基于NICE-OHMS技术进行大气压气样直接检测的理论分析

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术,其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。然而当测量样品处于大气压时,NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。主要原因之一是大气压下获取最大NICE-OHMS信号幅度的条件与低气压下不同。通过对大气压NICE-OHMS理论进行分析,分析了影响信号幅度的参数,并通过数值模拟来寻找最佳的实验条件。本文着重讨论影响信号的主要参数包括光学腔腔长L,调制系数β,探测相位θ。其中,由于在NICE-OHMS中使用DeVoe-Brewer技术将调制频率ν_m锁定到Fabry-Parot(FP)腔的自由光谱区(FSR)。因此FP腔的腔长决定了ν_m,同时还作用于信号幅度S■。模拟结果显示,当腔长增大时,由于ν_m随之减小,载波和边带的光谱成分相互重叠部分增大,因此线型函数的幅度逐渐减小。而吸收信号幅度随着腔长的增加而逐渐增加,色散信号幅度先增大后减小,并且在腔长等于8 cm时达到最大值。调制系数β会影响频率调制后激光载波和边带的幅度大小,并且影响信号线型。随着腔长的增加,最大信号幅度对应的β值也随之增加。在相同腔长下,色散信号的最佳β值小于吸收信号,更容易使用电光调制器实现。最后分析了参数的可实现性,分析了不同种类激光器的频率调谐能力,压电陶瓷的扫描宽度等。以乙炔气体为例,大气压下NICE-OHMS的谱线半宽达到~3 GHz,而光谱覆盖范围大于10 GHz。分布反馈式半导体激光器(DFB)与外腔二极管激光器(ECDL)的频率调谐范围可以达到30 GHz以上,但是由于激光线宽宽,得到的PDH锁定性能欠佳。回音壁模式激光器(WGM)和掺饵光纤激光器(EDFL)线宽为百Hz量级,是目前高灵敏NICE-OHMS系统中常用的光源。但是WGM目前可以实现了5 GHz的激光频率调谐范围,而EDFL的外部电压可控制的调谐范围仅为3 GHz。使用精细度为55000的腔进行模拟,调制系数β=1,腔长大于8 cm时,可使用WGM激光器实现,腔长大于25 cm时,可以使用EDFL激光器实现。而对于在设计光学腔中常用的伸缩长度为25μm的PZT,随着腔长的增加,对应的腔模频移范围逐渐减小,在腔长为典型的40 cm时,扫描范围大于12 GHz。     

基于有机薄膜的太阳能电池材料与器件研究进展

近年来,有机薄膜太阳能电池的研究得到突飞猛进的发展,其功率转换效率从很困难达到3％,普遍地提高到3％～5％,且根据模拟预测有希望达到10％．显然,这是新材料和新器件结构的涌出以及器件机理研究深入的共同结果．本文介绍有机薄膜太阳能电池的的结构及工作原理,讨论材料结构与器件性能的关系,综述近年来材料与器件结构等方面的进展．     

小分子铱配合物及其电致发光

由于磷光金属配合物可以同时利用单线态和三线态激子发光,使有机电致发光器件的理论内量子效率达到100%,突破了25%的极限。因而以磷光金属配合物为发光材料制成的器件备受关注。在这些金属配合物中,铱配合物由于具有较强的发光特性、发光波长可调性、较好的热稳定性和电化学稳定性以及能够形成便于蒸镀的中性分子,而成为最有应用潜力的电致磷光材料。本文综述了近几年铱配合物磷光材料在分子设计与合成方法、发光机理及器件构筑等方面的研究进展。特别介绍与讨论了磷光铱配合物的两种发光机理,即基于同配体铱配合物或异配体铱配合物的主配体到中心金属离子的电荷转移三线态(³MLCT)发射和基于异配体铱配合物的辅助配体三线态(³LC)发射。根据反应条件的差异,归纳总结了合成铱配合物常用的4种方法以及合成fac式和mer式的铱配合物的方法。还根据材料的发光颜色及其电致发光的不同,对磷光铱配合物材料进行了分类与讨论。此外,简要介绍了用于器件制作的主体材料。最后,展望了金属有机配合物电致磷光材料的发展前景,并提出了今后磷光材料的发展方向。     

激光诱导击穿光谱脉冲激光功率锁定的研究

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质在线监测方面展现了突出的应用前景和研究价值。针对该技术在实际应用中会由于脉冲激光功率起伏导致的长期测量稳定性差的问题,建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定装置,采用激光功率负反馈信号控制和锁定Nd∶YAG激光器输出功率。实验研究了不同分光比例脉冲激光器锁定在设定输出功率,同一分光比例激光器锁定在不同输出功率以及长时间运行时的功率锁定。结果表明,不同的分光比例对激光输出功率的锁定效果影响不大,分光比例越小,稳定速度越快;同一分光比例实现激光脉冲功率不同预设值的锁定以及在长时间运行时,采用此装置进行功率锁定后,激光输出功率处于预设区间内,RSD值由自由运行时的2.4%降低至1.1%。     

阈值电路特性对腔衰荡光谱测量影响的实验研究

腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理,然后基于555定时器自行设计了一种可应用于CRDS技术的阈值电路,并通过实验进行了验证。为了优化阈值电路的性能,研究了不同输入阻抗及容抗下阈值电路对衰荡事件测量的影响。通过直接接入不同值的电容与电阻,发现输入电容越大,输入阻抗越小,对衰荡事件的测量影响越大,尤其当阈值电路输入电阻小于50 Ω时,衰荡事件的线型严重扭曲。对不同输入电阻与输入电容时C₂H₂气体在6 531.780 5 cm-1处的吸收信号进行了采集与分析,发现输入电容与输入电阻的改变对测量结果有很大的影响,得到的吸收信号会失真,甚至无法进行拟合。最终给出了阈值电路的最佳设计方案,在阈值电路的设计中选取的输入阻抗越大越好,最小要在100 Ω以上,选取的容抗越小越好,最好低于1 nF,同时要保证阈值电路的时间常数远小于衰荡时间。该研究对于CRDS技术应用过程中阈值电路的设计具有重要的参考价值。     

太阳能电池材料-铜锌锡硫化合物薄膜制备及器件应用研究进展

锌黄锡矿结构的CZTS（铜锌锡硫）材料与目前在薄膜太阳能电池领域表现出色的黄铜矿结构的CIGS（铜铟镓硒）材料具有相似的晶体结构,且CZTS有着很好的光电性能,组成元素在地球上含量丰富,安全无毒,非常适合用来发展高效、廉价的太阳能电池.近期CZTS类太阳能电池的最高效率已达到12.6%,在科研和产业领域引起了广泛关注.在简介了“新星”太阳能电池材料CZTS的性质及薄膜太阳能电池器件的基本结构之后,重点总结了CZTS薄膜的制备方法（真空、非真空法）以及相应器件效率,其中对众多非真空制备法进行了独到的归类总结.最后,对CZTS薄膜的优化方法进行了分析,并对其未来发展方向做了展望.     

双光程光声光谱甲烷传感器

利用甲烷(CH₄)气体分子在1.6 μm的吸收特性,使用中心波数为6 046.96 cm-1的蝶形分布反馈式(DFB)激光器和自制的大内径光声池,设计了一款紧凑高灵敏的CH₄气体传感器。为了进一步增强输出光声信号强度,一个具有高反射率的平面镜放置在光声池后,使透射光束被反射后,二次通过光声池,增强了光与被测气体的作用距离,使光声信号提高了1.9倍。传感器各项参数,包括调制频率、调制深度及气体流速被优化。在标准大气压和1 s的积分时间下,该传感器最终获得的探测灵敏度为0.21 ppm,1σ归一化等效噪声系数(NNEA)为2.1×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。该甲烷传感器使用性价比高的DFB近红外激光二极管作为激发光源,装置简单,成本低廉可以满足大气环境检测、矿井瓦斯监测、工业过程控制及无创伤医疗诊断等领域的需求。