冲击压缩下Z-切石英的弹性响应特性和折射率

利用平面对称碰撞和“原位”测量实验方法,对Z-切石英的弹性响应特性和窗口光学特性进行了研究.结果表明,在至少10 GPa内,Z-切石英为弹性单波响应,且透光性良好,可作为速度剖面测试系统的光学窗口.10 GPa内Z-切石英的冲击波速度和粒子速度之间满足线性关系.1550 nm入射光条件下,其窗口速度修正采用指数形式较为精确,线性修正仅适用于特定范围;而折射率随密度的变化关系则可采用线性函数进行较好描述.以上结果为Z-切石英应用于基于1550 nm光源激光干涉测速系统的光学窗口提供了依据.     

磁驱动准等熵加载下Z切石英晶体的折射率

基于CQ4脉冲功率实验装置开展了Z-切石英晶体在磁驱动准等熵加载下的窗口折射率修正关系研究. 实验中采用激光波长1550 nm的双源光外差测速仪测量获得了LiF窗口和Z-切石英晶体窗口与不同厚度极板界面的粒子速度. 利用反积分方法由实验测得的LiF窗口与极板界面粒子速度计算得到了极板的加载磁压力历史; 以获得的磁压力为输入条件, 采用LS-DYNA计算软件正向计算得到石英晶体窗口与极板界面的真实粒子速度历史. 由实验获得的Z-切石英晶体窗口/极板界面表观粒子速度和计算得到的真实粒子速度, 获得了Z-切石英晶体弹性极限内的连续的折射率修正关系, 将其折射率修正关系的适用压力范围拓宽至14.55 GPa. 表观粒子速度与真实粒子速度关系采用线性拟合时, 折射率修正关系为n=1.087 (± 0.008)+0.4408ρ/ρ₀, 与冲击数据拟合的结果一致. 由折射率实验数据对Z-切石英晶体的极化率分析认为, 在其弹性极限压力范围内加载路径和温度对折射率的影响可以忽略.     

<100> LiF的低压冲击响应和1550 nm波长下的窗口速度修正

利用平板撞击和激光干涉测试技术对<100> LiF在40 GPa内的冲击力学和光学特性进行了精密实验测量和理论分析. 获得了该压力范围内LiF的冲击雨贡纽关系和1550 nm波长下的窗口速度修正, 为相关加窗激光干涉测速实验的数据分析提供了直接依据. LiF在20.3 GPa内均表现出弹性-塑性双波特性, 预计其单波响应冲击压力下限约为22—23 GPa; 低于此压力时, 以LiF为窗口的精密剖面测量实验需考虑其强度影响.     

CuO薄膜的三阶非线性光学特性研究

采用脉冲激光沉积技术在Si(100)和熔石英基片上制备了单相的CuO薄膜.通过X射线衍射仪,拉曼光谱仪,场发射扫描电镜和紫外可见光光度计对薄膜的结构,表面形貌和光学性质进行了表征. 场发射扫描电镜结果表明CuO薄膜中晶粒排列致密且分布均匀,其尺寸约为45nm.结合飞秒激光(800nm,50fs)和Z扫描方法测量了薄膜的三阶非线性光学特性,结果表明CuO薄膜具有超快的非线性光学响应且非线性折射率和非线性吸收系数均为负值,其大小分别为-3.96×10^-17 m^{2< 关键词： CuO薄膜 Z-扫描')" href="#">Z-扫描 三阶光学非线性}     

磁驱动准等熵压缩下单晶氟化锂的光学特性

以"阳"加速器和PTS装置为驱动源,开了展单晶氟化锂(LiF,通光方向[100])窗口材料在准等熵压缩下的光学特性实验研究。应用全光纤激光多普勒探针系统(DPS,激光波长1550nm)同时测量了Ly12铝材料电极加窗和未加窗的后界面速度历史,结合窗口材料修正方法获取了单晶氟化锂窗口材料在实验条件下折射率随密度的变化和界面粒子速度修正因子。每次实验可获取窗口材料样品的连续加载历史数据,进而处理得到LiF窗口材料在近50GPa准等熵压力范围内的修正因子。结合拟合的线性关系,进一步处理获得了在实验过程中折射率随密度的变化。将这些实验结果与D.E.Fratanduono,Y.Ma,B.J.Jensen的对应数据比较,其中与光子多普勒测速系统(PDV,1550nm)测量结果基本相符,不确定度与多次冲击实验得到的结果相当。     

LiF单晶的高压折射率及窗口速度的修正

通过平板撞击实验,采用激光干涉测试技术,研究了1 550nm波长下LiF单晶的高压折射率与窗口速度的修正关系,实验压力范围为38~124GPa,拓展了现有1 550nm波长下LiF单晶的高压折射率数据,给出了124GPa压力范围内1 550nm波长下LiF窗口速度的线性修正方程。研究结果可为分析冲击压缩实验中通过加窗激光多普勒探针测试技术获得的样品界面速度的数据提供参考。     

冲击载荷下K9玻璃的光学特性

K9玻璃常作为冲击载荷下失效波(破坏波)萌生机制和脆性材料动态断裂特性的研究对象,而当作为冲击窗口材料时,由于冲击压力范围限制,其光学特性研究常被忽略。通过平板撞击实验,结合激光多普勒测速系统(DPS:Doppler Pin System,激光波长为1 550nm),获得了冲击波传播过程中不同光学测试界面运动的速度历史。通过分析原始干涉信号和界面速度剖面的时间对应关系,获得了K9玻璃保持冲击透明性及弹性响应的压力范围。研究结果表明,当冲击压力低于8GPa时,K9玻璃能保持良好的光学透明性,其动态折射率随密度的变化呈典型线性关系。     

用作VISAR窗口的LiF晶体折射率变化修正因子

 利用加窗VISAR测速方程和平面碰撞实验产生已知样品-窗口界面粒子速度的方法，对LiF晶体用作VISAR（激光波长532 nm）测速窗口时的折射率变化修正因子进行了测定。给出了LiF晶体窗口在冲击压力2.7~66 GPa范围内，折射率变化修正因子测量结果及界面粒子速度修正方法。     

一种侧链共轭聚噻吩衍生物薄膜的三阶非线性光学响应

合成了一种侧链共轭的聚噻吩衍生物聚3-（5′辛基-噻吩乙烯基）噻吩（POTVTh）,并通过溶液旋涂制备了聚合物薄膜.吸收光谱显示该聚合物薄膜具有较小的禁带宽度和宽的光谱响应.采用Z扫描技术在800 nm下用飞秒激光器研究了该聚合物薄膜的三阶非线性光学特性,非线性吸收系数为5.63×10^-7cm/W,非线性折射率为-6.38×10^-11 cm²/W,三阶非线性极化率为4.21×10^-9esu,比侧链未共轭的 关键词： 聚噻吩衍生物 侧链共轭 三阶非线性极化率 非线性折射率     

发光光弹性涂层折射率测量方法

涂层的折射率是发光光弹性涂层方法采用斜射法应变分离时不可缺少的参数之一. 通过对发光光弹性涂层受斜入射光波激发时, 发射光波沿入射光波原路径返回振幅变化的理论分析, 提出一种基于发光涂层光学菲涅耳响应的折射率在线测量方法. 实验测量了罗丹明B为发光染料的发光光弹性涂层在入射角为60°、波长为465 nm光波激发下的涂层折射率. 测量结果表明: 新的折射率测量方法是可行的, 对于其他用途的发光涂层折射率测量同样适用. 关键词： 折射率 光学测量 光学涂层 光致发光     

纳秒激光冲击加载的全过程诊断

 与传统的冲击加载方式相比,激光驱动试样具有微尺寸（直径小于1 mm,厚度约10 μm）、超短作用过程（纳秒量级）等特点,但其速度变化历史的实时诊断颇为困难,因此发展适用于激光驱动的高时空分辨率的实时测试技术是十分重要和有价值的。采用桌面式脉冲Nd:YAG激光器作为加载平台,发展了激光加载下的小焦点多普勒光纤探针测量系统（焦斑直径约200 μm,时间分辨力约50 ps）,成功实现了从激光脉冲驱动微尺寸飞片飞行直至撞击Z-切石英试样的全过程实时诊断。实验结果显示,将6 μm 厚Al箔飞片驱动至2.48 km/s时,撞击Z-切石英试样的粒子速度为1.27 km/s,与Hugoniot理论计算结果相符,表明该测试技术是可靠、有效的;多层薄膜靶结构设计（基底/烧蚀层/硅油/Al箔）可提升激光与靶物质的能量耦合效率,使飞片保持更好的宏观完整性。为开展超短脉冲激光加载下材料动态特性研究提供了一种有效的技术途径。     

Second pressure derivatives of the elastic moduli of fused quartz

The first and second pressure derivatives of the elastic moduli of fused quartz have been determined by ultrasonic measurements of the sound velocity as a function of pressure. The second derivatives are positive in sign and are larger in magnitude than those in crystalline materials. The data are used to calculate the equation of state and the volume dependence of the Grüneisen constant.     

铝在校正高压下物质弹性波速测量上的应用

 自从在紧装式六面顶高压装置上建立了高温超高压下弹性波速的测量方法之后，已经获得了大量的有关岩石矿物的波速数据，利用这些波速数据解决了许多地质问题。然而，其高压弹性波速数据的精度没有解决，一直无法校正上、下顶砧的真正走时。根据弹性理论和标准物质铝的有关弹性参数，计算出铝的波速与压力的关系，然后，根据铝的波速与压力的关系推导出上、下顶砧的实际走时，校正后测量的较低压力下铁的波速与前人的资料吻合很好，并且铁的波速与压力也具有较好的非线性关系。因而，今后可以根据标准物质铝和铁来校正上、下顶砧的走时，从而获得物质在高压下更加精确的波速数据。     

Dependence of TL-property changes of natural quartzes on aluminium contents accompanied by thermal annealing treatment

The TL properties were investigated using both an IPDA (Intersified Photo-Diode Array) spectrometric system and a TLCI (Thermoluminescence Colour Image) method after thermal annealing treatment at several temperatures. An apparent colour change from original blue- (BTL) to red-TL(RTL) has unexpectedly occurred in a Z-cut slice of Madagascar quartz, after an annealing treatment around 1000°C. From the TL-colour change studies of the Z-cut slice, it was confirmed that original BTL intensities are inversely proportional to the Al contents; the TLCI-patterns of the original or annealed Z-cut slice gave stripe patterns corresponding to Al impurity contents along the crystal growth direction particularly yielding an intense appearance of RTL on higher Al contents after the annealing treatment. This changeability of TL-colour towards RTL after thermal annealing treatment was found to be intimately correlated with the square of Al concentrations, although BTL clearly changed as linearly proportional to Al impurity contents. Finally, the cleavage of Al-O-Al bonds or some sites in the vicinity of Al-O-Al bonds were plausibly considered to play an important role for the formation of RTL colour centres in natural quartzes as a result of the operation of high temperature effects.     

Review on Application of Optical Scattering Spectroscopy for Elastic Wave Velocity Study on Materials in Earth's InteriorSCIEI北大核心CSCD

In-situ experimental results on the elastic wave velocity of Earth materials at high pressure and high temperature in combination with data from seismic observation can help to inverse the chemical composition, state and migration of materials in Earth's interior, providing an important approach to explore information of deep earth. Applying the Brillouin scattering into the Diamond Anvil Cell (DAC) to obtain the in situ elastic wave velocities of minerals, is the important approach to investigate elastic properties of Earth's Interior. With the development of DAC technology, on the one hand, the high temperature and high pressure experimental environment to simulate different layers of the earth can be achieved; on the other hand, the optical properties of DAC made many kinds of optical analysis and test methods have been widely applied in this research field. In order to gain the elastic wave velocity under high temperature and high pressure, the accurate experimental pressure and heating temperature of the sample in the cavity should be measured and calibrated first, then the scattering signal needs to dealt with, using the Brillouin frequency shift to calculate the velocity in the sample. Combined with the lattice constants obtained from X ray technique, by a solid elastic theory, all the elastic parameters of minerals can be solved. In this paper, firstly, application of methods based on optical spectrum such as Brillouin and Raman scattering in elasticity study on materials in Earth's interior, and the basic principle and research progress of them in the velocity measurement, pressure and temperature calibration are described in detail. Secondly, principle and scope of application of two common methods of spectral pressure calibration (fluorescence and Raman spectral pressure standard) are analyzed, in addition with introduce of the application of two conventional means of temperature calibration (blackbody radiation and Raman temperature scale) in temperature determination. Lastly, geophysical applications of mineral elasticity are discussed on the basis of the recent research results derive from Brillouin scattering system of wave velocities for major minerals in Earth's lower mantle (perovskite, ferropericlase, etc.), and the future research work is inspected.     

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。     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

Ultrasonic material characterization using large-aperture PVDF receivers

This work describes the use of a large-aperture PVDF receiver in the measurement of liquid density and composite material elastic constants. The density measurement of several liquids is obtained with accuracy of 0.2% using a conventional NDE emitter transducer and a 70-mm-diameter, 52-μm P(VDF-TrFE) membrane with gold electrodes. The determination of the elastic constants is based on the phase velocity measurement. Diffraction can lead to errors around 1% in velocity measurement when using alternatively the conventional pair of ultrasonic transducers (1-MHz frequency and 19-mm-diameter) operating in through-transmission mode, separated by a distance of 100 mm. This effect is negligible when using a pair of 10-MHz, 19-mm-diameter transducers. Nevertheless, the dispersion at 10 MHz can result in errors of about 0.5%, when measuring the velocity in composite materials. The use of an 80-mm diameter, 52-μm-thick PVDF membrane receiver practically eliminates the diffraction effects in phase velocity measurement. The elastic constants of a carbon fiber reinforced polymer were determined and compared with the values obtained by a tensile test.     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。