一种静态傅里叶变换红外光谱仪的光学系统分析与设计

对基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪进行了光学分析,研究了光源尺寸、光强分布的不均匀性和光学系统像差等因素对光谱复原的影响。发现光源尺寸影响光谱分辨率,光强分布的不均匀性和光学系统像差会产生基线噪声。数值计算的结果表明,当光阑的尺寸小于2.5mm,不均匀的标准偏差小于0.5,准直系统的波像差均方根值小于0.05,以及缩束成像系统的光斑直径小于30μm时,光谱复原的噪声可以忽略。给出了光学系统的设计结果。     

双端抽运热容激光器温度特性分析

通过对激光二级管阵列双端抽运热容激光器晶体的分析,建立了热传导模型及边界条件.利用有限元方法模拟了晶体的温度场分布,并分别对抽运光斑直径、抽运持续时间、抽运光强和晶体端面尺寸等因素对温度场分布的影响进行了分析,得到了热容工作模式下的激光器温度特性.结果表明,晶体端面温差随抽运光斑直径的增大先增后减,存在一个极大值,并且在不同抽运光强下,出现端面温差极大点时的抽运光斑直径不变.     

反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小|随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大|当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.     

反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小;随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大;当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.     

二维介质柱光子晶体波导的优化设计

通过改变靠近导光区域介质柱的直径和周期,优化设计了二维介质柱光子晶体波导.结果表明：单独增大和减小柱的直径以及增大柱的周期不能提高波导的传输特性;单独减小柱的周期能提高波导的传输特性,获得传输系数小于1 dB,带宽80 nm的波谱;同时减小柱的直径及周期能够极大的提高波导的传输特性,得到了带宽为150~250 nm,传输系数小于1 dB的波谱.     

体全息光栅线性记录折射率分布的修正

在讨论非线性记录体全息光栅的光谱特性时,发现一些文献在线性记录时折射率分布的表达式有些不妥.重新讨论了线性记录情况下折射率分布的表达式,引入了光束比和总光强折射率调制系数,用耦合波理论计算讨论了不同光束比和总光强折射率调制系数对光栅衍射光谱特性的影响.计算结果表明,光栅衍射光谱主峰峰值随总光强调制系数的减小而略有降低,主峰峰值随光束比减小下降得不大,带宽随总光强调制系数和光束比的减小而明显变窄,次峰峰值随总光强调制系数和光束比的减小而明显减小.     

喷雾冻结中液滴的换热研究

以单个雾化液滴为研究对象,建立了液滴冻结传热过程以及运动过程的数学模型并验证了模型的可靠性,分析了顺逆两种风向下竖直喷射不同直径液滴的完全固化时间、质量损失率、总换热量以及冻结行程的变化规律,对比了倾斜喷射的液滴的运动情况。结果表明:液滴的完全固化时间和总换热量均随直径的增大而增大;液滴的质量损失率为3%左右,且随着直径的增大而降低;通过对流、传质和辐射的换热量占比不随直径变化,分别为92%、7%和1%;直径一定时,风速对液滴的完全固化时间、质量损失率、总换热量影响很小;顺逆风向的不同虽对液滴的完全固化时间影响很小,但对冻结行程的影响非常明显;喷射角小于20°的喷雾冻结,顺流风速小于2 m/s时,对D_d≤200μm的液滴而言,喷雾室横向尺寸不小于0.76 m可保证液滴冻结完成时不发生横向碰壁;逆流风速大于1 m/s时,对200μmD_d≤1 mm的液滴而言,喷雾室横向尺寸不小于1.5 m可保证液滴冻结完成时不发生横向碰壁。     

黑腔芯轴平台微细电火花加工技术

采用电火花成型加工技术,在黑腔芯轴侧表面加工平台。采用白光干涉仪对平台表面轮廓及粗糙度测量,结果表明:平面部分表面粗糙度小于0.5μm,最大峰谷高度小于15μm。通过奥林巴斯测力显微镜对平台尺寸测量,结果表明:平台的轴向尺寸加工精度可控制在±10μm,同一电极加工的平台尺寸一致性可控制在±2μm。分析了电极损耗对零件形状精度的影响规律以及平台表面粗糙度的影响因素,并通过负极性加工去除电极损耗对平台尺寸精度的影响。     

熔石英亚表面缺陷附近光强分布的数值模拟

 熔石英亚表面缺陷对光场的调制是导致激光辐照场破坏的主要因素。采用有限元方法对熔石英亚表面缺陷（平面和锥形划痕）周围的光强分布进行了数值模拟。结果表明：划痕形状、几何尺寸、方位角、光的入射角等是影响划痕周围光强分布的主要因素;前表面划痕对光强的增强效果比后表面弱;在理想形状的划痕截面和表面同时发生内全反射时,平面划痕周围的光强增强效果明显。锥形划痕周围的光强分布为正确解释交叉划痕的夹角平分线附近的损伤提供了理论依据。     

基于时域多分辨算法的非球形气溶胶散射特性仿真模拟

非球形气溶胶的散射特性是影响辐射传输模拟准确性的重要因素.为实现非球形、非均质气溶胶散射特性的模拟,基于MRTD(multi-resolution time-domain)方法建立了一个新的气溶胶散射模型.采用MRTD技术实现了近场电磁场的计算;考虑气溶胶的特殊性,推导了基于体积积分方法的近远场外推方法,实现了粒子散射振幅矩阵和穆勒矩阵的仿真;构建了粒子吸收和消光截面的计算模型,实现了粒子积分散射特性的高精度模拟.将MRTD散射模型的结果与Mie理论、T矩阵法进行了对比,验证了模型的准确性;讨论了空间网格粗细对模拟精度的影响,并定量分析了模型的运行效率.结果表明,MRTD散射模型的相函数模拟误差小于8%,其中前向散射方向小于4%;当粒径与入射光波长相当时,消光和散射效率因子的相对误差小于0.1%;空间网格粗细对模拟精度影响显著,当粒子尺度参数小于20时,在相同模拟精度要求下,所需网格尺寸随尺度参数呈先增大后减小的特征.     

聚硅氧烷微球/PMMA光散射材料的 制备与光学性能

采用共混法以聚硅氧烷微球作为光散射剂,聚甲基丙烯酸甲酯为基材制备光散射材料.研究了聚硅氧烷微球的粒径与浓度对光散射材料总光透过率与扩散率的影响并与理论模拟值进行了对比分析.研究结果表明,聚硅氧烷微球与聚甲基丙烯酸甲酯折射率匹配良好,较好地解决了光散射材料透光率与扩散率之间的矛盾,实现了高透射与高雾度的双重要求.当微球粒径为5 μm,填充浓度为0.6 wt%时,厚度为1 mm的光散射材料总光透过率为88.5%,扩散率为89.5%.可见光波段总光透过率基本不受光源波长变化影响.选取合适粒径,扩散率随光源波长变化也可降至最低,有效避免了波长色散现象.实验数据与理论模拟结果符合良好.     

聚硅氧烷微球/PMMA光散射材料的制备与光学性能

采用共混法以聚硅氧烷微球作为光散射剂,聚甲基丙烯酸甲酯为基材制备光散射材料.研究了聚硅氧烷微球的粒径与浓度对光散射材料总光透过率与扩散率的影响并与理论模拟值进行了对比分析.研究结果表明,聚硅氧烷微球与聚甲基丙烯酸甲酯折射率匹配良好,较好地解决了光散射材料透光率与扩散率之间的矛盾,实现了高透射与高雾度的双重要求.当微球粒径为5μm,填充浓度为0.6wt%时,厚度为1mm的光散射材料总光透过率为88.5%,扩散率为89.5%.可见光波段总光透过率基本不受光源波长变化影响.选取合适粒径,扩散率随光源波长变化也可降至最低,有效避免了波长色散现象.实验数据与理论模拟结果符合良好.     

三种品牌牛奶的荧光光谱特性研究

应用FLS920P型稳态和时间分辨荧光光谱仪,对三种品牌不同脂肪含量的纯牛奶和鲜奶（共9种）进行了荧光光谱的测量。9种牛奶样品的三维荧光光谱显示,牛奶的荧光峰值波长为349 nm左右,半高宽为66 nm左右,最佳激发波长为291 nm左右,平均寿命为4.6 ns左右,实验表明9种牛奶的荧光光谱除荧光强度外基本一致。实验测得酪蛋白溶液的荧光峰值波长为344 nm,半高宽为66 nm,最佳激发波长为295 nm,荧光寿命为4.1 ns。酪蛋白的荧光峰值波长和荧光寿命与牛奶基本一致,对比牛奶中其他荧光物质后,推断牛奶的主要荧光物质为酪蛋白。进一步探究9种牛奶荧光强度的差别,对比9种牛奶最佳激发波长下的荧光发射光谱,相同品牌的全脂牛奶荧光强度明显低于脱脂牛奶。对比全脂牛奶、脱脂牛奶和离心处理的全脂牛奶归一化后的荧光光谱,离心后的全脂牛奶荧光强度介于全脂和脱脂之间,离心使得脂肪减少,散射降低,从而导致荧光强度的增强。牛奶的荧光发射全谱显示全脂牛奶的瑞利散射强度明显高于脱脂牛奶,全脂牛奶的脂肪含量高,散射强,激发光入射全脂牛奶后更多地被散射,导致全脂牛奶的瑞利散射强度高于脱脂牛奶。光透过率曲线显示全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶,入射光通过全脂牛奶时,除了一部分被酪蛋白吸收以外,还有一部分因脂肪的散射而损失,透过率减小,使得全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶。使用荧光光谱技术在不进行预处理的情况下对牛奶进行检测,确定了牛奶的主要荧光物质,并对全脂牛奶和脱脂牛奶荧光强度存在差别的原因进行了解释。     

固体介质间隔层激光标准具性能的影响因素研究

针对固体介质间隔层的镀膜标准具, 以1 064 nm激光镀膜标准具为例, 首先研究了反射膜堆数对反射带宽、基底厚度以及对自由光谱区的影响:标准具的带宽随着膜层堆数增加而减小, 自由光谱区随着基板厚度的增加而减小;其次研究了基底误差对标准具中心波长定位和透过率的影响, 通过定量数值计算证明了基底误差可通过标准具的使用角度补偿;针对典型的H(LH)^m/Substrate/(HL)^mH和L(LH)^m/Substrate/(HL)^mL两个膜系结构, 研究了入射激光发散角对标准具中心波长偏移、通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率的影响。随着激光发散角的增加, 中心波长向短波方向移动, 通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率呈现下降的趋势, 并且第二个膜系结构的标准具性能优于第一个膜系结构的标准具。     

金微纳阵列表面等离激元中红外波段光谱特性

表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。目前，金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外，在中红外波段内也显示出独特的光谱特性，具备设计生产优良传感器的潜力，因而同样备受瞩目。研究表明，在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。相比于单个微纳颗粒而言，阵列结构由于拥有良好的周期性，从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。基于此，提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构，利用时域有限差分方法，在4～18 μm波段范围内，通过分别改变该阵列的结构参数，包括颗粒半径、高度、间距及颗粒形状等，系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、透射光谱和吸收光谱等特性的影响。研究发现，在8～10 μm光谱内，入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应，表现出明显的共振峰特性。可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。     

掺杂钨酸铅晶体闪烁发光光谱研究

利用改进的晶体生长设备和工艺提高了PbWO₄闪烁晶体的光产额。通过对生长获得的PbWO₄、退火PbWO₄和BaF₂∶PbWO₄晶体的透过光谱,衰减时间和光产额等闪烁性质的研究,发现晶体退火和掺杂技术特别是阴离子掺杂技术能够显著提高晶体的闪烁发光性能。其中晶体掺杂全面提高了晶体的透过光谱强度,但是退火的影响较复杂。高温退火改善了PbWO₄晶体在360 nm以上波段的透过光谱的透过率,但是在320～360 nm波段其透过率反而降低。这些现象与晶体中缺陷在可见光波段产生的特征吸收有关。晶体的良好退火和掺杂提高了晶体的光产额,其中BaF₂∶PbWO₄掺杂晶体室温闪烁发光强度达到65 p.e.·(MeV)-1,接近PET的使用要求。这种提高与晶体F-离子掺杂引发晶体[WO₄]2-四面体基团畸变有关,F-离子进入该四面体产生了新的发光中心。     

Spatial study on a multibubble system for sonochemistry by laser-light scattering

Volumetric oscillation of multiple cavitation bubbles in an ultrasonic standing-wave field is investigated spatially through the intensity measurements of scattered light from bubbles changing the measuring position in the direction of sound propagation. When a thin light sheet finer than half of wavelength of sound is introduced into the cavitation bubbles, at an antinode of sound pressure the scattered light intensity oscillates. The peak-to-peak light intensity corresponds to the number of the bubbles which contribute to the sonochemical reaction because the radius for oscillating bubbles at pressure antinodes is restrictive in a certain range due to the shape instability and the action of Bjerknes force that expels from the antinode bubbles that are larger than the resonant size. The experimental results show that the intensity waveform of oscillating scattered light measured at the side near the sound source is similar to the waveform as seen in a single-bubble experiment. The peak-to-peak light intensity for the scattered light waveform is low at the side near the sound source where the progressive wave is dominant, while at the side near the water surface far from the sound source the intensity is relatively high and has periodic structure corresponding to the periodicity of half wavelength from the standing wave. These tendencies of high intensity near the water surface and the periodicity correspond to the periodic luminescent stripes seen in images of luminescence in an ultrasonic standing wave as reported by Hatanaka et al. [Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) 2962]. The present method of light scattering is promising for evaluating spatial distribution of violently oscillating cavitation bubbles which effect sonochemical reactions.     

多孔氧化铝薄膜的制备和光学特性研究

采用阳极氧化法制备了二维有序纳米孔氧化铝膜.研究了工艺参数对多孔薄膜有序性、孔径、膜厚度等的影响，测量了多孔氧化铝有序膜的光透过、光吸收和光发射等光学特性.结果表明，在波长360 nm附近多孔氧化铝有序膜的光透过谱线和光吸收谱线发生突变，波长大于360 nm时，光透过增强；波长小于360 nm时，光吸收增强.多孔氧化铝有序膜的光致发光强度和峰位与激发光波长有关，光致发光谱范围在340~600 nm.     

导弹尾烟对多波长激光传输影响研究

为研究1.06 μm、3.5 μm、10.6 μm三波长激光所受导弹推进剂尾烟干扰的差异程度,建立开放式烟道测试系统。在烟道头部放置装填有典型导弹推进剂的缩比发动机,点燃推进剂使之喷射并形成烟柱,在烟道尾部烟柱直径方向设置激光发射和接收装置,用以获取3波长的透过率。试验数据分析表明,烟雾对激光的衰减与烟雾粒子半径有关,在400 m烟道长度环境中, 10.6 μm激光透过率最高可达1.06 μm激光的104倍。该结果有益于激光制导武器的改进和升级。     

Fabrication of optically transparent chitin nanocomposites

This paper demonstrates the preparation of chitin nanofibers from crab shells using a simple mechanical treatment. The nanofibers are small enough to retain the transparency of neat acrylic resin. Possessing hydroxyl and amine/N-acetyl functionalities, water suspension of chitin nanofibers was vacuum-filtered 9 times faster than cellulose nanofibers to prepare a nanofiber sheet of 90 mm in diameter. This is a prominent advantage of chitin nanofibers over cellulose nanofibers in terms of commercial application. Interestingly, chitin acrylic resin films exhibited much higher transparency than cellulose acrylic resin films owing to the close affinity between less hydrophilic chitin and hydrophobic resin. Furthermore, the incorporation of chitin nanofibers contributes to the significant improvement of the thermal expansion and mechanical properties of the neat acrylic resin. The properties of high light transmittance and low thermal expansion make chitin nanocomposites promising candidates for the substrate in a continuous roll-to-roll process in the manufacturing of various optoelectronic devices such as flat panel displays, bendable displays, and solar cells.