一种胶体光子晶体修饰的光纤

设计了一种胶体光子晶体修饰的光纤. 采用恒温快速蒸发法直接在经切割刀处理后的光纤端面生长胶体晶体,再与另一根切割后的光纤在毛细玻璃管中完成对接,制备成胶体光子晶体修饰的光纤. 用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品的形貌、结构以及光学特性进行分析. 实验结果表明,粒径为640 nm、体积分数约为0.5%的SiO₂胶体微球溶液在60 ℃的情况下沉积,大约12 h后可得到质量较高的胶体光子晶体. 在SEM下,观察到端面的胶体晶体为面心立方(fcc)结构. 透射光谱证明,该结构在(111)面上     

基于光纤-胶体晶体的液体折射率传感实验研究

制备了胶体晶体,并利用胶体晶体的光子带隙对折射率传感进行了实验研究。从理论上分析了胶体晶体光子带隙中心波长的变化与折射率的关系。通过设计模具制备了胶体晶体-光纤结构,用扫描电镜对胶体晶体的表面进行了观察,并测量了胶体晶体的光子带隙的位置。结果表明胶体晶体的光子带隙的测试结果与理论分析相一致。设计了实验装置,利用光纤间的耦合对胶体晶体的光子带隙的变化进行了测试和分析。结果表明SiO2胶体晶体光子带隙的中心波长为1445.5nm,且在不同折射率液体环境下,其中心波长发生移动,能够形成新的传感机理。对胶体晶体在液体传感上的应用进行了探索。     

毛细管中柱对称类面心结构胶体晶体的光谱特性

用体积浓度为30% 的低分散二氧化硅小球悬浮液注入毛细管中自组织生长成胶体晶体. 实验测量了这种胶体晶体的透射谱. 测量结果显示这种胶体晶体的透射谱的柱对称性. 在垂直毛细管轴向的平面内，谱带结构不随光的入射角度变化，测得光谱在径向转360°保持不变. 在含毛细管轴的平面内，在与毛细管轴向夹角越小的方向，谱带越紫移；在垂直毛细管轴方向有最红的带隙. 测量得的光谱结果表明这种毛细管内的胶体晶体结构是柱对称的, 胶体晶体中密排面平行于毛细管的管壁. 另外，此柱对称的胶体晶体比低浓度制作的体心胶体晶体稳定. 这种轴向对称性的光子带隙特性将带来许多潜在的应用. 关键词： 光子晶体 胶体晶体 光子带隙 透射光谱 毛细管     

光子晶体的光学特性与近场光学测量表征

光子晶体具有独特而优异的光学特性及广泛的应用前景。介绍了光子晶体的概念、应用、发展,着重讨论了光子晶体的光子禁带、光子局域以及其它光学特性。从近场光学的原理和实验技术出发阐述了近场光学测量表征光子晶体的方法,对于光子晶体的研究具有重要的意义。     

高质量三维光子晶体的制备及其透射谱研究

设计了简易的压强可控自组装实验装置,制备了由直径为260 nm的聚苯乙烯(PS)胶体球组成的面心立方光子晶体.分析了压强的变化对光子禁带(PBG)深度及光子带隙边缘(PBE)坡度的影响,确定了合适的压强生长环境(P=5999.5 Pa).利用该实验装置,还进行了光子晶体的小批量制备,一次性制得了三块光子晶体,并从不同角度对每一块光子晶体的透射谱及不同光子晶体的透射谱进行了测量.同一光子晶体不同位置透射谱的重合、同一批次制备的不同光子晶体透射谱的一致性及光子禁带两侧的Fabry-Pérot振荡等均说明:该装置制备的光子晶体在大区域、大面积上是高度有序、均一和平整的;利用该实验装置进行光子晶体的小批量制备是可行的.     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动.近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台.通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息.     

FCC结构胶体光子晶体的制备及其带隙特性测量

基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 μm/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.     

二氧化硅胶体球自组装光子晶体的研究

光子晶体由于具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性而受到了人们广泛的关注。由于采用胶体颗粒自组装法制备光子晶体制备工艺简单,所需要的费用也较低,因此已成为制备可见光至红外波段三维光子晶体的一种简便有效的方法。采用垂直沉积法制得了三维光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光-近红外分光光度计对其显微结构和光学特性进行了详细的研究。结果表明,自组装薄膜在三维方向上都具有有序结构,其密排面平行于载波片的表面。制备的光子晶体薄膜具有明显的光子带隙特性,带隙中心波长为956nm。研究了带隙中心波长同入射线与密排面法线夹角之间的变化关系,其结果与理论值吻合得很好。     

一维微波光子晶体带隙的仿真和实验研究

利用MPB软件和MEEP软件对一维光子晶体带隙结构及透射谱进行了仿真与实验研究.讨论了不同介质填充比和介质相对介电常数对光子晶体带隙结构的影响.仿真结果表明,当高相对介电常数介质的填充比增大时,或高相对介电常数增大时,光子晶体带隙的中心频率缓慢减小,带隙宽度呈先增大后减小的趋势,存在一极大值点.采用高相对介电常数介质薄板[钛酸钡(BaTiO<,3>)粉末混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体]和泡沫薄板周期性排列组成一维光子晶体.实验上制得了高低介质相对介电常数分别为4.5和1,填充比为1:1,晶格常数为10 mm,周期数为5的光子晶体,并测量出该光子晶体的微波透射谱.测量结果表明,在8～12 GHz的微波频段,该光子晶体的带隙中心频率为9.3 GHz,带隙宽度为500 MHz.     

一维光子晶体的光学传输特性分析

采用等效F-P腔方法对一维光子晶体进行研究,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响.计算结果表明,一维光子晶体具有光子禁带,表现为对光的高反射率;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态,即光子局域,与复折射率和晶体周期数有密切的关系.所得结果与实验分析一致,证明了方法的有效性和实用性,并为光子晶体的设计提供依据.     

Experimental study of convection in a model Czochralski crucible using liquid crystal thermography

Steady state temperature distribution in a model Czochralski crucible has been mapped by liquid crystal thermography (LCT). The crucible is a water-filled glass beaker. Water is used as the test fluid because of ease of experimentation, as well as the availability of correct thermo-physical properties. In addition, the Prandtl number of water matches those of molten oxides. A copper cylinder whose diameter is smaller than that of the beaker is placed centrally at the water surface. Convection patterns are set up by applying constant temperature difference between the crucible wall and the cylinder surface, in the temperature range of the liquid crystals. The cylinder is given a fixed rotation, thus creating mixed convection conditions in the test fluid. The LCT images recorded in the present study clearly reveal convective rolls, and the interaction of buoyancy-driven convection in the crucible with cylinder rotation. The resulting temperature distributions match numerical simulation quite well. The pure buoyancy and pure rotation experiments result in axisymmetric temperature fields, while in mixed convection, the field is unsteady and three dimensional.     

Enhancement of extraction efficiency by metallic photonic crystal embedding in light-emitting diode

The bandgap effect of photonic crystals (PCs) and the effect of grating diffraction can be used to improve the extraction efficiency of light from the light-emitting diode (LED). The transmission of light at certain wavelength through periodic sub-wavelength hole arrays in metal films is extraordinary, surface plasmon (SP) effects effectively. In this letter, silver metallic photonic crystals with square lattice of cylinder unit cells are fabricated in GaN layer of GaN-based blue LED. We use the finite-difference time-domain (FDTD) method to investigate the optical transmission, the results show that the light extraction efficiency is enhanced by more than four times. Then we use the surface plasmon dispersion relation to analyze the mechanism of antireflection.     

用转移矩阵法数值研究二维正方介质柱光子晶体的传输特性

利用转移矩阵方法对二维正方介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,数值计算研究了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同时光子晶体的传输特性。数值结果表明光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,正方晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角对光子禁带有重要影响。数值研究表明在正方介质柱下设计宽平坦光子禁带时,可以首先考虑正方晶格结构,其次设法使柱体截面尽量大一些,最后可通过柱体放置方位角来微调光子禁带的宽度与中心频率以达到设计要求。     

凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作

利用光刻热熔成形工艺及离子束刻蚀制作 12 8× 12 8元凹微透镜阵列。所制硅及石英凹微透镜的典型基本图形分别为凹球冠形、凹柱形和矩顶凹面形。分析了在光致抗蚀剂柱凹微透镜图形制作过程中的膜系匹配特性 ,与制作该种微透镜有关的光掩模版的主要结构参数 ,以及光致抗蚀剂掩模工艺参数的控制依据等。探讨了在凹微透镜器件制作基础上利用成膜工艺开展平面折射微透镜器件制作的问题。采用扫描电子显微镜 (SEM)和表面轮廓仪测试了所制石英凹微透镜阵列的表面微结构形貌。给出了所制石英凹微透镜阵列远场光学特性的测试结果。     

3D打印技术应用于加工微靶零件

采用三种商业3D打印机尝试加工了金属材质和树脂材质的微型靶零件。通过EOSINT M290 3D打印机以激光烧结的方式加工了钛金属靶架;通过Object 30 Pro 3D打印机以聚丙烯树脂为材料,通过喷射打印的方式加工了构型复杂的树脂靶架;通过Freeform Pico 3D打印机以蜡质树脂为材料,通过光固化成型的加工方式,获得了微腔、圆柱和平面元件,并在其表面设计了周期性图形结构。采用光学工具显微镜和共聚焦显微镜对样品的尺寸和表面形貌进行了表征。结果表明:金属靶架的线粗糙度为7.3~17.79m,抛光之后降低为0.87~1.66m;树脂靶架的面均方根粗糙度为2.88m;微腔和圆柱元件端面的面均方根粗糙度为2.03m,表面的条纹周期与设计值偏差为1.40%,平均振幅值偏差为55.50%;平面元件的面均方根粗糙度为4.87m,表面调制图形的周期与设计值偏差为0.80%,平均振幅偏差为3.60%。通过商业3D打印机加工靶零件,为惯性约束聚变实验中微靶零件的加工提供了新思路。     

基于UGKS的过渡区方柱绕流数值研究

本文基于统一气体动理学格式(Unified Gas Kinetic Scheme,UGKS),对微尺度过渡区气体绕流方柱开展数值模拟研究,计算分析了Kn数对气体流动传热过程的影响规律。研究发现,随着Kn数增加,方柱壁面气体速度滑移和温度跳跃增大,壁面上压力、剪切力和热流也相应增大,方柱壁面-气体之间的换热得到强化;方柱对气体流动的阻碍作用减小,方柱前滞止区影响范围相对增大,方柱温度对柱后区域气体温度影响相对减小。     

Domain-inversion characteristics of congruent and stoichiometric LiNbO_3 crystals

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓＬｉＮｂＯ3ｃｒｙｓｔａｌｓｈａｖｅｒｅｃｅｉｖｅｄｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｅｘｃｅｌｌｅｎｔｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ａｎｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏ ｏｐｔｉｃｓ,ｌａｓｅｒ ｐｈｙｓｉｃｓ,ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙａｎｄａｃｏｕｓｔｉｃｓ.Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄｃｏｎｇｒｕｅｎｔＬｉＮｂＯ3 ｃｒｙｓｔａｌ (ＰＰＬＮ )ｈ…     

Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O films fabricated by dip coating using the alkoxide-alkanolamine method

Superconducting Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O films were fabricated on MgO (100) single crystals using a dip coating process with alkoxide-alkanolamine solutions. The effects of processing conditions such as firing temperature and time and cooling rate on the phase distribution and resistivity behavior were studied. It was found that films containing predominantly the high T_c phase could be produced with this technique. All films showed highly preferred orientation of the c-axis perpendicular to the surface.     

SHROUD TECHNIQUE USING THE TRANSIENT METHOD FOR LOCAL HEAT TRANSFER MEASUREMENTS

A new technique for measuring local heat transfer coefficients on complex-shaped models is described. This technique is referred to as the shroud technique and is a variation on the well-known transient method. The technique involves preheating a model inside a shroud while it is installed in a wind tunnel. The shroud is then ejected, exposing the model to ambient temperature air. The transient temperature on the surface of the model is measured using liquid crystals and recorded with a video system. Although an infinite variety of model shapes can be used, measurements on a cylinder in cross-flow are used to demonstrate this technique. The measurements are compared with earlier measurements, which used different techniques. Good agreement is found at the stagnation point and in the front laminar boundary-layer region. In the separation region, the heat transfer rate is dependent an the thermal boundary condition, which in the transient method is affected by the selection of the nondimensional liquid crystal temperature. In the wake region, it was found that the results depend on the flow development time relative to the transient measurement time.     

The principle of non-mechanical transport of a liquid crystal in thin capillaries

The non-mechanical principle of transport of a liquid crystal (LC) encapsulated in a narrow cavity between two coaxially arranged cylinders is introduced based on the interaction of the temperature and director field gradients. The temperature gradient is created due to a heat flow from the inner cylinder surface, whereas the temperature on the outer cylinder surface is maintained constant. The director field gradient is caused by the deformation of the planar-oriented LC cavity upon exposure to a double electrostatic layer, which naturally appears at the LC phase-solid interface. The size of the gap between the bounding surfaces, cylinder curvatures, and thermal conditions are determined, which allow initiation of the LC phase flow in the horizontal direction.