偏振分辨振动

撰文：刘雪璐等众所周知，实验上已经有多种手段可以实现角分辨偏振拉曼光谱(arpr)测试，但是不同配置往往会呈现出不同的结果。常用的arpr实验配置是固定入射激光和散射信号的偏振方向，旋转样品。但是，随着低维材料的兴起，样品尺寸往往只有微米量级，而旋转样品会导致样品点移动，很难实现对微米级样品的原位角分辨拉曼光谱测试。所以重新系统地研究各种arpr配置的优缺点并且找到对于微米级晶体材料优的实验方法显得十分必要。近，中国科学院半导体研究所谭平恒研究组系统全面地分析了三种测量arpr光谱的实验配置，给出了一般形式的拉曼张量在不同配置下拉曼强度的计算方法，并具体地以高定向热解石墨(hopg)的基平面和边界面为例，研究了这些arpr配置在二维材料拉曼光谱方面的应用。该工作使用了horiba公司labram hr evolution型全自动高分辨拉曼光谱仪，分析软件为labspec 6.0。全自动拉曼光谱仪快速的数据采集和强大的数据处理功能，为本工作的顺利完成提供了技术保障。今天在本文中，你将读到： 三种测量arpr光谱的实验配置及优缺点分析 高定向热解石墨的基平面和边界面arpr光谱测量及结果分析三种测量arpr光谱实验配置及优缺点分析图1. 三种测量arpr光谱的实验配置示意图：(a)αlvr和αlhr，(b)vlvr和vlhr以及(c)θlvr和θlhr。其中光路中偏振镜（polarizer）的使用是为了保证入射激光保持竖直偏振。单色仪入口的检偏镜（analyzer）用于选择沿竖直或水平偏振的拉曼信号。半波片用于改变入射激光或者散射光的偏振态。实验室坐标系(xyz)用黑色的箭头表示，而晶体坐标系(x’y’z’)用灰色的箭头表示。红色的双向箭头代表了照射到样品上的入射激光的偏振方向，蓝色的双向箭头代表了由竖直或水平检偏镜选择出的拉曼散射光的偏振方向。测量arpr光谱的实验配置如图1，三种配置的优缺点分别为：(a)αlvr和αlhr：改变入射激光的偏振方向，固定散射信号的偏振方向，而样品固定不动。这种偏振配置在测试过程中只需要通过旋转入射光路上半波片的快轴方向来改变入射激光的偏振方向。其优点在于便于操作，且保证了arpr光谱的原位测试。目前商业化的拉曼光谱仪，如labram hr evolution型拉曼光谱仪集成了自动化控制的半波片，这相比于手动旋转入射光路上半波片快轴方向的操作更为方便，测量结果更准确。(b)vlvr和vlhr：固定入射激光和散射信号的偏振方向，旋转样品。这种偏振配置被广泛应用于研究晶体材料拉曼光谱的各向异性，分别对应于常说的平行偏振（通常记为vv或yy）和交叉偏振（通常记为vh或yx）。其优点在于光路简单，而缺点为在旋转样品过程中不可避免地会导致样品点的移动，很难实现对微米级样品的原位角分辨拉曼光谱测试，使得测试技术难度增加。(c)θlvr和θlhr：在入射激光和散射信号的共同光路上设置半波片，通过旋转半波片的快轴-方向，同时改变入射激光及散射信号的偏振方向，而样品固定不动。这种偏振配置的优点同样是保证了arpr光谱的原位测试，但在低维材料的arpr光谱测量中尚未得到广泛的应用。上述三种arpr光谱的实验配置中，种配置(a)αlvr和αlhr可以借助自动化控制的半波片实现快速测量，是一种快速有效地测量arpr光谱的实验配置。第二种(b)vlvr和vlhr和第三种配置(c)θlvr和θlhr是等价的，这可以通过计算一般形式的拉曼张量在这两种配置下拉曼强度证实， 而后一种配置以其简便性和准确性等优势可以作为前一种的替代，从而可以更为高效地测量诸多微米级样品的arpr光谱。高定向热解石墨的基平面 & 边界面arpr光谱测量及结果分析二维层状晶体材料以其独特的物理、机械、化学和电学特性等迅速成为过去十余年国际科学研究的热点。近报道的一些垂直排列的二维层状晶体材料以及它们的异质结构，它们在边界面上能呈现出某些优于基平面的性质。这些各向异性材料的诸多性能随晶向而变，使其在纳米器件方面有着非常广阔的应用前景。hopg是石墨烯的母体材料，其由单层碳原子层即石墨烯依靠层间范德华力有序地堆垛而成，所以hopg可以作为二维层状晶体材料的代表。为了展示了不同arpr光谱的实验配置在二维层状晶体材料拉曼光谱测量以及各向异性研究方面的应用，研究人员对高定向热解石墨hopg的基平面（如图2）和边界面（如图3）分别进行了arpr光谱的测量。通过研究hopg基平面以及边界面上g模的拉曼强度对不同arpr光谱实验配置的依赖性，进一步证实了旋转样品的偏振测试技术（图1(b)vlvr和vlhr）和在入射激光及散射信号共同光路上放置半波片的偏振测试技术（图1(c)θlvr和θlhr）的等价性。后一种偏振测试技术可以作为前一种的替代，使得平面内各向异性材料的arpr光谱测量更为简便和准确。图2.（a）hopg基平面上的拉曼光谱。插图为晶体坐标系相对于激光入射方向的示意图。（b）偏振配置αlvr和αlhr，hopg基平面的g模拉曼强度igb(g)随α变化的坐标图。（c）偏振配置vlvr和vlhr下，hopg基平面的g模拉曼强度igb(g)随变化的坐标图。（d）偏振配置θlvr和θlhr下，hopg基平面的g模拉曼强度igb(g)随θ变化的坐标图。图3.（a）hopg边界面上的拉曼光谱。插图为晶体坐标系相对于激光入射方向的示意图。（b）偏振配置αlvr和αlhr下，hopg边界面的g模拉曼强度ige(g)随α变化的坐标图。（c）偏振配置vlvr和vlhr下，hopg边界面的g模拉曼强度ige(g)随β变化的坐标图。（d） 偏振配置θlvr和θlhr下，hopg边界面的g模拉曼强度ige(g)随θ变化的坐标图。对于垂直排列的二维层状晶体材料，单层厚度仅有亚纳米的级别，无法用光学显微镜对它们的晶向进行准确判断，目前急需一种快速、无损的鉴别方法。中国科学院半导体研究所谭平恒研究组进一步发现，当入射激光偏振方向与hopg碳平面取向平行时，其g模强度达到大值。基于这一特征，研究人员利用arpr光谱对hopg的边界面进行了晶向指认。这种方法还将有望推广到其他垂直排列的层状材料晶向的无损快速鉴别。图4. (a)hopg的边界面的光学图像，hopg边界面碳平面的方向y’与实验室坐标系y轴的夹角为β0=0o，20o和40o。(b)偏振配置αlvr下，β0=0o，20o和40o时hopg 边界面的g模拉曼强度ige(g)随α变化的坐标图。(c)偏振配置αlhr下，β0=0o，20o和40o时hopg边界面的g模拉曼强度ige(g)随α变化的坐标图。以上工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金委的大力支持，并于近期以highlights文章发表于中国物理b《chinese physics b》上：liu xue-lu, zhang xin, lin miao-ling, tan ping-heng. different angle-resolved polarization configurations of raman spectroscopy: a case on the basal and edge plane of two-dimensional materials. chinese physics b, 2017, 26(6): 067802horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 jobin yvon 光学光谱技术，horiba scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天horiba 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　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。 /p p 　　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。 /p p 　　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。 /p p 　　相关研究成果近期发表在 em Journal of the American Chemical Society /em 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。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171123391449326616.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/753d9b4e-23b3-45db-b3a8-e7fd4a6082c2.jpg" uploadpic=" W020171123391449326616.jpg" / /p p style=" text-align: center " 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。 /p

p 　　高分辨宽带和频振动光谱(high-resolution broadband sum frequency generation vibrational spectroscopy, HR-BB-SFG-VS)是研究界面分子间相互作用的前沿光谱技术。最近，中国科学院化学研究所分子反应动力学国家重点实验室在国家自然科学基金委重大仪器研制项目的支持下，成功研制了具有亚波数分辨(& lt 1cm-1)的界面和频振动光谱系统。 br/ /p p 　　该仪器最终测试指标达到或优于最初的设计参数。其飞秒红外脉冲的半高宽大于250波数，可一次性覆盖400波数以上的红外区间，光谱分辨率达到0.4个波数，优于国际上已报道的同类型设备参数，比传统飞秒宽带和频光谱10-20波数的光谱分辨率有极大的提高。该仪器可用于测量气液界面、气固界面、超分子手性界面、生物膜界面的分子振动光谱、分子取向结构和动力学。 /p p 　　鞘脂类分子是细胞质膜的重要组成部分。Ca2+与鞘磷脂的相互作用一直是生命科学中备受关注的研究课题。研究人员使用研制成功的高分辨宽带和频振动光谱研究了气/液界面Ca2+对鞘磷脂(egg sphingomyelin, ESM)单分子膜的结构和取向的影响，提出了Ca2+与ESM相互作用的分子机理(如图)，为深入理解神经细胞信号传导的分子机理及生物体内电解质对神经传导影响的机制提供了实验依据。该工作是世界上首次用高分辨宽带和频振动光谱研究磷脂体系，展示了该技术研究复杂体系的能力。相关研究成果近期发表在Biophysical Journal, Volume 112, Issue 10,2017, p2173–2183上，被编辑推荐为Featured Article。 /p p 　　 a href=" http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349517304423" target=" _self" title=" " 文章链接 /a /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/c1e862e8-8e40-49ba-92ca-cdac16d2566b.jpg" title=" 1.jpg" / /p p 　　图：高分辨和频光谱实物图(a)，高分辨和频振动光谱研究钙离子与鞘磷脂相互作用(b)，钙离子与鞘磷脂之间相互作用机理图(c)。 /p p br/ /p

p 　　高分辨宽带和频振动光谱(high-resolution broadband sum frequency generation vibrational spectroscopy, HR-BB-SFG-VS)是研究界面分子间相互作用的前沿光谱技术。最近，中科院化学所分子反应动力学国家重点实验室在国家自然科学基金委重大仪器研制项目的支持下，成功研制了具有亚波数分辨(& lt 1cm-1)的界面和频振动光谱系统。 /p p 　　本仪器最终测试指标达到或优于最初的设计参数。其飞秒红外脉冲的半高宽大于250波数，可一次性覆盖400波数以上的红外区间，光谱分辨率达到0.4个波数，优于国际上已报道的同类型设备参数，比传统飞秒宽带和频光谱10-20波数的光谱分辨率有极大的提高。本仪器可用于测量气液界面、气固界面、超分子手性界面、生物膜界面的分子振动光谱、分子取向结构和动力学。 /p p 　　鞘脂类分子是细胞质膜的重要组成部分。Ca2+与鞘磷脂的相互作用一直是生命科学中备受关注的研究课题。研究人员使用研制成功的高分辨宽带和频振动光谱研究了气/液界面Ca2+对鞘磷脂(egg sphingomyelin, ESM)单分子膜的结构和取向的影响，提出了Ca2+与ESM相互作用的分子机理(图1)，为深入理解神经细胞信号传导的分子机理及生物体内电解质对神经传导影响的机制提供了实验依据。本工作是世界上首次用高分辨宽带和频振动光谱研究磷脂体系，展示了该技术研究复杂体系的能力。相关研究成果近期发表在Biophysical Journal, Volume 112, Issue 10,2017, p2173–2183上，被编辑推荐为Featured Article。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0429659b-5694-4f57-ad4a-87772b8249f3.jpg" title=" W020170619545828640231.jpg" / /p p 　　图1 高分辨和频光谱实物图(a)，高分辨和频振动光谱研究钙离子与鞘磷脂相互作用(b)，钙离子与鞘磷脂之间相互作用机理图(c)。 /p

在过去的十年里，红外（IR）光谱已被广泛应用于哺乳动物组织中的胶原蛋白研究。对有序胶原蛋白光谱的更好理解将有助于评估受损胶原蛋白和疤痕组织等疾病。因此，利用偏振红外光研究胶原蛋白（I型胶原和II型胶原）的层状结构和径向对称性逐渐成为研究热点。目前，基于焦平面阵列检测器的偏振远场（FF）傅立叶变换红外（FTIR）成像、偏振远场（FF）、光学光热红外（O-PTIR）以及散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的纳米红外技术在胶原蛋白领域得到广泛应用。偏振远场（FF）方法可应用于完整肌腱的截面，其纤维平行且垂直于偏振光排列。光学光热IR红外（O-PTIR）和纳米傅立叶变换红外（nano-FTIR）方法则应用于直径为100~500 nm的原纤维，在生物聚合物上共同实现互相印证和互补的结果。 通常，I型胶原蛋白在偏振红外光下反应不同。采用基于焦平面阵列（FPA）检测的远场傅里叶变换IR（FF-FTIR）对其进行成像时，受制于蛋白质酰胺I和II的红外特征峰吸收带的波长（~7 μm）的分辨率限，难以获取高质量的成像结果。而采用散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）方法的纳米FTIR（nano-FTIR）光谱技术，可以获得空间分辨率约为20nm的红外光谱，解决了受限于IR辐射波长的限制（通常5-10 μm）。此外，采用光学光热红外技术（O-PTIR）成像和光谱学的方法，也可以摆脱红外波长的限制，实现亚微米（500nm）的空间分辨率，为完整组织和原纤维胶原蛋白的研究打开了一个新窗口。 近期，在Kathleen M. Gough等人的研究中[1]，作者采用基于光学光热红外（O-PTIR）技术的PSC非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 mIRage对样品～500 nm单点区域收集振动光谱，如图1所示。该光学光热红外（O-PTIR）技术的工作原理是光热检测，其中红外量子联激光器（QCL）激发样品在1800–800 cm-1光谱范围内的分子振动。产生的光热效应通过短波长探测激光器检测。图2A-B中的光谱表明，固有的激光偏振所获得的高对比度所产生的光谱与使用FTIR焦平面阵列和偏振器组合进行的光谱测试近乎一致。并且对于安装在玻璃显微镜的不同载玻片，样品均获得了具有良好SNR的高质量光谱。图1. 完整肌腱的光学光热IR（O-PTIR）光谱，?500 nm测量点。（A）利用线性偏振量子联激光器（QCL）从CaF2窗口在平行和垂直两个不同方向上获得光谱。插入的可视图像显示了6个采谱位置；比例尺= 70 μm。（B）对比从CaF2（部）和玻璃（底部）载玻片在线性偏振QCL的平行和垂直方向上获得的光谱。 光学光热红外（O-PTIR）技术可以通过在载物台上轻易地旋转样品来测试平行和垂直于红外激光偏振方向的光谱。并利用光学光热红外（O-PTIR）技术在几个单一频率下对原纤维成像，以获得表观物理宽度的确定性估计。如图2右侧所示，在垂直方向上， 1655 cm-1处记录的单波长图像的红黄带表明该原纤维的宽度不超过500 nm。该尺寸将目标物标定为真正的原纤维，并且可与红外s-SNOM实验中检测到的300 nm原纤维相当。光学光热红外（O-PTIR）技术与nano-FTIR的测试结果相互印证，反映了“原纤维”宽度的标准范围。此外作者观察到，来自原纤维的酰胺I和II谱带比完整肌腱的窄，并且相对强度和谱带形状都发生了变化。这些光谱反映出在偏振红外光下正常I型胶原纤维的更多有用信息，并可作为研究胶原组织的基准。图2. 从CaF2窗口利用O-PTIR测试控制肌腱原纤维获得的光谱。用平行于激光偏振的原纤维获得的光谱（红色）；蓝色是垂直方向上的光谱。右侧是在垂直方向基于1655 cm-1的单波长图像。正方形表示光谱采集位置。比例尺= 1 μm。 与基于焦平面阵列检测器的偏振远场傅立叶变换红外（FF-FTIR）光谱相比，光学光热红外（O-PTIR）具有更高的空间分辨率，且可提供单波长光谱。使用FF-FTIR FPA探测往往包括其他非胶原材料。同时，光学光热红外（O-PTIR）还可以提供偏振平行于原纤维取向的原纤维光谱。这也是光学光热红外（O-PTIR）和纳米FTIR光谱对直径为100~500 nm的胶原原纤维给出证实性和互补性结果的次证明。综上所述，这些结果为进一步研究生物样品中的胶原蛋白提供了广阔的基础。 参考文献：[1]. Gorkem Bakir, Benoit E. Girouard, Richard Wiens, Stefan Mastel, Eoghan Dillon, Mustafa Kansiz, Kathleen M. Gough, Molecules 2020, 25, 4295 doi:10.3390/molecules25184295.

在宇宙深处，像黑洞这样的神秘天体一直吸引着大量的天文学家和天文爱好者的目光，但是目前能够很好观测这种星体的手段并不多。　　而天宫二号空间实验室携带的一台天文观测设备，就有可能在这一领域获得突破，它就是伽马暴偏振探测仪。　　这台设备叫做伽马射线暴偏振探测仪，它的任务是对宇宙当中的伽马射线暴进行探测。在宇宙中，只有温度极高、密度极高、磁场极强的星体里，才可能产生这种射线，因此它的存在可能就是黑洞留下的痕迹。　　伽马暴偏振探测仪首席科学家 张双南研究员：因为伽马射线暴，伽马射线的产生，是从极端相对论性的喷流里面产生的，这种极端相对论性的喷流，它的速度接近光速，这是在黑洞附近，或者是在中子星附近，极端的引力场里面所产生出来的。　　在过去，对伽马射线的测量只能测到它的能量，方向，和时间等信息，但是这一次，天宫二号要从全新的领域来探寻这种宇宙中的神秘射线，这就是伽马射线的偏振信息。那么什么是偏振呢?这其实是电磁波，也就是光的一种特性。　　伽马暴偏振探测仪首席科学家 张双南研究员：如果我们到海边，我们看到海面，白茫茫的一片，因为从海面来的这种光的偏振的，如果戴上偏振的镜子之后，我们就能够看到海面上的波浪，看得比较清楚。　　同样伽马射线的偏振特性里，也记录了产生它的星体的结构甚至磁场的形态信息。解读这些信息，很可能让我们对黑洞有新的认识。所以天宫二号携带的这台伽马射线偏振探测仪就是要以独特的设计，对伽马暴的偏振性质进行系统性地高精度测量，填补这个国际天文研究的空白。　　伽马暴偏振探测仪首席科学家 张双南研究员：它是一种特殊的天文望远镜，它实际上是由1600个，对伽马射线光子敏感的器件组成的，通过分析伽马射线在这1600个敏感器件上的信号分布，我们最终来推算伽马射线的偏振性质。　　为了打造这个探索宇宙秘密的特殊望远镜，来自瑞士和波兰的科学家也参与到了它的研制当中，这也成了天宫二号上所携带的唯一一台国际合作的科学设备，因此，全世界的科学家都在对这次任务充满期待。　　伽马暴偏振探测仪首席科学家 张双南研究员：我们希望这台仪器设计的灵敏度比国际上已有的，专门用于伽马射线暴偏振的仪器的灵敏度提高至少十倍，所以无论是从它的灵敏度和它的精度两方面来讲我们这个仪器都是最好的。

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近年来，研究人员和业内主要厂商已将研发重心转向微型化、便携式且低成本的光谱仪系统，使之可以在日常生活中实现现场、实时和原位光谱分析的许多新兴应用。然而，受到过度简化的光学设计和紧凑型架构的机械限制，微型光谱仪系统的实际光谱识别性能通常远低于台式光谱仪系统。如今，克服这些限制的一种策略便是在光子方法学中引入深度学习（DL）进行数据处理。据麦姆斯咨询报道，近日，美国纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo，the State University of New York）与沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science & Technology）的联合科研团队在Nature Communications期刊上发表了以“Imaging-based intelligent spectrometer on a plasmonic rainbow chip”为主题的论文。该论文第一作者为Dylan Tua，通讯作者为甘巧强（Qiaoqiang Gan）教授。在这项研究工作中，研究人员开发了一种紧凑型等离子体“彩虹（rainbow）”芯片，能够实现快速、准确的双功能传感，其性能可在特定条件下超越传统的便携式光谱仪。其中的分光纳米结构由一维或二维的梯度金属光栅构成。该紧凑型等离子体光谱仪利用普通相机拍摄的单幅图像，即可精确地获得照明光源光谱的光谱信息和偏振信息。在经过适当训练的深度学习算法的辅助下，研究人员仅用单幅图像就能表征葡萄糖溶液在可见光光谱范围内的双峰和三峰窄带照明下的旋光色散（ORD）特性。该微型光谱仪具有与智能手机和芯片实验室（lab-on-a-chip）系统集成的潜力，为原位分析应用提供新的可能。研究人员利用彩虹捕获效应（rainbow trapping effect）来开发片上光谱仪系统。图1展示了该研究工作所提出的片上光谱仪和一维彩虹芯片的设计原理。如图1a所示，该光谱仪利用等离子体啁啾光栅实现分光功能。这种表面光栅几何形状的逐渐变化，导致了局部等离子体共振的空间调谐（即为光捕获“彩虹”存储）。如图1b所示，研究人员采用聚焦离子束铣削技术，在300 nm的银（Ag）薄膜上制备了啁啾光栅。当白光垂直入射时，通过简单的反射显微镜系统（如图1c），就可以观察到明显的“彩虹”色图像，如图1d的顶部所示，该现象源于光栅引发的等离子体共振。图1 片上光谱仪的等离子体啁啾光栅根据这些空间模式图像，可以建立共振模式与入射波长一一对应的关系，这是片上光谱仪的基础。因此，研究人员探讨了该光谱仪对任意光谱特征的空间分辨能力。通过深度学习辅助的数据处理和重建方法，研究人员利用这种分光功能可以构建用于光学集成的智能化、微型化光谱仪平台。具体而言，研究人员提出了基于深度学习的智能彩虹等离子体光谱仪概念，并构建了带有等离子体啁啾光栅的光谱仪示例，如图2所示。该光谱仪利用深度神经网络预测了所测量的共振模式图像中的未知入射光光谱，而无需使用传统的线性响应函数模型。实验中的光谱仪架构如图2a所示。智能光谱仪主要由三部分构成：空间模式、预训练神经网络以及对应的波长。图2 基于深度学习的数据重建光谱分辨率是评价传统光谱仪性能的重要参数之一。因此，研究人员对该光谱仪的分辨率做了详细测试，测试结果如图3所示。图3 智能等离子体光谱仪的分辨率以上初步测试数据表明，智能彩虹芯片光谱仪具有实现高分辨率光谱分析的潜力，其性能可与传统台式光谱仪相媲美。随后，研究人员将一维光栅扩展到二维，以利用紧凑型智能等离子体光谱仪实现偏振光谱的测定，其性能超越了传统的光学光谱仪系统。同时，研究人员展示了等离子体彩虹芯片光谱仪可以引入简化、紧凑且智能的光谱偏振系统，具有准确且快速的光谱分析能力。图4a为具有梯度几何参数的二维光栅。图4 用于测定偏振光谱的二维啁啾光栅接着，研究人员利用该二维偏振光谱仪芯片对旋光色散进行了简单而智能的表征。图5a为传统的旋光色散系统测量由物质引起的旋光度随入射波长的函数变化。最后，研究人员展示了将二维光栅作为光谱偏振系统，并介绍了用于葡萄糖传感应用的示例。图5 更简单、准确且智能的光谱偏振分析综上所述，本研究中提出了一种集成了片上彩虹捕获效应与紧凑型光学成像系统的智能芯片级光谱仪。研究结果表明，该等离子体芯片可以在可见光光谱（470 nm - 740 nm）范围内区分不同的照明峰值。该芯片充分利用其波长敏感结构，能够根据照明光谱峰值显示不同的等离子体共振模式。随后将芯片扩展到二维结构，共振模式的复杂性增加，从而在入射光偏振方面提供更多信息。通过使用片上共振模式的空间和强度分布图像来训练深度学习算法，研究人员在同一系统内分别实现了光谱分析和偏振分析。随后，研究人员利用一种将旋光引入透射光的手性物质（即葡萄糖），证明了所提出光谱仪在旋光色散传感方面的可行性，旋光色散是一种有助于手性物质检测和定量的偏振特异性特征。深度学习模型的分析表明，该算法能够基于等离子体芯片的共振模式准确预测葡萄糖引入的旋光。即使在分析多峰照明下的共振模式时，这种性能也得到了保留。这种由深度学习支持的基于图像的光谱仪能够通过利用纳米光子平台的单幅图像同时进行光谱分析和偏振分析。因此，该光谱仪标志着在单一紧凑型且轻量化设计中实现了高性能的光谱偏振分析，为深度光学和光子学在医疗保健监测、食品安全传感、环境污染检测、药物滥用传感以及法医分析等领域的应用赋能。这项研究获得了沙特阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程部的科研基金（BAS/1/1415-01-01）和NTGC-AI项目（REI/1/5232-01-01）的资助和支持。

在背景与目标红外辐射量差距不大或背景较为复杂等情况下，传统红外成像技术对目标进行探测与识别的难度较大。而红外偏振探测在采集目标与背景辐射强度的基础上，还获取了多一维度的偏振信息，因此在探测隐藏、伪装和暗弱目标和复杂自然环境中人造目标的探测和识别等领域，有着传统红外探测不可比拟的优势。但同时，偏振装置的加入也增加了成像系统的复杂度与制作成本，且对于远距离成像，在红外成像系统前加入偏振装置对成像系统的探测距离有多大的影响，也有待进一步的研究论证。据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院红外探测与成像技术重点实验室和中国科学院大学的科研团队在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“考虑探测器非理想性的红外偏振成像系统作用距离分析”为主题的文章。该文章第一作者为谭畅，主要从事红外偏振成像仿真方面的研究工作；通讯作者为王世勇研究员，主要从事红外光电系统技术、红外图像信号处理方面的研究工作。本文将从分析成像系统最远探测距离的角度出发，对成像系统的探测能力进行评估。综合考虑影响成像系统探测能力的各个因素，参考传统红外成像系统作用距离模型，基于系统的偏振探测能力，建立了红外偏振成像系统的作用距离模型，讨论了偏振装置非理想性对系统探测能力的影响，并设计实验验证了建立模型的可靠性。红外成像系统作用距离建模目前较为公认的对扩展源目标探测距离进行估算的方法是MRTD法。该方法规定，对于空间频率为f的目标，人眼通过红外成像系统能够观察到该目标需要满足两个条件：①目标经过大气衰减到达红外成像系统时，其与背景的实际表观温差应大于或等于该频率下的成像系统最小可分辨温差MRTD（f）。②目标对系统的张角θT应大于或等于相应观察要求所需要的最小视角。只需明确红外成像系统的各项基本参数与观测需求，我们就可以计算出系统的噪声等效温差与最小可分辨温差，进而求解出它的最远探测距离。红外偏振成像系统作用距离建模偏振成像根据成像设备的结构特性可分为分振幅探测、分时探测、分焦平面探测和分孔径探测。其中分时探测具有设计简单容易计算等优点，但只适用于静态场景；分振幅探测可同时探测不同偏振方向的辐射，但存在体积庞大、结构复杂，计算偏振信息对配准要求高等问题；分孔径探测也是同时探测的一种方式，且光学系统相对稳定，但会带来空间分辨率降低的问题；分焦平面偏振探测器具有体积小、结构紧凑、系统集成度高等优势，可同时获取到不同偏振方向的偏振图像，是目前偏振成像领域的研究热点，也是本文的主要研究对象。图1为分焦平面探测系统示意图。图1 分焦平面探测器系统示意图本文仿真的分焦平面偏振探测器，是在红外焦平面上集成了一组按一定规律排列的微偏振片，一个像元对应着一个微偏振片，其角度分别为 0°、45°、90°和135°，相邻的2×2个微像元组成一个超像元，可同时获取到四种不同的偏振态。图1为分焦平面探测系统结构示意图。传统方法认为在红外成像系统前加入偏振装置后，会对系统的噪声等效温差与调制传递函数MTF（f）产生影响，改变系统的最小可分辨温差，进而改变系统的最远探测距离。本文将从偏振装置的偏振探测能力出发，分析成像系统的最小可分辨偏振度差，建立红外偏振成像系统的探测距离模型。我们首先建立一个探测器偏振响应模型，该模型将探测器视为一个光子计数器，光子被转换为电子并在电容电路中累积，综合考虑探测器井的大小、偏振片消光比、信号电子与背景电子的比率以及入射辐射的偏振特性，通过应用误差传播方法对结果进行处理。从噪声等效偏振度（NeDoLP）的定义出发，NeDoLP是衡量偏振探测器探测能力的指标，即探测器对均匀极化场景成像时产生的标准差。对其进行数学建模，进而分析得到红外偏振成像系统的最远探测距离。图2 DoLP随光学厚度变化曲线对于探测器来说，积分时间越长，累积的电荷越多，探测器的信噪比（SNR）就越高，但这种增加是有限度的。随着积分时间的增加，光生载流子有更多的时间被收集，增加信号。然而，同时，暗电流及其相关噪声也会增加。对于给定的探测器，最佳积分时间是在最大化信噪比和最小化暗电流及噪声的不利影响之间取得平衡，为方便分析，我们假设探测器工作在“半井”状态下。通过以下步骤计算红外偏振成像系统最远作用距离：a. 根据已知的目标和背景偏振特性以及环境条件，计算在给定距离下，目标与背景之间的偏振度差在传输路径上的衰减。b. 结合系统的探测器性能参数，确定目标在给定距离下是否可被观察到。如果不能则减小设定的距离。目标被观察到需同时满足衰减后的偏振度差大于或等于系统对应于该频率的最小可分辨偏振度差MRPD，目标对系统的张角θT大于或等于相应观察要求所需要的最小视场角。c. 逐步增加距离，直到目标与背景之间的偏振度差不再满足观察要求。这个距离即为成像系统最远作用距离。τp (R)为大气对目标偏振度随探测距离的衰减函数，可根据不同的天气条件，根据已有的测量数据进行插值，计算出不同探测距离下大气对目标偏振度的衰减，图4. 5给出了根据文献中测量数据得到的偏振度随光学厚度增加衰减关系图。这里给出的横坐标是光学厚度，不同天气条件下，光学厚度对应的实际传播距离与介质的散射和吸收系数有关。综上，我们建立了传统红外成像系统和考虑了偏振片非理想性的红外偏振成像系统的作用距离模型，下面我们将对模型的可靠性进行验证，分析讨论探测器各参数对成像系统探测能力的影响。验证与讨论由噪声等效偏振度的定义可知，其数值越小，代表偏振探测器的性能越优秀。下面我们对影响红外偏振成像系统探测性能的各因素进行讨论，并设计实验验证本文建立模型的正确性。偏振片消光比消光比是衡量偏振片性能的重要参数，市售的大面积偏振片的消光比可以超过200甚至更多。对其他参数按经验进行赋值，从图3可以看到，对于给定设计参数的探测器，偏振片消光比超过20后，随着偏振片消光比的增加，探测器性能上的提升微乎其微。对于分焦平面探测器，为实现更高的消光比，不可避免地要牺牲探测器整体辐射通量。由于辐射通量降低而导致的信噪比损失可能远远超过消光比增加所获得的收益。这一结果同样可以对科研人员研制偏振片提供启发，对需要追求高消光比的偏振片来说，增大透光轴方向的最大透射率要比降低最小透射率更有益于成像系统的性能。图3 偏振片消光比与探测器噪声等效偏振度关系图探测器井容量红外探测器的井容量是指探测器像素在饱和之前能够累积的电荷数量的最大值。井容量是衡量红外探测器性能的一个关键参数，井容量通常以电子数（e-）表示。较大的井容量意味着探测器可以在饱和之前存储更多的电荷，从而能够在更大的亮度范围内准确检测信号。这对于在具有广泛亮度变化的场景中捕获清晰图像至关重要。从图4可以看出，增大探测器井的容量，同样能很好的提高成像系统的偏振探测能力。图4 探测器井容量与探测器噪声等效偏振度关系图然而，井容量的增加可能会导致像素尺寸增大或探测器面积减小，这可能对系统的整体性能产生负面影响。因此，在设计红外探测器时，需要权衡井容量、像素尺寸和其他性能参数，以实现最佳性能。目标偏振度虽然推导出的噪声等效偏振度公式包含目标偏振度这一参量，但目标的偏振度本身对探测器的噪声等效偏振度没有直接影响。NeDolp 是一个衡量探测器性能的参数，它主要受探测器内部噪声、电子学和其他系统组件的影响。然而，目标的偏振度会影响探测器接收到的信号强度，从而影响信噪比（SNR）。从图5也可以看出，探测器的NeDolp受目标的偏振度影响不大。图5 目标偏振度与探测器噪声等效偏振度关系图读取噪声与产生复合噪声比值读取噪声主要来自于探测器的读出电路、放大器和其他电子元件。它通常在整个光强范围内保持相对恒定。产生复合噪声是由光子的随机到达和电荷生成引起的，与光子数成正比。在低光强下，产生复合噪声通常较小；而在高光强下，它会逐渐变大。通过计算读取噪声和产生复合噪声的比值，可以确定系统的性能瓶颈。如果读取噪声远大于产生复合噪声，这意味着系统在低光强下受到读取噪声的限制。在这种情况下，优化读出电路和放大器等元件可能会带来性能提升。如果产生复合噪声远大于读取噪声，这意味着系统在高光强下受到产生复合噪声的限制。在这种情况下，提高信号处理和光子探测效率可能有助于改善性能。从图6可以看出，降低读取噪声与产生复合噪声比值可以有效提升系统偏振探测能力。图6 δ与探测器噪声等效偏振度关系图信号电子比例综合图4~6可以看出，提升β的数值可有效提高探测器的偏振探测能力，由β的定义可知，对于确定井容量的探测器，β的取值主要取决于探测器的各种噪声与积分时间，降低探测器的工作温度、优化探测器结构、减少表面和界面缺陷等途径都可以降低探测器的噪声，调节合适的积分时间也有助于探测系统的性能提升。实验验证根据噪声等效偏振度的定义，利用面源黑体与红外可控部分偏振透射式辐射源创建一组均匀极化场景。如下图7所示，黑体发出的红外辐射，经过两块硅片，发生四次折射，产生了偏振效应，通过调节硅片的角度，即可产生不同线偏振度的红外辐射。以5°为间隔，将面源黑体平面与硅片间的夹角调为10°~40°共七组。每组将面源黑体设置为40℃和70℃两个温度，用国产自主研制的红外分焦平面偏振探测器采取不少于128帧图像并取平均，然后将每组两个温度下相同角度获得的图像作差，以减少实验装置自发辐射和反射辐射对测量结果的干扰，差值图像就是透射部分的红外偏振辐射。对差值图像进行校正和去噪后，即可按公式计算出探测器对均匀极化场景产生的偏振度图像。计算出红外辐射的线偏振度，为减小测量误差，仅取图像中心区域的像元进行分析。该区域像元的标准差就是该成像系统的噪声等效偏振度（NeDoLP）。探测器具体参数如表1所示。图7 实验示意图表1 偏振探测器参数利用本文建立的探测器仿真模型计算出硅片的线偏振度仿真值，公式19计算出硅片线偏振度的理论值，与实验的测量值进行对比，图8展示了三组数据的变化曲线，从图中可以看出，三组数据存在一定偏差，这可能与硅片调节角度误差、面源黑体稳定性、干涉效应、硅片摆放是否平行等因素有关，但在误差允许的范围内，实验验证了偏振探测系统的性能，也证明了本文建立仿真模型的可靠性。NeDoLP测量结果如表2所示。图8 线偏振度理论值、测量值与本文模型仿真值曲线图表2 实验结果从上表可以看到NeDoLP的测量值与仿真值的差值基本能控制在5%以内，实验结果再次印证了本文设计的模型的可靠性。实例计算应用建立的模型对高2.3m，宽2.7m，温度47℃，发射率为1的目标的最远探测距离进行预测，目标差分温度6℃；背景温度27℃；发射率1；目标偏振度30%，背景偏振度1%，使用3.2节中样机的探测器参数，最后，采用文献中介绍的“等效衰减系数-距离”关系的快速逼近法对红外探测系统最远作用距离R进行求解，得到表3的结果。表3 红外成像系统的最远作用距离根据红外探测系统最远探测距离，利用本文第二节提出的方法，得到不同探测概率下红外偏振成像系统最远作用距离结果如表4所示。表4 红外偏振成像系统的最远作用距离所选例子为目标与背景偏振度差异大于其温差，所以在这种探测场景下红外偏振成像系统的探测能力要优于红外成像系统。探测器的参数不同，探测场景与目标的变化都会对模型的结果产生影响，但本文提供的成像系统作用距离模型可为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供参考。结论针对不同的探测场景，红外成像系统与红外偏振成像系统在最远探测距离方面哪个更有优势并没有定论，探测目标的大小，背景与目标的温差与偏振度差，大气透过率，具体探测器的参数等因素都会对成像系统的最远探测距离产生影响。经实验验证，本文所建立的非理想红外偏振成像系统的响应模型是可靠的，可以用于估算成像系统的最远作用距离，针对不同的探测场景，读者可通过实验确定探测器的具体性能参数，利用仿真软件或实验测量的方式获取探测目标的温度与偏振信息，明确探测环境的具体大气参数，利用模型对红外成像系统与偏振成像系统的最远作用距离进行预估，选择更具优势的成像系统。这项研究获得上海市现场物证重点实验室基金（No. 2017xcwzk08）和上海技术物理研究所创新基金（No. CX-267）的资助和支持。论文链接：http://journal.sitp.ac.cn/hwyhmb/hwyhmbcn/article/abstract/2023041

红外辐射(760nm-30μm)作为电磁波的一种，蕴含着物体丰富的信息。红外光电探测器在吸收物体的红外辐射后，通过光电转换、电信号处理等手段将携带物体辐射特征的红外信号可视化。其具有全天候观测、抗干扰能力强、穿透烟尘雾霾能力强、高分辨能力的特点，在国防、天文、民用领域扮演着重要的角色，是当今信息化时代发展的核心驱动力之一，是信息领域战略性高技术必争的制高点。众所周知，波长、强度、相位和偏振是构成光的四大基本元素。其中，光的偏振维度可以丰富目标的散射信息，如表面形貌和粗糙度等，使成像更加生动、更接近人眼接收到的图像。因此偏振成像在目标-背景对比度增强、水下成像、恶劣天气下探测、材料分类、表面重建等领域有着重要应用。在短波红外领域，InGaAs/InP材料体系由于其带隙优势，低暗电流，和室温下的高可靠性已经得到了广泛的应用。目前，一些关于短波偏振探测技术的研究已经在平面型InGaAs/InP PIN探测器上开展。然而，平面结构中所必须的扩散工艺导致的电学串扰使得器件难以向更小尺寸发展。同时，平面结构中由对准偏差导致的偏振相关的像差效应也不可避免。与平面结构相比，深台面结构在物理隔离方面具有优势，具有克服上述不足的潜力。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心E03组长期从事化合物半导体材料外延生长与器件制备的研究。E03组很早就开始了对近红外及短波红外探测器材料与器件的研究，曾研制出超低暗电流的硅基肖特基结红外探测器【Photonics Research, 8, 1662(2020)】，研究过短波红外面阵探测器小像元之间的暗电流抑制及串扰问题【Results in Optics, 5, 100181 (2021)】等。最近，E03组研究团队的张珺玚博士生在陈弘研究员，王文新研究员，邓震副研究员地指导下，针对光的偏振成像，并结合亚波长光栅制备技术，片上集成了一种台面型InGaAs/InP基PIN短波红外偏振探测器原型器件。该原型器件具有的深台面结构可以有效地防止电串扰，使其潜在地实现更小尺寸短波红外偏振探测器的制备。图1是利用湿法腐蚀和电子束曝光等微纳加工技术制备红外探测器及亚波长光栅的工艺流程。图2和图3分别是制备完成后的红外探测器光学显微镜图片和不同取向的亚波长光栅结构SEM图片。图1. 集成有亚波长Al光栅的台面型InGaAs PIN基偏振探测器的工艺流程示意图。图2. 两种台面尺寸原型器件的光学显微镜图片 (a) 403 μm×683 μm (P1), (b) 500 μm×780 μm (P0)。图3. 四种角度 (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°, (d) 135° Al光栅形貌。图4是不同台面尺寸的P1和P0器件(无光栅)在不同条件下的J-V特性曲线和响应光谱。在1550 nm光激发，-0.1 V偏压下，P1和P0器件的外量子效率分别为 63.2% and 64.8%，比探测率D* 分别达到 6.28×1011 cm？Hz1/2/W 和6.88×1011 cm？Hz1/2/W，表明了原型器件的高性能。图4. InGaAs PIN原型探测器(无光栅)的J-V特性曲线和响应光谱。(a) 无光照下，P1和P0的暗电流密度Jd-V特性曲线；不同入射光功率下，(b) P1和(c) P0的光电流密度Jph-V特性曲线，插图是-0.1V下光电流密度与入射光功率之间的关系曲线； (d) P1和P0的响应光谱曲线。图5表明器件的偏振特性。从图5可以看出，透射率随偏振角度周期性变化，相邻方向间的相位差在π/4附近，服从马吕斯定律。此外， 0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的消光比分别为18:1、18:1、18:1和20:1，TM波透过率均超过90%，表明该偏振红外探测器件具有良好的偏振性能。图5. (a) 1550 nm下，无光栅器件和0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的电学信号随入射光极化角度的变化关系；(b) 光栅器件透射谱。综上所述，研究团队制备的台面结构InGaAs PIN探测器，其响应范围为900 nm -1700 nm，在1550 nm和-0.1 V (300K) 下的探测率为6.28×1011 cmHz1/2/W。此外，0°，45°，90°和135°光栅的器件均表现出明显的偏振特性，消光比可达18:1，TM波的透射率超过90%。上述的原型器件作为一种具有良好偏振特性的台面结构短波红外偏振探测器，有望在偏振红外探测领域具有潜在的广泛应用前景。近日，相关研究成果以题“Opto-electrical and polarization performance of mesa-structured InGaAs PIN detector integrated with subwavelength aluminum gratings”发表在Optics Letters【47，6173(2022)】上，上述研究工作得到了基金委重大、基金委青年基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、怀柔研究部的资助。另外，感谢微加工实验室杨海方老师在电子束曝光等方面的细心指导和帮助。物理所E03组博士研究生张珺玚为第一作者。

天美公司为员工在上海举办冻干机培训和椭圆偏振仪培训 8月24日—25日，公司为员工在上海举办冻干机培训。 8月25日下午—28日，公司为员工在北京举办椭圆偏振仪培训。

使用光谱仪器时，如何巧妙制样？针对不同的样品，测试方法有哪些区别？仪器测试结果如何分析解读…11月13日，HORIBA的资深工程师们，就拉曼、荧光、椭圆偏正光谱仪器日常使用技巧，为大家分享了自己多年的宝贵（xue）经（lei）验（shi）。分享过程中，同学们也纷纷提出自己的问题，不知道是否也有你的困惑，我们一起看看吧：荧光光谱1.为什么样品信号之前的背景光平台不是平的？在进行磷光寿命测试时，前端的小段曲线是由光源产生的，即激发光还没有完全消失，就开始了样品信号采集，后边部分属于光源消失后磷光衰减的信号，进行寿命拟合的时候只要选择后边尾部即可。2.问水拉曼峰怎么测?1）开启仪器；2）将标准盛有三重去离子水的比色皿放入样品仓；3）打开软件，选择Spectra——emmission功能；4）点击Run进行信号采集即可。参数详见如下：激发波长350nm，水拉曼峰值，峰值波长397nm。实验条件：激发波长350nm，带宽5nm，0.5nm步进，发射波长扫描范围365~450nm，带宽5nm，积分时间1s；样品要求：必须是超纯水，三重蒸馏水或去离子水，HPLC级（18.2 MΩ,5.用HORIBA的荧光光谱仪测荧光寿命，是用上升沿还是下降沿拟合寿命的?对于荧光寿命，拟合时上升下降沿的信号都要用到，对于磷光寿命，仅用下降沿部分拟合即可。具体拟合步骤及要点可与工程师联系。椭圆偏振1.请问老师，这个可以测量颗粒物表层吸附物质的厚度吗？纳米级别，烟尘颗粒由于椭偏光斑在微米至毫米尺度，无法分析离散态的纳米级别颗粒表层2.老师您好，请问衬底是石英片，可以测膜的厚度吗？可以，只要薄膜光学透明即可使用椭偏测试拉曼光谱1.CLS那个没看懂？简单的来说，CLS是数据统计的分析方法。夹峰法是以单个谱峰的峰强、峰面积、峰位的特性为拉曼成像依据。而CLS是以整张光谱或者某段光谱为依据，赋予不同的颜色。适用于已知混合物的拉曼成像。2.细胞的那个是这么做的呀？详细请见文章ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (7), pp 5828–5837，文章的拉曼部分在北京DEMO实验中心完成的，欢迎讨论。3.用JobinYvonLabRam HR800仪器，325 nm 的激光测薄膜光致发光，有时PL谱的曲线有波动，就是线一抖一抖的，请问能怎么改善呢？能测到发光峰，但是曲线上有很多小的正弦波。两个方面：一个需要标准样品测试，检验仪器本身是否有问题。另一个方面，考虑薄膜的厚度问题，是否刚好发生多次反射。之前有经历，特定的玻璃片上测样品，也有小正弦波，更换玻璃片之后就没有了。4.那请问如果是贴壁细胞呢 直接光斑扫描？贴壁细胞，做完封片，可以直接通过平台移动实现细胞成像。5.指甲油有要求吗？指甲油不要涂到样品上？指甲油本身有很好的拉曼信号，不能直接涂到样品上，建议选择亮色，这样能够看清楚指甲油的本身分布。若样品量比较大，建议选择大号的盖玻片，操作相对简单。6.请问G/D的物理意义G峰为石墨烯的特征峰，归属于sp2碳原子的面内振动，出现在1580 cm-1附近，该峰能够表征石墨烯的层数。D峰为石墨烯的无序振动峰，出现在1350 cm-1附近处，表征石墨烯中的结构缺陷或边缘。所以G/D峰，可以反映石墨烯的层数和缺陷分布。7.测细胞必须要涂指甲油吗？不是必须，封片的好处是减缓水份蒸发。8.老师，做矿物的话激光波长用多少合适大多数矿物532 nm激光比较合适，对于有荧光背景的，考虑红光激发。9.半導體異物量測方式?測試過532,633,785 laser量測都只有螢光訊號,異物大小約1~3um若异物在表层，可以考虑325 nm尝试下。若还是不行是否可以考虑用PL成像来区别异物。10.如何衡量石墨烯条带的边缘质量？见问题6，G/D比值成像及D峰成像都是不错的选择。11.鲁老师，请问罗丹明溶液633直接测拉曼，如何计算光斑内有效分子数？影响影子的计算方法我们在上一次的报告中有提到。详细可参见Phys. Chem. Chem. Phys., 2015,17, 21149-21157。文章是用XploRA仪器实现的，欢迎讨论。12.样品中有水，可以用3D得到水分布吗样品若是半透明的，可以实现水的分布的3D. 常见的地质样品，包裹体中的水分可以用3D表征。这是一篇文章，里面用拉曼证明了油水凝胶中的水分分布，你可以参考下。Nature Communications 8, Article number: 15911 (2017) doi:10.1038/ncomms15911。文章的拉曼部分在北京DEMO实验室完成的，欢迎讨论。13.请问测拉曼时荧光效应太强，背底太高可以怎么改善？一般是某些样品会出现，跟样品有关系，可是又需要样品的拉曼数据抑制荧光背景的方法：更换不同的激发波长；长时间激光照射光漂白；数值处理等。目前有效的是更换不同的激发波长测试。14.请介绍一下实时在线原位拉曼技术？在线原位技术是一个比较宽泛的命题，常见的有有机化学合成在线检测，高温高压在线检测，锂电池在线检测，电化学在线检测。若大家都有兴趣，我们可以专门利用一次讲座交流。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

姓名： 公司/院校： 部门/院系： 电话： 传真： 邮件： 应用领域： 感兴趣的技术(拉曼光谱/椭圆偏振光谱/全部): 是否需要测试样品(是/否)： 对讲座内容的建议和意见： 备注 ： HORIBA JobinYvon 公司 HORIBA Jobin Yvon 公司成立于1819年，是世界上大的光谱分析系统及部件生产商之一。致力于为 用户提供优质、先进的产品和解决方案，并提供专业的技术支持。产品包括衍射光栅、光学元 器件以及成套光谱分析系统:如：拉曼光谱仪、椭圆偏振光谱仪、荧光光谱仪、辉光放电光谱仪、等离子体 发射光谱仪等。可广泛应用于各种研究及分析领域，并在全球居领先水平。 Jobin Yvon公司隶属于HORIBA集团，该集团有高达10亿美元的销售额，在全球拥有4700多名员工。www.jobinyvon.cn 华南理工大学分析测试中心（计量认证合格单位) 华南理工大学分析测试中心组建于1982年10月，现有专业技术教师和管理人员共27人分析测试工作十年以上人 员占80%，整体的检测分析能力强。中心装备了高分辨透射电镜、热场发射扫描电镜、超导核磁共振谱仪、液-质联用仪、多功能化学电子能谱、电子探针、X射线荧光光谱仪、拉曼光谱仪、多功能生物质谱、气-质联用仪、单晶衍射仪等大型精密贵重仪器30台，仪器总价值5000多万元；拥有独立且相对集中的现代化实验室，使用面积达3000m2；是华南地区规模宏大、设备先进、富具特色、队伍精良的现代分析测试中心之一 .www.scut.edu.cn/test/

振动试验机的动作原理和构造电动型振动试验机的基本构造和音响的喇叭类似，只是喇叭的发音部分变成了金属制（铝合金或镁合金）的动圈，动圈受力发生上下振动。（注意：本专栏内振动试验机都是指电动型振动试验机。）其原理是高中时学的左手定则，磁场中的导体通电产生力，可通过下式表示。B的产生利用右手法则，即电流流过导体，其四周产生磁场。励磁线圈内流经直流电流，形成磁场（下图中N、S表示）。振动台面和线圈（动圈）加工在一起，安装在该磁场中，需要注意的是在振动试验机的动圈里面通过的是交流电流，受到的力是有正负之分的。产生上下交变力，发生振动，即振动台面上下振动。当然，为了保持振动台面的垂直方向振动不偏移，还需要上下支撑机构。具体内部构造简单示意图如下。功放的目的和动作功放主要是将振动控制的振动信号进行放大，即提供电能量给振动发生机动作，电能量可通过功率电压乘以电流表示。比如，输出10KVA的功放，振动控制仪输入信号约3V10mA（30mVA），通过功放可放大为100V100A（10kVA）。功放的类型也多种多样，有模拟型，开关数字型等等，下表是其各自特点比较。振动控制仪的种类振动控制仪对安装在振动台面上的控制加速度传感器反馈来的加速度值（振动量级响应值）和目标值进行比较，进行振动的控制。响应值大了就降低振动控制仪的输出，响应值小就增大振动控制仪的输出，始终使振动台面加速度在目标值附近振动，满足振动试验精度要求。简单理解，其实内部控制很复杂，不仅仅只控制加速度值。其种类有很多，主要有以下几种，正弦波控制软件：正弦波加振，对振动幅值控制。随机波控制软件：随即波加振，对振动谱控制。冲击波控制软件：实现有限脉宽（约2秒以下）冲击各波形控制。波形再现控制软件：实现长时间波形控制。由上可知，波形不同，控制方法各异，需要专门的控制软件进行对应。以前以模拟振动控制仪为主流，最近随着数字电子技术的发展，数字振动控制仪得到普及，且价格也相对变得便宜很多。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

主动隔振台在现代科技和工业领域中扮演着重要角色。随着科技的进步，对测量精度和制造质量的要求不断提高，传统的被动隔振台已难以满足这些需求。主动隔振台以其优越的隔振性能和快速响应能力，广泛应用于科学研究、工业生产和高科技领域。科学研究领域在科学研究中，尤其是涉及纳米技术、微电子学和高分辨率显微镜的实验中，环境振动会极大地影响实验结果的精度。主动隔振台能够提供超低频率范围内的优异隔振性能，确保实验设备在极其稳定的环境中运行。其快速稳定时间和高固有刚度使得实验设备能够在极短时间内达到稳定状态，大大提高了实验效率和数据的可靠性。工业生产领域在精密制造和加工过程中，如半导体制造、光学仪器生产和超精密加工，环境振动同样是一个关键问题。主动隔振台通过即时产生反作用力来抵消振动，提供卓越的振动隔离效果。其宽带隔振能力和多自由度隔振功能，确保了生产设备在各种振动频率和方向上的稳定性。这不仅提高了生产精度和产品质量，还减少了设备的磨损和维护成本。医疗和生物科技领域在医疗和生物科技领域，如显微手术、医学成像和生物实验，环境振动对操作精度和成像质量的影响尤为显著。主动隔振台的高稳定性和快速响应能力，使得这些精密操作和实验能够在极为稳定的环境中进行，从而保证了操作的成功率和实验结果的准确性。其简单的操作方式和无需压缩空气的设计，进一步提高了使用的便利性和安全性。建筑振动隔离在建筑工程中，特别是高精度测量设备安装的建筑物，如天文台、精密实验室和高科技研究机构，主动隔振台也得到了广泛应用。它们能够有效隔离来自建筑物和外部环境的振动，确保高精度设备在最佳条件下运行。其标准化产品和定制化解决方案，满足了不同建筑环境和设备的特殊需求，提供了可靠的振动隔离保障。茂默科学在此推荐欧库睿因i4系列 桌面式主动隔振系统无低频共振：相较于气囊式被动隔振台，主动隔振台在低频范围内也能提供出色的隔振性能。超快稳定时间：稳定时间低至0.3秒，而普通被动隔振台的稳定时间为30秒-60秒。宽带隔振：主动隔振台的带宽为0.6/1Hz至200Hz，远超被动隔振台。六个自由度隔振：提供全方位的振动隔离，适应多种振动方向。即时反作用力：真正的主动隔振，通过即时产生反作用力来抵消振动。简便操作：按钮式操作解决方案，用户友好，易于使用。紧凑设计：设计紧凑，安装简便，适合各种工作环境。高度位置稳定性：在1Hz时的固有刚度通常是被动隔振台的20到30倍，确保设备的高度位置稳定。无需压缩空气：接电即可使用，无需额外的压缩空气支持。广泛适用：适用于分辨率测量设备与建筑振动隔离，拥有标准化产品和定制产品，满足多种需求。茂默科学力求解决行业内客户对科学仪器选型难、维护难的处境。欲了解更多色差仪相关的产品，Welcome to consult~咨询有惊喜哦！

10月30日HORIBA举办了2017 Optical School系列在线讲座第五场——光谱技术在半导体领域中的应用，涉及：拉曼、椭圆偏振、光学光谱和辉光放电，四种光学光谱技术，为大家带来满满的知识技能包。课上同学们积留言互动，那么针对这三种光学光谱技术，大家都有哪些疑问呢，我们一起来看一看。光学光谱1. 什么是CCD TE制冷？CCD探测器的制冷方式一般分为两种：热电制冷（TE）和液氮制冷（LN2）。热电制冷就是通过帕尔贴效应，将热量从芯片带走；液氮制冷是通过液氮气化吸收热量来降低温度。2. 5K和10K的低温是怎么实现的。采用低温恒温器，闭循环低温恒温器或消耗液氦型低温恒温器可以实现5K和10K的低温，将样品放置在低温恒温器中测量。3. PL Mapping测量的是什么？相对宏观测试而言，微观尺寸的光致发光光谱更能表征样品的性质，并且能够展现更多的细节信息，在进行显微测量时，我们对整个样品表面进行扫描，得到所有测量点的光致发光光谱，这个过程称为Mapping。4. MicOS的PL和拉曼光谱仪测试的PL谱是一样的吗？原理上是一样的，都属于光致发光光谱，区别在于：MicOS光谱仪所采用的光谱仪焦距长度跟拉曼光谱仪不一样，光谱分辨率也不一样；拉曼光谱仪主要是为了拉曼测试而设计，它的探测器CCD通常覆盖到1000nm左右，有些型号的拉曼光谱仪不能拓展光谱范围到近红外波段，而MicOS可以灵活方便地拓展光谱范围从紫外到近红外（200-1600nm）。5. 激光测试固体光谱时需要滤光片吗？推荐加滤光片，因为激发激光的能量很强，激发样品的同时，部分激发光会通过反射与信号光一起进入探测系统，可能产生杂散光，为了避免干扰，建议加入滤光片将激发光滤除。因为信号光能量较低，波长比激发光长，所以只需要加入截止波长在激发光和信号光之间的滤光片即可。此外，如果激发光的二级衍射光与信号光波长重叠的话，那么也需要加入滤光片将激发光波长滤除从而消除激发光的二级衍射光。6. 这里的PL发光和寿命测量与荧光光谱仪测得荧光光谱和寿命有什么区别？荧光也是一种光致发光，但是荧光光谱仪通常用氙灯作为激发光源，能量比较低，对于宽带隙材料可能无能为力，定制化光致发光系统用激光作为激发光源，可以成功激发大部分样品。此处提到的寿命测试功能与HORIBA荧光光谱仪的寿命功能原理相同，并无区别，不过MicOS中测量荧光寿命是在显微下测量的，而荧光光谱仪通常是在宏观光路中测量的。7. 使用光纤导入光谱仪（iHR550）时，狭缝的宽度对分辨率还会有影响吗？采用光纤导入信号光到iHR550光谱仪时，一般会采用光纤适配器将光纤连接到光谱仪，此时狭缝宽度对光谱分辨率的影响需要分两种情况讨论：（1）如果光纤出来的信号光光斑通过光纤适配器耦合到光谱仪狭缝上是小于狭缝宽度，那么狭缝宽度的变化对光谱分辨率无影响；（2）如果光纤出来的信号光光斑通过光纤适配器耦合到光谱仪狭缝上是大于狭缝宽度，那么狭缝宽度的变化对光谱分辨率有影响，狭缝越大分光谱分辨率越低。8. 光栅的刻线密度怎么去选择？光栅刻线密度的选择主要考虑两个因素：分辨率和光谱范围。相同焦长光谱仪配置的光栅刻线密度越高，光谱分辨率越高，但是所能使用的长波长范围越窄；光栅刻线密度越低，光谱分辨率越低，但是低刻线密度光栅能覆盖的长波长越长；所以要综合平衡考虑，一块光栅覆盖范围不够可以选择多块光栅以拓展光谱范围。9. MicOS激光照射到样品上的光强和光斑大小?MicOS的激光光斑照射到样品上的光强与所采用的激光器功率大小相关，所采用激光器功率越高照射到样品的光强越大。激光照射到样品的光斑大小与耦合方式（光纤耦合还是自由光路耦合）以及所采用的物镜倍率相关，如采用100倍物镜，采用光纤耦合激光，光斑小于10um；采用自由光路耦合激光，光斑小于2um。拉曼光谱1. 用532nm激光测试的深度为多少？（实验中测试不到厚度为100nm薄膜的Raman光谱）总体来说，入射深度与激光器的波长和材料本身消光系数相关。激光越偏红光，其入射深度越深；消光系数越小，入射深度越深。所以，532 nm针对不同材料的入射深度不一样，一般来说，对单晶硅的入射深度约为1微米。厚度不到100 nm的薄膜需要考虑使用325 nm激光器检测。2. 老师，实际测试比如石墨烯，532,633,785测试D,G,2D频移和相对强度都不一样，这是什么原因呢？可以考虑的原因：三个激光器是否校准好；激光器的能量是否合适，是否某一个激光能量过高将样品破坏。一般石墨烯测试，激光能量的选择建议从低到高尝试；考虑机理方面解释，激光和样品的是否有耦合效应。墨烯测试，推荐532 nm激光器。3. HORIBA提供拉曼与SEM联用的改装服务吗？我们实验室对这个比较干兴趣，想了解一下我们的电镜可不可以改装？国内和国外都有已经完成的案例。若有需求，请进一步联系！4. 我们处理拉曼光谱的时候有时候要使用归一化的方法，这个对结果分析会有影响吗？归一化一般不会对结果分析产生影响。归一化操作是对光谱中所有的拉曼峰等比例的放大和缩小，不会影响峰的位置和形状。若还有担心，可以考虑提高光谱的信噪比。5. 半高宽和强度是怎么成像的？若使用的是Labspec 6软件，至少有两种成像方法可以实现半高宽和强度成像。夹峰法：用线夹住需要成像的峰，在Analysis中，进入 Map characterization中选择对应的Height, area, position, width进行成像。分峰拟合法：对所需成像的峰进行分峰拟合后，直接选择各参数成像。夹峰法，目前多同时可以做三个峰的成像；分峰拟合理论上可以实现所有峰的成像。6. 如何用325nm激光器测拉曼光谱，PL和BPF这两块滤光片怎么用？使用325nm测试和其它的激光器测试类似，需要注意的是：激光器稳定半小时，软件中勾选紫外测试，使用紫外物镜，激光光斑进行聚焦。PL和BPF滤光片都是为了滤去激光器的等离子体线，PL和BPF分别针对测试PL和拉曼。7. 老师，做拉曼成像的时候勾选SWIFT，老是提示不兼容是怎么回事？可以考虑：是否工作在单窗口的模式下；成像区域的选择是否是长方形；控制盒上的开关是拨到SWIFT模式下。8. 100nm薄膜测试不到信号（532nm激发）答案见问题一。9. 老师，可不可以用显微共聚焦拉曼测重金属的浓度？重金属的浓度目前还没有用拉曼直接测试的好方法。但有间接的方法：加入指示剂，通过指示剂间接测试重金属的浓度；做成传感器（DNA/蛋白/小分子等为传感元件），以拉曼信号为输出。10. 老师您好，树脂样品532nm激光器基线上飘严重，降低hole值仍然，切换785nm后基线下飘，这个是荧光引起的吗，应如何调节或者加激光器呢？荧光背景干扰的可能性比较大。缩小Hole只能抑制荧光，不能消除荧光。建议先利用532 nm做个PL光谱看一看。降低激光能量；更换测量点；若荧光背景还是比较高，可以考虑选用紫外和更红外激光器试一试。椭圆偏振1. 请问在测试的时候起偏器不动但是检偏器旋转吗？在UVISEL系列椭偏仪中，起偏器和检偏器均保持固定，由相位调制器PEM起到调制偏振光的作用，没有机械转动的干扰，保证了仪器对椭偏角测试的高精度。2. 为什么可以测SIGe的组分？研究表明SiGe合金的含量与介电方程的实部有关，介电方程实部是通过椭偏仪分析得到的，因此在进行了大量标准样品与实部的关系推导后，可以根据未知含量样品的介电方程实部推算出合金含量。3. 要测试膜厚度，需要这个样品是透明的吗?样品可以是不透明的硅基底或透明的玻璃基底等，待测试薄膜需要是光学透明的，以便椭偏仪分析反射之后的偏振光信号。4. 不转怎么测椭偏角？UVISEL系列椭偏仪采用PEM相位调制技术，调制器虽然保持静止，但其内部光学元件的双光轴相位以50KHz高频发生变化，从而实现偏振光的调制。5. 椭偏仪的入射角是可调的吗？是固定几个值还是连接可调？入射角是连续可调的，但通常测试使用55-75度，主要与样品的布儒斯特角相近即可。例如，大多数半导体样品的布儒斯特角在70度附近，玻璃等样品在55度附近。6. 测SiGe的组分与测带隙宽度有关吗？没有7. 椭偏仪可以测不透明的样品吗？无法用肉眼判断样品是否光学透明，一般来说肉眼看到透明的样品，可透过可见光，而有些样品如SOI中的顶层硅薄膜，可见不透过，但仍然可以使用椭偏测试分析，因为其对近红外透过。8. 可以测碳纳米管吗？可以测试均匀的CNT薄膜，由于光斑大小限制不能测试单根纳米管9. 是相位调制器每变一下，收集一组光强吗？那请问相位改变一个周期内会采集多少组数据来计算psi 和delta。是的，通常8-16点HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

科技日报北京6月19日电 （记者张梦然）据近日发表在《科学进展》上的一篇论文，英国牛津大学研究人员开发了一种使用光的偏振来实现最大化信息存储密度的设备。新研究使用多个偏振通道展开了并行处理，计算密度比传统电子芯片提高了几个数量级。自1958年第一块集成电路发明以来，将更多晶体管封装到特定尺寸的电子芯片中，一直是实现最大化计算密度的首选方法。然而，人工智能和机器学习需要专门的硬件突破现有计算的界限，因此电子工程领域面临的主要问题是：如何将更多功能打包到单个晶体管中？科学家已知不同波长的光不会相互影响，同样，不同偏振的光也不会相互影响。因此，每个极化都可作为一个独立的信息通道，使更多信息可存储在多个通道中，这就大大提高了信息密度。而光子学相对于电子学的优势在于，光在大带宽上速度更快，功能也更强大。新研究的目标就是充分利用光子学与可调谐材料相结合的这些优势，实现更快、更密集的信息处理。鉴于此，十多年来，牛津大学研究人员一直致力于使用光作为计算手段。团队此次开发了一种HAD（混合活性电介质）纳米线，该纳米线使用一种混合玻璃材料，该材料在光脉冲照射时具有可切换的特性，每条纳米线都显示出对特定偏振方向的选择性响应，因此可使用不同方向的多个偏振同时处理信息。利用这个概念，研究人员开发出第一个利用光偏振的光子计算处理器。光子计算通过多个偏振通道进行，纳米线则由纳秒光脉冲调制，与传统电子芯片相比，其计算速度更快，计算密度因此提高了几个数量级。研究人员表示，对于人们希望看到的未来愿景来说，现在仅仅是个开始，这种偏振光子计算处理器结合了电子、非线性材料和复杂计算，已经是一个超级令人兴奋的想法。总编辑圈点 　　随着传统电子芯片尺寸越来越小，芯片上的晶体管数量接近极限，摩尔定律也日益逼近“天花板”。这些年，科学家和工程师们开始为芯片发展寻找新的“增长点”，利用光子计算便是思路之一。例如，2015年美国科学家研发出用光处理信息的光电子芯片，它依旧使用电子来计算，但是可以直接使用光来处理信息。上述成果则利用了光的偏振特性。这些研究都为芯片迭代升级提供了更多可能。

偏振图像可提供诸如阴影和表面形貌的信息，但目前的红外偏振器主要由昂贵且易碎的陶瓷制成，且其拥有的纳米光栅通常需通过耗时且成本高昂的干涉光刻法制造而成。现在，韩国科学家基于富硫聚合物，研制出一款高灵敏度基偏振器，不仅成本低廉且制造方法简单，相关研究刊发于最新一期《先进材料》杂志。通过“逆硫化”合成的富硫聚合物因在红外区域固有的高透射率而成为红外光学器件的合适候选材料，受到广泛关注。富硫聚合物主要由基于元素硫的主链组成，石油精炼过程中每年会产生700万吨硫磺，因此这种富硫聚合物可大规模生产。与常规红外材料不同，富硫聚合物可溶解在有机溶剂中，这意味着其可应用于基于溶液的旋涂方法。此外，富硫聚合物拥有的粘滞弹性和动态共价二硫键使其可被热纳米压印光刻（热NIL）技术模塑成不同的纳米结构。而且，基于富硫聚合物制造而成的偏振器，也能拥有双层结构，可通过以下3个步骤获得：旋涂富硫聚合物溶液、在旋涂的富硫聚合物基膜上使用热NIL工艺，以及在纳米光栅上进行金属沉积，由此得到的富硫聚合物基偏振器由自对准双层金属光栅和间隔层（用作光学腔）组成。基于上述方法，韩国汉阳大学研究人员制作了一种高灵敏度的富硫聚合物基偏振器。他们微调了热NIL条件，以高质量复制设计纳米光栅，并研究了间隔层的厚度，以最大化所有中波红外区域的透射。通过数值模拟设计，并考虑到光学性能和制造难度，该偏振器的节距为400纳米，经由包括温度、压力和时间在内的热NIL条件的系统研究，获得了面积为1平方厘米的高保真纳米光栅。

第二届全国圆二色光谱仪应用及技术研讨会 暨 振动圆二色光谱最新技术进展报告会 (第三轮通知) 2012 年6月8日 第二届全国圆二色光谱暨振动圆二色光谱应用与技术研讨会特邀报告嘉宾有美国Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）、Rina Dukor博士（美国BioTools）、吕平江教授（台湾清华大学）、章慧教授（厦门大学）、来鲁华教授（北京大学）、易涛教授（复旦大学）。 大会报告嘉宾简介 （按拼音顺序） 来鲁华 教授 （北京大学化学与分子工程学院副院长, 分子动态与稳态结构国家重点实验室主任，博士生导师）1989年毕业于北京大学化学系，获得博士学位，1998-1999年在美国加州大学伯克莱分校化学系作为伯克莱学者。现任教于北京大学化学与分子工程学院，为北京大学物理化学研究所，分子动态与稳态结构国家重点实验室主任。其实验室主要研究方向有蛋白质结构功能预测与分子设计；蛋白质折叠及生物分子识别机制研究；基于结构的药物设计等。来鲁华教授在J Med Chem、Proteins、J Comput Chem、Mol Biosyst、J Chem Inf Model、PLoS One、J Bio Chem、J Phys Chem B、J Biophys、Chembiochem、Anal Biochem.等著名期刊杂志发表高水平文章150多篇。 Laurence A. Nafie 教授（美国）（《Journal of Raman Spectroscopy》杂志主编、美国雪城大学教授，博士生导师） 国际分子光谱领域著名的科学家，手性振动光谱的研究先驱和奠基人之一，担任多种国际学术刊物的编委。Nafie教授与国际企业进行广泛的合作，与Rina Dukor博士共同创建了美国Biotools公司，拥有丰富的产业化应用研究经验。1973年在俄勒冈大学获博士学位，研究共振拉曼散射，自1973年至1975年在南加州大学做博士后，研究发明和证实红外振动圆二色性，1975年加入雪城大学化学系建立了VCD 和拉曼旋光性（ROA）研究项目，1978年被指定为Alfred P. Sloan基金会成员，1982年晋升为教授；1978年Nafie教授提议并实现了目前所有商业化VCD仪器基本原理的傅里叶变换VCD首次测量。1988年Nafie教授从ROA首次测量了散射圆偏振（SCP）,这就是目前唯一商品化的ROA光谱仪。1989年Nafie教授理论上预言了ROA一个新的形态叫做双圆形偏振（DCP）ROA, 1991年在他的实验室得到实验验证。1995年Nafie教授成为由John Wiley & Sons 出版社出版的BioSpectroscopy杂志创始主编，随后成为BioPolymers副主编； Nafie教授先后获得Coblentz 奖 (1981), Bomem Michelson 奖 (2001), William F. Meggers 奖 (2001) 以及应用光谱领域杰出贡献奖(2007)等. Nafie教授曾任Coblentz协会理事长，应用光谱协会理事长，2010年成为Journal of Raman Spectroscopy 杂志总编，2011年出版发行了题为Vibrational Optical Activity: Principles and Applications科学书籍，发表论文近300篇，发明专利数项。 吕平江 教授 （台湾）（台湾清华大学学务长, 台湾清华大学生物信息与结构生物研究所教授，博士生导师）1991年毕业于美国纽约大学化学系，获得生物物理博士学位,后进入美国加州大学柏克莱分校进行博士后研究。自1994年起任教于台湾清华大学生命科学系,现任台湾清华大学学务长；授课领域包括结构生物、生物信息、蛋白质工程等；实验室主要研究方向有蛋白质结构及生物资讯学；脂质传送蛋白结构、折叠和功能性研究；葡聚糖之结合性肽设计；胃幽门杆菌结构基因体设计；生物资讯在结构生物上的应用等。吕平江教授在Science、Biopolymers、Biochemistry、Proteins、J Biol Chem、Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 等世界著名期刊杂志上发表各种高水平学术文章一百余篇。 Rina Dukor 博士（美国）（美国BioTools公司执行董事长）1991年在芝加哥伊利诺伊大学获物理化学博士学位，主要研究生物分子的振动圆二色性，之后加入Amoco公司创立了一个光谱实验室，研究蛋白质与核酸。Dukor博士是通过仪器改进，制样技术和软件将水溶性红外光谱引进到生物制药工业判定蛋白二级结构的先驱；其方法商品化为PROTA已被六十余家国际一流生物制药业公司所采用，还开发了用以癌症诊断的红外显微光谱。Dukor博士发表了50多篇综述性论文，和数本综述性书籍，拥有四个发明专利， 荣获各种奖励。现担任多个理事职务，如UIC LAS学院监事会理事， Scripps Florida的IBC监事会理事以及科学组织和公司的咨询委员会理事等。易涛 教授（复旦大学化学系教授,博士生导师）1998年获北京大学博士学位。1999年6月获日本学术振兴会（JSPS）资助赴日本京都大学做了为期两年的博士后研究工作,主要涉及功能配合物及分子磁性材料。2001年6月至2003年3月间分别在日本东京大学化学系和九州岛大学合成生物化学系做访问学者，从事超分子化学及杂化纳米材料研究。后受聘于法国科研中心（CNRS），在巴黎大学（XI）分子科学所担任研究员，从事纳米插层复合材料的光学双稳态和二阶非线性研究。2004年5月回国，现为复旦大学化学系教授，博士生导师，共发表SCI论文80余篇。曾获浦江人才计划资助，目前承担国家自然科学基金和上海市基础重点项目，并参加了国家自然科学基金重大项目和科技部973计划。研究领域：环境刺激响应超分子凝胶材料、光驱动分子开关与器件、有机/无机杂化纳米材料。 章慧 教授（厦门大学化学系教授，博士生导师）主要研究方向：配位化学近期研究兴趣：- 手性化合物的合成、拆分、表征及其立体化学和应用； - 镜面对称性破缺(Mirror Symmetry Breaking)—发现、表征和应用； - 手性化合物的溶液和固体CD光谱。近期出版教材： - 章慧. 配位化学—原理与应用. 北京: 化学工业出版社, 2009. - 章慧等. 手性对称性破缺研究—对二甲氨基苯甲醛缩氨基苯硫脲的绝对不对称 - 合成及其固体圆二色光谱表征等六个实验.见: 王尊本主编. 综合化学实验.第二版. 北京: 科学出版社。 大会时间、地点、详细日程及报告内容安排【大连研讨会】时间：2012年6月19日地点：中国科学院大连化学物理研究所（星海二站）能源楼2号会议厅报告内容及日程表8:50-9:00 签到9:00-9:05 大化所领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “固体圆二色光谱的应用” 报告人：章慧 教授（厦门大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 【北京研讨会】时间：2012 年6 月20 日地点：北京大学化学院南楼A717报告厅报告内容及日程表8:50-9:00 签到9:00-9:05 北京大学领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “快速动力学停流装置在蛋白质折叠动力学研究” 报告人：来鲁华 教授（北京大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 【上海研讨会】报告内容及日程表时间：2012 年6 月21 日地点：上海复旦大学化学西楼1楼报告厅（邯郸学区）8:50-9:00 签到9:00-9:05 华洋科仪领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “圆二色光谱在功能材料及生物监测方面的应用” 报告人：易涛 教授（复旦大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 主办单位：华洋科仪协办单位：中科院大连化学物理研究所 北京大学化学系 复旦大学化学系 法国Bio-Logic 美国BioTools 联系人：齐爱华，侯蔷E-mail: jenny@dhsi.com.cn，zva@dhsi.net.cn电话：0411-82364123 13504090879 传真：0411-82364006地址：大连市中山区丰汇园5号 邮编：116013

What网络应用讲座：开始荧光偏振实验&mdash &mdash 应用和检测系统介绍 主讲人：Cathy Olsen 和 Yvonne Fitzgerald 探究如何用荧光偏振技术加快您的实验和筛选工作。不管您是在设计您自己的荧光偏振实验，还是将要把荧光偏振加入到您的实验和筛选工具中，或是想要了解更多关于荧光偏振的技术和应用，这个网络讲座都会为您讲解！When Sep 26 2012 11:00 PM - Sep 27 2012 12:00 AM (CST) 荧光偏振技术是一种可以检测分子相互作用的技术。荧光偏正技术可以检测生物分子相互作用时分子的移动和方向的变化，例如，蛋白质之间或受体与配体之间的相互作用。荧光偏振技术的其他应用还包括：DNA与蛋白质之间的相互作用、竞争性免疫分析和激酶检测。还经常被应用于确认hERG通道的阻断化合物、鉴定家畜的病原体和监测食品中的酶活性等。讲座内容包括： 荧光偏振技术原理介绍 荧光偏振实验设计技巧 荧光偏振技术的常见应用 荧光偏振实验的检测和分析的仪器与软件介绍 SpectraMax® Paradigm® 和M5多功能读板机 SoftMax® Pro 软件错过了前面的活动？点击阅读！二十五周年活动记录 庆典还在继续！持续支持您的研究：Molecular Devices University

目前，基于超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟了；而且，随着纳米科技的迅猛发展，使得基于纳米结构的表面增强拉曼光谱(SERS)和针尖增强拉曼光谱(TERS)在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步，推动拉曼光谱成为迄今很少的、可达到单分子检测水平的技术。　　“港东科技”自二十世纪九十年代初就开始研发“拉曼光谱”系列产品。自主研发、生产、制造的LRS-2型和LRS-3型激光拉曼光谱仪以结构简单、便于调整和测量、灵敏度高、稳定性好等特点分别在1998年和2000年世界银行贷款发展项目中二度中标。该仪器现已大量应用于科研院所、高等院校的物理实验室和化学实验室，作为测量和教学拉曼光谱和荧光光谱的实验仪器。LRS-2/3激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　自动记录拉曼、荧光光谱 　　高分辨率，低杂散光单色系统 　　高灵敏度、低噪音单光子计数器做接收系统 　　大功率半导体激光器作为激发光源 　　配有稳定性好、精度高的外光路系统 　　多种附件可选，适用于液体、固体样品的分析 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2008年，港东科技自主研发的，同时也是国内首款LRS-5型微区激光拉曼光谱仪(将具有自主知识产权的高分辨激光共焦显微镜作为收集拉曼散射光系统，长焦长高分辨平场成像输出的单色器，结合自行研制的计算机软件编程等相关实验技术相整合，构建具有自主知识产权的新型高分辨的激光共聚焦显微光谱探测联用设备-激光共焦拉曼光谱仪)研制成功。　　这是一项将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的应用技术。微区激光拉曼可将激发光的光斑聚焦到微米量级，从而可以在不受周围环境干扰的情况下，精确获得所检测样品的有关化学成分、晶体结构、分子相互作用以及分子取向等各种拉曼光谱信息。　　我们对激光共焦拉曼显微镜的装置设计与技术参数，几何尺寸与配置，显微镜的白光成像照明系统和偏振调光图像处理技术进行了细致的研讨与实际效果的理论计算，为该显微镜的结构定型、技术指标奠定了基础。最终研制成功具有自主知识产权的高性能激光共聚焦拉曼显微镜系统。LRS-5 微区激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　操作简单，友好的人机对话界面 　　高分辨率、高稳定性和低杂散光的非对称800mm焦距平场光谱仪系统 　　接受系统采用具有高灵敏度、低噪音的面阵CCD接收器 　　外光路系统采用显微镜作为激光会聚和拉曼光收集系统，具有很高的效率和稳定性 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2012年至2016年，“港东科技”作为国内唯一一家研发、生产高分辨率长焦拉曼的企业受邀参加了由北京理工大学牵头，协同中国科学院物理研究所共同研发的“激光差动共焦成像与检测仪器研发及其应用研究”项目，该项目属于“国家重大科学仪器开发和应用专项”。在该项目中我司主要承担“拉曼光谱成像探测系统”的研发任务。普通激光束的直径通常为1.7mm左右，而显微激光拉曼光谱可以对被分析对象表面及其以下部分(透明或半透明材料)进行分层扫描，以获得较大范围内的信息，能够进行微区(小于0.2µm)分析，很好地满足了对复合材料中不同组元结构分析的要求。　　对于“拉曼光谱”在未来的发展，那就必须先从“拉曼光谱”与它的姊妹谱——红外光谱的比较说起。　　相似之处：“拉曼光谱”与“红外光谱”一样，都能提供分子振动频率的信息，对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。　　不同之处：　　1.红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼光谱为散射光谱，红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相等的(红外)光子被分子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。　　2.从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非极性分子及基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是拉曼活性的。红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一般极性分子及基团的振动引起偶极矩的变化，故通常是红外活性的。　　3.红外光谱制样复杂，拉曼光谱勿需制样，可直接测试水溶液。　　姊妹谱的联系：　　1、凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，则红外是非活性的 若红外活性，则拉曼是非活性的。　　2、凡无对称中心的分子，大多数的分子，红外和拉曼都活性。　　3、少数分子的振动，既非拉曼活性，又非红外活性。(如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱中均观察不到该振动的谱带。　　综上所述，拉曼光谱相对于红外光谱，其优势之一体现在用拉曼研究水溶液中比较方便，而生命科学的许多研究往往需要的水溶液环境。共振拉曼、表面增强拉曼和非线性拉曼光谱以及它们的联用将成为生命科学前沿领域具有重要价值的研究方法，因为21世纪是生命科学的世纪(如：临床医疗、癌症的检测与诊断等)，我们以为也是纳米技术和激光技术的世纪，因此我们觉得拉曼光谱的发展和应用是大有可为的。　　但就目前来讲，“拉曼光谱”还存在一定的不足，例如：　　1、拉曼散射面积 　　2、不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响 　　3、荧光散射的干扰 　　4、在进行分析时，常出现曲线的非线性的问题 　　5、任何一个物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响。　　当然我们也相信，随着相关技术领域的不断进步和提高，这些问题在不远的将来都能得到完善的解决。届时“拉曼光谱”的应用领域也将更为广泛。　　“拉曼光谱”揭示了丰富的化学键信息，检测对象从单质到化合物，从纯净物到混合物，从无机物到有机物，从固体到液体甚至到气体。随着技术的进一步发展，便携式拉曼光谱仪的发展趋势将呈现多样化。更加小型化、智能化、应用更加细分(分析化学、安全检查、生物医药、机场安检、爆炸物分析等)，将成为发展的主流，而性能却不会随着小型化而缩水。同时，随着应用领域的扩大，适应恶劣的工作环境(高温、高压)也将是发展方向之一。而价格合理化将是便携式拉曼光谱仪发展的终极目标。（内容来源：港东科技）

随着科学技术的发展，越来越多的研究人员希望在低温下进行量子光学实验，但却没有空间放置占用几立方米宝贵实验室空间的大型低温恒温器。针对此问题，国际知名低温显微镜领域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。attoDRY800xs将attoDRY800的革命性概念提升到了一个新的水平，成为量子光学实验中紧凑的平台。该平台可定制低温护罩，配备您想要的光学设置，集成到光学平板中。attoDRY800xs是有史以来个立的光学低温恒温器，低温样品空间地嵌入到一个无障碍的工作空间中。图1. 全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。 根据典型配置，我们设计了几种标准真空罩和冷屏，它们在定位器、样品架、工作距离和目标方面进行了优化。图2为可配置的低温物镜兼容真空罩，该真空罩内可配置attocube有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台。如果仍然不够，可以根据用户的技术要求和偏好定制桌面上方的任何内容。图2：低温物镜兼容真空罩。 尽管设计紧凑，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振动性。图3中激光干涉仪直接测量冷头位置的振动，垂直方向的峰间振动小于2纳米（3纳米），而在横向上低于10纳米（40纳米），带宽为200赫兹（1500赫兹）。图3. attoDRY800xs样品区域振动水平测试结果 紧凑的光学低温恒温器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有关键优势，例如类似的低振动性能、通过可定制的真空护罩实现的多功能性，以及自动温度控制、气体处理和远程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光学平板上建立一个立的实验，也可以将其放置在现有较大的光学台附近，光学元件之间进行光纤耦合。简而言之， attoDRY800xs为您的科学研究提供一个小型紧凑但功能依然强大的光学低温平台。 attoDRY800xs主要技术特点：☛ 只需要17英寸x28英寸的实验室空间☛ 光学面包架和闭式循环低温恒温器地结合在一起☛ 宽温度范围（3.8 K… 300 K）☛ 用户友好、多功能、模块化☛ 与低温消色差物镜兼容☛ 可定制的真空罩☛ 与典型光学桌的高度相同☛ 自动温度控制☛ 包含36根直流电线attoDRY800应用案例：1. InGaN量子点作为单光子源的提升与改进 虽然量子点通常被认为是单光子源的佳候选，但它们的实际性能在很大程度上取决于化学成分。在氮化物量子点的特殊情况下，一方面它们即使在温度高达350 K的情况下可以发射单光子，另一方面它们的发射会显著加宽。为了了解优化其性能的佳方法，Robert Taylor小组（英国牛津大学）对InGaN量子点的光致发光进行了广泛的研究，发现在非性平面上生长的量子点与性氮化物点相比，光谱扩散率降低，寿命显著缩短。由于在配备有ANPxyz101位移台的attoDRY800低温恒温器中进行了低温光致发光测量，这些发现得以实现。【参考】Robert A. Taylor, et al Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281 2. 悬浮纳米颗粒的量子控制 attoDRY800不仅能够为量子光学实验提供一个无障碍的实验平台，而且还可以确保非常干净的高真空条件。Lukas Novotny（瑞士苏黎世ETH）团队出色地利用了这些特性，他们次在低温环境中光学悬浮介电纳米颗粒，并实现了对其运动的量子控制。由于在低温环境中抑制气体碰撞和黑体光子发射所提供的低水平的退相干，从而允许将粒子的运动反馈冷却到量子基态，从而实现了这些结果，反馈控制依赖于粒子位置的无腔光学测量，该测量接近海森堡关系的小值，在2倍以内。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事会2021年的年度报告中有所体现。【参考】Lukas Novotny, et al Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021) 3. 增强单光子量子密钥分配 按下按钮即可发射单光子的工程量子光源是量子通信协议的基本组件。为了大限度地提高量子密钥分发的预期安全密钥和通信距离，柏林理工大学（德国柏林）的Tobias Heindel团队开发了一些工具，以优化使用此类工程单光子发射器实现的量子密钥分发性能。利用二维时间滤波，可以优化预期的安全密钥以及通信距离。该小组在一个基本的量子密钥分发试验台上完成了他们的常规工作，该试验台包括一个量子点装置，该装置向一个四端口接收器发送单光子脉冲，分析飞行量子比特的化状态。单光子源安装在光学attoDRY800光学恒温器的冷台上，冷台与光学平台的集成为光学平台上的冷点提供了简单的解决方案。该团队的方法进一步证明了通过光子统计进行实时安全监控，这是量子通信安全认证的重要一步。【参考】Tobias Heindel, et al Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020) 4. 易于使用的单光子实验平台 有效地产生单个、不可区分的光子对于光学量子信息处理的发展至关重要。具体而言，按需创建单光子的探索仅限于某些类型的源和技术。为了实现这一目标，Quandela公司提供光学配件和先进的固态源设备，这些设备每秒可发射数百万个量子纯光子。将attocube的闭式循环低温恒温器attoDRY800与Quandela的半导体量子点发射器相结合，可为复杂的实验和协议提供可靠且易于使用的先进固态单光子源。通过这种稳健的设置，很容易使用单光子源按需生成零、一或两个光子的量子叠加加速芯片多光子实验，并证明该技术可用于大规模制造相同的源。【参考】J. C. Loredo, et al Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics ,13, 803–808(2019) 5. 高压下的纳米量子传感器 压力会影响从行星内部的性质到量子力学相位之间的转换等现象。然而，在高压实验装置（如金刚石砧座单元）中产生的巨大应力梯度限制了大多数常规光谱学技术的应用。为了应对这一挑战，由三个小组（按字母顺序）立开发了一种新型纳米传感平台：Jean-Francois Roch小组（法国巴黎大学）、Sen Yang小组（中国香港中文大学）和Norman Yao小组（美国加州大学伯克利分校）。研究人员利用集成在砧座单元中的量子自旋缺陷，在端压力和温度下以衍射限的空间分辨率检测到了微小信号。为此，Norman Yao及其同事使用了台式集成闭合循环attoDRY800低温恒温器，这是快速控制金刚石砧座温度的理想平台，同时提供了大的样品室和自由光束通道。【参考】N.Y.Yao, et al Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354 6. 低温拉曼研究气相沉积的二维材料NiI2晶体磁学性质 范德瓦尔斯磁性材料的发现引起了材料科学和自旋电子学界的大关注。制备原子厚度以下的超薄磁性层是一项具有挑战性的工作。纳米科学中心的谢黎明研究员团队报道了气相沉积的NiI2范德华晶体，在SiO2/Si衬底上生长的二维NiI2薄片为5−40纳米，在六角氮化硼（h-BN）上可生长原子层厚度的晶体。随温度变化的拉曼光谱揭示了生长的二维NiI2晶体中的磁性相变。该研究工作使用attoDRY800光学低温恒温器进行了样品冷却，低温物镜（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信号采集。这项工作为外延二维磁性过渡金属卤化物提供了一种可行的方法，也为自旋电子器件提供了原子层厚度的材料。【参考】Liming XIE, et al Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2 Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551. 7. 范德华异质结构中局域层间激子间的偶相互作用 虽然自由空间中的光子几乎没有相互作用，但物质可以调解它们之间的相互作用，从而产生光学非线性。这种单量子水平上的相互作用会导致现场光子排斥，对于基于光子的量子信息处理和实现光的强相互作用多体态至关重要。美国Ajit Srivastava课题组报道了异质双层MoSe2/WSe2中电场可调的局部化层间激子之间的排斥偶-偶相互作用。具有平面外非振荡偶矩的单个局部化激子的存在将二激发的能量增加约2 meV：大于发射线宽的一个数量，对应于约7 nm的偶间距离。样品被装入闭循环低温恒温器attoDRY800中，课题组自制了低温（~ 4K）显微镜进行PL测量。在较高的激发功率下，多激子络合物以较高的系统能量出现。该发现是朝着创建激子少体和多体态迈出的一步，例如范德华异质结构中具有自旋谷旋量的偶晶体。 【参考】Ajit Srivastava, et al Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020) 8. 单层WS2范德华异质结构腔中的光吸收 单层过渡金属二卤化物（TMD）中的激子控制着它们的光学响应并显示出由寿命限制的光−物质强相互作用。虽然各种方法已被应用于增强TMD中的光激子相互作用，但所达到的强度远远不足，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。西班牙Koppens课题组介绍了一种基于TMD的范德瓦尔斯异质结构腔，它提供了在超低激发功率下观察到的近100%激子吸收和激子复合物发射。低温恒温器attoDRY800为光谱吸收实验提供了不同的温度条件（4K-300K）。实验的结果与描述光的激子−空腔相互作用的量子理论框架完全一致。研究发现，辐射、非辐射和退相衰变率之间的微妙相互作用起着至关重要的作用，并揭示了二维系统中激子的普遍吸收定律。此增强型光−激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了一个平台，为基于二维半导体的光电子器件提供了新的可能性。 【参考】Frank H. L. Koppens, et al Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2 Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

光谱对材料和化学物质的振动行为有着敏感的反应，如红外光谱和拉曼光谱，被广泛用来了解物质的化学和物理性质。 　　虽然，从原理上来说材料和化学物质的振动行为也可以被&ldquo 电子能量损失谱&rdquo (EELS)检测到，但由于该效应比较弱，提取这种信号所需的能量分辨率一直以来在电子显微镜中还做不到。 　　不过，Ondrej Krivanek及同事最近的一项研究证明，振动谱能够以高空间分辨率在扫描透射电子显微镜中获得。该研究成果发表在10月9日《Nature》杂志上。论文中介绍了该研究在无机和有机材料方面的应用示例，其中包括氢的直接检测，这种能力在对氢存储材料和生物组织等各种不同系统的分析中可能会有很大用途。 Ondrej Krivanek 　　Ondrej Krivanek简介 　　Ondrej Krivanek生于1950年，捷克/英国籍物理学家，现居美国，为专业高性能电子显微镜制造公司Nion总裁及亚利桑那州立大学兼职教授。 　　原文检索：Vibrational spectroscopy in the electron microscope

p 　　据物理学家组织网20日报道，美国麻省理工学院(MIT)的工程师最近开发出一种激光偏振检测新技术，不仅能确定太空垃圾位置，还能分析其成分。 /p p 　　在地球空间轨道上，数以亿计的太空垃圾高速旋转着，给航天器和卫星带来巨大威胁。目前，美国国家航空航天局(NASA)和国防部在用陆基望远镜和激光雷达(Ladars)跟踪17000块碎片，但这一系统只能确定目标的位置。研究人员指出，新技术能分析出一块残骸由什么组成，有助于确定其质量、动量及可能造成的破坏力。 /p p 　　该技术利用激光来检测材料对光的偏振效应。MIT航空航天系的迈克尔· 帕斯科尔说，涂料的反射光偏振模式和金属铝有明显区别，所以识别偏振特征是鉴定太空残骸的一种可靠方法。 /p p 　　为检验这一理论，研究人员设计了一台偏光仪来检测反射光的角度，所用激光波长为1064纳米，与Ladars激光类似，并选择了6种卫星中常用的材料：白色、黑色涂料、铝和钛，还有保护卫星的两种膜材料聚酰亚胺和特氟龙(聚四氟乙烯)，用偏振滤镜和硅探测器检测它们反射光的偏振状态。他们识别出16种主要的偏振态，并将这些状态特征与不同材料对应起来。每种材料的偏振特征都非常独特，足以和其他5种区别开来。 /p p 　　帕斯科尔认为，其他航天材料如防护膜、复合天线、太阳能电池、电路板等，其偏振效应可能也各有特色。他希望用激光偏振仪建一个包含各种材料偏振特征的数据库，给现有陆基Ladars装上滤波器，就能直接检测太空残骸的偏振态，与特征库数据对比，就能确定残骸构成。 /p

在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中，原油和各种石油制品进入环境而造成的污染成了一个世界性的问题。因此，建立探测系统，对油田区进行监测和管理，特别是对石油污染所发生的位置、溢油量和扩散趋势等的监测尤为重要。 　　在国家自然科学基金、“863”计划等的资助下，东北师范大学城市与环境科学学院教授盛连喜带领的课题组以偏振度作为偏振光遥感的定量指标，在近红外波段对不同含水量和含油量的土壤进行偏振光谱测量，为今后利用偏振光遥感监测土壤石油污染的应用打下基础。这一成果发表在《科学通报》2008年第23期上。 　　难以避免的石油土壤污染 　　石油对土壤的污染主要表现为：破坏土壤的结构和透水性。石油污染物还会与土壤中有效的氮、磷、钾发生反应，破坏土壤的肥力。尽管采取了一系列措施，但在石油的生产、加工、运输各个环节，都有可能发生泄漏溢出事故，石油污染物对土壤的污染难以避免。 　　“石油开采时可能产生的泄漏或溢油现象造成的落地油污染，可使土壤的环境容量逐年减少 在气田开发时，钻井过程中产生废弃泥浆，如果没有泥浆坑，废弃的钻井泥浆就会被排放到土壤中，造成污染。”盛连喜说。 　　盛连喜解释说，如果在原油开采过程中发生井喷等事故，可能使大量石油烃类直接进入土壤。另外，石油管线和采油井的井口设备如果发生跑冒滴漏，也有一些石油泄漏到地面。石油及其产品在运输、使用和贮存过程中的渗漏、溢油现象时有发生，会造成石油烃类直接进入土壤。而石油及其产品在运输、使用和贮存过程中的渗漏、溢油现象同样会对土壤造成危害。 　　“当石油渗透进入土壤后，如果植物吸收了石油，会破坏植物的新陈代谢过程，或阻断植物需要的水分和养料，从而使植物死亡，植被遭到破坏。而且被石油污染物污染的土壤在几年甚至几十年内都会丧失农耕和畜牧的功能。石油还可能通过进入食物链影响人体健康。另外，油气会从地表挥发至大气，表现为油气挥发物，被太阳紫外线照射后，可能与其他有害气体发生物理化学反应，生成光化学烟雾，产生致癌物和温室效应，破坏臭氧层等。”盛连喜说。 　　既然污染难以杜绝，作为及时了解石油开采所在区域的环境质量状况，包括大气环境质量、水体和土壤环境质量状况，发现油气田生产中环境问题的有效手段，环境监测就变得至关重要。 　　“尤其是对土壤污染的监测，关系到周边地区的生态环境安全、食品安全问题，不容忽视。”盛连喜说。 　　大有可为的偏振遥感 　　目前，在石油开采区域最常用的环境监测方法是现场采样实验室分析监测，也有些地方开展了航空和遥感监测。 　　盛连喜指出，常规的土壤石油污染监测方法是从野外取样带回实验室分析，由于事前对污染范围及污染程度的了解有局限性，监测过程不仅费时而且耗费大量人力、物力和财力，结果却往往不够全面准确，只能对采样点局部进行评价和估量。如何对土壤石油污染范围及程度进行定量定位的测量，有效节省工作时间和经费，提高环境污染监测的准确性成为一个重要的科学问题。 　　在苦苦寻找解决办法的时候，电磁波的一个重要特征——偏振，引起了盛连喜的关注。 　　偏振在微波谱段称为极化。地球表面和大气中的目标在反射、散射、透射及发射电磁辐射的过程中，会产生由它们自身性质决定的特征偏振，即偏振特性中蕴涵着目标的各种信息。 　　“偏振遥感正是利用这一特征为遥感目标提供新的、潜在的信息。”盛连喜说，“与其他遥感技术比较，偏振光的特性使其在遥感中能够解决许多实际问题。使用偏振信息不仅能够更准确地定位土壤石油污染的范围和程度，并可反演相应地物目标的结构、化学成分、水分含量等多方面信息，甚至了解造成污染油井的年龄，因此具有非常广阔的应用前景。” 　　目前，盛连喜课题组对污染土壤偏振光遥感的监测主要研究方向是在不同湿度条件下鉴别石油种类，并进一步确定湿度条件影响的曲线临界值。重点研究土壤中受到石油污染的范围和程度，为研究土壤的石油环境容量、控制石油污染提供依据。 　　该课题组以吉林省松原油田原油和当地典型表层土壤为实验原料，在实验室内对4个水平的含油量、3个水平的含水量土壤样品在近红外波段进行了多角度探测模拟实验。又在室外实地测量了各种条件下的石油污染土壤与清洁土壤的偏振度值。他们发现，当土壤含水量较低时，土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而增大 当土壤含水量较高时，土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而降低。 　　事实上，盛连喜所在的偏振实验室已经通过几年的工作，对黄土、黑土、红土等土壤类型的基础偏振反射特性进行了测量和研究，接下来的工作是通过多因素的模拟正交实验，为更广泛地应用偏振特性进行石油的土壤污染监测提供科学依据。 　　盛连喜指出，不同土壤类型的临界值会因土壤有机质含量、机械组成等因素的不同而不同，对偏振光的测量带来难度。这也是他们今后工作中需要重点研究的问题。

具有圆偏振发光性能的手性材料在三维成像、光学信息存储、不对称合成等方面颇具应用潜力，在手性科学研究中具有重要意义。手性基元在氢键、静电相互作用及π-π堆积等相互作用的协同下，可以自组装成各种各样的手性结构，表现出独特的圆偏振发光性质。而在自组装过程中，非手性基元如何参与并影响到最后的圆偏振发光性能，手性如何在组装结构中实现转移、传递和放大仍有未知。因此，如何构筑圆偏振发光材料并实现其性能提升在手性科学领域是重要的研究方向。　　中国科学院国家纳米科学中心研究员段鹏飞团队在高效圆偏振发光材料的构筑和性能提升研究方面取得了新进展。利用卤键相互作用构筑了一种二维手性分形结构，实现了手性发光材料发光各项异性因子的显著提升（Angew. Chem. Ed. Int. 2021, 60, 22711-22716）；在自组装手性多孔晶态材料中实现了无机纳米粒子到有机发光分子之间的辐射能量转移，并显著放大了材料的发光各项异性因子（Adv. Mater. 2021, 33, 2101797）。　　卤键本质上是一种静电相互作用，关于卤键驱动的共组装体系已有报道。科研团队合成了两种含有吡啶基团的联二萘手性分子（R/S-1，R/S-2），其与1,4-二碘四氟苯（F4DIB）可以共组装，自发形成了不同形貌的二维手性分形结构。单晶结构的分析发现，晶体中吡啶基团的N原子与F4DIB中的碘原子通过卤键形成一维的超分子聚合物链，而后在π-π和C-FH的协同作用下形成最终的组装结构（图1）。由于R/S-1与F4DIB分子间相互作用更强所以形成的手性分形结构更加致密。在共组装过程中，手性由R/S-1，R/S-2分子传递给了超分子聚合物链，再经过进一步的组装从超分子聚合物链传递到手性分形结构，实现了手性的多级次放大。从基态和激发态手性光谱上也可以观察到，分形结构的手性各项异性因子相较于单分子手性信号呈现出两个数量级的放大。卤键驱动的手性自组装实现了手性从分子手性到分形结构的转移和放大，为设计、提升圆偏振发光材料性能提供了新思路。相关研究成果发表在Angew. Chem. Ed. Int.（2021, 60, 22711-22716）上。　　手性多孔晶态材料具有有序的组装结构，在圆偏振发光材料的构筑和性能提升方面具有重要意义。近日，团队工作人员通过设计“Turn-on”型二芳基乙烯（DAEC）和上转换纳米粒（UCNPs）负载的手性金属有机框架复合材料，实现了紫外光、可见光、近红外光多重光源响应的圆偏振发光固态开关，并通过UCNPs到DAEC的能量转移实现了圆偏振发光的放大（图2）。　　研究人员选择了一种具有一维孔道的手性镧系框架结构，将上转换纳米粒子和具有光响应性质的二芳基乙烯同时负载于手性框架结构中，通过手性诱导分别实现了二芳基乙烯和UCNPs的圆偏振发光。UCNPs上转换发光的能量可以转移至二芳基乙烯，实现二芳基乙烯的上转换圆偏振发光。该手性多孔框架结构复合物中，二芳基乙烯可以在紫外光和近红外光照射下到达关环发光态，分别表现出下转换和上转换的圆偏振发光。在可见光照射下变为开环暗态，实现圆偏振发光的“关闭”。此外，研究发现上转换的发光各项异性因子（glum）大于下转换的发光各项异性因子，可能是手性体系中的能量转移造成的，这是首次发现无机给体到有机受体能量转移实现的圆偏振发光放大。　　该手性晶态多孔复合材料实现了固态下多重光响应的圆偏振发光开关，并在不同光输入的条件下的下转换和上转换过程可以实现荧光信息和圆偏振信息的多级光信号输出，在多维度光响应和输出的存储与加密方面具有重要应用价值。相关研究成果发表在Adv. Mater.（2021, 33, 2101797）上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划等的支持。

2月25日，中科院合肥物质科学研究院安光所光学遥感中心牵头承担的民用航天技术预先研究项目“多角度偏振成像仪”通过了专家验收。专家组认为，该项技术将大力推动我国卫星载荷新技术的发展。 　　多角度偏振成像仪项目组针对全球大气环境及气候变化研究、高精度定量化遥感大气校正等需求，应用多角度偏振探测技术，突破大气气溶胶高精度卫星遥感关键技术，完成了工程化设计的多角度偏振成像仪原理样机，搭建了多角度成像仪的实验室辐射/偏振/几何定标系统。样机主要性能指标均达到或接近国际同类型载荷水平，其研究成果涵盖了欧美两大技术路线的技术特点。 　　验收会上，专家组一致认为项目组瞄准国际上全球大气环境及气候变迁研究的技术前沿，多年来致力于发展偏振遥感技术，积极开展大气多角度偏振卫星遥感技术研究，在大气气溶胶高精度卫星遥感探测技术、实验室偏振定标技术、大气多角度偏振信息反演技术等方面取得了一系列重要成果。 　　该项目是中科院安光所牵头承担并顺利完成的第一个民用航天项目，5年多的研究除取得了一些科研成果外，也为安光所锻炼培养了一个年轻、富有朝气的航天有效载荷工程承研技术团队，为其在“十二五”承担航天载荷型号任务打下了良好的技术及人才基础。

12月9日，中国科学院计划财务局组织专家对生态环境研究中心汪海林研究员承担的“DNA损伤单分子偏振成像检测装置研制”项目进行现场验收。验收组专家听取了项目组的工作报告、使用报告、财务报告、测试组的测试报告，现场检查了实验装置的运行情况，审核了相关档案材料，经提问和讨论，验收专家组认为，该项目完成了任务书规定的各项任务，一致同意通过验收。 　　研制完成的“DNA损伤单分子偏振成像检测装置”，将高效快速分离和激光诱导荧光检测技术集成为一体，可高灵敏地检测DNA损伤产物 融入荧光偏振成像技术，可提供污染物引起DNA损伤的分子转动和构象等动态信息。 　　该装置为阐明环境暴露引起的DNA损伤的分子识别、修复及突变机制等环境健康风险评估研究提供了新颖的分析平台，在提高人们的健康卫生水平方面也具有潜在的应用价值。

1 什么是振动振动是指带质量的物体做往复运动的状态。比如，通过观察振幅比较大的秋千或者单摆运动便可理解。运动通过眼睛观察不到的话，有时候可以通过手去接触来感知。振动状态下，一秒以内往返运动的次数我们称为频率。※我们身边的振动①汽车行驶中的振动对汽车部品的故障发生和寿命影响的试验。最近几年，电动汽车的振动试验越来越多。发动机、汽车音响、安全气囊冲击、NVH、etc.。②铁道交通振动对列车部品等故障影响的试验。列车搭载电子设备、轨道附近的设备（信号切换机、ATC）、etc.。③运输行业卡车、轮船等的运输中，产品是否故障、损伤、外包装擦伤等的试验。④飞机发动机产生的振动，受到气流的振动、起飞降落受到的振动和冲击，会不会发生故障等以及耐久性确认。⑤地震确认部件、房屋、建筑物等的耐震性。2 振动的种类※正弦波振动（简谐振动）正弦定频试验频率一定的正弦振动。振动的最基本波形。频率扫描试验（sweep）频率一定间隔的变化。线性扫描、对数扫描。等幅扫描不等幅扫描SOS（sine on sine）※随机振动没有规则性的波形，无法预测性，但在一定的振动时间内含有各种频率正弦分量。● 正态分布随机试验● 非正态分布随机试验● 正弦+随机(SOR，sine on random)● 随机+随机(ROR，random on random)※冲击短时间内施加大脉冲形状的加速度波形试验。半正弦波（halfsine wave）半正矢波形（haversine wave）梯形波（trapezoidal wave）锯齿波（sawtooth wave）三角波（triangle wave）※拍波（sinebeat）※实测波形再现以上介绍的是几种常见的振动试验波形，对于初学者来说，只要记住各种波形即可，以后会每个试验波形进行详述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

众所周知，任何机器的运转都会产生振动，有些振动代表运行正常，而有些振动则表示故障的初始信号。在预测维护领域，检测振动特征是诊断过程的关键因素，通过振动检测可以确定并缓解问题，以免发生更严重的事件。今天，小菲就给大家介绍下通过感应、放大和测量细微运动，使用户可以看到工厂资产（例如机器）上的振动特征，保障机器的正常运行。传统检测费时费力，停机成本高昂传统检测机器震动的方法是在机器上部署有线传感器（例如接触式加速计）监视出现的振动。在从传感器获取数据后，对该数据进行工作振型分析，以呈现机器运动的动画模型，从而使振动模式可视化。但是据RDI Technologies（美国田纳西州诺克斯维尔）的创始人和CEOJeff Hay博士称，该技术不仅需要花时间从多个点处采集测量数据，而且还需要能接触机器。在机器不便接触或根本接触不到时（机器前方有重重障碍或玻璃），该技术往往没有使用的可能性。另外，传统的接触式测量在安装加速计时经常需要机器停止运行，致使产生因停工而带来的高昂成本。为此，RDI Technologies的工程师开发出了一款名为Iris M的非接触式视频处理系统，该系统使用FLIR机器视觉相机感应、放大和测量机器引起的细微振动，消除了使用早期技术本身固有的缺陷。Iris M系统使用装在Vanguard三脚架上的FLIR 2.3Mpixel Grasshoppper3相机，此相机以默认分辨率为1920x1050、速度为120帧/秒的规格获取单色图像数据。从相机获取的数据将通过USB 3.0接口传输到平板电脑上，在此使用公司专用软件进行分析，使用户可以看到工厂资产（例如机器）上的振动特征。选择FLIR机器视觉相机的原因在Iris M系统中，FLIR机器视觉相机相当于数据获取的设备，它收集视频图像，然后从中提取和分析运动。FLIR 2.3Mpixel Grasshoppper3 GS3-U3-23S6M-C相机装在Vanguard三脚架上，以默认分辨率为1920x1050、速度为120 帧/秒的规格获取单色图像数据。 获取后的数据会通过防脱落电缆经USB 3.0接口从相机传输到Getac F110或Microsoft Surface Book的平板电脑上。“然后电脑软件Motion Amplification的专用视频处理算法会使机器振动可视化。它将逐帧分析每幅图像的像素，确定场景中哪些部分在移动。接下来，它将场景中所有运动振幅的幅度更改放大至肉眼可见的程度，从而加强对引起任何振动的组件之间的理解，”Hay 博士说道。通过使用电脑上运行的图形用户界面，用户可以选择图像的某一部分进行下一步分析。该系统软件将显示与这些区域关联或与时间相关的强度数据。然后可以使用各种数学函数（例如快速傅里叶变换，又称 FFT），将与时间相关的强度数据集转换为与频率相关的强度数据。随后将向用户呈现场景所选部分不同频率的未放大振幅和振动阶段。Iris M系统灵敏度高，可推广更多行业自从2016年第3季度发布以来，Iris M系统已经改变了行业内人士使用机器监控观察振动的方式。该系统不仅易于使用，还可反馈给用户可见的、简单明了的视频图像，以便用户更好地了解设备运行状况。据Hay博士称，选择FLIRGrasshopper相机已成为该系统大获成功的一个关键性原因。该相机具有12 位动态范围，可以捕获图像中亮光照射和黑暗区域之间像素强度的细微差别，使该系统软件相比于其他软件能够提取更详细的变化情况。Grasshopper相机系列将CCD和CMOS技术与Point Grey的专门技术相结合，实现了高性能、高质量的成像。但同样重要的是Motion Amplification算法本身， “得益于这套独特的算法，Iris 在测量位移方面比传统基于图像的测量工具要大约灵敏100倍。另外，在必要时，Iris M能够直接从图像点测量，可用于量化运动的位移，而不必通过解释该点测量来确定运动种类和呈现的错误，”他说。 这种技术的另一大好处就是数据反馈的速度和数据的详细程度。与传统的接触式测量系统不同，它还可以扩展，因为可以同时测量相机视野内的所有资产振动。另外，它还使自己成为技术人员和非技术人员用户之间良好的沟通工具，因为任何资产的任何问题根源都可直接在视频中看到。新系统已在各种实用应用中部署，除执行对工业资产（例如机器）的状态监控外，Iris M系统也可用于分析桥梁、建筑和相似结构的结构完整性。此外，它还可以用于生物医学监控应用，以评估个体呼吸作用。