纳米光子学

新型纳米装置将光子变为机械能[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/05/200905231039_151503_1644912_3.jpg[/img]一个名为拉链空穴的小装置能够将激光变为机械能。（图片提供:Matt Eichenfield，Jasper Chan/《自然》）研究人员日前研制出一种纳米装置，能够在遭遇激光时产生振动。这种设备非常灵敏，甚至能够感知单个光子的能量。研究人员相信，它将加速光学通讯系统的发展，同时帮助科学家更为精密地探知物质的一些基本属性。 据美国《科学》杂志在线新闻报道，偏振光束似乎没有实现机械功的能力（这是因为光子作为光波的载体是没有质量的），但是它们在原子水平上却能够达到一个惊人的数量。例如，科学家目前已经能够利用激光捕捉、控制及操作单个的原子。现在的问题是相同的原理是否能够作用于纳米量级——其成分要比原子水平大得多，但在大小上仍然仅相当于一米的十亿分之一。 这也正是美国帕萨迪纳市加利福尼亚州理工学院（Caltech）的一个研究小组试图要解决的问题。首先，研究人员制造了一对外部覆盖着硅微芯片材料的厚度仅为几百纳米的支架。随后，他们利用化学手段在每个支架的表面腐蚀了一连串的小洞。研究小组将这一装置称为“拉链空穴”，这是因为它与一个拉链看起来很像。研究人员在5月14日出版的《自然》杂志上报告说，这些小洞能够引导和捕捉激光束的能量，同时使装置产生振动。而振动的频率取决于激光轰击支架的强度，参与该项研究的Caltech的物理学家Oskar Painter这样表示。 这一装置的表现就像是一部音频扬声器，后者隔膜的振动取决于放大器传送的电子信号的强度。相反，像扩音器一样，拉链空穴能够通过自身的振动改变光的强度。Painter指出，总体而言，这些功能使得拉链空穴能够扮演一部完全由光控制的微型无线电发射机和接收机的角色，但它同时要比类似大小的电子装置拥有更大的操作范围。 德国加兴市马普学会量子光学研究所的物理学家Tobias Kippenberg表示，科学家可以利用这种纳米量级的装置探究物质在量子范围的属性，而这是普通电子装置无法实现的。Painter解释说，由于这种装置的振动发生频率在每秒钟1000万次到1.5亿次之间，因此能够极大地改善原子力显微镜的分辨能力。用这种装置来研究分子和原子，每秒钟可以完成数千次操作。Kippenberg表示：“这种装置在基础研究和新应用上都具有光明的前景。”（

用于光子相关纳米粒度仪的数字相关器动态光散射原理（光子相关普法PCS和光子交叉相关普法pccs)的纳米激光粒度仪的关键技术是提取悬浮液在溶液中的纳米颗粒的散射光的自相关函数或互相关函数，计算纳米颗粒的扩散系数，从而分析颗粒粒度。数字相关器是基于动态光的散射原理（光子相关光谱法PCS和光子交叉相关普法pccs)的粒度测试技术中提取散射光信号的自相关函数和互相关函数的装置。目前，国内应用较多此类装置主要是进口美国Brookhaven公司BI-9000AT、BI-9010AT和Turbocorr数字相关器，这些装置只能完成自相关运算而无法进行互相关运算，因此只适合用于pcs法测试纳米颗粒粒度，而无法适用于PCCS法测试纳米颗粒粒度，从而对测试环境、所测样品浓度以及测试稳定性等方面具有较大的局限性，只有制作专用大规模集成电路(ASIC),或基于DSP技术，或多片芯片及联组成，不但有很大的局限性，而且价格昂贵。另外，国内有人尝试采用软件的方式实现数字相关器，即先用光子计数器将散射光光子计数并储存在存储器中，然后根据计算计算机软件将其数据从存储器中读出进而进行相关运算，虽然这样能计算出散射光强的相关函数，但由于软件所需的处理时间内的光子丢失造成计算的相关函数偏差较大。因此，采用软件的数字相关器实时性很差，不能满足颗粒粒度分析的要求。微纳专利的用于光子相关纳米激光粒度仪的数字相关器，是一种基于动态光散射原理测试纳米及亚微米颗粒粒度测试技术中用于获得散射光信号自相关函数和互相关函数的数字相关器。本专利发明实现了光子脉冲技术、自相关运算、互相关运算以及与计算机通讯功能，具有采样速度快、延迟时间范围广、相关通道多的特点，完全满足纳米颗粒粒度测试中获取高速变化的动态散射光信号的自相关函数和互相关函数的高难度需求。 winner802 纳米激光粒度仪http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/12/201512030937_576113_3050076_3.jpg产品简介：Winner802是我公司最新推出的基于动态光散射原理的纳米激光粒度仪，同时也是国内首款采用数字相关器的纳米激光粒度仪。本款仪器采用我公司自主研制的高速数字相关器和高性能光电倍增管为核心部件，具有操作简便、测试快捷、分辨率高等特点。适用范围：Winner802适用于各种纳米级、亚微米级固体颗粒与乳液。技术参数：规格型号Winner802执行标准 GB/T 19627-2005/ISO 13321：1996 GB/T 29022-2012/ISO 22412：2008测试范围1-10000nm（与样品有关）浓度范围0.1mg/ml--100mg/ml(与样品有关)准确度误差1%（国家标准样品D50值）重复性误差1%（国家标准样品D50值）激光光源光纤半导体激光器，λ= 532nm， 探测器光电倍增管（PMT）散射角90o样品池体积4mL温控范围5-40 ℃（精确到0.1℃）测试速度5 Min体积480mm×270mm×170mm重量12Kg数字相关器主要参数自相关通道：256 基线通道：4最小分辨时间：6ns 延迟时间：100ns-10ms（可调） 运算速度：162M/S产品特点和优势：先进的测试原理采用动态光散射原理和光子相关光谱技术，根据颗粒在液体中的布朗运动速度测定颗粒大小。大小颗粒运动速度不同，激光照射这些颗粒，不同大小的颗粒将使散射光发生快慢不同的涨落起伏。光子相关光谱法就根据特定方向的光子涨落起伏分析其颗粒大小。 极高的分辨能力使用PCS技术测定纳米级颗粒大小，必须能够分辨纳秒级信号起伏。本仪器的核心部件采用我公司研制的CR256数字相关器，具有识别8ns的极高分辨能力和极高的信号处理速度。 高灵敏度和信噪比采用专业级高性能光电倍增管（PMT），对光子信号具有极高的灵敏度和信噪比。 超强的运算能力采用自行研制的高速数字相关器CR256进行数据采集与实时相关运算，其数据处理速度高达162M，从而实时有效地反映颗粒的动态光散射信息。Winner802光子相关纳米激光粒度仪是国家科技型中小企业创新基金的项目成果，也是过内首款采用动态光散射原理的纳米粒度仪。其测量原理建立在液体颗粒布朗运动基础之上，颗粒越小，运动速度越大，运动速度越慢。它采用HAMAMATSU高性能光电倍增管和由微纳自主研发的高速数字相关器作为核心部件，通过测试某一角度的散射光的变化并求出自相关函数（即扩散系数），根据Stokes-Einstein方程计算出颗粒粒径及分布，它具有快速、高分辨率、重复及准确等特点，同时还是纳米颗粒粒度测试的首先产品。