ITER偏滤器朗缪尔探针的设计与研制进展

对ITER 偏滤器朗缪尔探针进行了物理需求分析和结构设计,确定了探针离偏滤器靶板瓦表面的高度范围。通过结构设计和模拟仿真,得到了探针在稳态热负载条件下的温度场分布和应力状况,探针的最高温度低于相应的偏滤器靶板瓦最高温度,探针各个部件的应力低于材料的屈服强度。同时对探针进行了加工工艺和连接工艺的探索研发,初步确定探针体和钨屏蔽结构选用锻造钨材料,而且使用锻造钨试制了探针体和钨屏蔽结构。探针体与钨屏蔽结构之间使用氧化铝陶瓷绝缘,并使用特殊的工艺连接探针体、陶瓷和钨屏蔽结构。     

新型AFM探针的制备及应用

采用熔拉 -腐蚀复合方法 ,将普通单模石英光纤制成直锥形光纤探针。利用自制工具将探针打弯 ,制成悬臂式光纤探针 ,在AFM上取得了较理想的测试结果。将自制光纤探针和商用硅材料探针获得的两种扫描图像进行了对比 ,分析了悬臂式光纤探针的特点     

基于光栅应变传感器的纳米测量机探针设计

为了提高纳米坐标测量机探针的测量精度,且能满足对复杂曲面或微结构进行精确测量的要求,提出了一种新颖的基于微探针系统的光纤布拉格光栅(FBG)探针。该探针具有较高灵敏度和可重复性。提出该新型FBG探针,即探针里有一个熔融的球形顶端,FBG作为应变传感器内置在测杆上。介绍了光纤探针的基本原理,并利用有限元软件ANSYS 11对探针的应变分布在轴向和横向载荷两种典型配置分别进行了仿真分析,结果表明仿真分析和理论计算相吻合。通过实验对光纤探针的灵敏度和分辨率分别进行测试。实验结果表明,在轴向载荷条件下,用位移分辨率为1.5 nm的压电换能器对探针进行性能测试,得到光纤探针的测量分辨率为60 nm。即光纤探针具有较高的灵敏度和分辨率,其性能满足实际测量需要。     

一种钨金属纳米探针的制备方法

金属探针在半导体芯片性能测试及生物医学研究中被广泛应用.基于电化学腐蚀方法,设计搭建了一套简易制备探针针尖的装置,利用电化学腐蚀的方式实现了钨探针针尖的制备.运用控制变量法研究了腐蚀电压与时间对钨探针的影响.该方法简单便捷实用,能满足科研实验室快速制备钨探针的需求.     

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分析了朗缪尔探针在等离子体测量过程中的功率沉积密度,并初步计算了探针的温升,为强流离子源的探针诊断提供指导。     

金属覆层光纤探针近场特性研究

采用有限积分法对用于近场光学显微镜的旋转对称光纤探针进行了数值模拟计算,研究了光纤探针开口附近亚波长范围的电磁场及其能量密度的分布.计算结果表明,在探针外,光场为沿探针轴线方向的近逝波,其空间光场的分布与激励光场及其极化方向有关,在激励光场的极化方向出现了由感应电荷引起的边缘增强效应.同时研究了近场光纤探针的空间分辨率和样品处的电磁场能量,结果表明光纤探针孔的尺寸及其与样品的作用距离是影响探针的分辨率和样品内电磁场能量的重要因素.     

一种探针-样品距离的切变力控制新方法

报道了近场扫描光学显微镜(Near-filed Scanning Optics Microscope-NSOM)中一种基于切变力的探针-样品间距控制新方法.条形压电蜂鸣器片的上表面电极被沿着中心线分成两半,一半用于驱动,其上施加振荡源谐振频率进行激励,另一半上粘附光纤探针,并利用压电效应作为光纤探针的振幅传感器.当受振动激励的光纤探针由远处逐渐接近样品表面时,由于样品与探针之间的切变力阻尼作用使得探针的振幅减小,通过检测探针振幅的变化可以控制探针与样品的间距.我们建立了一套探针-样品间距探测控制系统并利用该系统获得了CD盘片表面8μm×8μm范围内的切变力形貌图.     

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用于ITER偏滤器的朗缪尔探针工作于恶劣的热核聚变反应条件并承受极大的热流密度.因此,偏滤器探针的结构设计及优化很重要.使用ANSYS软件对探针进行了热分析和不同模型的对比,获得了探针热力学工况的基本特点,可为ITER偏滤器朗缪尔探针的工程设计提供参考.     

一种探针-样品距离的切变力控制新方法

报道了近场扫描光学显微镜(Near-filed Scanning Optics Microscope NSOM)中一种基于切变力的探针 样品间距控制新方法.条形压电蜂鸣器片的上表面电极被沿着中心线分成两半,一半用于驱动,其上施加振荡源谐振频率进行激励,另一半上粘附光纤探针,并利用压电效应作为光纤探针的振幅传感器.当受振动激励的光纤探针由远处逐渐接近样品表面时,由于样品与探针之间的切变力阻尼作用使得探针的振幅减小,通过检测探针振幅的变化可以控制探针与样品的间距.我们建立了一套探针 样品间距探测控制系统并利用该系统获得了CD盘片表面8μm×8μm范围内的切变力形貌图.     

基于分子内电荷转移的多枝状荧光探针光学性质与响应机理分析

本文采用含时密度泛函理论研究了用于检测生物硫醇的荧光探针分子的光学性质.通过计算探针分子Mol.1、Mol.2和Mol.3与半胱氨酸和同型半胱氨酸反应前后的单光子吸收和发射性质,研究了碳碳三键和苯环结构对荧光探针性质的影响.随着给电子体三苯胺结构的逐渐完善和碳碳三键的加入,探针分子的振子强度逐渐增大,展现出了更好的荧光探针性质.同时,研究了不同侧枝数目对探针分子性质的影响,结果表明,相较于单枝分子Z1和三枝分子Mol.3,两个侧枝的探针分子Z2振子强度更大,检测效果更佳.增加了碳碳三键和苯环后的单枝新型探针分子Mol.4,相较于具有三枝结构的探针分子Mol.3,具有良好的探针性质,且结构更为简单.     

损耗电介质在镜像法测试装置中的应用

 通过在校准头的耦合波导中填充介电常数为10,损耗角正切为0.6的损耗电介质材料,利用该介质对电磁波的损耗来近似测试头中的输入输出耦合环对电磁场能量的影响,以满足镜像法中测试头和校准头中电磁场分布一致这一要求。这一损耗介质材料的引入,改进了测试头和校准头的设计,使得测试头在取得较大耦合量的同时能保持与校准头的对称性,减小了以往测试装置低耦合量所引起的测试误差。     

半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性

 利用光路追踪程序，对于不同光纤参数条件下半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性进行了研究。研究结果表明：对于半椭球形探头，当长短轴之比在1.15和1.3附近时存在一个耦合最佳结构；而对于子弹头形探头，仅变成圆形时为最佳。这两种探头容易制作，半椭球形探头的耦合效率高于子弹头形。     

基于拉锥结构的全光纤型内窥OCT探针研究

本文报道了一种基于拉锥结构的全光纤型内窥光学相干层析成像探针. 基于大纤芯多模光纤的低光束发散特性, 使用大纤芯多模光纤代替透镜作为成像元件, 并在单模光纤与大纤芯多模光纤之间引入过渡拉锥段以减少插入损耗. 首先利用光学仿真软件(Rsoft)确定探针的最佳结构, 然后通过拉锥、切割以及熔接工艺实现探针制作, 并对探针的出射光束特性与插入损耗进行测量, 最后将该探针与扫频光学相干层析成像主系统联机, 对人体指尖皮肤及鸡气管壁组织进行成像. 该探针直径为250 μm, 不锈钢保护管外径为325 μm, 硬端长度1 cm, 插入损耗约为0.3 dB, 空气中有效成像范围达800 μm. 该探针为内窥光学相干层析成像技术在心血管疾病的应用提供了高紧凑度、高传输效率与高灵活性的选择.     

一种快速测量共聚焦X射线分析装置探测微元尺寸方法

共聚焦X射线荧光技术是一种无损的三维光谱分析技术,在材料,生物,矿物样品分析,考古,证物溯源等领域具有广泛应用。共聚焦X射线荧光谱仪的核心部件为两个多毛细管X光透镜。一个为多毛细管X光会聚透镜（PFXRL）,其存在一后焦点,作用是把X光管所发出的发散X射线会聚成几十微米大小的高增益焦斑。另一透镜为多毛细管X光平行束透镜（PPXRL）,其存在一几十微米大小前焦点,置于X射线能量探测器前端,其作用是接收特定区域的X射线荧光信号。在共聚焦Ｘ射线荧光谱仪中,PFXRL的后焦点与PPXRL的前焦点重合,所形成的区域称作探测微元。只有置于探测微元区域的样品能够被谱仪检测到,使样品与探测微元相对移动,逐点扫描,便能够对样品进行三维无损的X射线分析。探测微元的尺寸决定共聚焦X射线荧光谱仪的空间分辨率,因此精确测量谱仪的探测微元的尺寸是非常重要的。如图1所示,谱仪探测微元可以近似为椭球体,其尺寸可以用水平方向分辨率X, Y,和深度分辨率Z表示。目前,常采用金属细丝或金属薄膜通过刀口扫描的方法测量谱仪探测微元尺寸。为了精确的从三个维度测量探测微元尺寸,金属细丝直径要小于探测微元尺寸。金属细丝和探测微元都是数十微米级别的尺寸大小,很难把金属靠近探测微元。为了得到探测微元在不同X射线能量下尺寸变化曲线,要采用多种金属细丝测量。采用单个金属细丝依次测量比较耗费时间。采用金属薄膜可以很方便地测量探测微元的深度分辨率Z,但是当测量水平分辨率X, Y时,难以准确测量。为了解决以上谱仪探测微元测量中存在的问题,本文提出采用多种金属丝平行粘贴在硬纸片上作为样品用于快速测量探测微元尺寸。附有金属细丝的硬纸片靠近谱仪探测微元,可以将探测微元置于硬纸片所在平面。由于硬纸片与金属细丝在同一水平面,在谱仪摄像头的协助下,可以把金属细丝迅速的靠近探测微元。靠近探测微元后,在全自动三维样品台的协助下,金属细丝沿两个方向对探测微元分别进行一次二维扫描。通过对二维扫描数据的处理便可以获得探测微元尺寸随入射X射线能量变化曲线。采用此方法对实验室所搭建的共聚焦X射线荧光谱仪的探测微元进行了测量。     

Electrostatic Probes for Studying Transport Properties in Tokamak Plasmas

Electrostatic probes for measuring the boundary plasma in tokamaks are reviewed and presented. Transport properties in JFT‐2, the ion temperature and the magnetic surface in JFT‐2M and floating potential fluctuations during the strong additional heating in JT‐60 are measured by several types of electrostatic probe the above‐mentioned purposes. The Langmuir probe including the double probe is applied to measure the spatial profile of boundary plasma in JFT‐2. The ion sensitive probe, the rotating cylindrical double probe, the asymmetric double probe and the differential double probe are applied to measure the ion temperature and magnetic surface in JFT‐2M. The reciprocating Langmuir probe applied to JFT‐2M observes the potential and density fluctuations and a new type probe is proposed for the quick diagnostic of core hot plasmas as a development of this probe. The fluctuation observed in JT‐60 is identified to be the ion cyclotron instability of the hot plasma caused by the strong anisotropy of the ion distribution function (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

PSTM成像的FDTD数值模拟

尝试用时域有限差分法(FDTD)分析采用不同探针时光子扫描隧道显微镜(PSTM)成像的分辨率和效率。对四种探针,即不镀膜,带菱形金尖,镀金膜有孔径,镀金膜无孔径的探针,用二维p极化波,满足全反射条件,并用样品台上方平行于界面的隐失波作为等效入射波源,用探针距离尖顶一定高度截面的玻印亭矢量计算散射场强。数值模拟结果表明,带纳米尺度金尖的探针具有最好成像的分辨率和效率,镀膜无孔径和镀膜孔径探针次之,不镀膜探针最差。     

一种局部相含率测量方法

在局部电导探针和单丝电容探针的基础上,提出一种新型局部电容探针,用于测量两相流的局部相含率。静态研究表明,局部电容探针能够测量空气水两相流的局部相含率,测量结果不受导电相电导率变化的影响。从工业蒸馏水变化到饱和食盐水(NaCl的质量分数0～5%),局部电容探针输出结果没有明显变化。电极距离在0～30 mm的范围内变化,测量结果变化小于1%。动态实验表明,局部电容探针测量的两相流的局部相含率,能够很好反映流动过程(以弹状流为例),和实验观察结果完全一致。只需要设置简单的阈值大小,就可以得到相含率的大小。     

近场光学虚拟光探针的数值分析

虚拟光探针是基于近场光学隐失场干涉原理产生的一种非实体探针，可以应用于近场光学超高密度存储、纳米光刻、近场光学成像、光谱探测、纳米样品的近场光学操作等领域。本研究采用三维时间域有限差分（FDTD）方法对近场光学虚拟光探针的光场分布特性进行了数值模拟计算和比较，分析了孔的形状、大小及偏振态等因素对虚拟光探针光场分布的影响，研究结果表明虚拟光探针的通光效率较普通的纳米孔径光纤探针提高10^2-10^4倍；其光场分布的中间峰的半峰全宽（即虚拟光探针的尺寸）在一定距离范围内基本保持不变，从而可以解决近场光学系统中纳米间距控制的难题，避免光学头与介质的磁撞。优化虚拟光探针的设计参量能有效的抑制虚拟光探针中的旁瓣。文章还给出了应用虚拟探针实现高密度光存储的原理方案。