α方石英振动光谱的计算

在价力场模型和已公布的α方石英喇曼光谱和红外光谱不完全的观测数据基础上，计算了α方石英振动光谱横模的全部基频和简正模式。基频的计算值和观测值符合较好。预言了至今尚未观测到的对称类Ａ２、Ｂ１各两个基频和Ｂ２的５个基频的位置。给出了α方石英的一组１０个力常数     

α-β石英相变的应变参数计算及其地质意义

 利用已有的α和β石英压缩性、热膨胀性、弹性及相变温度压力资料，计算了α-β石英相转变时，α和β石英的晶胞参数。依据虎克定律以及高压下β石英的弹性参数，估算了α-β石英相转变时的应变、应力和应变能。结果表明，在0~1.1 GPa条件下，随压力升高，α-β石英相变的线应变介于-0.006~0.005之间，体应变介于-0.016~0.012之间，应力介于-0.46~0.14 GPa之间；应变能介于965~2 760 kJ/m³之间。压力为0.5 GPa左右时，α-β石英相变的应变、应力和应变能均达到最小值。在此基础上，讨论了壳内大规模酸性岩浆活动引起的α-β石英相变对壳内岩石的作用。     

外电场作用下β-方石英的第一性原理研究

本文通过第一性原理研究了外电场作用下的β-方石英,研究表明:外电场对β-方石英结构的影响是各向同性的,随着外电场强度的增加,晶格参数先减小后增加.外电场能够使β-方石英晶体发生致密化,并场强为0.257 V/?时,致密化程度最高.随着外加电场强度的增加,β-方石英晶体的稳定性增强.在外电场的作用下导带上的态密度曲线带向低能级移动;且场强越强,态密度曲线向低能级移动越明显.     

石英光学窗口的高温热辐射物性实验研究

建立了高温光谱透射率测量装置,测量了石英光学窗口在300～1100K温度范围内的可见光及近红外四个光谱下的法向透射率。根据样件的光谱透射率测量数据,基于双厚度法计算获得了石英光学窗口的光谱折射率和光谱吸收系数。利用光谱折射率和光谱吸收系数预测的另一种厚度的样片透射率数据与实验测量值的相对误差小于10%。     

β-榄香烯振动光谱的量子化学从头计算

利用G98及GAMESS从头计算程序的RHF／6－31方法,对β－榄香烯的全部振动基频作了计算,并与实测红外光谱做了对比,归属了它们的振动模式,讨论了它们的特征基频,并对理论计算的振动频率进行了标度校正。     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

高压下α-石英和柯石英的相变行为

利用金刚石压腔和同步辐射X射线衍射技术,对α-石英和柯石英在常温高压下的相变行为进行了研究。实验结果表明:α-石英在约23 GPa开始发生结构相变,在约44 GPa相变完成,直至59 GPa仍能观察到结晶态;柯石英在约22 GPa转变为柯石英-Ⅱ相,高于36 GPa时,继续发生结构转变,直至59 GPa仍有结晶态;氖气和氩气所提供的不同静水压条件对α-石英和柯石英的高压相变行为影响不大。实验结果为进一步厘清二氧化硅物相的压致相变行为和相变机制提供了实验支撑。     

三种不同波长的激光对熔石英损伤行为的对比研究

利用SAGA激光器，输出脉宽为7．2ns、波长分别为1064nm、532nm、355nm的基频光和倍频光，对相同类型的5块石英基片用R：1的方法分别测量了其损伤阂值，对比不同波长激光对石英材料的损伤行为差异。得出其损伤阈值在三种不同波长激光作用下分别为：46．78J／cm^2、13．4J／cm^2、9．28J／cm^2；并利用尼康E600W光学显微镜对三种不同波长激光造成的损伤形貌进行了观察，结合当前光学材料的损伤机理，对比得出倍频激光对石英基片的损伤破坏能力远大于基频光，且对石英材料的损伤机理主要表现为多光子吸收导致的雪崩电离破坏，而基频光的损伤多为表面缺陷及杂质引起的热破坏的结论。     

冲击加载条件下融石英对水的凝固相变的诱导效应

利用轻气炮冲击加载手段和透光性在线测试技术研究了融石英对水的再冲击结冰相变过程的影响.实验结果表明,当再冲击压力为1.28 GPa时,与融石英直接接触的水会发生凝固相变,而与融石英不接触的水在约2 μs观测期间仍然保持液相,证实融石英对水的冲击凝固相变过程产生了明显的诱导作用.同时还给出了相变动力学的解释. 关键词： 冲击 水 相变     

五种SiO_2晶体原子和电子结构的第一性原理研究

α-石英、β-石英、α-方石英、β-方石英和超石英是自然界中SiO_2常见的五种晶型.本文利用第一性原理平面波赝势方法,系统计算了五种SiO_2晶体的体弹性模量、电荷密度、电子态密度,能带结构,并和可获得的实验进行了比较.α-英、β-石英和具有空间群F d3m结构的β-方石英显示间接的带隙,而α-方石英,超石英和具有空间群P2_13和I42d结构的β-方石英显示直接的带隙.五种晶型SiO_2的带隙宽度均大于5.5 eV,都是绝缘体.     

1064 nm和532 nm纳秒激光同时辐照熔石英损伤规律的研究

利用Nd: YAG激光器研究基频(1064 nm)与倍频(532 nm)单独辐照和同时辐照下熔石英的损伤规律,对损伤几率进行了测试,获得损伤几率曲线与典型损伤形貌。研究结果表明:双波长同时辐照下的初始损伤阈值总是小于单波长辐照下的初始损伤阈值;基频光中加入定量倍频光后,熔石英对基频光的吸收效率提高;并且双波长同时辐照下,熔石英损伤密度增大;原因主要是熔石英表面缺陷对不同波长吸收机制的差异。     

石英晶体旋光光学滤波器的特征参量

利用Müller矩阵和Stokes参量,从石英晶体旋光光学滤波器的透射比公式,推导出了石英品体旋光光学滤波器特征参量的理论计算公式.研究发现,特征参昼的值与滤波器的级数和滤波器中最薄石英晶体的厚度存在直接联系.计算得到一、二、三级石英晶体旋光光学滤波器在不同透射主峰的特征参量,并对其进行了实验验证.通过对不同透射主峰的特征参量进行比较可以看出,对于确定的滤波器,不同透射主峰处的自由光谱范围和通带半峰伞宽随着波长的增大而增大;同一透射主峰处的通带半峰伞宽随滤波器级数的增大而减小.     

全光型石英增强光声光谱

设计并演示了一种全光型石英增强光声光谱技术, 该技术在传统的石英增强光声光谱系统中增加了另一束探测光束, 把与气体浓度成正比的石英晶振振臂的振动幅值转化为探测光束的强度变化, 实现了探测气体处无电子元件的全光学系统. 如此的设计使该系统具有较强的抗电磁干扰能力和非常小的传感头体积, 能够用于探测空间受限或探测环境恶劣的情况下, 并实现远距离探测. 在这种配置下, 探测大气压下的水汽, 获得的噪声等效吸收系数为1.13×10^-6 cm^-1W/√Hz. 进一步讨论了优化系统和提升其探测灵敏度的途径. 关键词： 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 气体传感     

基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.     

Ca2P2O7温致相变的拉曼光谱研究

本文采用高温原位拉曼光谱研究了冷却方式对焦磷酸钙相变及其晶型制备的影响, 并结合第一性原理计算, 解析了α与β焦磷酸钙晶体的拉曼振动归属。研究表明, 从相变点之上快冷至室温可得到α焦磷酸钙; 当焦磷酸钙在1373 K保温时发生相变, 并进一步缓冷得到β焦磷酸钙; 而当在1373 K保温快冷可得到α与β的混合相, 混合相中各组分含量由相变点保温时间和冷却速率有关。高温原位拉曼光谱能原位观察无机材料制备过程中相的变化。     

利用二次谐波在体分析番茄中的番茄红素和β-胡萝卜素含量

番茄中含有番茄红素和β-胡萝卜素两种重要的营养成分.两种成分的主要拉曼光谱基团相同,利用基频很难在体将两种成分区分开.应用激发波长为514.5 nm的激发光恰好处在番茄红素和β-胡萝卜素主要吸收带的半高宽范围内,因此能够发生共振拉曼效应.利用共振拉曼光谱技术,通过在体测量番茄中的番茄红素和β-胡萝卜素C=C碳碳共轭双键伸缩振动的二次谐波,用软件获得每种成分光谱的积分强度而得到番茄红素和β-胡萝卜素的含量,为在体检测同种基团成分含量提供一种方法.     

固态二氧化碳电子结构及性能的理论研究

采用基于赝势平面波理论的第一性原理计算方法,研究了9种结构的固态二氧化碳的结构和性质.经过结构的几何优化,得到α石英稳定结构晶格常数与他人的计算值基本一致.通过对平衡态能量的分析,我们得出β方石英(cristobalite)结构是能量最低的结构.这与文献的研究结果一致.对弹性性质的计算结果表明,除了超石英(stishovite)和立方黄铁矿(cubic-pyrite)结构之外,其他的结构都是弹性稳定的.利用基于Mulliken轨道重叠布居数的共价固体本征硬度计算方法,预测了各个结构的本征硬度值.结果表明, 关键词： 第一性原理计算 固态二氧化碳 电子结构 硬度     

基于石英增强光声光谱的气体传感技术研究进展

基于石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy, QEPAS)的气体传感技术具有系统体积小、成本低、环境适应性强等优点,是目前一种重要的光谱式痕量气体检测方法.探测灵敏度是传感器系统的重要指标,关系到能否满足实际应用,因此,本文从提高QEPAS传感系统灵敏度的角度出发,总结了常见的技术手段,包括采用高功率激发光源增大激发强度、采用与分子基频/强吸收带相匹配的激光源来增大吸收强度、采用声波共振腔增大音叉处的声波强度、采用低共振频率石英音叉提高能量积累时间、采用多光程来增大光与气体的相互作用长度等方法,并对其优缺点分别进行了阐述.针对工程应用问题,本文主要讨论了全光纤化和传感系统小型化,并以载人航天领域的应用为例进行了例证.最后,对进一步提高QEPAS传感技术灵敏度的方法进行了展望.     

多波长辐照下熔石英光学元件的损伤及损伤增长

对比研究了基频、二倍频和三倍频激光单独和同时辐照下熔石英光学元件的初始损伤和损伤增长规律, 重点研究了基频和二倍频的加入对三倍频诱导初始损伤和损伤增长的影响, 分析了基频和二倍频相对于三倍频的折算因子。研究结果表明: 当基频和二倍频能量密度较低时, 它们对三倍频损伤几率曲线的影响可以忽略, 但会引起损伤程度的增加; 在多波长同时辐照的损伤增长中, 损伤增长阈值主要取决于三倍频的能量密度, 而损伤增长系数与总的能量密度有关; 折算因子可以同时反映初始损伤和损伤增长的波长效应和波长间的能量耦合效应。     

基于脉冲石英增强光声光谱的中红外超高灵敏CO探测

发展了一种超高灵敏的CO痕量气体测量装置,该装置采用4.65μm脉冲式中红外外腔量子级联激光器作为激发光源,结合石英增强光声光谱技术,对2135~2225cm-1之间的CO基频振动光谱带R支进行连续光谱扫描。水被加入到被测气体中,以加快较慢的CO分子振动-平动弛豫率。在锁相放大器时间常数为3ms,激光器占空比和扫描速率为50%和18cm-1/s时,获得的最小探测极限为4.6×10-8(体积分数),与之对应的归一化噪声等效吸收系数为1.07×10-8 cm-1 W/Hz。