiO2含量玻璃光纤中Yb3+离子溶解率低的问题，有望应用于制备短腔高增益石英基光纤，从而在石英基单频激光领域具有潜在应用。值得注意的是，研究团队指出，该方案中只要该组分溶胶能够成功制备得到且具有良好的分散性，光纤的纤芯组成可以替换为任何高稀土掺杂组分。因此，该方案将对制备±1um、±15um甚至±2um石英基单频种子激光器均具有重要的参考意义。　　相关研究得到了国家自然科学基金和上海国际合作基金的支持。　　原文链接图1 (a)(b)(c)稀土高掺石英包层光纤的制备流程图；(d)自制光纤与商用石英基无源光纤组件熔接的显微拍图；(e)激光输出

光纤激光制备方案稀土

系统管理员 2025-09-08 11:19:27

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