同材质颗粒不同填充密度的随机介质中光场的空间分布

用时域有限差分法研究了同一材质的颗粒在不同填充密度下的随机介质中光局域化问题. 依据随机介质激光的实验参数,模拟了颗粒填充密度不同的随机介质中光场的空间分布. 结果表明：当散射颗粒的散射平均自由程与波长相当时,随机介质中的光场分布呈现局域化的特征,而且随着颗粒填充密度增大,光场的局域化程度增强. 因此,在同样的抽运激励下,颗粒填充密度越大的随机增益介质越容易产生激光辐射. 数值模拟结果与实验定性符合. 关键词： 随机激光 时域有限差分法 颗粒填充密度 局域化     

ZnO纳米柱无序介质中泵浦面积对局域模发射的影响

基于ZnO纳米柱制备及发光实验,建立了ZnO纳米柱的位置和大小都是无序的二维介质结构模型.通过构建增益模型,用时域有限差分法数值模拟了无序介质中频谱特性以及ZnO增益频谱范围内的某一个共振峰对应的波源在无序介质中的光场分布情况,发现了局域模的存在.分四种情况讨论了此局域模的受激辐射与泵浦面积的关系:改变泵浦功率,从左到右依次增加两层ZnO纳米柱泵浦和单独泵浦一个局域区域;泵浦功率一定时,增加泵浦局域区域和非局域区域中ZnO纳米柱个数.结果表明:存在一个临界泵浦功率,当泵浦功率小于临界泵浦功率时,无论泵浦面积多大都不能激发局域模;当泵浦功率大于临界泵浦功率时,对于不同的泵浦功率,局域模被激发所需的临界泵浦面积不同;随着泵浦功率的增加,当泵浦面积一定时,光场相对强度呈递增趋势,当泵浦功率超过临界功率时,光场相对强度急剧上升.     

随机激光器中准态腔的阈值与其局域化程度的关系

基于光波在有限随机介质中的局域化理论，利用有限时域差分法数值求解Maxwell方程 组，研究了随机介质中的激光现象，分析了准态模的放大与其 空间局域性的关系. 通过研究二维非增益随机介质中光波的局域化，确定了准态模的空间分 布和频谱特征. 通过引入增益，研究了准态模的放大过程和阈值特性. 结果表明空间局域化 强的准态模在增益介质中被优先放大，且有较低的阈值. 关键词： 随机激光器 准态模 随机介质中的光学特性     

不同气体氛围下硅量子点的结构及其发光机理

纳秒脉冲激光在氮气、氧气和空气等不同氛围中加工出的硅量子点都有光致荧光(PL)的发光增强效应,并且在700 nm波长附近观察到了受激辐射.在不同氛围下生成的样品有几乎相同的PL光谱分布,其原因是不同氛围下加工出的样品带隙中有相同的电子态分布.计算结果显示:当硅量子点表面被氮或氧钝化后,在带隙中能够形成几乎相同的局域电子态,这种局域电子态可以俘获来自导带的电子,从而形成亚稳态,这是PL发光增强乃至产生受激辐射的关键因素. 关键词： 硅量子点 PL光谱 发光增强 电子局域态     

随机介质的相干背散射与局域化研究

研究了不同尺度参数和粒子浓度下的ZnO随机介质相干背散射强度的分布规律,采用时域有限差分法分析了不同浓度随机介质的光场能量空间分布,预测了随机激光器阈值的高低。结果表明:同一折射率的介质随着介质尺寸的增大,相干背散射的带宽变窄,局域化参量kl值相应增大,使得局域化程度呈较大幅度减弱趋势;并且随着介质浓度的增加,相干背散射的带宽变宽,局域化程度增强,阈值降低。相干背散射有着光子局域化的先期特征,现在已成为研究光子局域化出现与否的基本判断依据,对研究光子局域化以及随机激光器具有重要意义。     

ZnO纳米柱无序介质中泵浦面积对局域模发射的影响

基于ZnO纳米柱制备及发光实验,建立了ZnO纳米柱的位置和大小都是无序的二维介质结构模型.通过构建增益模型,用时域有限差分法数值模拟了无序介质中频谱特性以及ZnO增益频谱范围内的某一个共振峰对应的波源在无序介质中的光场分布情况,发现了局域模的存在.分四种情况讨论了此局域模的受激辐射与泵浦面积的关系:改变泵浦功率,从左到...     

二维随机介质中柱面波传播及其局域性的随机泛函分析

分析了二维各向同性均匀随机介质中柱面波的传播特性及局域化现象.用随机泛函理论,在频域内将随机介电起伏展开成柱坐标系下的Wiener积分式,将波场表示为内外行柱面波的线性和,求解二维Helmholtz波动方程,得到随机介电起伏对柱面波幅度与相位调制的解析表达.由柱面波能量的空间分布验证了波的局域化现象,并求解局域化长度.二维随机介质中平面波按柱面波展开的波转换方程与非随机介质中的情形有相似的表达,但具有随机介电起伏对幅度和相位的调制,并给出数值模拟结果.     

带有多孔二氧化硅间隔层的导模共振光栅实现染料激光器发射增强

导模共振光栅是一种典型的平面波导共振结构,可在光栅表面或波导层内形成较强的局域电场,能增强光与物质的相互作用.本文在导模共振结构的光栅层和基底层之间,引入低折射率的多孔二氧化硅间隔层,显著增强了局域电场与增益介质的接触度.结果表明,引入多孔二氧化硅后,共振产生的电场增强区域上移至激光染料层,增加了激光染料与电场的相互作用,实现了激光出射增强.本文基于时域有限差分法,对结构参数进行分析优化,研究了820 nm共振波长激发下的出射激光特性,得到了连续的激光出射,其能量阈值约为2.5 mJ/cm^2,线宽约为0.3 nm.本文提出的结构实现了对表面局域电场的有效调控,增强了激发光与增益介质的相互作用,不但可应用于激光器,还为其它发光器件的设计提供了参考.     

MOCVD生长的InGaN合金的发光特性

研究了用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石基底上生长的InGaN样品的发光特性。样品XRD谱中存在InGaN、In、InN相,表明样品中存在相分离;透射谱能看到由于F-P腔调制引起的震荡;相对氙灯激发发光谱,激光激发的发光谱其发光峰位置发生蓝移。由于样品上下表面形成F-P腔,对发光谱产生强烈的调制,在较高强度激发下,在室温下带边峰分成三个峰,其中波长较短的两个发光峰表现出相同的特征,其发光机制可能为以In量子点为局域中心的局域化激子复合发光,而波长较长的发光峰,是一个超线性受激发光峰,其发光机制可能是电子-空穴等离子的散射。不同温度的PL谱表明两个主要的发光峰表现出不同的温度特征,利用F-P干涉理论分析可知,当温度高于120K后样品折射率随着温度的升高而增大。     

随机介质介电常量的涨落与光波的空间分布

采用随机介质统计模型和时域有限差分方法模拟了二维随机介质中光场的空间分布及其同介电常量涨落的关系。模拟中,散射微粒随机地分布在均匀介质中以增加光子在介质中滞留时间。不同随机强度α,形成不同空间结构的随机介质。通过小心地调节入射光波长,得到了不同随机介质中的场强分布。结果表明,随机介质介电常量的涨落导致在介质的某些区域形成一些特殊结构。这些结构延长了光子在其中的滞留时间,产生了光波的局域态,起到了光腔的作用,使得随机介质在抽运激励下能够产生激光辐射。这样的光腔在介质中是随机分布的,其数量与分布特征与介电常量涨落的强弱有关。     

不同波长激发光对血清荧光光谱影响的实验研究

采用日本岛津荧光光度计RF5301,研究了血清的荧光光谱与激发光波长的关系。实验结果表明：在不同波长的紫外光激励下,血清产生的荧光光谱线型及峰值波长基本相同,与激励光波长无关,但荧光峰强度随激励光波长变化而变化。血清的荧光光谱有两个较强的荧光发射区,其中第一个发射区处于300～410 nm,第二个发射区处于410～530 nm。当激发光波长小于310 nm,荧光主要集中在第一发射区,荧光峰位于330和370 nm处,并产生竞争现象。当激发光波长大于250 nm时,只出现330 nm处的荧光峰,其最佳激励光波长为300 nm;当激发光波长大于320 nm,第一发射区的荧光变弱,在第二发射区的荧光变强,荧光峰位于452 nm。此研究为血液的光谱特性研究提供了实验依据,对光诱导荧光光谱诊断技术中激发光波长的选择具有一定的参考价值。     

激励光波长对乙醇溶液荧光光谱特性的影响

乙醇溶液在紫外光照射下可以发射荧光。当激励的紫外光波长在200～250 nm变化时,乙醇溶液产生的荧光光谱基本相同,但峰值位置出现了明显的红移;当激励的紫外光波长相同时,随着溶液浓度的改变也将产生峰值位置的红移现象。文章从实验上对乙醇荧光峰值位置的红移规律进行了研究,并从理论上对红移现象进行了解释。研究结果有助于解释乙醇作为有机溶剂、荧光猝灭剂、食品添加剂等时对其他大分子的荧光光谱特性的影响,也将可能提供一种灵敏、快捷的乙醇含量测试方法。     

Random lasing in porous scattering medium

The spectrum behavior evolution and the threshold of random lasing depending on the way of photon walk randomization in an active random medium were investigated. The following three ways of photon walk randomization were implemented: multiple light scattering by corundum and silica particles embedded into a solid polymer solution of dye (astrafloxin), multiple light reflection at sub-millimeter extensive air pores (mean diameter 200 μm) produced in the medium, and the combined action of both these effects. The most effective lasing is observed in the case of an active medium with air pores and scattering particles in the interpore space. Such a combined porous scattering medium acts as a network of dielectric waveguides transmitting effectively the random light. This spatial structure of the random active medium significantly increases the photon path in the medium, thereby promoting photon multiplication due to stimulated emission. In this combined medium the random lasing reveals the narrowest spectrum, the lowest threshold, and the highest density of spectral energy in the spectrum maximum.     

电压敏感染料di-4-ANEPPS的光谱研究

实验研究了电压敏感染料di-4-ANEPPS在家兔心肌组织中的吸收光谱和荧光光谱特性。结果表明,含染料组织的光吸收普遍大于对照组,在450～550 nm波段吸收谱差异更明显;染料在心室组织中的最大吸收峰为(479.75±0.44) nm。通过测量含染料心脏不同部位的荧光光谱,首次发现心室组织、心房组织和主动脉的最大荧光峰位有一定差异,其相对荧光强度则与染料的分布浓度有关。根据三维和二维荧光光谱分别确定了含染料心房和心室组织的最佳荧光激发波长和荧光测定波长。利用心房和心室组织的静息电位差,在不同波长激发光下测量了染料的荧光光谱移动,确定了光标测量实验的最佳激发光和相应荧光检测波长范围。这些研究结果为心脏光学标测系统的设计提供了理论依据。     

Influence of excitation light wavelength on the photoluminescence properties for ZnO films prepared by magnetron sputtering

Highly orientated polycrystalline ZnO films were deposited on sapphire, silicon and quartz substrates at room temperature by r.f. magnetron sputtering. Different photoluminescence (PL) spectra were observed when excited with different wavelength light. A UV emission peak (356 nm) and a blue peak (446 nm) were generated for the films on sapphire, silicon and quartz substrates, and only the 446 nm blue emission appeared for the films on glass substrates when the wavelength of the excitation light was 270 nm. With increasing the wavelength of the excitation light up to 300 and 320 nm, the UV emission disappeared for films on various substrates and the wavelength of the PL peaks increased up to 488 and 516 nm, respectively. When the wavelength of the excitation light increased to 398 nm, the PL spectrum becomes a wide band that is consistent with three emission peaks.     

掺Eu3+硅基材料的发光性质

通过溶胶－凝胶技术制备了掺Eu^3 的硅基材料并测试了其三维荧光光谱、激光谱和发射光谱，结果显示，最佳激发波波长为350nm,最强荧光波长为620nm；在350nm光激发下的发射光谱显示Eu^3 的特征发射光谱，产生4条谱带，分别是577nm(^5D0-^7F0)，588nm(^5D0-^7F1),596nm(^5D0-^7F1)和610nm(^5D0-^7F2)。     

不同波长激发光诱导奶牛血液荧光光谱特性

实验样品取自正常奶牛静脉血液并用枸橼酸钠抗凝。实验结果表明:激发光波长不同,激发的荧光光谱线的强度和峰值不同;实验中用220～270nm波长的光激发荧光时,在317,367nm荧光主峰强度出现竞争现象;比较多种激发光激发的荧光光谱的实验结果知:用220,230,240,290,350,480,500nm波长的激发光激发下的荧光强度较强,而用其他波长的激发光激发下的荧光强度较弱,且在317,365,367,388,348,463,467,607,638nm波长附近出现比较强的峰值;合适波长的激发光对奶牛血液会有比较强的生物学效应。     

某头孢制药废水的水质指纹特征

荧光光谱与水样一一对应,被称为“水质指纹”。水质指纹可指示污染的出现,是新型水质预警方法。头孢类抗生素是国内外使用最多的抗感染药物,环境危害较大。我国头孢类药物的生产量在逐年增加。因此,研究头孢类废水的荧光指纹特征对监测该类废水的排放、保护水生生态环境具有重要的意义。本文研究了某头孢制药废水的水质指纹特征。该废水的水纹上有6个峰,按发射波长可以分为两组,第一组峰的激发波波长/发射波波长分别在230/350,275/350,315/350 nm附近,第二组分别在225/405,275/410和330/420 nm附近。激发波波长/发射波波长在230/350 nm处的水纹峰强度最强。在同一组中,激发波长越小的峰的强度越大。pH明显影响头孢废水水纹中峰的位置和强度。随pH上升,第一组峰的强度会减少,产生荧光淬灭;第二组峰的强度增大,属于荧光增敏现象。这可能与废水中含有带碱性基团和酸性基团的荧光有机物有关。因为有机弱酸或弱碱的分子及其相应的离子就会在水中同时存在,而这两种形式由于空间结构的差异,发光性能上也可能差异显著。当pH变化时,造成了水中这两种型体的比例会发生变化,从而导致荧光光谱的形状和强度的改变。综上所述,该头孢制药废水具有独特的水质指纹特征。该水质指纹特征可作为水体中快速识别该制药废水存在的新方法。     

传统陶瓷中结构羟基的光谱学研究

烧结粘土产品可以吸收水分子发生再羟基化,生成结构羟基的量与产品保存时间存在一定关系,基于该理论可以利用热重分析方法对陶器制品进行测年研究。红外与拉曼光谱技术也可以用来分析结构羟基信息,因此人们希望探索利用光谱分析方法代替热重法进行传统陶瓷无损测年分析。为了验证可行性,收集了多种典型矿物原料和可溯源的传统陶瓷样品,利用红外光谱和拉曼光谱分析它们内部结构羟基的情况。两种方法都可以观测到正长石、瓷土和高岭石中铝羟基在3 600～3 700 cm-1范围内的特征峰。分析传统陶瓷样品时,红外光谱中未在这一范围内观测到结构羟基的峰位。利用拉曼光谱分析,激发光波长为532 nm时可以在多种类型陶瓷产品的光谱3 600～4 000 cm-1范围内观测到两个明显的谱峰。改变光源波长,不能在相应区域观测到谱峰。但当光源波长为514 nm时,可在4 288和4 512 cm-1处观测到两个谱峰。将拉曼谱图转换为波长显示模式,激发光波长为532和514 nm时观测到的谱峰都可对应在约659和669 nm处。基于分析结果,推知当激发光波长为532 nm时,在拉曼光谱中3 600～4 000 cm-1范围内观测到的两个谱峰不是结构羟基的特征峰,而是较为尖锐的荧光峰。在目前技术条件下,拉曼和红外两种光谱学手段难以应用于我国高温陶瓷产品的再羟基化测年研究。     

金纳米薄膜的荧光光谱特性

采用电化学方法制备了胶体盒纳米球状颗粒,并利用自组装方法在石英玻璃村底上镀制了金纳米薄膜。在室温下测得其紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱。在吸收光谱中观察到两个吸收峰,其中610nm、处的吸收峰来源于凝聚金纳米颗粒纵向的表面等离子体共振。在荧光发射光谱中也观察到与纵向表面等离子体共振有关的长波段的发射峰。增加激励光强度或增加薄膜中金粒子散密度都将导致新荧光发射峰的产生．这表明金纳米薄膜中存在循环多重散射,并由此引发了荧光发射峰数目和强度的变化。