以波长1064nm的Nd:YAG调Q激光束为激发光源,对铜、镁铝合金和钢等金属材料的激光诱导等离子体光谱(Lips)进行了实验探测,并分析了延迟时间、环境气体等因素对元素光谱特性的影响。适当的延迟时间和氩气环境能显著地改善谱线的信噪比,从而提高元素含量分析的精度。
基于空间频率域交叉谱密度函数的传输公式,推导了有球差多色部分空间相干光被光阑衍射后轴上点光谱的解析表达式,而完全空间相干光的结果可作为本公式的特例。着重分析了球差对一阶光谱开关的影响,结果表明,球差会引起光谱移动的不同和光谱开关临界位置的变化。
针对离子迁移谱难分辨迁移率相近或相同的有机物,开展了气相色谱-紫外光电离-离子迁移谱联用技术的实验研究。通过测量不同色谱柱温和氮载气流量条件下苯的色谱和迁移谱,对实验参数进行了优化。并对苯、甲苯,以及邻、间、对-二甲苯等五种苯系物混合物进行了测量,获得了混合样品的色谱保留时间、迁移谱离子迁移时间与离子信号强度的三维谱图。结果表明,同分异构体邻、间、对-二甲苯的迁移率非常接近,单一的紫外光电离-离子迁移谱无法对它们进行分辨,通过色谱-迁移谱技术的联用,则可以实现苯、甲苯,以及邻、间、对-二甲苯混合物的有效分辨。证明所建立的气相色谱-紫外光电离-离子迁移谱技术具有良好的分辨检测能力。
囚禁汞离子的光微波双共振实验是开展汞离子微波频标的实验基础。二级Zeeman效应是影响频率稳定度和磁场效应的重要因素之一。利用光学微波双共振方法测量了囚禁199Hg+离子基态Zeeman分裂。通过减小微波扫描的频率范围,得到钟跃迁频率和谱线线宽。采用磁屏蔽材料(坡莫合金)对离子阱囚禁区域的磁场进行屏蔽。使得囚禁汞离子的钟跃迁谱线的线宽减小到1.5Hz。相对于无磁场屏蔽时,钟跃迁频率减小13.5Hz,并利用二级Zeeman效应估算出磁屏蔽后离子囚禁区域磁场大小为0.1高斯。
激光成像跟踪系统是实现空间远距离暗目标跟踪的一种极具潜力的手段,而目标在激光照射下的图像将受到激光散斑的调制作用,影响目标的识别及目标的定向精度。对激光照射下目标图像的统计特性进行了理论分析,然后提出了一种对原始图像依次实施灰度线性变换、中值滤波和Lee滤波的组合数值滤波器对图像噪声进行抑制。处理的结果表明,采用上述组合方法,图像的噪声指数可从0.67降至0.22,同时边缘保持度可达0.96,为后续的图像处理提供了必要的基础。
利用齐次平衡法研究变系数强迫Burgers方程,得到了该方程的多孤立波解。用图形分析方法对孤立波之间的相互作用进行分析,观察到了在非均匀介质中及强迫项作用下形成的特殊扭结孤立波相互作用而产生的合并与分裂等新现象。合并(分裂)之后的特殊扭结孤立波可以继续振荡传播,也可以不振荡也不传播,还可以在原位置振荡但不传播。
提出了一种采用平行载流导线的偏磁场可控的中性冷原子磁导引方案,计算了不同横向偏置磁场 情况下的横截面磁场分布,讨论了磁阱中心位置的变化,可以实现单通道或双通道可控磁导引。在此方案基础上,构建了一种利用纵向均匀偏置磁场 实现可控分束比的冷原子分束器方案,计算了横向磁阱的分布,给出了分束器的磁场等高面分布,并采用经典Monte-Carlo方法,模拟了冷原子在原子分束器中的动力学过程,得到了可调分束比的结果,验证了该方案的可行性。当纵向均匀偏置磁场 从- 0.005G增加到0.005G时,左右输出端的分束比从0.9/0.1变化到0.1/0.9。
针对给定一个向量构造紧框架问题,研究了量子隐形传态中的联合测量,得到了一种紧框架构造方法,并且对这种紧框架构造方法进行推广,使其适用于经典和量子领域。推广后的基于联合测量的紧框架构造方法:对于给定向量,先对向量进行排列构成系数矩阵,并对系数矩阵进行奇异值分解,得到它的左、右酉矩阵和奇异值矩阵;寻找一个基,其中一列排列成的矩阵就是给定向量组的奇异值矩阵中非零部分;把基的其余列排列成奇异值矩阵中的非零部分,进行重构,就能得到紧框架其余向量。
利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全性分析。
利用共生纠缠度比较详细地研究了一个超导耦合量子比特在非马尔可夫环境下纠缠消相干的演化。研究结果表明:对于不同纠缠初态下的超导耦合量子比特,由于环境作用的记忆反馈效应,处于热平衡环境中的耦合量子比特的纠缠度总是会单调地趋向于零。进一步的研究结果还表明:在非马尔可夫过程中会很快地出现纠缠的突然死亡,耗散越强,纠缠的死亡越快;而在马尔可夫过程中则是缓慢地趋向纠缠的死亡。
研究了腔间有耦合的双J-C模型中原子纠缠的动力学, 分析了腔间耦合系数A和原子的初态对原子纠缠的猝灭(ESD)和猝生(ESB)的影响. 通过对原子间共生纠缠度的数值分析发现, 当原子初态为第一类类Bell态时, 不会出现ESD和ESB, 腔间的耦合可使原子的纠缠加大, 并能使初态为分离态的原子产生纠缠. 当原子初态为第二类类Bell态时, A的大小可改变出现ESD与ESB的时间间隔, 或决定是否出现ESD, 但腔间的耦合不能使初态不纠缠的原子产生纠缠.
利用严格耦合波算法计算了二维光子晶体平板结构随角度变化透过谱和波长变化透过谱,研究了透过谱上传导共振峰与二维光子晶体平板能带结构的关系。利用共振传导模的低透过和高Q值的特点,设计了基于磷化铟材料的工作在1550nm波长附近的角度分辨和波长分辨的光子晶体光开关。理论模拟结果表明,该结构透过谱上传导共振峰品质因子可达105,非线性折射率变化为10-4即可实现开关对比度接近100%。当信号光或泵浦光分别与光子晶体平板传导共振模耦合时,由于共振耦合使得泵浦光场增强,需要泵浦能量仅为184fJ,为目前所知能量最低的光开关。
为了讨论光孤子在色散管理系统中传输的特性,分别模拟了孤子在平均色散为负(反常色散)、正(正常色散)的不同色散深度色散管理系统中演化的情况,结果表明,随着周期色散图色散深度的增大,稳定传输的脉冲峰值功率增大,且脉冲周期性振幅的波动幅度增大,并且发现了亮孤子可以在平均色散为正的光纤系统中传输,但传输质量较差,传输距离有限。
湍流强度廓线激光雷达通过测量各层的大气相干长度来获得湍流强度廓线。从测量的大气相干长度直接反演湍流强度廓线会出现很大的噪声增益,因此本文介绍了一种通过求导并结合理查森迭代方法来反演湍流强度廓线,并对这种方法进行了数值模拟实验。文章通过反演两种典型系数下的Hufnagel-Valley(H-V)Cn2模式廓线,两参数下反演廓线和原始廓线的平均相对误差分别为7.8%和10.6%,结果表明该算法具有较高的精度。
利用近红外光谱技术进行生物组织激光诱导间质热疗(laser induced interstitial thermotherapy, LITT)实时监测,探讨LITT术中疗效评估基础。实验样本采用离体猪肝和小鼠皮下移植肝肿瘤,使用近红外光谱实时采集系统采集激光热疗过程中组织吸收系数。实验结果表明组织吸收系数在激光热疗过程中具有一定的变化规律,其中猪肝的变化规律非常明显,在低功率下呈现缓慢的上升,高功率下达到一定的温度(50℃左右)快速上升,并逐步达到稳定。肿瘤在热毁损时会根据瘤体的组织特性不同出现特异性变化,这些变化可以作为将来临床治疗的参考。实验结果表明在进行实体组织激光诱导间质热疗过程中,组织吸收系数作为实时监测因子具有一定的参考价值,而作为肿瘤的治疗评估因子还需要进一步探索。
在有效质量近似下,采用变分法,研究了内建电场和杂质对双电子柱形GaN/AlxGa1-xN量子点系统束缚能的影响。结果表明:杂质带负电时,体系基态能量都比较大,不易形成稳定的束缚态。带电量为e的施主杂质位于量子点中心时,杂质电子的束缚能随量子点高度和半径的增加先缓慢增大后减小,存在最大值;随着Al含量的增加,体系的束缚能增大。随着杂质从量子点下界面沿z轴移至上界面,体系的束缚能先增大后减小。与单电子杂质态相比,内建电场对双电子量子点系统束缚能的影响比较显著;当量子点高度L<6nm时,杂质双电子量子点系统的束缚能大于单电子杂质态束缚能,而当量子点高度L>6nm时,杂质双电子量子点系统的束缚能小于单电子杂质态束缚能。
采用改进的线性组合算符及么正变换的方法研究了极化子速率对量子点中强耦合磁极化子的性质的影响。在考虑Rashba自旋轨道耦合相互作用影响下,导出了量子点中强耦合磁极化子的振动频率、基态能量、有效质量和相互作用能随极化子速率的变化关系。对RbCl晶体进行数值计算,结果表明:量子点中强耦合磁极化子的振动频率、基态能量、有效质量随极化子速率的增加而增大,相互作用能随极化子速率的增加而减少。
采用Pekar类型的变分方法,在抛物量子点中电子与体纵光学声子(LO)强耦合的条件下,得出了电子的基态,第一激发态的能量及相应的波函数。讨论了电子-声子耦合强度,量子点受限长度对电子在基态∣0〉, 激发态∣1〉,叠加态时的概率密度分布的影响。结果显示叠加态时的概率密度随着电子-声子耦合强度的增加而增大,随着量子点受限长度的减小而增大。该结果对以量子点制备量子比特有重要的指导意义。
差分相移键控(DPSK)在长距离光纤通信系统中有高接收机灵敏度、高频谱效率以及抗非线性效应方面的优势,最近受到广泛关注。在DPSK通信系统中,线性相位噪声和非线性相位噪声是影响系统性能的主要因素。研究了如何利用光纤四波混频(FWM)效应来监测和抑制相位噪声,降低相位噪声对DPSK通信系统的影响。结果表明利用光纤FWM效应产物可以检测相位噪声值,并且基于光纤饱和FWM效应全光限幅器可以有效地降低非线性相位噪声,提高了DPSK系统性能。该结果对研究高速全光通信有重要意义。
为了研究光脉冲在掺镱光纤放大器中的放大传输特性,建立了光脉冲在分布式光纤放大器中的传输方程,采用分步傅里叶变换法数值模拟了光脉冲的传输状态,并着重讨论了频率失谐对光脉冲特性的影响。结果表明:对于掺镱光纤放大器,在介质的色散长度远远小于非线性长度时,随着在放大器中的传输,光脉冲在放大的同时被展宽,脉冲中心出现峰值,其频谱加宽;当出现频率失谐时,光脉冲放大能力减弱,脉冲失去对称性,并且窄化。若光脉冲中心频率沿不同的方向偏离介质增益峰值频率,脉冲变形规律不同。因此在设计放大系统时应该考虑光纤放大器的色散以及频率失谐对其传输特性的影响。
采用全量子非微扰散射理论,研究了周期量级微波频率激光脉冲中高激发里德堡态铷原子光电离的不对称现象。发现了光电子角分布的不对称性,这一不对称性由电离过程中不同跃迁通道之间的干涉引起。讨论了光电子角分布的不对称性对载波-包络(Carrier-Envelo?pe , CE)相位、脉冲宽度及光电子能量的依赖性,发现光电子角分布的不对称性随CE相位、脉冲宽度及光电子能量的变化有显著变化。这一研究证实了最近的实验观测,为微波频率光学范畴内CE相位的测量及光电子角分布的控制提供了一种有效的方法。
在量子电动力学框架下,采用全量子非微扰散射理论,研究了超快强激光场中离子的光离解。发现在保持周期数与载波-包络相位不变时,对相同的阈上离解峰,当用频率为 γ倍,强度为γ 3倍的激光激发结合能为γ倍的离子时,光电子的角分布不变, γ为任意正实数。这一研究验证了周期量级超短激光脉冲中光电离的标度规律。
利用偏振傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量目标红外偏振特性,需要对偏振FTIR光谱仪进行定标,计算出红外辐射目标的绝对光谱能量分布。利用黑体进行偏振FTIR光谱仪定标时,发现不同偏振检测方向的仪器响应有一定偏差,即仪器存在偏振敏感性。通过对仪器偏振特性的定标检测,得到仪器偏振响应函数和偏置特性曲线,应用定标结果,将会消除红外偏振仪器自身的偏振敏感性对目标偏振特性的影响,为提高目标的红外偏振探测精度打下基础。
采用共沉淀法在氮氢气氛中制备出Y2O 3:Ti 3+, Eu 3+纳米粉体,测量了它的XRD、激发与发射光谱,观测了形貌。通过与Y2O 3:Ti 3+纳米粉体的光谱比较分析,发现Y2O 3中的Ti 3+至Eu3+存在能量传递,以致紫外至蓝光区域的光,均能使Eu3+经5D0→7F2等跃迁通道发射出610nm左右的荧光,于是增强了粉体在红橙光区发光的比重,因此可以调节粉体的发光性能。Y2O 3:Ti 3+纳米粉体的吸收带从紫外延伸到蓝光区,强荧光带覆盖了整个可见光区,这预示它有望成为新一代白光LED或汞灯的光转换荧光粉。
描述了一种利用光学全息及半色调技术的二维条码的编解码方法。与传统的二维条码编码方法相比,该方法是利用光学全息的方法对信息进行编码和解码, 避免了传统二维条码复杂的编解码流程,而且可以利用全息固有的特征提高其数据存储能力和纠错能力。此外,在编码过程中引入半色调技术减少二维条码在打印过程中的信息丢失。根据上述原理,本文实现了全息二维条码的编解码,计算仿真和实验均证明了该方法的可行性。
无衍射光束由于其中心光斑尺寸小、传播中无衍射等特性被广泛关注。提出了一种相位全息图产生任意阶次和位置的无衍射光束阵列的方法。设计具有相同特征值的相全息图阵列,即阵列中每幅相全息图在频谱面上产生相同半径的亮环,并把相全息图阵列写入空间光调制器,由于傅里叶变换平移不变性,相全息图阵列在频谱面上仍产生唯一能量集中的亮环,通过环形滤波器将其滤出,再次进行傅里叶变换,便得到无衍射光束阵列,并且每个无衍射光束的位置和阶次都可以任意设置。理论分析和实验均证明了该方法的可行性。
液芯光纤作为一种新型的光能量传输媒介,有诸多显著的优点,着重介绍了液芯光纤相对于传统固体传光光纤束的优势。为了液芯光纤在紫外波段激光传输上的应用,对波长为308nm和248nm两种准分子紫外激光在液芯光纤中传输的能量透过率进行了实验研究,分析了单脉冲能量(1-5mJ)、光波长(248nm/308nm)、平均功率(2-20mW)等激光参数变化对准分子激光在液芯光纤中传输特性的影响,为液芯光纤应用于准分子激光传输提供了实验依据。
数值研究了弱非局域kerr介质中的多色矢量孤子,表明该介质能以更小入射功率支持该矢量孤子且能使其稳定传播。形成孤子时的宽度谱都随着波长增大而增大,与光束的入射功率谱无关;而等光强入射时形成的光强谱却随着波长增大而减小。通过比较发现弱非局域情况下的光强谱和宽度谱变化规律比强非局域情况更明显。
在合成的一类三元离子缔合型铕配合物Eu(tta)4•DEASP中,阳离子基团DEASP做为铕离子的双光子敏化剂,将铕离子的双光子激发波长拓展至生物光学窗口的长波波段1.06 μm。在此基础上合成出一系列DEASP的衍生物,研究阳离子基团的推拉电子能力对于配合物双光子敏化效率的作用机制。通过改变阳离子基团的端基结构可以有效提高双光子敏化效率,有望获得1.06 μm高效双光子吸收诱导荧光的铕荧光探针。
两束强度相等的相干光小角度在乙基橙-聚乙烯醇(EO/PVA)膜中耦合时,产生自衍射现象.我们对自衍射效率的动态特性进行了实验研究,实验表明:(1)当入射光强较小(I=100mW/cm2)时,一阶衍射效率η随照射时间的延长从零上升至一稳定值;(2)入射光强较大(I=480mW/cm2)时,一阶衍射效率η 从零开始迅速上升到一最大值ηm后再降至一稳定值ηs. 以耦合光在膜中的干涉光场对trans-cis态的分子数分布进行调制而形成的粒子数光栅为模型,对衍射效率的动态特性进行了理论分析,理论与实验结果相符合。
为实现高精度识别功能,基于Mach-Zehnder光纤传感器建立光纤入侵行为识别系统。引入多元回归统计原理,建立常用信号特征参量与设定因变量之间的多元回归方程。通过逐步引入校验方法,验证回归模型的显著性校验,实现特征的优化选取。利用选取的有效特征,构造基于感知准则的入侵行为识别系统。实验证明基于多元统计原理的入侵行为识别系统具有良好的识别准确率,且识别准确率达到83.33%。
采用MoO3作为阳极缓冲层,制备了结构为ITO/MoO3/P3HT/C60/Bphen/Ag的有机太阳能电池器件,研究了MoO3薄膜厚度对器件性能的影响。采用常用的等效电路模型,仿真计算得到MoO3缓冲层对器件串联电阻的影响。此外,测试了器件的吸收光谱,研究了MoO3缓冲层对器件光子吸收的作用。结果表明,在MoO3厚度为1 nm时,器件的短路电流密度、开路电压和填充因子都得到了提高。MoO3可以改善电极和有机层的界面接触性能,能够有效降低器件的串联电阻,提高载流子的传输和收集效率;同时,MoO3缓冲层透过率高,不会对器件的光吸收效率造成影响。
利用双面金属包覆波导中的超高阶导模对导波层折射率极其敏感的特性,提出一种新型的生物传感器。与传统的表面等离子共振、泄漏波导以及反对称波导等消逝场生物传感器相比,该传感器的待测样品放置在导波振荡场中,样品折射率的微小变化都将引起输出光强的极大改变,从而极大提高了传感器的灵敏度和分辨率。初步的实验结果显示在现有噪声水平下至少能够分辨1ppm的葡萄糖溶度改变。预计该传感器将在环境监测、食品安全、生物医学和疾病诊断等领域有着极其广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
设计了一种利用铌酸锂作为波导基片的双面金属包覆平板光波导,利用波导中超高阶导模高敏感特性制成了一种反射型光学电压传感器。入射激光束采用小角度入射,当光波导处于导模共振状态时,选择一个恰当的工作点,再通过两金属电极对该器件施加直流电压,通过检测反射光强,获得相应的电压值变化。实验测量中所用的电压范围是-800~800V, 得到的线性度值为0.995,波导反射光的反射率变化灵敏度为0.2V-1,实验表明这种电压传感器具有较好的线性和灵敏度,该新型电压传感器具有结构与制作简单、调节方便和成本低廉等优点。
利用亚毫米尺度对称金属包覆波导,提出了一种大量程折射率仪的工作原理,这种仪器可测量气体、液体和固体的折射率。原理上,只要待测介质对所用激光波长透明,折射率测量范围不受限制。通过对空气、纯水和LiNbO3晶体的测量,结果表明仪器的测量精度小于3.0 ╳10-3。
分别利用因子群对称分析法和位置群对称分析法对Ca3(BO3)2晶体的振动模式进行了理论分析。Ca3(BO3)2的晶格振动模式分为外振动和内振动模式,外振动模式为:3A1g+4A2g+7Eg+3A1u+3A2u+6Eu,内振动模式为:2A1g+2A2g+4Eg+2A1u+2A2u+4Eu。Ca3(BO3)2晶体在布里渊区中心Γ点晶格振动的对称性分类为:5A1g+6A2g+11Eg+5A1u+6A2u+11Eu,其中声学模为:A2u+Eu,拉曼活性光学模为5A1g+11Eg,红外活性光学模为:5A2u+10Eu,其余为非拉曼、非红外活性光学振动模。用高温固相法成功合成了Ca3(BO3)2粉末,测量了它的室温Raman光谱,并利用群论分析的结果对谱图进行了讨论,指认了BO33-基团的特征振动频率。
测试了Nd3+:GGG单晶在可见和近红外波段的吸收光谱,并分析指认了它的实验能级,通过从头计算的DV-Xa方法计算得到了它的晶体场参数和旋轨耦合参数。用Nd3+:GGG在77K和300K的156个、88个实验能级,拟合了它的自由离子参数和晶体场参数,均方根误差(即拟合精度)σ分别为15.79和 11.48 cm-1。结果表明晶体场参数的拟合结果和从头计算值符合的很好。最后比较了拟合得到的Nd3+:GGG和已报道Nd3+:YAG 的自由离子参数和晶体场参数。
采用固相反应法制备了Bi 3+ 、Eu3+ 、Tb3+ 掺杂的Lu3TaO7。测量了样品的X射线衍射谱、激发和发射光谱及荧光衰减曲线。三种离子掺杂的Lu3TaO7均呈现出强的荧光发射,其中Bi3+具有峰位在431 nm处的一强发射宽带,衰减寿命为16.8 μs,Eu 3+ 、Tb 3+ 则表现出稀土离子的特征锐发射峰,衰减寿命分别为1.26 ms和1.20 ms。因此,它们均是具有潜在应用前景的重闪烁体材料。
采用固相法制备了10at.% Yb3+: GdGaGe2O7多晶粉体,通过X射线粉末衍射用Rietveld全谱拟合给出了其空间群为P21/c,晶格常数a、b、c和β、Gd/Yb和Ga的原子坐标为。Ge1、Ge2、O1~O7的原子坐标。通过吸收谱、激发谱、光致发光谱和Raman光谱确定Yb3+的晶场能级分裂;1003nm发光在低温8K和室温(300K)时上能级荧光寿命为0.493ms和0.774ms。在室温下测量荧光寿命变长主要由再吸收所引起。Yb3+:GdGaGe2O7的吸收和发射光谱均很宽,荧光寿命长,是潜在的全固态激光工作物质。
利用高温共焦激光显微拉曼光谱技术,研究了非线性光学晶体LiB3O5以及晶体自助溶生长溶液的高温微结构特征。通过对LiB3O5晶体高温拉曼光谱、Li2O•4B2O3组分玻璃体常温拉曼光谱和Li2O•4B2O3高温溶液拉曼光谱的分析表明:晶体、玻璃体中主要的结构单元为包含一个BØ4(Ø为桥氧)结构的硼氧六元环。随着温度的升高,该六元环中BØ4结构稳定性降低,发生硼氧四配位BØ4向三配位BØ3的转变。从而造成包含一个BØ4结构的硼氧六元环部分被破坏,Li2O•4B2O3高温溶液中硼氧六元环基团B3Ø6相对浓度增高。Li2O•4B2O3高温溶液这一微结构特征对形成LiB3O5晶体相是有利的。