Strong-Field-Induced N_2~+ Air Lasing in Nitrogen Glow Discharge Plasma

We investigate N_2~+ air lasing at 391 nm,induced by strong laser fields in a nitrogen glow discharge plasma.We generate forward N_2~+ air lasing on the B~2Σ_u~+(v'=0)-X~2Σ_g~+(v"=0) transition at 391 nm by irradiating an intense 35-fs,800-nm laser in a pure nitrogen gas,finding that the 391-nm lasing quenches when the nitrogen gas is electrically discharged.In contrast,the 391-nm fluorescence measured from the side of the laser beam is strongly enhanced,demonstrating that this discharge promotes the population in the B~2Σ_u~+(v'=0) state.By comparing the lasing and fluorescence spectra of the nitrogen gas obtained in the discharged and laser-induced plasma,we show that the quenching of N_2~+ lasing is caused by the efficient suppression of population inversion between the B~2Σ_u~+ and X~2Σ_g~+ states of N_2~+,in which a much higher population occurs in the X~2Σ_g~+ state in the discharge plasma.Our results clarify the important role of population inversion in generating N_2~+ air lasing,and also indicate the potential for the enhancement of N_2~+ lasing via further manipulation of the population in the X~2Σ_g~+ state in the discharged medium.     

SrLiAl_3N_4∶Eu~(2+)红色荧光粉的制备与发光特性

使用高温固相法于还原气氛中合成了SrLiAl_3N_4∶Eu~(2+)荧光粉并研究了其晶体结构和发光性质。样品均可以被蓝光或紫外光有效激发发射红光。XRD和SEM图谱显示合成了单相SrLiAl3N4。粉体的激发光谱在200~600nm波长范围内呈现出双峰宽带激发带,在267nm、474nm处分别有一个激发峰。发射光谱仅有一个宽带发射峰,峰值在654nm处,属于Eu~(2+)离子的5d→4f特征跃迁。荧光粉发光强度与Eu~(2+)离子掺杂摩尔分数之间的关系表明:随着Eu~(2+)离子掺杂摩尔分数的增加,粉体发光强度先上升后下降,最佳掺杂摩尔分数为0.4%,继续增大Eu~(2+)离子的掺杂量会发生浓度猝灭现象。所准备的SrLiAl_3N_4∶Eu~(2+)荧光粉具有较好的热稳定性和较高的量子效率。     

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.     

飞秒激光脉冲成丝过程中激射信号的实验研究

为了使理工科专业学生了解和应用飞秒激光技术,设计搭建了双色激光场泵浦-探测实验测量装置,采用高分辨光谱仪测量了飞秒激光成丝过程中N_2~+离子391 nm激射信号。通过对比圆偏振和线偏振的泵浦激光作用下的激射光谱,探究了 391 nm激射产生的物理机制,观测了不同转动能级间跃迁的量子拍频现象,并提取了拍频信号的频率。     

使线偏振光变为圆偏振光——薄膜1/4波片的设计

在一个折射率为N_2的基片上,镀制一层折射率为N_1=(N_0·N_2)~(12),厚度为d_1=λ/4(N_1~2-N_0~2Sin~2φ_0)~(-1/2)的透明介质薄膜,当一束波长为λ的线偏振光以特定的方位角α,在合适的入射角φ_0下,倾斜辐射到薄膜表面上时,可得到的反射光线为圆偏振光。     

固体超强酸催化剂C_3N_4-SO_4~(2-)的制备与表征

通过双氰胺的热解法制备了C_3N_4,将C_3N_4通过硫酸铵溶液浸渍制备了固体超强酸。通过红外光谱法、紫外吸收法、X射线衍射法、扫描透射电镜法对固体超强酸催化剂C_3N_4-SO_4~(2-)进行了表征。固体超强酸C_3N_4-SO_4~(2-)应用乙酸乙酯的酯化反应,结果表明固体超强酸催化活性强,酯化率较高。     

Absorption spectra and isotope shifts of the(2, 0),(3, 1), and(8, 5) bands of the A~2Π_u-X~2Σ_g~+ system of ~(15)N_2~+ in near infrared

The high-resolution absorption spectra of the(2, 0),(3, 1), and(8, 5) bands of the A~2Π_u–X~2Σ_g~+system of~(15) N_2~+ have been recorded by using velocity modulation spectroscopy technique in the near infrared region. The rotational constants of the X~2Σ_g~+and A~2Π_u states of~(15) N_2~+ were derived from the spectroscopic data. The isotope shifts of these bands of the A~2Π_u–X~2Σ_g~+system of~(14) N_2~+ and~(15) N_2~+ were also analyzed and discussed.     

Sn(5P~(23)P_(0,1,2))与N_2O、Ar、N_2、He和O_2的碰撞截面实验研究

在分子束—气装置上用原子吸收方法测量Sn(5p~2~3P_(0,1,2))分子束强度随背景气体的压力变化,得到锡原子三个电子态Sn(5p~2~3P(0,1,2))与N_2O、Ar、He、N_2和O_2等五种粒子的总碰撞截面,并估算出Sn原子与O_2和N_2O的反应碰撞截面。为了探讨SnO分子的化学激光体系,近年来报导了有关Sn原子与N_2O在气相状态下的反应。但是Sn+N_2O反应生成电子激发态SnO的机理尚不清楚。本文将要报导Sn的三个电子态5p~2~3P_0、5P~2~3P_1、5p~2~3P_2(以下简写成为~3P_(0,1,2))与N_2O等五种粒子碰撞截面的研究.这对于探讨反应机理和Sn原子与其它粒子的相互作用提供了实验的依据。由于Sn金属很难汽化,并且低压下发光很弱。以前研究Sn与N_2O、O_2或其它分子的反应都是在较高压力的实验条件下进行的。由于在较高压力下各种碰撞过程都可能同时产生,对研究反应机理是不利的。而本实验则是在低压条件下,并使用原子吸收方法来监测Sn原子浓度随碰撞气体浓度的变化,从而得出各种碰撞截面。这一新的方法对于研究金属原子与其它分子碰撞的过程,即使是不发光的反应碰撞也是适用的。这一方法的另一特点是可以分辩出原子的不同态,便于研究态—态反应动态学。     

XeO~*和XeS~*的紫外发射谱

研究了Xe(6p[1/2]_0 )和Xe(6p[3/2]_2)激发态与含氧分子反应的淬灭动力学.在与N_2O和OCS分子反应中,观察到较强的XeO和XeS紫外发射,其最大强度分别在234nm和227nm,并对发射机构进行了讨论.     

飞秒激光在空气中成丝诱导氮荧光发射的空间分布

测量了线偏振飞秒激光脉冲在空气中成丝产生的氮荧光发射的空间分布.通过改变激光的偏振方向研究成丝过程中氮荧光发射的径向角分布,发现N_2~+荧光发射在垂直于激光偏振方向上更强,而在平行于激光偏振方向上较弱;N_2荧光发射在所有方向上具有近乎相同的强度.原子和分子的激发、电离等动力学过程受激光强度的影响.在飞秒激光成丝过程中沿着激光传播方向,强度呈现先增强后减弱的分布,从而影响这些过程的产物的空间分布及其荧光发射的空间分布.沿着激光传播方向,发现N_2荧光先于N_2~+荧光出现且在N_2~+荧光消失之后消失.激光强度分布和激光偏振方向均会影响氮荧光的空间分布.基于实验分析,在短焦距情况下,系间窜越过程能很好的解释N_2(C~3Π_u~+)的形成,这项研究有助于理解飞秒激光成丝过程中氮荧光发射的产生机制.     

利用Townsend放电测定N_2(A~3∑_u~ )亚稳态分子的扩散系数和猝灭速率常数

在纯N_2气体中,利用Townsend放电方法,对N_2(A~3∑_u~ )亚稳态分子的扩散系数D_m和猝灭速率常数K_q的测定进行了研究。分别得到:D_m=128cm~2/s,K_q=8.1×10~(-19)cm~3/s。     

碳热还原法合成LaSi_3N_5∶Ce~(3+)蓝色荧光粉及其发光性能研究

利用碳热还原法制备了LaSi_3N_5∶Ce~(3+)蓝色荧光粉,重点研究了原料中掺C量和退火对样品纯度及发光性能的影响。通过X射线衍射仪和荧光光谱仪分别表征样品的晶体结构和发光性能。研究结果表明:1 600℃时能够合成主相为LaSi_3N_5∶Ce~(3+)的荧光粉。在360nm紫外光激发下样品可获得波段范围在380~600nm的单峰宽带发射谱,归结于Ce~(3+)的5d-4f的能级跃迁。当n_C/n_(La)=4/1时样品发光强度达到最大,并且光谱出现先红移后蓝移的现象。经过退火的样品的发光强度与退火前相比提高了60%~345%。将热处理后的n_C/n_(La)=4/1的样品与商用YAG混合涂覆在UV芯片上(λ_(em)=365nm)封装成WLED,证实了LaSi_3N_5∶Ce~(3+)在白光LED领域潜在的应用价值。     

XeCl激光触发气体开关的实验研究

通过实验研究了在自流工作状态下,XeCl准分子激光(λ=308nm,FWHM=21ns)对N_2和SF_6两种气体开关的触发特性。实验结果表明:(1)在p=0.1MPa,开关工作电压90％V_(SB)(V_(SB)为开关的自击穿电压)时,XeCl激光对N_2和SF_6两种气体开关的触发阈值约为10~8W/cm~2。(2)开关的触发延时和抖动随着激光能量和开关欠压比的增大而减小,当激光能量为33.8mJ,开关工作电压90％V_(SB)(V(SB)=36.5kV)时,充N_2开关的延时和抖动分别为85.5ns和400ps。相同欠压比下,SF_6气体开关(V_(SB)=52kV)的最小抖动度为2ns。(3)SF_6气体开关的触发延时与用T.H.Martin公式计算的结果一致。     

基于7.6μm量子级联激光的光声光谱探测N_2O气体

近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基于中国自主研发的7.6μm中红外量子级联激光的共振型光声光谱探测N_2O的研究,建立了N_2O光声光谱传感实验系统.此系统在传统的光声光谱探测的基础上优化改进,采用双光束增强的方式,增加了有效光功率,进一步提高了系统的探测灵敏度.探测系统以1307.66 cm~(-1)处的N_2O吸收谱线作为探测对象,结合波长调制技术对N_2O气体进行探测研究.通过对一定浓度的N_2O气体在不同调制频率和调制振幅的光声信号的探测,确定了系统的最佳调制频率和调制振幅分别为800 Hz和90 mV.在最优实验条件下对不同浓度的N_2O气体进行了测量,获得了系统的信号浓度定标曲线.实验表明,在锁相积分时间为30 ms时,系统的浓度探测极限为150×10~(-9).通过100次平均后,系统噪声进一步降低,实现了大气N_2O的探测,浓度探测极限达到了37×10~(-9).     

基于腔衰荡光谱技术测量夜间大气中五氧化二氮

采用高温热解五氧化二氮(N_2O_5)的方法,利用N_2O_5与NO_3自由基之间的热平衡关系,通过腔衰荡光谱技术测量N_2O_5及NO_3自由基的浓度。基于二氧化氮(NO_2)与N_2O_5之间平衡可逆,探讨加热温度及NO_2浓度变化对N_2O_5分解率的影响;考虑N_2O_5在测量系统中的损耗,经初步的量化分析得到进气效率为88%。通过Allan方差选取最佳积分时间,在外场测量条件下,优化系统的体积分数探测限为8.6×10-12;通过分析进气效率、吸收截面及N_2O_5不完全热解等不确定性因素,估算得到整体测量误差约为±10%。在合肥郊区进行夜间大气实际监测,测量期间N_2O_5的浓度变化范围在(0.035~1)×10-9之间,平均浓度为4.52×10-10。该技术为实现大气中N_2O_5及NO_3自由基的高灵敏度在线监测提供了有效途径。     

铂表面H_2还原NO_x的详细反应机理

研究了柴油机NO_x存储还原技术(NSR)浓燃再生阶段中NO还原反应。发展了铂催化剂表面H_2还原NO的详细化学反应机理,包括6种气相组分、10种表面组分及28步基元反应,其中包含了主要含氮产物N_2及副产物N_2O和NH3的生成路径。此机理与CHEMKIN软件中的活塞流反应器(PFR)模型耦合进行数值模拟,反应器出口各组分体积分数预测结果与文献中实验数据吻合良好。在NO体积分数为500×10~-6、反应器入口温度为270℃的条件下分析了进气中H2体积分数((100~2500)×10~(-6))对含氮产物选择性的影响。结果表明,H_2体积分数小于500×10~(-6)时,N_2和N_2O为主要的含氮产物;随着H_2体积分数逐渐升高,当Φ(NO)/Φ(H_2)高于1.5时,NH_3成为主要产物。由敏感性分析结果可知,NH_3对H_2吸附反应的敏感性系数最大,提高该反应速率将促进NH_3的生成。     

NaF和NaF：Mg^＋＋晶体色心光致电离研究

用337nm、380nm和510nm脉冲激光照射着色NaF和NaF:Mg~(++)晶体,皆能产生大量F_2~+心.在照射过的NaF:Mg~(++)晶体中,观测到了F_2~+ 心向(F_2~+)~*心的转型现象.     

N2（A）及N（2D）对IF（X）的传能研究

在微波放电系统中,对NH_3-F-F_2-CF_3I体系进行研究,结果表明,向IF(X)传能的诸多媒介中,N_2(A)及N(~2D)起着主要作用,并且这一结论在经微波激发后的N_2与CF_3I的直接反应中得到了进一步证实。     

银表面等离子体对掺铒铋化物发光玻璃中978和1539nm激光所致上转换发光的增强作用

三价稀土离子上转换发光有着一些很有价值的应用技术:波导上转换及放大和激光、上转换三维立体显示、飞秒光谱应用、激光控温、三维成像与存储、光学温度感应系统、牙科等生物物理应用、上转换荧光防伪、上转换宽带光源、和上转换红外显示片等。因为受到太阳能电池发展需求的促进,上转换研究再度呈现出澎湃的研究热潮。目前,利用金属表面等离子体共振的近场增强效应能够有效增强其表面附近的荧光物质的发光的特性,有可能较大幅度的提高上转换发光的强度,从而有可能进一步把上转换发光推向实用。利用离子引入法,在铋化物的发光玻璃中引入银颗粒。研究结果表明银表面等离激元的表面等离子体共振吸收峰位于580～600 nm;而且,加热时间的延长导致了表面等离子体共振吸收峰的剧烈增强和稍微蓝移。978 nm半导体激光能够导致531.0, 546.0和657.5 nm的三组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的双光子上转换荧光, 978 nm激光激发掺铒铋化物发光玻璃的上转换发光的机理是第一步的~4I_(15/2)→~4I_(11/2)共振基态吸收和随后的第二步的~4I_(11/2)→~4F_(7/2)的共振激发态吸收;纳米银的表面等离激元的引入促成铋化物发光玻璃中铒离子的978 nm激光激发的上转换发光最大增强了272.0%倍。1 539 nm半导体激光能够导致波长为528.0, 547.0, 657.0和795.0 nm的四组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~4I_(9/2)→~4I_(15/2)的上转换荧光; 1539 nm激光导致的528.0 nm ~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和547.0 nm ~4S_(3/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(9/2)→~2H_(11/2)的三步光激发吸收跃迁过程, 1 539 nm激光导致的657.0 nm ~4F_(9/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(11/2)→~4F_(9/2)的三步光激发吸收跃迁过程;纳米银的表面等离激元的引入导致了铋化物发光玻璃中铒离子的1 539 nm激光激发的上转换发光最大增强160.3%倍。显然,靠近银表面等离激元共振吸收峰的978 nm激光上转换的增强效果比1 539 nm激光的要好。     

氮化硅（Si3N4）—稀土氧化物陶瓷的超高压烧结研究

在5～7GPa,600～1800℃的压力-温度范围内对组份为氮化硅-稀土氧化物微粉混合体(3Si_3N,+0.5La_2O_3+0.5Pr_6O_(11)(mol.％))的烧结产物进行了研究。所得结果表明其成相规律与Sialon体系在高温高压下烧结时不同。在直到5GPa的高压力下,α-Si_3N_4表现出相当高的稳定性,并不转变成β相。当烧结温度低于1600℃时,烧结体仍然由以α-Si_3N_4为基础的固溶体及稀土氧化物组成,而后者则表现出一系列相变化。当压力超过6GPa、温度高于1600℃时,物料烧结成一个新的单相高压结构ReSi_3O_2N_4。其衍射数据可以用一个正交点阵来拟合。其晶格参数为:α=1.2983nm,b=0.8140nm,c=0.4285nm。