07光学进展前沿讲座学习笔记汇总Word文档格式.docx
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部件（由下到上）：
CMOS基底；
搭接组件、偏压/静止总线、轭板寻址电极；
搭接尖端、寻址电极、轭板、扭臂梁铰链；
反射镜。
工作原理：
●由于在微反射镜和寻址电极之间存在差动电压，可以构成使微反射镜绕扭臂梁旋转的力矩，在旋转的力矩的作用下，微反射镜将一直被锁定在某一位置上，当复位信号出现时微反射镜便可回到正常位置；
每一个微反射镜皆可以倾斜（10度），于是照射在上面的光线也就会出现直射和“斜射”两种状态，不同的倾斜状态对应反射光的明暗状态。
●也可以把它们看成是一个由大约50万至130万（848×
600）个正方形微反射镜一个挨一个排列成的“微反射镜阵列”，通过不同像素的倾斜（反射光的明暗）来还原图像。
制作工艺
●采用制作大规模集成电路的工艺:
●用CMOS-互补金属氧化物工艺在硅基片上制作记忆单元和寻址电极;
●再在硅片表面覆盖一层高分子聚合物；
●用光刻、溅射刻透聚合物层，制作支撑柱；
●镀一层薄的铝膜，作为扭臂梁层，镀一层厚的铝膜作为反射镜层；
用光刻法刻出扭臂梁和反射镜；
●用离子刻蚀法除去余下的高分子聚合物层，最后就形成架空的微反射镜。
投影仪：
●单片DMD机（主要应用在小型投影机产品）;
●两片DMD机（应用于大型拼接显示墙）;
●三片DMD机（应用于超高亮度投影机）。
单片式：
单片ＤＭＤ芯片，由色轮产生单色光，将先后的不同颜色的图片在一帧的时间合成彩色图像
三片式：
三片ＤＭＤ芯片，由分光棱镜从白光分出三原色光投射到芯片，同时形成三种颜色的图像，再经过棱镜系统合成为彩色图像输出。
高画质，高效率，高费用。
ＤＬＰ优点：
DLP投影机清晰度高、、画面均匀、色彩锐利、、，随着分辩率的增加，亮度也在增加，较高的分辩率意味着有更多的微反射镜反射光。
对比度高、高清晰度、高亮度、色保真度高、可靠性高、响应时间快
技术发展方向：
●DLP技术发展方向是低成本、高画质的技术目标;
●加大DMD芯片底板的硅晶圆口径和改善新型封装技术;
●在提高DLP投影机画面质量的技术实现上，TI发布SCR（sequentialColorRecapture）即相续彩色扑捉技术用于提升投影机的亮度和色彩表现；
●从DMD控制器LSI到DMD元件的数据传送方面采用DDR（DoubleDataRate）模式;
三、分形概说---及其在数字全息显示中的应用——梁艳明
1、混沌
20世纪永远被铭记的三大科学成就是：
相对论、量子论和混沌理论。
混沌理论否定了包括巨观世界拉普拉斯﹙Laplace﹚式的决定型因果律,即关于决定论的可预测性。
混沌是一种非周期性的动力学过程,是研究无序中的有序。
混沌是由确定性的规律生成，它是一种对初始条件非常敏感并有依赖性和回复性的非周期运动。
2、分形图形
（1）一个非常复杂且具有精细结构的图形可以用很少的，非常简单的规则产生。
（2）取结构的任何一部分，并且放大至足够倍数，就会出现与原来一样的结构。
这种特性称为自相似性。
具有上述两个特性的图形被称为分形图形。
分形图形的例子：
（1）Sierpinski三角形：
考虑一个填满东西的三角形，从其中间挖掉一块，使原三角形剩下三个相等的部分，且每一部分的面积是原来的1/4，对这三个三角形再类似于上述作法各从其中挖去一块，于是便得到了九个三角形，依此类推以至无穷。
（2）Koch雪花曲线：
先画一个等边三角形，把边长为原来三角形边长的三分之一的小等边三角形选放在原来三角形的三条边上，由此得到一个六角星；
再将这个六角星的每个角上的小等边三角形按上述同样方法变成一个小六角星……如此一直进行下去，就得到了雪花的形状。
雪花的每一部分经过放大都可以与它的整体一模一样。
（3）Julia集
（4）Mondelbrot集
（5）Newton/Nova
分形
3、迭代函数系统（IteratedFunctionSystemsIFS）模型
●w（x1,x2）=（ax1+bx2+e,cx1+dx2+f）
●其中a,b,c,d,e,f均为实数，则称w为二维仿射变换.
●在直角坐标中其形式为：
●IFS的吸引子（Attractor）：
是指相空间的一个点集或一个子空间，随着时间的流逝，在暂态消亡之后，所有轨迹线都趋向于它。
吸引子是稳定的不动点。
给定了一个IFS，也即是确定了其中仿射变换的个数及每个变换的六个参数，我们就可以在计算机上绘出其直观的吸引子的形状。
4、分形图形的特征
（1）分形图形具有无穷细微的结构
如Sierprinski三角形所描述的,在任意比例尺下（或任意放大后）仍包含有丰富,细緻的微结构,放大的越大,人眼可见的细节越多。
（2）分形图形无法用经典的数学方法来描述
它既不是满足某一几何条件的点的轨迹，也不是数学方程的解集。
（3）分形图形具有自相似性
如Sierprinski三角形，它的任意局部与全图有严格的几何相似性。
（4）分形图形可用迭代（IFS）方式生成
分形图形虽然其固有的结构很复杂，但其定义却很简明，而且往往可用迭代的方式生成。
Sierprinski三角形其结构虽然较复杂，但其模型仅由三个收缩仿射变换中的18个系数唯一确定。
（5）分形图形具有分数维
●计算公式：
D=lna/lnb
其中D是分形图形集的分数维数,a是自相似的概率分片数,b是伸缩率.即一个有界集合可以分成a个大小为1/b倍的与原集相似的子集.
●Koch曲线的维数是1.2618维:
它接近一个平面，因为它明显地具有“高度”，然而它却并不是一个平面，不是一个二维的曲线。
它高过一维，但却不到二维。
●Sierpinski三角形的维数大约是1.5850：
它的面积等于零，它的维数自然小于2，但是却永远达不到1，因为，无论何处，它都不接近一条线。
5、分形的应用
●分形分维的经络形态及解剖结构
●肝脏超声图像分形特性的研究
●分形理论在医学图像边缘增强和检测中的应用研究
●分形几何在医学图像处理中的应用
●分形与经济学
●分形与气象学
●分形音乐
6、数字点阵全息图
●数字点阵全息图是由计算机控制的激光光束干涉点阵刻蚀而成.
●它是依赖计算机产生图形并通过计算机精密地控制干涉激光束在记录介质上刻蚀点阵衍射光栅来实现。
这种标志的图案是由一些极小的光栅点（约几十至一百微米左右）组成的，而每一个光栅点又包含非常微细的光栅（小于一微米），在制作过程中，电脑按制作要求对光栅点逐点进行编码使每一个点上的光栅的方向或密度发生变化从而达到预定的视觉效果；
对光栅点的编码方式和方法是根据图案的具体设计而定，
●用点阵分形全息术制作的全息图案，由于其特性所决定不能通过照相、复印或电脑扫描等手段来复制。
四、高功率光纤激光器及其应用——李奕鑫
（一）、高功率光纤激光器的应用领域有哪些？
●金属和非金属材料的加工与处理；
●激光雕刻；
●激光产品打标；
●激光焊接，焊缝清理；
●精密打孔；
●激光检测和测量；
●激光图形艺术成像；
●激光雷达系统，污染控制；
●传感技术和空间技术；
●激光医学等等。
（二）、说明高功率光纤激光器的主要特性。
1、高功率光纤激光器在光纤材料中掺杂铒（Er），铥（Tm），镨（Pr），镱（Yb）等不同的稀土元素使光纤激光器有多种不同的输出波长；
2、融合了双包层泵浦技术（DoubleCladdingPumpedTechnology）与特殊工艺；
3、波长范围可以从蓝、绿、红可见波长到2000nm；
4、光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级上升到百瓦的量级,千瓦量级,乃至万瓦量级。
（三）、说明高功率光纤激光器的主要优点。
●转换效率高
●寿命长
●可在恶劣的环境下工作
●其外型紧凑体积小（光纤激光器模块的体积大约有一本字典的大小）
●方便光纤导出
●易于系统集成
●无有体积庞大的电源系统
（四）、简述高功率光纤激光器的工作原理。
光纤激光器是在光纤放大器的基础上而发展起来的。
它是利用掺杂稀土元素的光纤，再加上一个恰当的反馈机制而形成的。
其中，掺杂稀土元素的光纤充当光纤激光器的增益介质。
在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯，由于外泵浦光的作用，在光纤内便很容易形成高功率密度，从而引起激光工作物质能级的粒子数反转。
一般是采用光纤光栅构成光纤激光器的谐振腔。
若在包层光纤材料中掺杂不同的稀土元素，例如掺杂铒（Er），铥（Tm），镨（Pr），镱（Yb）等不同的稀土元素即会使得光纤激光器有多种不同的激光波长输出。
如果用多个多模激光二极管同时耦合至双包层光纤上，就可以获得高功率的激光输出。
高功率光纤激光器具有以下关键技术：
1、用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管;
2、截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤；
3、单模掺镱纤芯;
4、锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口;
5、特殊或专门的耦合技术;
6、光纤光栅谐振腔。
（五）、画出高功率光纤激光器的基本结构示意图。
（六）、简述大功率宽面多模二极管的并行泵浦技术的优点。
1，高功率。
一个多模泵浦二极管可辐射出大于100瓦的激光功率，多个多模泵浦二极管并行设置，即可允许设计出很高功率输出的光纤激光器。
2，无需热电冷却器。
这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作。
3，很宽的泵浦波长范围。
高功率光纤激光器内的活性包层光纤掺杂了镱稀土元素，有一个很宽且又平坦的光波吸收区（915-980nm）,因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置。
4，高可靠性。
多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性要高出很多。
其几何上的宽面就使得激光器的截面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。
这样一来，泵浦二极管其可靠运转寿命超过能10万小时。
五、超快量子光子学研究进展——陆林轩
1、简述相干的定义、相干态特征、产生的方法、测量的方法、典型相干时间、相干描述
相干：
相干是指体系的各个子集之间存在着逻辑，有序或美学间的关联。
相干态：
物理学上的相干态是指体系的各个部分在相位上存在的某种关联，即态之间的关联性。
光学上的相干是指两束光之间满足相干条件：
①振动方向相同；
②振动频率相同；
③相位相同或相位差保持恒定。
波色-爱因斯坦凝聚是物质波的相干。
相干态的特征：
相干态既可以是相干光场（相干场），也可以是相干物质波（相干态）；
相干光场与相干态可以相互作用与相互转换，如相干光场可以转换为物质体系的极化子，极化激元（激化子）也可以转换为光子辐射；
极化子可以随光场传输，也可以在材料中长时间停留，导致光子能量的局域化与光能存储。
用外场诱导体系，可使系统处于相干态。
产生相干态的最有效方法：
①用受激诱导辐射制备“激光”；
②用超短巨脉冲激发物质体系；
③使系统长时间处于受迫态；
定期、定点激发物质体系（激光锁模）；
制造理想的物质体系（自然界的多米诺骨牌）。
相干态的测量：
包括直接测量和相关测量，直接测量不能测量相干态的快变成分，相关测量法可用于振幅与相位的测量。
相干光谱学主要通过测量密度矩阵非对角元（或非线性极化强度），包括：
频域测量技术，泵浦－探测技术，自由感应衰减技术，光子回波技术，四波混频技术，是测量相干辐射的通用技术
典型的相干时间：
原子自旋的相干性：
核磁共振——毫秒量级
电子跃迁的相干性：
稀薄气体——微秒－纳秒量级；
凝聚态介质——
内层电子间的跃迁——纳秒－皮秒量级
外层电子间的跃迁——皮秒－飞秒量级
内壳层－电离层间的跃迁——飞秒－阿秒量级
相干的描述：
在数学上对于相干性的描述主要包括相同的频率和相位差的恒定；
相干性是一个统计平均现象，需要对所研究的体系作统计平均，既包括对时间平均，也包括对多个测量对象的平均。
相干态应用举例：
1.自感应透明：
光子可以透过吸收体
2.电磁诱导透明：
光子可以减速，光子可以静止（以极化子的能量形式）
3.量子干涉：
化学反应方向可以控制
4.原子减速与原子凝聚：
构成新的物质态
5.超快量子光子器件：
“硬件”有史无前例的响应速度（量子光子管）
6.量子通讯与量子计算：
明日的信息科技
7.迈向利用与开发“光合作用”“视觉过程”等高速、高效自然界过程的新台阶
六、扫描探针显微镜的工作原理和应用——游丽莉
主要内容
一，前言（纳米效应）
二，扫描隧道显微镜（STM）的工作原理
三，原子力显微镜（AFM）的工作原理和AFM的各种改型
四，原子操纵和原子加工及其它应用
五，相关工作
1-纳米效应p4
表面效应
（界面和表面的悬键）
量子尺寸效应--费米能级分裂
体积效应
宏观量子效应
界面相关效应
小结
二,纳米科技的里程碑--扫描隧道显微镜STM和原子力显微镜AFMp20
扫描隧道显微镜（STM）p23
STM所具有的独特优点p24
（l）具有原子级的高分辨率。
STM在平行和垂直样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm，即可以分辨出单个原子。
（2）可实时地得到在实空间中表面的准三维图象，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。
（3）可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体积或整个表面的平均性质。
（4）可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，且探测过程对样品无损伤。
（5）配合扫描隧道谱STS（ScanningTunnelingSpectroscopy）可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。
（6）在纳米镊子帮助下可实现原子的操纵和加工，所以被认为开始了纳米科技的新时代。
注意事项:
从测量到的结果到”看”到的结果,要通过一定模型的计算,所用模型正确与否,对结果有本质的影响.这是SPM的最大问题..
STM和其他仪器分辨率的比较p26
STM工作原理的简要说明p29
扫描用探针p36
扫描模式示意图p37
描隧道显微镜STM的局限性p39
扫描探针显微镜（SPM，ScanningProbeMicroscope）的近期发展趋势p40
原子力显微镜（AFM）的工作原理p42
检测微悬臂弯曲的方式p43
有三种，即（l）隧道电流法；
（2）电容检测法（图4）；
（3）光学检测法．
四,原子操纵及其他应用p61
原子操纵和原子加工p68
超分子马达（IBM）和推进器p69
“自上而下（TOP-DOWN）”的例子p73
“自下而上（BOTTOM-UP）”的例子p74
刻写、诱导沉积和刻蚀p78
五，相关的研究工作介绍p81
SPM技术的发展p82
SPM的动态测量技术p83
SPM动态测量的种类p84
STM中的动态测量方法
AFM中的动态力测量方法
基于导电AFM的动态测量方法
SPM中的其它动态测量方法
SPM中的原子分子识别问题p87
在进行形貌观察的同时，识别观察到的是何种原子或分子；
这是科技界长期追求的目标，具有重大的理论意义和应用价值；
SPM中原子分子识别的可能方法有：
非弹性电子隧道谱方法（STM-IETS）；
力（或力梯度）-距离谱；
基于IETS的分子识别方法：
（inelasticelectrontunnelingspectroscopy,IETS）p88
基于力-距离谱的原子种类识别方法p90
振幅原子力显微镜p92
1，隧穿损耗探针扫描显微镜（STDM）简介p93
2,介电损耗扫描显微镜（SDDM）p104
SDDM的具体测量方法:
1,恒高方式\2,恒电容方式\3,恒损耗方式
3,用AFM研究液体--举例p109
4,STM-AFM联用的原理性研究和实验结果p110热激发力测量技术的实现
结论p127
何时发生水面向探针的跳变（力曲线向上跳变），何时发生探针向水面的跳变（力曲线向下跳变）？
通过分析得到的结论是：
这取决于探针稳定性和水面稳定性哪个先破坏，亦即范德华力梯度对探针的影响与范德华力对水面的影响的相对强弱程度。
5，云母-水膜和干云母片p130
6,铁电畴的观测和识别p135
七、飞秒和阿秒脉冲的产生、测量和应用——倪泉丰
1.简述阿秒脉冲的产生
目前阿秒脉冲的产生方法主要包括受激拉曼散射、汤姆逊散射以及高次谐波。
与其它方案相比，高次谐波辐射谱由于呈现平台区以及平台区谐波有规律的等频率间隔分布的独特优点,使它成为了突阿秒界限的首选光源。
基于高次谐波的单个阿秒脉冲的获取主要有两种方案，一是利用几个光周期的超短脉冲驱动光，这是由于截止区的高次谐波在驱动光的峰值附近产生，持续时间在半个光周期以内，达到了阿秒量级。
二是利用偏振态随时间变化的驱动光，这一方案原理是高次谐波的产生敏感的依赖于驱动光的偏振态，控制驱动光的偏振态可以产生阿秒量级的时间门。
2.超短激光脉冲的应用
课件上该问题的相关内容：
应用方面,推动研究原子内电子的跃迁和驰豫过程,
研究原子内电子运动，“驾驭”电子波包
高功率的飞秒、阿秒脉冲已成为产生电子束、x射线激光，研究激光惯性约束控制核聚变的重要手段。
极大地推动了光电子学、光通信和信息技术向高频域、高速率的方向发展。
《超快激光技术及应用》里提到的应用：
超快动力学过程研究——泵浦－探测技术
飞秒脉冲控制电子自旋
飞秒相干光谱学：
（１）半导体量子阱中的飞秒相干控制（２）量子控制化学与生物学
强场物理研究的新途径
飞秒光电子技术：
（１）高时间与高空间分辨的光电取样技术（２）激光微波的产生和应用（３）高速光纤通信技术中的应用
光学频标——飞秒梳
网上搜到的资料：
高功率飞秒激光在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景．高功率飞秒激光还可以将大气击穿，从而制造放电通道，实现人工引雷，避免飞机、火箭、发电厂因天然雷击而造成的灾难性破坏．利用飞秒激光能够非常有效地加速电子，使加速器的规模得到上千倍的压缩．高功率飞秒激光与物质相互作用，能够产生足够数量的中子，实现激光受控核聚变的快速点火．从而为人类实现新一代能源开辟一条崭新的途径．
八、光学相干控制和自旋电子学——陈达鑫
1、巨磁阻、自旋阀和磁隧道结是已研制成功的自旋电子器件。
目前正在研制的器件有MRAM。
成功应用包括磁读头，电隔离器。
2、巨磁阻工作原理：
当无施加外磁场时，磁体内部的磁畴元各向同性排布，载流子传导所受阻力大，表现出大电阻态：
当施加外磁场时，磁体内部的磁畴元沿磁场方向排布，沿此方向的载流子传导过程阻力小，表现出小电阻态。
GMR可以实现磁场控制的由大电阻向小电阻的切换，获得极高的磁电阻变化率，因此在硬盘存储领域得到广泛应用。
3、自旋电子器件的优点：
功耗小、速度快、体积小、信息不丢失、不受尺寸效应限制。
4、要实现目前的微电子学向纳米自旋电子学的过渡，就必须实现半导体自旋电子学，即利用半导体中电子的自旋自由度，因为自旋是量子效应，没有尺寸效应。
最重要的是研制出自旋晶体管。
然而，半导体中电子自旋各向同性，没有净磁矩。
所以，不能象铁磁金属中自旋那样容易利用。
要实现自旋电子器件主要存在的问题有：
（1）电子自旋的极化或注入，即将自旋取向各向同性变为各向异性，产生净自旋磁矩。
目前主要的方法有：
圆偏振光法，利用光子的角动量选择激发某一自旋的电子。
是一种高效率自旋极化方法，在自旋动力学实验研究中被广泛使用。
但是不能运用在集成电子器件中。
欧姆接触自旋电注入。
这种情况下，自旋电注入效率与欧姆接触的两种材料的电导率有关。
如果提供自旋极化电子的源材料的电导率小于要注入的材料的电导率，则自旋极化注入率很高；
反之，则自旋极化注入率很低。
例如，将铁磁金属与半导体做欧姆接触注入，这种情况下的自旋极化注入效率仅为4.5%；
而磁半导体与非磁半导体之间的欧姆接触注入，自旋偏振电流的注入效率达90%，对应的发光圆偏振度为0.45。
还有其他一些，例如铁磁半导体、铁磁隧道结和半导体作欧姆接触注入，都可以得到很不错的电子自旋极化注入率。
（2）电子自旋的弛豫，由于半导体中自旋向上和向下电子的能量简并，所以，自旋偏振电子分布会向自旋平衡分布趋近。
目前发展的电子自旋偏振和相干弛豫探测方法主要有发光法、法拉弟转角法和吸收饱和法。
（3）电子自旋输运，即空间传输中电子自旋取向的变化
（4）电子自旋检测，即自旋取向的检测
前面的自旋弛豫、输运实验研究中均使用光学方法检测自旋，但作为器件应用，最好使用电/磁方法检测自旋更实用、方便。
目前还没有有效的半导体中电子自旋的电/磁检测方法报道。
目前报道的自旋检测方法仍然是基于铁磁金属的自旋分裂。
即用铁磁金属做电极，只有与铁磁金属费米能级处的电子自旋取向一致的电子能够有效通过铁磁金属。
（5）电子自旋的控制，即控制自旋取向
自旋控制就是要控制自旋的偏振方向的翻转，这是实现自旋电子器件的必要条件。
在铁磁金属中可以使用磁场
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