2022年, 第50卷, 第1期　刊出日期：2022-01-10

  

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光信息调控与增强专题
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  多层球壳结构中等离激元与手性分子的相互作用

  杨泽华, 郭杨喆, 方蔚瑞

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 1-11.

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  利用扩展的Mie理论研究了手性分子与金属组成的复合纳米球体系的光学性质。结果表明：当圆偏振光入射到球壳结构（Au@手性分子@Au）上时，手性分子和表面等离激元发生相互作用，金核与金壳发生杂化，在表面等离激元共振位置处出现圆二色性（circular dichroism,CD）响应、Rabi劈裂和类激子诱导透明现象。当共振位置在近红外时，类激子诱导透明现象更加明显;当手性分子层振子强度增大时,分子诱导手性表面等离激元的能力提高。当分子层厚度增加时，导致的共振模体积的增加同样提高了等离激元诱导能力;当金壳层厚度增加时，在分子层形成较强手性场，可诱导出较强的CD信号。
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  双半环型腔MIM波导法诺共振研究

  郝祥祥, 霍义萍, 何倩, 宋美娜, 王蕴岩, 崔鹏飞

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 12-20.

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  为克服等离子体波导系统存在结构复杂、可利用波段范围小以及可调性差的缺点，提出了一种简单的双半环型腔金属-绝缘体-金属等离子激元波导结构(double semi-ring, DSR)。利用有限元法（finite element method, FEM）对其进行了模拟计算，并通过调整结构的几何参数和介质折射率，研究了该结构的透射特性和传感特性。结果发现：DSR结构能够产生2个典型的法诺共振，并且窄的离散态对法诺共振的形成起主导作用。改变共振腔的宽度和耦合距离可以实现对法诺共振的独立调控，该结构的最大折射率灵敏度和品质因数分别为1 260 nm/RIU和17 473 RIU-1。通过在DSR结构的基础上添加共振腔可以实现四重法诺共振和法诺共振的半独立调控。提出的等离子激元波导结构简单且能产生透射率大、可调性好和灵敏感度高的多重法诺共振,可用于滤波器、光开关和传感器等领域。
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  等离激元纳米光腔增强光与物质的相互作用

  郭晓君, 陈环, 郭蕾, 张正龙, 郑海荣

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 21-31.

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  利用等离激元纳米光腔将电磁场限制在亚波长范围，可在纳米尺度上增强光与物质相互作用，实现超衍射极限的光信号增强。从等离激元纳米光腔的基本原理出发，综述了等离激元纳米光腔与量子发射体间相互作用的理论框架，分析了不同光腔结构在增强光与物质耦合作用的优势;归纳了纳米光腔增强光与物质相互作用机制，着重讨论了增强拉曼光谱、增强非线性效应和增强量子效应的物理机制;展望了等离激元纳米光腔在量子信息领域的潜在应用。
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  局域表面等离激元诱导的光催化机制

  芦一瑞, 严蕾, 张成云, 孔婷, 张正龙

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 32-42.

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  等离激元弛豫产生的热载流子以及局域热效应能有效地驱动材料的化学反应，将光能转化为化学能，从而实现等离激元诱导的光催化。对等离激元诱导分子化学反应和晶体结构转变的相关理论和实验进展进行了综述，重点讨论了等离激元驱动分子反应和驱动纳米结构变化诱导光催化的物理和化学机制，包括等离激元增强电磁场、热载流子、局域热效应等诱导过程，并指出了等离激元催化微观理论模型的不足和实现大规模工业生产的技术瓶颈。
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  BiOI光催化性能的调控机制

  孔婷, 张金牛, 姜紫赫, 魏秀梅, 李金萍

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 43-52.

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  由于特殊的层状结构及良好的光催化性能，BiOI作为新型的半导体光催化剂被广泛研究，但由于其带隙较小，电子和空穴容易复合，需要各种调控策略以改善BiOI材料的光催化活性。基于半导体光催化原理，综述了BiOI光催化剂的主要调控机制，详细讨论了空位缺陷、掺杂缺陷、面调控、异质构建和贵金属修饰等改性方法对BiOI光催化性能的影响。揭示了由增强的光吸收和电荷载流子的分离效率增强，进而调控BiOI的电子结构和光学性质,最终改善其光催化活性。对光和BiOI微纳结构相互作用机理的探讨，可为开发新型高性能的半导体光催化技术提供有益参考。
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  Er3+掺杂上转换发光材料的光谱调控

  陈玉华, 金旻坤, 唐晶晶, 陈长恒, 向进猛, 孙佳树, 郭崇峰

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 53-66.

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  稀土掺杂上转换荧光粉作为一类重要的发光材料，凭借其低自发荧光、高稳定性和抗光漂白性的特点广泛应用于传感、防伪、生物成像、光动力和光热治疗等领域。但不同应用领域对材料光学特性的要求不尽相同，因此有必要根据需求对上转换发光材料的发射光谱进行有效调控。综述了Er3+激活的上转换发光材料的光谱调控策略，其中通过改变基质种类，发光材料结构和掺杂浓度等传统的化学组分调控可以从根本上实现颜色的可调发射，但具有不可逆性故需要进行大量复杂实验。相比之下，外场调控通过改变外界的电磁场、温度、压力、激发光源参数等外部物理环境条件，改变发光材料所处外界环境改变稀土离子各能级上的电子布居，进而实现对荧光粉发光颜色的调控。此类方案可以实现对稀土掺杂上转换荧光材料光谱的连续调控，其颜色的转变具有较好的可重复性与可逆性。明确调控手段并对其中的机理进行分析有助于深入了解Er3+上转换发射光谱调控的本质，为设计新型的光学调控手段奠定基础。
光信息调控与增强专题
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  稀土掺杂NaYF4核壳微米晶体的上转换发射特性

  高伟, 孙泽煜, 邢宇, 韩珊珊, 程小同, 韩庆艳, 严学文, 董军

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 67-74.

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  采用水热合成法，以外延生长技术制备了一系列Er3+和Ho3+离子掺杂的NaYF4微米核壳晶体，并借助SEM及XRD对其微米核壳晶体的结构及形貌进行了表征。在近红外光980 nm激发下，以共聚焦显微光谱装置，对单颗粒NaYF4:Yb3+/Er3+及NaYF4:Yb3+/Ho3+核壳微米棒的上转换发射特性进行研究。实验结果表明：当包覆NaYF4惰性壳时，其核壳生长方向沿纵轴，且其上转换发射强度明显增强，主要原因是NaYF4惰性壳可有效抑制微米颗粒的表面猝灭效应，即有效地降低无辐射跃迁概率。然而，当其包覆NaYbF4活性壳时，微米核壳沿横轴方向生长，且其上转换发射强度也增强，但与NaYF4包覆惰性壳相比，其增强效果较差。同时研究发现，包覆不同核壳结构，Er3+和Ho3+离子上转换发射的红绿比不同，当包覆NaYbF4活性壳时，Er3+离子的红绿比明显增加，而Ho3+离子的红绿比则明显降低。构建不同核壳结构不仅增强微米晶的发光，且可实现发射的有效调控。
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  稀土掺杂微纳光波导的发光特性综述

  樊佳伟, 李金萍, 付正坤, 郑海荣

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 75-85.

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  随着光通信、集成电路以及光电器件的飞速发展，对微纳光波导的性能提出了更高的要求，因而寻找更加合适的光波导制作材料成为光学材料领域的热点问题。由制作光波导材料的分类出发，分别介绍了由聚合物、有机晶体分子、半导体等材料制作的光波导的优势及应用。重点分析了影响稀土掺杂微纳光波导性能的因素：一方面，通过改变激发功率、调整光传输距离等手段，在对发射光红绿比调控的同时，有效提升光的耦合效率；另一方面，讨论了不同形貌的稀土掺杂光波导的传导模式，通过改变激发方式（激发光入射角度等）分析其特有的发射模式。最后展望了稀土掺杂微纳光波导在降低光损耗、提升耦合效率、调控发射模式等方面的前景。
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  基于锁模技术的光纤脉冲激光研究

  李晓辉, 杨昌兴, 赵阳, 王亚民, 王鹏

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 86-90.

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  利用环腔结构的非线性偏振旋转（nonlinear polarization rotation,NPR）锁模掺铒光纤激光器实现了高阶束缚态的谐波锁模脉冲输出。在1 568.4 nm波段，获得了脉冲宽度为675 fs、 3 dB带宽为10 nm、基频重复频率为27.8 MHz的孤子锁模脉冲输出；进一步增加泵浦功率，获得了脉冲持续时间为535 fs、中心波长位于1 570 nm处的四阶束缚态的五次谐波锁模输出，其相邻脉冲间隔为7.2 ns，与此相匹配的重复频率为139 MHz。
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  一种基于颜色编码滤波的同时偏振成像方法

  梁健, 任立勇

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 91-96.

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  为克服现行的偏振成像系统普遍存在时间-空间分辨率损失的缺陷，提出了一种基于颜色编码滤波的同时偏振成像方法。首先，采用颜色滤波片和偏振片组合方式制作了三通道偏振颜色滤波片；之后，将该滤波片放置在成像镜头的孔径光阑处，对入射光进行颜色编码和偏振调制，并利用普通彩色相机成像；最后，利用彩色相机不同颜色通道的拍摄图解码出偏振图像，最终实现同时偏振光学成像。实验结果表明，该方法有效消除偏振图像间存在的失配和畸变缺陷，保留系统的时间/空间分辨率，可为偏振成像方法研究提供新的思路。
生物检测方法与材料专题
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  磷脂聚合物涂层对聚丙烯膜氧合器血液相容性的影响

  史珂慧, 王彦兵, 刘雯雁, 张欢, 高菊林, 宫永宽, 蒋红利

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 97-107.

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  通过将3种仿细胞膜结构磷脂聚合物PMBT、PMLT、PMNC分别涂敷在聚丙烯（polypropylene，PP）膜表面，研究聚合物涂层的稳定性及其对PP膜氧合器血液相容性的影响。动态接触角测量显示：3种聚合物涂层PP膜在不同温度和浓度的乙醇溶液中长时间浸泡，其动态接触角无明显变化。体外蛋白质吸附实验表明：与无涂层PP膜相比，PMBT、PMLT和PMNC聚合物涂层PP膜对牛血清白蛋白和纤维蛋白原的吸附均显著下降。动物体外循环开始后，无涂层组的血小板、白细胞计数及纤维蛋白原浓度较体外循环前明显降低，同时β血小板球蛋白、白介素8、凝血酶-抗凝血酶复合物、补体片段5a和凝血酶原片段F1+2的浓度明显升高，而PMBT、PMLT和PMNC聚合物涂层组的上述指标较体外循环前均没有明显变化，3种聚合物涂层组之间亦无统计学差异。体外循环120 min后，无涂层组氧合器有明显凝血现象，而3种聚合物涂层组氧合器均未发生凝血。上述结果提示，PMBT、PMLT和PMNC聚合物涂层不仅具有优异的稳定性，而且能够显著提高PP膜氧合器的血液相容性。该结果为磷脂聚合物涂层医疗耗材的进一步转化应用提供了客观的实验依据。
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  基于DNaseⅠ辅助目标物循环信号放大的赭曲霉毒素A检测方法

  李宣仪, 刘沙沙, 刘梅

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 108-116.

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  基于酶辅助的目标物循环信号放大及氧化石墨烯包被构建了一种快速、灵敏检测赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）的荧光分析新方法。该方法利用聚乙烯基吡咯烷酮（poly-vinylpyrrolidone，PVP）包被氧化石墨烯，防止靶标的非特异性吸附，同时保护适配体免受脱氧核糖核酸酶Ⅰ（deoxyribonuclease Ⅰ，DNase Ⅰ）的裂解。通过条件优化，发现在氧化石墨烯质量浓度为4 μg/mL、PVP物质的量浓度为10 nmol/L、PVP分子量为24 000、DNase Ⅰ活性为40 U、作用时间为40 min时，OTA的检测性能最佳。在OTA物质的量浓度为25~250 nmol/L范围内，荧光强度与OTA物质的量浓度之间具有良好的线性关系，OTA检测限为9.38 nmol/L（信噪比为3）。经验证，该方法的OTA选择特异性良好，回收率为96.78%~110.97%，标准偏差为1.23%~5.00%。该方法实现了红酒、白咖啡和速溶咖啡等实际样品中OTA的准确检测，同时为食品中相关有害因子的检测提供了新的思路和平台。
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  基于声子晶体异质位错结结构的大尺寸楔形变幅杆的优化设计

  林基艳, 林书玉

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(1): 117-124.

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  针对大尺寸楔形变幅杆辐射面振幅分布不均匀、放大系数较小的问题，采用近周期声子晶体异质位错结结构设计了振幅分布均匀、放大系数较大的新型变幅杆。利用有限元软件COMSOL对优化前、后的变幅杆进行了仿真分析，结果表明：近周期声子晶体异质位错结结构能有效抑制大尺寸楔形变幅杆的横向振动，大幅提高辐射面纵向振幅分布均匀度，增加放大系数。该方法为大尺寸楔形变幅杆的优化设计提供了新思路。